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1、4焊接结构的变形与断裂4.1焊接结构的变形4.1.1过程设备常见焊接变形与规律(1)纵向收缩引起的构件纵向弯曲变形(2)横纵向收缩引起的构件纵向弯曲变形在细长构件上，若沿长度方向一侧的焊缝较多,往往使整个构件产生明显的纵向弯曲变形.2021/9/20一般情况下，焊缝横向收缩引起的弯曲变形率约为同样长度的焊缝纵向收缩所引起的弯曲变形率的1～3倍。可见焊缝的横向收缩危害更大(3)横向收缩引起的角变形或挠曲变形当焊缝的横向收缩变形量沿厚度方向不均,接头就会产生角变形变形角总是在焊缝金属多的一面一般坡口↑角变形↑在板厚和坡
2、口形式相同时，多层焊较单层焊角变形大2021/9/20多道焊较多层焊角变形大材料或焊接方法不同，角变形也不同过程设备壳体上的对接纵焊缝，随其坡口形式不同，会产生外凸或外凹的角变形。接管与壳体连接的角焊缝也会产生不同程度的角变形。2021/9/204.1.2焊接变形的危害与控制危害:变形→局部附加弯曲应力,导致断裂;外压容器降低其临界压力，易导致失稳破坏.控制:防止减小消除(1)合理设计焊接结构■尽量采用小焊缝尺寸2021/9/20■采用对称原则配置焊接附件和焊缝(2)工艺措施■采用线能量↓的焊接方法,手工电弧焊比气
3、焊变形小,各种气体保护焊均有利于减小焊接变形■采用反变形法■采用刚性固定法仅限塑性好的材料■合理地确定装配焊接次序(3)焊接变形的矫正■机械压力矫正■火焰加热矫正法2021/9/204.2焊接压力容器的断裂破坏4.2.1焊接结构的特点与断裂破坏类型(1)焊接结构特点■节省材料，施工简便省时和成本低■接头成分、组织和性能不均匀■存在焊接缺陷和残余应力与应力集中■具有整体性，其防裂止裂性不如铆接(2)焊接结构断裂破坏类型a.延性断裂(塑性断裂)断裂前具有明显的塑性变形,破裂后一般无碎片，其断裂多系超压引起。b.脆性断裂
4、(低应力脆性断裂)2021/9/20未达材料屈服极限时发生的断裂，断裂前不发生塑性变形，无征兆，故不易察觉和预防.(3)疲劳断裂在循环波动载荷作用下产生疲劳裂纹并逐渐扩展，最后导致断裂.压力容器波动载荷频率不高,其断裂属低周疲劳破坏，断裂可以是脆性断裂也可以是塑性断裂.(4)应力腐蚀断裂在腐蚀介质环境和拉应力共同作用下产生裂纹而断裂.其断裂应力往往远低于材料的屈服极限，具有脆性断裂的特征.2021/9/204.2.2焊接压力容器断裂破坏的影响因素根据统计调查压力容器破裂事故大多是因焊接裂纹引起的。承压设备可靠性的关
5、键是确保焊接质量，防止裂纹发生(1)焊接接头的脆化焊接接头区的脆化是诱发裂纹的基础脆化是焊接区的快速加热、冷却和熔化、凝固的热作用所致对碳钢与低合金钢,脆化主要表现在焊接接头区的脆性转变温度(NDT)，硬度↑，韧性↓，尤其熔合线附近最为严重2021/9/20脆性转变温度NDT，反映低温下材料抗脆性断裂的能力金属材料随着温度↓,韧性↓而脆化↑，这种现象称为低温脆化这种脆化仅产生于低碳钢，低合金结构钢等(2)材料对抗裂的影响强度硬度↑，淬硬和脆化倾向↑,抗裂↓C↑、合金元素↑,强度↑脆化倾向↑,抗裂↓P、S是促脆化元素
6、,使P、S↓,有利抗裂(3)应力集中和结构的影响焊接残余应力和应力集中，使接头局部处的拉应力峰值↑而加剧开裂2021/9/20不同结构的影响薄壁平头式接管,应力集中系数k→6厚壁平头式接管,应力集中系数k→2.5,对抗裂显然是有利的2021/9/20不同形状的影响球形容器塑变能力↓，刚性↑抗裂能力↓,较圆筒形容器差厚板较薄板刚性↑,残余应力↑,抗裂能力↓(4)焊缝返修对抗裂性的影响返修次数↑,对抗低温脆断不利(5)操作环境对抗裂性的影响焊接裂纹通常内表面多，外表面少，焊缝上多,母材上少碳钢及低合金钢在碱和H2S,及
7、液氨等环境奥氏体不锈钢在氯化物环境均会发生应力腐蚀，使接头的抗裂性降低2021/9/20低温度环境下，更易发生脆性断裂4.2.3压力容器断裂破坏典型案例分析(1)φ9000mm贮氧球罐水压试验开裂材料:15MnVR，壁厚48mm焊接:埋弧焊,焊剂HJ431,焊丝H08MnA工艺:焊前预热,焊后消除应力热处理事故现象:水压试验充水还尚未升压即于北温带十字焊缝中心突然开裂,气温为-3.5℃调查结果与结论:■焊剂含P↑,不合格■源自热裂纹的典型的低应力脆性断裂■压试验水温和环境温度违规2021/9/20■焊缝布局设计不合
8、理(十字焊缝)(2)400m3石油液化汽球罐爆炸材料:设计15MnVR，实际15MnV和15MnVR壁厚25mm工艺:焊缝仅作超声波探伤,未作射线检验,未作整体热处理事故现象:破裂，液化汽遇明火发生燃烧爆炸调查结果与结论:■破裂源于环焊缝的热影响区内■热影响区主裂口处存在严重的咬边及裂纹缺陷■未裂的其他焊缝其表面及内部存在很多咬边、错口、裂纹、熔合不良等超标
