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1、浅 谈 厚 板 辉 接 巾 的 层 状 撕 裂 句 题弄 蕊 止 马 么 满 心 场 止 止 诵 走 均 乙 场 么 马 心 均 乙 马 心 满 止 侧 匀 乙 洲 如 七 场 止 满 陇 场 止 满 止 场 止港 口 核 械 上 海 港 机 厂 李 森摘 要 介 绍 了 厚 板 焊 接 中 , 层 状 撕 裂 的 特 征 和 形 成 机 理 , 明 确 了 产 生 层 状 撕 裂 的 根 本 原 因 ,从 而 提 出 了 预 防 层 状 撕 裂 的 防 治 措 施 。关 键 词 厚 板 焊 接 层 次 撕 裂 机 理 防 治 措 施月 胃随 着 科 学 技 术 的 发 展 , 各 种 设 备
2、 、 装 置 ,都 向 着 大 型 化 、 高 效 化 发 展 。 为 了 满 足 工 作需 要 , 在 不 断 提 高 材 料 的 强 度 等 级 的 同 时 , 材料 的 板 厚 要 求 也 不 断 增 加 。 起 重 机 械 不 断 向大 起 重 量 发 展 , 在 其 金 属 结 构 制 造 中 , 越 来 越广 泛 地 采 用 大 厚 度 钢 板 。 丁 字 接 头 和 角 接 接头 是 起 重 机 械 焊 接 金 属 结 构 的 基 本 接 头 形式 , 而 层 状 撕 裂 一 般 都 发 生 在 丁 字 接 头 和 角接 接 头 中 。 随 着 板 厚 的 不 断 增 加 , 起
3、 重 机 械金 属 结 构 的 层 状 撕 裂 问 题 将 变 得 越 来 越 突出 。由 于 层 状 撕 裂 在 外 观 上 没 有 任 何 迹 象 ,而 现 有 的 无 损 检 测 手 段 又 难 以 发 现 , 即 使 能判 断 结 构 中 有 层 状 撕 裂 , 但 也 很 难 修 复 , 造 成巨 大 的 经 济 损 失 。特 别 严 重 的 是 , 由 层 状 撕 裂 引 起 的 事 故往 往 是 灾 难 性 的 , 因 此 , 研 究 层 状 撕 裂 的 形 成机 理 , 防 止 层 状 撕 裂 发 生 , 已 成 为 焊 接 工 程 上一 项 重 要 的 课 题 。制 方 向
4、一 致 , 裂 纹 较 宽 相 邻 平 台 之 间 由 垂 直于 轧 制 方 向 的 剪 切 壁 连 接 起 来 , 形 成 台 阶 , 剪切 方 向 的 裂 纹 比 较 细 。在 层 状 撕 裂 的 显 微 断 口 上 , 有 大 量 的 韧窝 和 非 金 属 夹 杂 物 , 夹 杂 物 大 多 呈 片 状 , 偶 尔也 有 球 状 。 通 过 大 量 的 观 察 和 研 究 , 我 们 还发 现层 状 撕 裂 常 出 现 在 大 厚 度 轧 制 钢 板 中板 厚 一 般 , 而 在 板 厚 小 于时 不 易 出 现 层 状 撕 裂层 状 撕 裂 常 出 现 在 母 材 或 热 影 响 区
5、中 ,而 不 出 现 在 焊 缝 金 属 中就 接 头 形 式 而 言 , 层 状 撕 裂 多 出 现 在型 、 十 字 型 接 头 的 多 层 填 角 焊 接 接 头 中 , 对 接接 头 中 很 少 出 现 。 当 填 角 尺 寸 毛 时 也不 易 出 现 层 状 撕 裂 。层 状 撕 裂 的 特 征层 状 撕 裂 区 别 于 其 它 焊 接 裂 纹 的 最 大 特征 , 就 是 在 外 观 上 呈 阶 梯 状 开 裂 , 阶 梯 状 撕 裂由 平 台 和 剪 切 壁 两 部 分 组 成 , 平 台 与 钢 材 轧层 状 撕 裂 的 形 成 机 理层 状 撕 裂 主 要 发 生 在 经 过
6、 轧 制 的 厚 板中 。 轧 制 钢 板 的 最 大 特 点 是 形 成 了 条 带 状 组织 , 晶 粒 沿 轧 制 方 向 被 压 长 , 而 夹 杂 物 也 沿 轧制 方 向 形 成 带 状 的 层 状 分 布 。 由 于 轧 制 钢 板中 条 带 状 组 织 的 存 在 , 必 然 引 起 不 同 方 向 上性 能 的 差 异 , 即 各 向 异 性 。 根 据 对 强 度 为“ 和 的 钢 板 各 向 异 性的 测 定 , 其 结 果 见 图 。港 口 机 械图 数 据 表 明 , 随 着 板 厚 的 增 大 , 向 和向 的 强 度 略 有 下 降 , 但 二 者 基 本 保 持
7、 一 致而 塑 性 急 剧 下 降 , 并 出 现 了 明 显 的 各 向 异 性 。板 厚 越 大 , 向 的 塑 性 下 降 就 越 严 重仓 裂 纹 扩 展 方 向己丈丈丈丈【介介介厂厂厂 丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫丫卜卜卜卜 一 分 一 气 又又又飞飞飞飞飞飞飞飞飞飞 才才仪仪仪仪仪仪仪扮扮扮扮 丁丁 灸灸灸、 、己 一门。 ,脸仁,。江 、弓价 门叮 飞 、 , 局 部 放 人图 强 度 为 和 的 钢 板 之 各 向 异 性厚 板 结 构 焊 接 时 , 特 别 是 型 接 头 和 角接 接 头 , 在 刚 性 拘 束 的 条 件 下 , 焊 缝 收 缩 时 会在 母 材 厚 度 方
8、 向 , 产 生 很 大 拉 伸 应 力 和 应 变 ,当 应 变 超 过 母 材 金 属 的 塑 性 变 形 能 力 时 沿板 厚 方 向 , 夹 杂 物 与 金 属 基 体 之 间 就 会 发 生分 离 而 产 生 微 裂 纹 , 在 应 力 的 继 续 作 用 下 , 裂纹 尖 端 沿 着 夹 杂 物 所 在 平 面 进 行 扩 展 形 成 开裂 平 台 , 就 形 成 了 所 谓 的 “ 平 台 ” 。 与 此 同 时 ,凡 平 行 于 轧 制 方 向 的 夹 杂 物 都 可 能 产 生 大 小不 一 的 平 台 , 随 着 裂 纹 的 扩 展 , 平 台 变 长 , 开裂 逐 渐 加
9、 大 , 使 平 台 两 端 产 生 较 大 的 应 力 集中 。 在 相 邻 的 两 个 平 台 之 间 , 由 于 不 在 一 个平 面 上 而 形 成 了 剪 应 力 , 造 成 了 剪 切 断 裂 , 形成 垂 直 于 平 台 即 垂 直 于 轧 制 方 向 所 谓 的“ 剪 切 壁 ” 。 在 不 同 高 度 上 的 平 台 通 过 垂 直 的剪 切 壁 连 接 起 来 , 构 成 了 层 状 撕 裂 所 特 有 的阶 梯 状 形 态 。 层 状 撕 裂 的 形 成 过 程 如 图 所不 。通 过 以 上 分 析 可 以 将 形 成 层 状 撕 裂的 根 本 原 因 归 纳 如 下在
10、 轧 制 过 程 中 , 钢 材 内 的 一 些 非 金 属 夹杂 物 被 轧 成 平 行 于 轧 向 的 条 带 状 夹 杂 物 , 造成 钢 材 力 学 性 能 的 各 向 异 性 , 大 大 削 弱 了 母图 层 状 撕 裂 的 破 断材 向 的 塑 性 变 形 能 力 。结 构 中 垂 直 于 轧 制 方 向 的 向 应 力 的存 在 。层 状 撕 裂 是 上 述 两 个 因 素 共 同 作 用 的 结果 , 所 以 层 状 撕 裂 出 现 在 有 较 大 向 应 力 的型 接 头 和 十 字 接 头 中 , 在 向 应 力 较 小 的对 接 接 头 中 很 少 出 现 。 而 且 只
11、 出 现 在 经 轧 制的 具 有 条 带 状 组 织 的 母 材 和 热 影 响 区 , 而 不出 现 在 具 有 铸 造 组 织 的 焊 缝 中 。层 状 撕 裂 的 防 治 措 施产 生 层 状 撕 裂 的 主 要 原 因 , 是 在 轧 制 的母 材 中 存 在 着 大 量 的 条 带 状 分 布 的 夹 杂 物 ,减 小 了 母 材 向 的 塑 性 变 形 能 力 , 在 较 大 的向 应 力 作 用 下 产 生 开 裂 。 所 以 要 想 防 止 层状 撕 裂 的 产 生 , 主 要 是 从 减 少 母 材 中 的 夹 杂物 , 提 高 向 塑 性 、 减 小 母 材 热 影 响
12、区 的 脆化 和 减 小 向 应 力 及 应 力 集 中 等 方 面 采 取措 施 。限 制 夹 杂 物 提 高 塑 性影 响 层 状 撕 裂 因 素 是 比 较 复 杂 的 , 但 夹杂 物 是 造 成 钢 材 各 向 异 性 的 发 源 地 , 它 对 层状 撕 裂 敏 感 性 的 影 响 是 最 重 要 的 。 起 重 机 械金 属 结 构 常 用 的 、 、 等 钢 材 , 尽 管港 口 机 械所 有 出 厂 材 料 均 有 质 保 书 , 但 材 质 问 题 不 断发 生 。 直 观 的 反 映 为 材 料 夹 层 、 硬 脆 , 微 观 的反 映 为 硫 、 磷 含 量 偏 析 严
13、 重 。 因 此 , 从 钢 材 质量 上 控 制 层 状 撕 裂 的 产 生 , 是 保 证 金 属 结 构质 量 的 首 要 环 节 。加 强 冶 金 脱 硫 、 脱 氧 , 降 低 夹 杂 物 数里 巨试 验 表 明 向 断 面 收 缩 率 的 下 降 主 要是 由 于 硫 化 物 夹 杂 所 引 起 的 , 减 少 母 材 中 的含 硫 量 可 提 高 向 塑 性 。向 断 面 收 缩 率 与 含 硫 量 的 关 系 如 表如 示 。表 向 断 面 收 缩 率 帕 与 含 硫 量 的 关 系含含 硫 量甲甲从 表 中 可 以 看 出 , 当 母 材 的 含 硫 量 从降 低 到 时 ,
14、 向 断 面 收 缩 率增 加 了 倍 多 。 此 外 , 氧 化 物 夹 杂 也 会 引 起向 塑 性 的 下 降 。 所 以 , 采 取 有 效 的 脱 硫 、 脱氧 措 施 , 可 以 大 大 地 提 高 母 材 抗 层 状 撕 裂 的能 力 。对 夹 杂 物 进 行 球 化向 断 面 收 缩 率 的 大 小 , 除 了 与 夹 杂 物的 含 量 多 少 有 关 外 , 还 与 夹 杂 物 的 形 状 有 关 。薄 片 状 夹 杂 物 边 界 尖 锐 , 相 当 于 在 金 属 内 部存 在 着 尖 锐 的 缺 口 。 球 状 夹 杂 物 , 形 状 圆 钝 ,会 大 大 降 低 层 状
15、 撕 裂 的 敏 感 性 。 所 以 在 冶 炼过 程 中 , 要 促 进 夹 杂 物 球 化 , 提 高 材 料 的向 断 面 收 缩 率 。从 材 质 上 防 止 层 状 撕 裂 , 主 要 靠 控 制 沿钢 板 厚 度 方 向 向 的 断 面 收 缩 率 袒 值 , 钢板 含 硫 量 对 甲 值 有 影 响 , 钢 板 愈 厚 , 其 影 响愈 敏 感 。 法 国 考 迪 欧 等 认 为就 不 会 出 现 层 状 撕 裂 , 文 献 现 代 焊 接 工程 学 的 工 程 计 算 曾 乐 认 为 袒 同 样不 会 发 生 层 状 撕 裂 , 凡 是 产 生 层 状 撕 裂 的 , 平均 值
16、 袒 值 大 多 数 在 巧 以 下 , 其 次 则 在 巧一 之 间 。 因 此 , 建 议 起 重 机 机 械 金 属 结构 某 些 部 位 采 用 向 钢 , 即 保 证 在 厚 度 方 向断 面 收 缩 率 高 的 钢 板 。 我 厂 设 计 制 造 的起 重 船 的 起 重 臂 首 次 采 用 向 钢 。 最近 在 我 厂 为 美 国 船 厂 设 计 制 造 的 台门 机 中 , 在 人 字 架 和 转 盘 上 都 采 用 向 钢 ,这 对 起 重 机 安 全 、 可 靠 地 投 入 使 用 将 有 明 显的 效 果 , 开 创 了 向 钢 在 起 重 机 械 行 业 应 用的 未 来 。减 小 母 材 热 影 响 区 的 脆 化在 焊 接 过 程 中 , 快 速 冷 却 时 产 生 淬 硬 组织 的 脆 化 。 由 于 过 热 产 生 的 粗 晶 脆 化 , 以 及由 于 氢 的 存 在 产 生 的 氢 脆 等 热 影 响 区 脆 化 ,都 会 增 加 热 影 响 区 母 材 对 层 状 撕 裂 的
