第一篇：延迟裂纹和再热裂纹
1、有延迟裂纹倾向的材料是指那些材料？
答：延迟裂纹属于冷裂纹。所谓冷裂纹，是指在焊后冷至马氏体转变温度M3点以下产生的裂纹，一般是在焊后一段时间（几小时，几天甚至更长）才出现，固称延迟裂纹。
淬硬组织是引起冷裂纹的决定因素。当焊接冷却速度较大时，热影响区会出现贝氏体和大量的马氏体组织。尤其当形成粗大的孪晶马氏体时，其缺口敏感性增加，脆化严重，在焊接应力的作用下产生冷裂纹。此外由于扩散氢的富集在淬硬脆化区引起显微裂纹。裂纹尖端形成的三向应力区再行诱导氢扩散富集，使显微裂纹扩散成为宏观裂纹，这就是延迟裂纹。
有延迟裂纹倾向的材料主要是指各种低合金高强度钢。随着钢强度级别的提高，合金元素的增加，其淬硬倾向逐渐增大，发生延迟裂纹的倾向也越大。
目前一般认为冷裂纹敏感性大的材料主要是屈服强度450Mpa以上或抗拉强度540Mpa以上的低合金高强钢，牌号包括15MnVNR、18MnMoNbR、13MnNiMoNbR、07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR等；以及一些低合金耐热钢，牌号有1.0Cr0.5Mo（15CrMo）、1.25Cr0.5Mo（14Cr1Mo）、1Cr-0.5Mo-V、2.25Cr-1Mo（12Cr2Mo1）等；以及一些马氏体不锈钢，如1Cr13、2Cr13、4Cr13、2Cr12WMoV、2Cr12MoV、2Cr12Ni3MoV等。
2、有再热裂纹倾向的材料是指那些材料？
答：再热裂纹是指焊接接头冷却后再加热至500℃～700℃时产生的裂纹。再热裂纹产生于沉淀强化的材料（如含Cr、Mo、V、Ti、Nb的金属）的焊接热影响区内的粗晶区，一般从熔合线向热影响区的粗晶区发展，呈晶间开裂特征。再热裂纹多发生在低合金高强度钢焊接结构在焊后消除应力热处理时，尤其是沉淀强化型低合金高强度钢，更应注意防止再热裂纹。
试验证明，我国的16MnR、15MnVR、15MnVNR等钢种对再热裂纹不敏感；18MnMoNb只有轻微的敏感性。但是日本的CF62钢和我国的07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR有一定的再热裂纹倾向，特别是较厚的板，为了增加厚度方向的淬透性而加入微量硼，更增加了再热裂纹的敏感性。
防止再热裂纹工程上的措施除了焊接时进行适当的预热和焊后热处理外，主要是在焊后消除应力热处理时避开再热裂纹的敏感温度区，例如，07MnCrMoVR的敏感温度为650℃，为避免再热裂纹，热处理温度选580℃。
第二篇：铬钼钢焊接延迟裂纹分析（最终版）
铬钼钢焊接延迟裂纹产生原因分析
这次检修焊接合格率出现问题主要是在铬钼耐热钢Cr5Mo和15CrMo上，铬钼钢焊接在我公司并不是新材料的焊接，而是有20几年的历史了，是比较成熟的焊接工艺。但是这次焊接施工不论是预制和安装都出现了大量的裂纹，以往是没有这样的结果的。通过这次的教训的确要总结一些问题来进行分析。
一、从焊接工艺来分析：铬钼钢Cr5Mo和15CrMo在退火状态下是珠光体，而在淬火状态下是马氏体，在焊接时在没有预热和缓冷的情况下焊接熔池快速形成、快速冷却，焊缝组织二次相变就停留在马氏体区间内，大家知道马氏体属于淬硬组织，在冷却过程中受焊接应力作用和时效作用下很容易产生冷裂纹，所以焊前预热，保证焊间温度和焊后缓冷是非常必要的。我公司的铬钼钢的焊接工艺评定规范是没有问题的，15CrMo钢，焊前预热150~200℃，层间温度150~200℃，焊后加热200℃后用保温石棉包裹缓冷；Cr5Mo焊前预热350~400℃，层间温度350~400℃，焊后加热300~350℃后用保温石棉包裹缓冷，再等焊后热处理.这都是铬钼钢常规工艺要求。而我门出现裂纹这么多问题是为什么呢？是执行焊接工艺不严谨而造成的，预热温度焊工应该都是作到了，而层间就没有做到那样严谨，填充盖面时中途喝喝水抽抽烟或中午吃饭放到下午再焊，没有加热也就焊完了，焊后也没有加热缓冷，包裹石棉布也不是很严实等，还有就是流水性作业抢进度，几道焊缝氩弧焊全打完底后再填充盖面焊接，层间温度肯定是不能保证的。这都是造成裂纹的直接原因；要说前期预制对工艺的疏忽，出现焊接裂纹质量问题后，后期现场安装按说已经严格了工艺措施，但还是出现裂纹，我是认为现在安装时还是在加热温度上有偏差，毕竟火焰加热是没有控制温度定量的，也不是每个队伍有测温仪可以用上的，室外的管道加热后，冷却速度也是比较快的，检修期间天气也不好下几天雨，湿度也比较高,造成氢致裂纹。还有些焊接位置比较复杂如水坑下焊接对于连续焊接造成时间延长影响层间温度下降的因素。这都是原因。
二、从焊接材料来分析：焊接材料对于焊接质量影响是非常大的，这次检修铬钼钢前期用热系列焊材，由于返工问题后工期使用奥氏体A307焊条，这在工艺上都是可行的，只是执行工艺到不到位而已。但不同的厂家的产品优劣却相差很大，除操作不当外，焊材造成缺陷程度也不同.记得前年在长炼焊铬钼钢在使用天津金桥焊条，几个公司的焊接合格率都96%以上，不料市场断货后改用珠州的焊条全部合格率都下降在40%左右，缺陷也是很多的裂纹，我们紧急求援自己公司，寄来库存金桥焊条才又使焊接质量提上去，没有改焊条厂家的其他公司质量就是起不来。这说明不同厂家焊材是有区别的，所使用焊接钢材和药皮的制作工艺有差别。这次在催化检修尾期进的A307焊条就有问题，焊接时成型差，还大块大块掉药皮，严重影响焊接质量。建议公司以后对于焊材在进料前作焊接材料鉴定，来选定焊材厂家。
三、从焊前焊件装配分析：前年焦化检修四道15CrMo，直径377mm焊缝，由于焊接盲目进行，没有进行现场焊前分析，焊缝强力组对，焊接工艺也执行也不严谨，结果造成焊缝产生裂纹，以至于泄露。今年检修特别是现场，为了抢进度忽视了组对质量，有些焊缝组对间隙大得撑进手指小又没有缝隙和错边是非常严重的，这给焊工施焊带来极大困难，缝过大容易焊瘤焊穿，产生的冷缩应力也是很大的，在打底较薄时冷却过快很容易产生裂纹；缝隙过小对于铬钼耐热钢用奥氏体焊材作填充钎料是是不利的，增加了母钢在焊缝中的融合比，使焊缝中奥氏体金属和母材之间的熔合区形成一个比较厚而高硬度的含碳化铬的夹层，在冷却过快时就很容易产生应力裂纹，就算是当时合格，在以后长时间在温变作用下，碳化铬晶粒组织和奥氏体晶粒组织膨胀系数不一样，这样两种组织间会产生间隙，也就是裂纹，在交变温差中裂纹会延长，从而减少焊缝服役寿命。错边是焊接应力集中位置，和焊接咬边同时作用下会产生叠加应力，应力峰值可能达到最高，极易使焊缝产生融合区断裂。焊缝在处于临界温度时更加出现无法料到的裂纹。所以对于铬钼钢焊接，无论什么钢材的焊接，焊缝的组对的质量是影响焊接质量的一个重要因素。焊工要对自己的焊缝质量负责，也一定对焊缝有一定的要求，不要再不计后果的焊接，也不要为了抢进度方便了别人可能苦了了自己，让自己的劳动成果白白流失。
四、从焊接环境分析：今年的检修连连降雨，对于铬钼钢焊接很不利的，湿度比较大，加上有风，使焊缝的温度下降较快，焊条吸潮加快，在激烈的焊接冶炼过程中混入的水分子分解成氢、氧离子，而氢离子以游离状态溶入液态金属中，在熔池结晶冷却过程中，氢离子析出聚集在晶界间或缺陷内（如气孔、夹渣空隙内）在冷缩应力下形成高内压，从而造成晶界开裂也就是氢致裂纹，是产生裂纹的一个重点因素。
五、从焊接管理来分析：目前工作中焊接技术管理，焊接质量放在了靠无损检测来保证。当焊接质量出现问题时，焊接人员不会致力于找焊接缺陷的形成原因，如何改进焊接工艺过程等问题，而关心的是检验人员的一句“合格”，探伤人员发现缺陷后，下达缺陷返修通知单，焊工返修后，然后再探伤，如再不合格再返修，直到检验人员认为“合格”为止。至于焊接工艺过程，也不严格执行，外观检验、焊接质量评定等工作有时也无专人负责，实际上已不复存在。监督部门一直要求的无损检测制度虽一直严格执行，但起到的“保证焊接质量”的作用却不尽人意。
传统的焊接质量评定是以无损检验一次合格率作为唯一的标准。然而对于目前正在大量应用的耐热钢而言，由于其焊接裂纹倾向大，焊缝和热影响区性能对工艺敏感性大，因此对焊接接头合格率除包含无损检验一次合格率外，还应包含“使用性能合格”，也就是说，即使该焊缝当时合格了，并不能说明焊缝的内部力学性能达到要求，而使用性能的合格是以焊接工艺作为技术支持的。因此在实际焊接过程中焊接人员要严格执行焊接工艺规定。综上所述仅靠无损检测来保证焊接质量根本行不通，加强焊接技术管理工作势在必行。
这次石化老催化检修，发生了焊接工艺进行操作的不严谨，铬钼钢的焊接大量出现裂纹。
而催化塔201的焊接，复合板焊接，焊接不当也是很容易在覆层马氏体不锈钢侧出现焊接裂纹的，尽管是第一次接触复合板焊接，但由于管理者和焊工都从思想上予以了高度重视，并严格按照工艺要求进行操作，一次合格率达到100%。由此可以看出同是一项工作，焊接技术管理工作加强了，在同等无损检测的条件下，焊接质量有天地之别。诸如此类的问题在同一个工程中也体现得很明显。如某个部件焊接过程中管理到位，一次合格率随之提高，反之一塌糊涂。因此加强焊接技术管理工作，对焊接质量的提高有着重要的意义。
六、从焊接人员来分析：改制的波动和人事体制及待遇问题造成了我公司人才的流失与不足。前几年低谷期人才的流失以及后备力量补充不足致使在近期工程安装和检修工作进行时，焊接技术人员和焊接特殊金属焊工的短缺。，说起来有60~70名焊工，其中有气焊三分之一，合同工三分之一，和不在岗位上的工作的焊工和学徒，但真正能够独当一面的只有上十个。由于人手的不够，加上工程繁忙，焊前培训很难做到，往往以干代训或外聘焊工。加上焊工的待遇一直没有体现特殊工种价值，对于工作都有一种消极的态度，有事就做，不积极认真对待工作中出现的问题。
七、针对这些实际工作当中存在的问题，我认为焊接工作应从如下几方面入手：
1、焊工的培训：
1）
意识方面：加强焊接人员的技术培训同时，也要增强其责任心，提高其自身素质，把所加工产品质量与个人的荣誉结合起来。焊接人员还应多参加焊接分析会，查找焊接缺陷的产生原因，改进焊接工作，促进焊接的技术革新和技术攻关。还有关键的是提高焊接人员的待遇。
2）
操作方面：要使每个焊接人员认真学习焊接操作技能，并要在以后任何环境要对自己所掌握的操作方法并按焊接工艺要求严格进行。
焊接人员并不是焊完了事，必须对自己每道焊缝认真对待，焊前对焊缝的组对间隙要求要严格，影响焊缝质量的组对，焊工要及时提出返工，直到可保证质量要求为止、焊道焊前必须严格清理除锈除污、焊条的严格选用型号和控制干燥度；焊接过程中严格使用焊接参数，严格操作方法，焊渣的清理，如有缺陷马上处理；焊后对焊缝外观进行自检，并进行表面清理。
3）
近期特别要针对耐热钢的焊接培训中，既要培训提高焊工的操作工艺，又要给焊工灌输并理解执行焊接工艺的必要性和重要性。查找焊接过程中存在的缺陷，改进焊接工艺，使受训焊工在焊接理论、焊接技术上有一大的飞跃。
2、焊接技术人员：发挥其的作用，在过程管理中发挥更大的指导和监督作用，不断加强焊接工艺和焊接过程的工作。
3、焊接过程管理：
从过去“焊后”的无损检验唯一标准，转变为“前、中、后”，也就是说： “焊前”准备工作的监督如：焊接材料的选用和控制，焊接环境的控制，焊件的组对控制，焊接前工艺的宣传等； “焊中”过程如：执行焊接工艺的过程是否执行或脱节，是否严格按照焊接操作方法，无达到施焊要求就施焊等；“焊后”对外观的检验，无损检验等
4、各级领导应高度重视焊接的工作的重要性，为我们工作的开展创造便利的条件。是保证焊接质量的关键。
第三篇：裂纹模拟心得
Abaqus裂纹模拟心得（Contour Integral不是XFEM）
最近由于项目需要，做了一些裂纹相关的模拟，在此把一些心得体会贴到论坛上与大家分享，如有不当之处，欢迎大家指正！
本帖主要侧重于介绍裂纹定义过程中各个选项的意义，具体的操作过程论坛里已经有高手做了很好的教程，至于断裂力学理论推荐大家看一下沈成康写的《断裂力学》一书。裂纹的定义和输出需要用到interaction模块和step模块：
一、Interaction模块
1.1预制裂纹（步骤：菜单/special/crack/assign seam）
注意：并不是作裂纹分析都要定义seam，如果你的裂纹不是一条缝，而是一个缺口，则不需要assign seam，直接走下一步（定义裂纹）就行。
1.2创建裂纹（步骤：菜单/special/crack/create，type：contour integral）
—crack front：crack front是用来定义第一围线积分的区域，2D下我们可以选择包围裂尖点的面，3D则选择包围裂尖线的面；另外还有一种定义crack front的方法，就是直接选择裂尖点（2D）或裂尖线3D），用这个方法定义crack front不需要再定义下一步的crack tip/line，比较简便，两种方法算出的结果没有明显的差别，其实只是影响积分路线的问题，但是J积分值是路径无关的，看个人喜好吧
—crack tip/line：这个比较好理解就是裂尖点（2D）或线（3D），如果我们在上一步中用方法二定义crack front，这一步就直接跳过了
—crack extension direction（定义裂纹扩展方向）：这里定义的其实是一个虚拟的裂纹扩展方向，定义了这个参考方向后，我们才能通过输出的角度判断裂纹扩展方向，可以通过两种方法：
o q vector：输入一个方向，用来作为计算裂纹的扩展方向的参考方向；
o normal to crack plane：crack plane表示裂纹的对称面（当裂纹在一个平面内时，可能需要分开定义多个裂纹），这种方法下我们只需定义裂纹面的法线方向，通过（t表示裂纹尖端的切线）,会在每个节点得出一个q方向（如下图）；
o注意：q的方向对输出的应力强度因子，J积分等都会有影响，一般情况下，q最好在裂纹平面内，且垂直于裂尖线的切线，否则算出的应力强度因子，J积分值等等在不同围线积分中会差别较大。
二、step模块
定义好了裂纹相关参数后，我们需要返回step模块定义输出变量：
步骤：菜单/output/history output requests/create，domain：crack，可以输出的值包括：J-integral，Ct-integral，stress intensity factor，T-stress
—J-integral：用于应变率无关材料的准静态分析过程，包括线弹性，非线性弹性，弹塑性材料（单调加载工况）的静态分析。J-integral的优点是和积分路径无关，从而可以避开尖端塑性区的影响。
—Ct-integral：用于蠕变分析（一般较少用到）—应力强度因子：
o 只能用于分析线弹性材料，表示裂纹尖端的应力场强度；
o 有三个应力强度因子K1，K2，K3，分别对应于张开型，滑开型和撕开型裂纹的应力强度因子
o 在输出应力强度因子时也会输出一个J-integral值，因为算法不同，这个值和直接输出的J-integral会略有差异；
o 方向判断准则：Maximum tangential stress（在dat文件中输出的MTS值就是通过这个准则算出的裂纹扩展方向），Maximum energy release rate（dat中用MERR表示），K2=0（dat中的K20）
—T-stress（表示裂纹尖端平行于裂纹面方向的应力）
xfem表面上看属于断裂力学的裂纹扩展问题，实际上它却是用材料弱化的机制研究裂纹的扩展，这点首先放着不提，我来说说断裂与损伤。断裂力学早于损伤力学，格里菲斯最早研究的，断裂力学是为了研究纯在初始裂纹时材料的反映，由于会有应力集中现象出现，应力表达式具有奇异性与裂纹尖端离某一点半径的平方根倒数有关。为了解决这一问题才有了裂纹强度因子，但是无法使用这种比较简单的假设分析整个断裂的过程。以后断裂力学的发展虽然得到了扩充，比如引入了塑性区域和paris模型研究疲劳，但是对于整个断裂尖端材料的性质还是进行了不切合实际的简化，比如理想弹塑性，线弹性等（但是对于金属比较合理）。损伤力学晚于断裂力学卡切诺夫和他的合作者（名字忘了）研究金属蠕变的时候进入了这一研究方法，他可以充分反映材料的弱化，同时从大的范围上来看，损伤力学是涵盖在连续介质力学下面的一个力学直系里面，这一点与断裂力学截然不同，人们无法将断裂力学合理的归纳为连续介质的范畴中，而往往单独叫断裂力学力学。损伤力学出现以后大大抢了断裂力学的风头，因为断裂力学更多偏重静态问题（这种静态是指无法确切的研究整个断裂过程），而损伤力学可以做到，只要定义损伤形式和演化规律，一条或者几条损伤代就可能出现并实现材料或者结构性能的评估。但是损伤力学所能反映的特有性质：材料弱化又成为这种力学体系的一个致命弱点，网格敏感称为损伤力学无法摆脱和倍受攻击的“伤口”，为了完善这一问题，aifantis和他的合作者提出了划时代的非局部化模型理论，而deborst，peerlings，geerling在公元202_年以前将这种非局部化模型体系完全的建立起来，人们发现了使用损伤力学可以真正的实现材料断裂问题的解决方案，随着计算机和有限元力学的发展，现在利用损伤力学的体系计算断裂力学问题已经可以做到了。所以在abaqus软件中或有那么多的损伤力学模型，因为每一种对应一种损伤机理，可以很好的反映材料的弱化以致断裂的模拟（比如使用单元删除技术）。
但是断裂力学与损伤力学两者的结合问题却一直没有得到很好的解决，究其原因在于断裂力学存在裂纹尖端的应力奇异现象，而用损伤力学的方法研究裂纹尖端的时候，会使得裂纹尖端既要保持应力奇异又要保持材料的弱化，这样的耦合问题很难得到合理且唯一的解(这一部分可以参考余寿文老师和冯西桥老师的那本损伤力学)。但是有限元方式使得这种耦合机制得到改善，其实Xfem本身就是这两种力学机制相耦合的产物，xfem中可以预置crack来模拟裂纹尖端的应力奇异，使用材料弱化定义方法实现损伤机理，所以说xfem具有划时代意义也不为过。
ls所说的损伤力学可以实现裂纹发展，但是从机理上存在问题，第一点损伤代具有宽度，而断裂带没有。第二点损伤存在网格敏感问题，网格越细，损伤带越小，与实际不符。第三点，虽然可以利用非局部化模型消除网格敏感，但极其复杂，一般很少采用。第四点，损伤无法真正实现裂纹尖端的应力奇异效应
第四篇：热疲劳断裂的主要因素和裂纹特征
热疲劳断裂的主要因素和裂纹特征
断裂失效分析(4)
钟培道
(北京航空材料研究院,北京100095)
5.3 疲劳断裂失效分析
疲劳断裂失效分析的内容包括:分析判断零件的断裂失效是否属于疲劳断裂与疲劳断裂的类别;引起疲劳断裂的载荷类型与大小以及疲劳断裂的起源等。疲劳断裂失效分析的目的则是找出引起疲劳断裂的确切原因,从而为防止同类疲劳断裂失效再次出现所要采取的措施提供依据。5.3.1 疲劳断裂的宏观分析
典型的疲劳断口按照断裂过程的先后有三个明显的特征区,即疲劳源区、扩展区和瞬断区,见图12。
图12 疲劳断口的宏观特征
在一般情况下,通过宏观分析即可大致判明该断口是否属于疲劳断裂、断裂源区的位置、裂纹的扩展方向以及载荷的类型。(1)疲劳断裂源区的宏观特征及位置的判别
宏观上所说的疲劳源区包括裂纹的萌生与第一阶段扩展区。疲劳源区一般位于零件的表面或亚表面的应力集中处,由于疲劳源区暴露于空气与介质中的时间最长,裂纹扩展速率较慢,经过反复张开与闭合的磨损,同时在不同高度起始的裂纹在扩展中相遇,汇合形成辐射状台阶或条纹。因此,疲劳源区一般具有如下宏观特征:①氧化或腐蚀较重,颜色较深;②断面平坦、光滑、细密,有些断口可见到闪光的小刻面;③有向外辐射的放射台阶或放射状条纹;④在源区虽看不到疲劳弧线,但有向外发射疲劳弧线的中心。
有时疲劳源区不只一个,在存在多个源区的情况下,需要找出疲劳断裂的主源区。
(2)疲劳断裂扩展区的宏观特征
该区断面较平坦,与主应力相垂直,颜色介于源区与瞬断区之间,疲劳断裂扩展阶段留在断口上最基本的宏观特征是疲劳弧线(又称海滩花样或贝壳花样)见图13。
图13 疲劳弧线(3)瞬时断裂区的宏观特征
疲劳裂纹扩展至临界尺寸(即零件剩余截面不足以承受外载时的尺寸)后发生失稳快速破断,称为瞬时断裂。断口上对应的区域简称瞬断区,其宏观特征与带尖缺口一次性断裂的断口相近。
5.3.2 疲劳断口的微观分析
疲劳断裂的微观分析必须建立在宏观分析的基础上,它是宏观分析的继续和深化。对断口进行深入的微观分析,才能较准确地判明断裂失效的模式与机制。疲劳断裂的微观分析一般包括以下内容:(1)疲劳源区的微观分析
首先要确定疲劳源区的具体位置是表面还是亚表面,对于多源疲劳还需判明主源与次源。其次要分析源区的微观形貌特征,包括裂纹萌生处有无外物损伤痕迹、加工刀痕、磨损痕迹、腐蚀损伤及腐蚀产物、材质缺陷(包括晶界、夹杂物和第二相粒子)等。
疲劳源区的微观分析能为判断疲劳断裂的原因提供十分重要信息与数据,是分析的重点。
(2)疲劳扩展区的微观分析
由于第一阶段的范围较小,尤其要仔细观察其上有无疲劳条带、韧窝、台阶、二次裂纹以及断裂小刻面的微观形貌。对第二阶段的微观分析主要是观察有无疲劳条带,疲劳条带的性质及条带间距的变化规律等。搞清这些特征,对于分析疲劳断裂机制、裂纹扩展速度、载荷的性质与大小等将起重要作用。(3)瞬断区微观特征分析
主要是观察韧窝的形态是等轴韧窝、撕裂韧窝还是剪切韧窝。搞清韧窝的形貌特征有利于判断引起疲劳断裂的载荷类型。
与图12所示的源区、扩展区及瞬断区相对应的微观形貌见图14及图9a。图14a为源区微观形貌,由图看出,断裂起源于叶片盆面一侧的表面,有多个源点,源区有类解理断裂小面(类解理断裂小面系面心立方晶系材料疲劳断裂第一阶段内的独有断裂特征)。图9a为扩展区内的典型微观形貌,其上疲劳弧线(粗者)与疲劳条带(细者)清晰,断裂扩展方向明显。图14b为瞬断区内的典型微观形貌,其上可见大小不均的等轴韧窝,表明叶片的断裂是在拉应力作用下造成的。
5.3.3 引起疲劳断裂的载荷类型分析
各种类型的疲劳断裂失效均是在交变载荷作用下造成的,因此,在分析疲劳断裂失效时,首要的是要以断口的特征形貌来分析判断所受载荷的类型。(1)反复弯曲载荷引起的疲劳断裂
构件承受弯曲载荷时,其应力在表面最大、中心最小。所以疲劳裂纹总是在表面形成,然后沿着与最大正应力相垂直的方向扩展。弯曲疲劳断口一般与其轴线成90°。
①单向弯曲疲劳断口。在交变单向弯曲载荷作用下,疲劳在交变张应力最大的一边的表面起源。
②双向弯曲疲劳断口。在交变双向弯曲载荷作用下,疲劳破坏源则从相对应的两边开始,几乎是同时向内扩展。
③旋转弯曲疲劳断口。旋转弯曲疲劳的应力分布是外层大、中心小,故疲劳源区在两侧,这里的裂纹扩展速度较快,中心部位较慢,且其疲劳线比较扁平。由于在疲劳裂纹扩展的过程中,轴还在不断的旋转,疲劳裂纹的前沿向旋转的相反方向偏转。
因此,最后的破坏区也向旋转的相反方向偏转一个角度。(2)拉2拉载荷引起的疲劳断裂
当材料承受拉2拉(拉2压)交变载荷时,其应力分布是轴的外表面远高于中心。由于应力分布均匀,使疲劳源区的位置变化较大。源区可以在零件的外表面,也可以在零件的内部,这主要取决于各种缺陷在零件中分布状态及环境因素等。(3)扭转载荷引起的疲劳断裂
轴在交变扭转应力作用下,可能产生一种特殊的扭转疲劳断口,即锯齿状断口。在双向交变扭转应力作用下,在相应各个起点上发生的裂纹,分别沿着±45°两个侧斜方向扩展(交变张应力最大的方向),相邻裂纹相交后形成锯齿状断口;在单向交变扭转应力的作用下,在相应各个起点上发生的裂纹只沿45°倾斜方向扩展。当裂纹扩展到一定程度,最后连接部分破断而形成棘轮状断口。
对具有光滑和缺口截面的零件,在不同载荷作用下而产生的疲劳断裂,其断口宏观形貌特征见图15。图中的阴影部分为瞬断区,箭头所指为疲劳断裂扩展方向,弧线为疲劳扩断区。
5.3.4 低周疲劳断裂的判据
(1)宏观特征 低周疲劳宏观断口除具有上述疲劳断裂宏观断口的一般特征之外,还有如下特征:
①具有多个疲劳源,且往往是线源。源区间的放射状棱线(疲劳一次台阶)多而且台阶的高度差大。
图15光滑和缺口圆截面的零件在不同载荷下的疲劳断口示意图
②瞬断区的面积所占比例大,甚至远大于疲劳裂纹稳定扩展区的面积。
③疲劳弧线间距加大,稳定扩展区的棱线(疲劳二次台阶)粗且短。
④整个断口高低不平,随着断裂循环数(Nf)的降低,断口形貌愈来愈接近静拉伸断口。
(2)微观特征
由于宏观塑性变形较大,低周疲劳断裂微观断口会有静载断裂的某些特征。在一般情况下,当疲劳寿命Nf<90次时,断口上为细小的韧窝,没有疲劳条带出现;当Nf≥300次时,出现轮胎花样;当Nf>104时,才出现疲劳条带,此时的条带间距较宽,有时可达2～3μm,其典型疲劳条带形貌见图16。
如果使用温度超过等强温度,断口形态除上述特征外,还会出现沿晶断裂特征。
5.3.5 腐蚀疲劳断裂分析
腐蚀疲劳断裂是在腐蚀环境与交变载荷交互作用下发生的一种失效模式。
(1)影响腐蚀疲劳断裂过程的相关因素有:
①环境因素,包括环境介质的成分、浓度、介质的酸度(pH值)、介质中的氧含量、以及环境温度等。
②力学因素,包括加载方式、平均应力、应力比、频率以及应力循环周数。
③材质冶金因素,包括材料的成分、强度、热处理状态、组织结构和冶金缺陷等。
(2)机械疲劳、腐蚀疲劳和应力腐蚀的区别,这三者的关系见图17。当R=1,且频率(f)很低时易产生应力腐蚀;当R=0,f为中等程度时,易产生腐蚀疲劳;随着f的增高,腐蚀的作用愈来愈小,趋于纯机械疲劳。这种区分只是就疲劳裂纹的扩展阶段而言,并未考虑裂纹的萌生阶段。实际上,在腐蚀疲劳裂纹的萌生阶段,腐蚀起了极其重要的作用。(3)腐蚀疲劳的断口特征
与一般疲劳断裂一样,腐蚀疲劳的断口上也有源区、扩展区和瞬断区,但在细节上,腐蚀疲劳断口有其独特的特征,主要表现在如下几方面:
①断口低倍形貌呈现出较明显的疲劳弧线。
②腐蚀疲劳断口的源区与疲劳扩展区一般均有腐蚀产物,通过微区成分分析,可以测定出腐蚀介质的组分及相对含量。
③腐蚀疲劳断裂一般均起源于表面腐蚀损伤处(包括点腐蚀、晶间腐蚀和应力腐蚀等),因此,在大多数腐蚀疲劳断裂的源区可见到腐蚀损伤特征。
④腐蚀疲劳断裂扩展区具有某些较明显腐蚀特征,如腐蚀坑、泥纹花样等。
⑤腐蚀疲劳断裂的重要微观特征是穿晶解理脆性疲劳条带,如图9b所示。
⑥在腐蚀疲劳断裂过程中,当腐蚀损伤占主导地位时,腐蚀疲劳断口呈现穿晶与沿晶混合型,其典型形貌见图18,其上可见脆性疲劳条带,穿晶与沿晶以及腐蚀源等形貌特征。
⑦当Kmax>KISCC,在频率很低的情况下,腐蚀疲劳断口呈现出穿晶解理与韧窝混合特征。
上述断裂特征并非在每一具体腐蚀疲劳断裂失效件上全部具备,对某一具体失效件究竟具备上述特征的哪几项,是随力学因素、环境因素和材质冶金因素而定的。5.3.6 热疲劳断裂失效分析
零件在没有外加载荷的情况下,由于工作温度的反复变化而导致的开裂叫热疲劳。在热循环频率较低的情况下,热应力值有限,而且会逐渐消失,难以引起破坏。但当快速加热、冷却交变循环条件下所产生的交变热应力超过材料的热疲劳极限时,就会导致零件疲劳破坏。(1)热疲劳的特征
在冷热交变循环中所产生的交变应力可能并不大,但在高温下,材料的强度降低,即使在较低的应力作用下,材料仍处于塑变状态,因此热疲劳属于应变疲劳。
影响热疲劳的主要因素是冷热循环的频率和上限温度的高低。频率提高,热应力来不及平衡,使零件的应力梯度增加,材料的热疲劳寿命降低;在同样的频率下,上限温度升高,材料塑变增加,降低了材料的热疲劳寿命;如果温度差的大小一定,上限温度降低,使得下限温度很低(零下),而成为连续地冷骤变,此时对材料所造成的损伤远小于热骤变。
影响热疲劳性能的其它因素有材料的热膨胀系数(α)、导热率(K)和材料抗交变应变的能力(ε)。当然,材料的热膨胀系数小、导热率高、抗交变应变的能力强时,有利于提高材料的热疲劳性能。显然,热疲劳性能与材料的室温静强度及延性无关,因损伤是在高温下产生的。
(2)热疲劳断口的形貌特征
对于有表面应力集中零件,热疲劳裂纹易产生于应变集中处;而对于光滑表面零件,则易产生于温度高,温差大的部位。在这些部位首先产生多条微裂纹。热疲劳裂纹发展极不规则,呈跳跃式,忽宽忽窄,有时还会产生分枝和二次裂纹,裂纹多为沿晶开裂。
热疲劳断口与机械疲劳断口在宏观上有相似之处,也可以分为三个区域,即裂纹起始区、扩展区和瞬时断裂区。其微观形貌为韧窝和疲劳条带,见图19。5.4 提高疲劳抗力的措施及疲劳断裂案例分析 5.4.1 提高疲劳抗力的措施
为防止疲劳断裂失效,须从优化设计、合理选材和提高零件表面抗疲劳性能等方面入手。(1)优化设计
合理的结构设计和工艺设计是提高零件疲劳抗力的关键。机械构件不可避免地存在圆角、孔、键槽及螺纹等应力集中部位,在不影响机械构件使用性能的前提下,应尽量选择最佳结构,使截面圆滑过渡,避免或降低应力集中。结构设计确定之后,所采用的加工工艺是决定零件表面状态,流线分布和残余应力等的关键因素。(2)合理选材
合理选材是决定零件具有优良疲劳抗力的重要因素,除尽量提高材料的冶金质量外,还应注意材料的强度、塑性和韧性的合理配合。(3)零件表面强化工艺
为了提高零件的抗疲劳性能,发展了一系列的表面强化工艺,如表面感应热处理、化学处理、喷丸强化和滚压强化工艺等。实践表明,这些工艺对提高零件的抗疲劳性能效果非常明显。(4)减少变形约束
对承受热疲劳的零件,应减少变形约束,减少零件的温度梯度,尽量选用热膨胀系数相近的材料等,提高零件的热疲劳抗力。5.4.2 疲劳断裂失效案例分析
(1)某汽车用悬架弹簧在使用中发生断裂失效。该弹簧外径<100mm,内径<60mm,呈圆螺形状,是用<11.5mm的55CrSi钢丝制成。弹簧生产工艺流程为:卷簧→回火→喷丸→立定处理→涂塑。
(2)断口特征
图20为钢丝断口宏观形貌,有两个高差很大的断面,呈台阶状。断面A平坦细密,为疲劳断裂区;断口B倾斜粗糙,为瞬断区。疲劳断裂起始钢丝表面的机械损伤处,见图中箭头所示。机械损伤呈线状特状,靠近源区的断面平坦细密,有疲劳断裂特征,见图21。
以上断裂特征表明,该弹簧为剪断型扭转疲劳断裂。(3)断裂分析
对于承受拉伸或压缩载荷的圆柱螺旋弹簧,在轴向载荷作用下,在弹簧钢丝的任意横截面内,存在两种剪应力———剪切剪应力和扭转剪应力。两者相加,在弹簧的外圆为高应力区,而在弹簧内圈的钢丝表面上的剪应力最大,断裂往往从内圈钢丝表面上开始。如果处于内圈的钢丝表面上存在缺陷,则会加速疲劳裂纹的萌生。由此可以得出:该弹簧提前疲劳断裂失效的主要原因是内圈钢丝表面上存在的机械损伤。这种机械损伤有可能产生于钢丝生产过程中,也有可能产生于弹簧生产过程中。(4)结论 该弹簧的失效模式为剪断型扭转疲劳断裂,其原因是钢丝表面存在横向机械损伤。
第五篇：楼梯梁裂纹预防及整改措施
楼梯梁裂纹预防及整改措施
在202_年5月4日对2#、3#楼外观质量及尺寸偏差的检查过程中发现 3#楼2层TL7梁身有较多裂纹，有部分裂纹已贯通全梁。
一、原因查找
发现此问题后，项目部对上部正在浇筑的楼梯TLX梁进行观察、分析及现场验证，发现造成裂纹的主要原因是剪力墙大钢模斜向支撑，支撑受力点在梁上部及侧部，在浇筑剪力墙砼过程中因支撑受力较大，造成梁因外力影响而造成砼局部裂纹。
二、预防及整改措施
1、撤销剪力墙在梁上部的斜向支撑。
2、对3#楼2层TL7梁进行返工处理，将TL7梁砼用人工全部凿掉，用同标号砼重新进行浇筑。具体措施如下：
①、为保证在返工处理过程中不影响其它构件，首先对梁底进行支撑，支撑后在进行砼凿钻。
②、凿钻顺序为先从梁两头逐步向梁中进行凿钻。
③、在凿钻过程中特别注意对钢筋的保护工作，保证钢筋不受损伤及位移。④、凿掉梁砼后对钢筋进行清理及校正，完成后报监理、建设单位进行验收，验收合格后进行模板支设及砼浇筑工作。
宝塔建司第三十施工处
202_年5月18日
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