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焊接缺陷对大无缝钢管质量的影响----天津大无缝钢管厂

作者: 山东正海金属材料有限公司 发布日期:11-21

 焊接缺陷对大无缝钢管质量的影响----天津大无缝钢管厂

   焊接缺陷对大无缝钢管质量的影响不仅给生产带来许多困难,而且可能带来灾难性的事故。由于焊接缺陷的存在减小了结构承载的有效截面积,更重要的是在缺陷周围产生了应力集中。因此,焊接缺陷对结构的承载强度、疲劳强度、脆性断裂以及抗应力腐蚀开裂都有重要的影响。对结构承载强度的影响焊缝中出现成串或密集气孔缺陷时,由于气孔的截面较大,同时还可能伴随着焊缝力学性能的降(如氧化等),使承载强度明显地降低。因此,成串气孔要比单个气孔危险性大。夹杂对强度的影响与其形状和尺寸有关。单个的间断小球状夹杂物并不比同样尺寸和形状的气孔危害大。直线排列的、细条状且排列方向垂直于受力方向的连续夹杂物是比焊接缺陷对结构的静载破坏和疲劳强度有不同程度的影响,在-般情况下,大无缝钢管材料的破坏形式多属于塑性断裂,这时缺陷所引起的强度降低,大致与它所造成承载截面积的减少成比例。焊接缺陷对疲劳强度的影响要比静载强度大得多。例如,焊缝内部的裂纹由于应力集中系数较大,对疲劳强度的影响较大;气孔引起的承载截面积减小10%时,疲劳强度的下降可达50%。焊缝内部的球状夹杂物当其面积较小、数量较少时,对疲劳强度的影响不大,但当夹杂物形成尖锐的边缘时,对疲劳强度的影响十分明咬边对疲劳强度的影响比气孔、夹杂大得多。带咬边接头在10°次循环条件下的疲劳强度大约仅为致密接头的40%,其影响程度也与负载方向有关。此外,焊缝成形不良,焊趾区及焊根处的未焊透、错边和角变形等外部缺陷都会引起应力集中,易产生疲劳裂纹而造成疲劳破坏。夹渣或夹杂物,根据其截面积的大小成比例地降低材料的抗拉强度,但对屈服强度的影响较小。几何形状造成的不连续性缺陷,如咬边、焊缝成形不良或焊穿等不仅降低了构件的有效截面积,而且会产生应力集中。当这些缺陷与结构中的残余应力或热影响区脆化晶粒区相重叠时,会引发脆性不稳定扩展裂纹。

        未熔合和未焊透比气孔和夹渣更有害。虽然当焊缝有增高量或用优于母材的焊条制成焊接接头时,未熔合和未焊透的影响可能不十分明显。事实上许多焊接结构已经工作多年,焊缝內部的未熔合和未焊透并没有造成严重事故。但是这类缺欠在一定条件下可能成为脆性断裂的引发点裂纹被认为是危险的焊接缺陷,易造成结构的断裂。裂纹一般产生在拉伸应力较大和热影响区粗品组织区,在静载非脆性破坏条件下,如果塑性流动发生于裂纹失稳扩展之前,则结构中的残余拉应力将没有很大的影响,而且也不会产生脆性断裂;但是旦裂纹失稳扩展,对大无缝钢管结构的影响就很严重了②应力集中焊接接头中的裂纹、未熔合和未焊透比气孔和夹渣的危害大,它们不仅降低了大无缝钢管结构的有效承载截面积,而且更重要的是产生了应力集中,有诱发脆性断裂的可能。尤其是裂纹,在其尖端存在着缺口效应,容易诱发出现三向应力状态,导致裂纹的失稳和扩展,以致造成整个结构的断裂,所以裂纹(特别是延迟裂纹)是焊接结构中最危险的缺陷。焊接接头中的裂纹常常呈扁平状,如果加载方向垂直于裂纹的平面,则裂纹两端会引起严重的应力集中。焊缝中的气孔般呈单个球状或条虫形,因此气孔周围应力集中并不严重。焊缝中的单一夹杂具有不同的形状,其周围的应力集中也不严重。

        但当焊缝中存在密集气孔或夹杂时,在负载作用下,如果出现气孔间或夹杂间的连通,则将导致应力区的扩大和应力值的急剧上升。焊缝的形状不良、角焊缝的凸度过大及错边、角变形等焊接接头的外部缺陷,都会引起应力集中或产生附加应力。焊缝增高量、错边和角变形等几何不连续缺欠,有些星然为现行规范所允许,但都会在焊接接头区产生应力集中。由于接头形式的差别也会出现应力集中,在焊接结构常用的接头形式中,对接接头的应力集中程度最小,角接头、T形接头和正面搭接接头的应力集中程度相差不多。重要结构中的T形接头,如动载下工作的H形板梁,可采用开坡口的方法使接头处应力集中程度降低但搭接接头不能做到这一点,侧面搭接焊缝沿整个焊缝长度上的应力分布很不均匀,而且焊缝越长,不均匀度越严重,故-般钢结构设计规范规定侧面搭接焊缝的计算长度不得大于60倍焊脚尺寸。超过此限定值后,即使增加侧面搭接焊缝的长度,也不会降低焊缝两端的应力峰值含裂纹的结构与占同样面积的气孔的结构相比,前者的疲劳强度比后者降低15%。对未焊透来说,随着其面积的增加,疲劳强度明显下降。而且,这类平面形缺陷对疲劳强度的影响与负载方向有关。