浅谈焊接缺陷和脆性断裂对产品的影响

王永胜

摘 要：目前，钢结构在各个领域均有着较为广泛的应用，但钢结构失效的问题十分严重，断裂破坏是较为主要的形式。焊接缺陷和和脆性断裂有着严重的危害，对产品的影响较为严峻。因此，本文研究了焊接缺陷和和脆性断裂对产品的影响，并提出了防控的建议，旨在提高钢结构的安全性、可靠性。

关键词：钢结构；焊接缺陷和脆性断裂；产品影响

1、焊接缺陷和脆性断裂的概况

1.1焊接缺陷的概况

目前，钢结构焊接缺陷与诸多因素均有着直接的关系，主要包括焊接方法、焊接位置、焊接材料、焊接结构与焊接接头等，其中影响最为显著的为焊接接头与焊接位置。焊接技艺缺陷较多，其中较为普遍的便是焊缝缺陷，它是指焊接金属与钢结构表面及其内部分布的缺陷。关于焊接缝分布的影响，它是由焊接接头和焊接位置造成的，而钢结构焊缝的分布及其数量直接关系着焊接构件的承受能力、使用性能及其质量，在此基础上，各行业对钢结构产品的适应也受到了不同程度的影响。

1.2脆性断裂的概况

脆性断裂主要是指钢结构的缺陷或者裂纹出存在应力集中，在工作应力的影响下，裂纹的尖端将不断扩展，进而形成迅速的断裂。脆性断裂具有一系列的特征，主要体现在以下几方面：

（1）端口表面较为平齐，其条纹呈放射状或者人字状，所有条纹均来自于裂纹源；

（2）脆性断裂的工作应力相对较低，因此，它可以称之为低应力脆性断裂；

（3）脆性断裂出现时，其温度相对较低，因此，它可以称之为低温脆性断裂；

（4）脆性断裂的出现无征兆，在瞬间发生，因此，可预见性较差。

脆性断裂受诸多因素的影响，具体内容如下：

其一，焊接结构特点。关于焊接結构，其构成主要为焊接接头，此时的接头不可拆卸，由于整体的焊接结构具有较大的刚性，因此附加应力较大，在此基础上，降低了焊接结构的抗断裂能力。如果焊接结构出现裂纹，此时的裂纹将不断扩展，由一个构件转向另一个构件，直至扩展到整体，从而破坏了结构的整体。

其二，焊接残余应力。在焊接时，不断进行着加热与冷却，焊接接头承受着不同程度的残余应力，在此应力与工作应力二者共同作用的基础上，结构极易出现脆性断裂。

其三，焊接工作温度。对于塑性金属材料而言，在温度降低后，其韧性断裂将转向脆性断裂，因此，在一定温度的作用下，工作应力要保持弹性范围，在此基础上，产品的脆性破坏将得到避免。

2、焊接缺陷和脆性断裂对产品的影响

钢结构焊接缺陷对于产品力的分布有着直接的影响，它破坏着产品结构的脆性与非脆性。焊接缺陷会使焊接部位发生变化，在此基础上，影响了产品力的分布。例如：球形孔洞缺陷会使焊接缝的局部应力有所减少，但在裂纹产生后，会使产品的应力集中度进一步加强；夹渣缺陷的裂纹区域会出现应力集中。在应力集中度出现变化后，产品的脆性断裂也将有所增多，通常情况下，应力集中度与脆性断裂二者呈正比，前者越高，后者出现的几率越大，其中脆性断裂出现几率最高的位置为焊接缝。对于钢结构焊接缺陷来说，它所引起的结构脆性断裂需要借助温度条件。

焊接缺陷会使产品出现非脆性破坏，它主要是由焊接气孔与夹渣等缺陷造成的，其中焊接气孔主要是对焊接缝的牢固性有一定的影响，在此基础上，焊接结构件的承载性能将有所降低，进而造成了非脆性破坏；夹渣缺陷主要是对产品的抗拉强度有所影响，此强度对产品的使用性能、使用寿命等均有不同程度的影响。钢结构焊接缺陷中的接缝缺陷，影响着焊接构件的应力集中及其承受能力，进而产品也将出现非脆性破坏。

3、防控焊接缺陷和脆性断裂对产品影响的建议

3.1防控焊接缺陷对产品影响的建议

（1）咬边

咬边主要出现在焊缝的两侧或者一侧，它具有间断性与连续性，对其防控的措施主要是：在焊接过程中，要对焊接电流与焊接速度进行有效的、合理的选择，借助短弧操作，对焊条角度与运条手法等要实现正确的掌握。

（2）气孔

气孔缺陷具有常见性，主要出现在产品焊缝的内部、根部与表面，对其防控要注重操作技能的提高，对于母材与焊丝要进行仔细的清洗，通过预热使其中的水分得以去除，同时对焊接材料的烘干要严格控制。

（3）夹渣

夹渣的分布为单个颗粒状，其分布形状为长条状或者线状，对其防控措施为：检查每层的熔渣，焊接坡口角度要有所增加，运条手法要全面地掌握，同时要选择优质的焊条。

3.2防控脆性断裂对产品影响的建议

焊接结构脆性断裂的防控主要体现在两方面，分别为裂纹起裂的控制与裂纹扩展的控制。同时，根据脆性断裂的影响因素，对其防控的具体措施如下：

（1）注重材料的选择

在母材金属与焊缝金属选择过程中，要选择具备一定韧性的，此时，材料将拥有相应的抗开裂能力与止裂能力。在选料时，由于焊接结构的主要失效形式为脆性断裂，因此，其依据为断裂韧度和屈服强度二者的比值。同时，在选材时，要对相关的因素进行全面的考虑，如：造价成本、材料厚度、断裂韧性、屈服强度与焊接性等。如果选用的材料具有较大的脆性与较高的强度，则要采取相应的措施，主要为焊接工艺预热、后热与热处理的增加，此时断裂问题将得到解决。

（2）保证结构的设计

钢结构焊接结构设计要遵循两个原则，分别为止裂准则与防止裂纹产生准则，在实际设计过程中，要注意的问题有以下几项：

对于焊接结构与焊接接头来说，要减少应力集中，构件截面的尺寸要具有合理性，在构件的相交处可以选择圆滑过渡设计；焊接结构在达到使用要求的基础上，要减少其刚度，此时应力集中的影响力及敏感性将有所降低，同时构件截面的厚度不能过厚，构件的刚度也要适当降低。在焊接位置设计过程中，为了提高焊接的质量，要对焊接与校验的可达性给予考虑，并且要减少焊缝的交叉与密集。

总结：综上所述，在社会的各个行业焊接钢结构均有着广泛的应用，目前，对于钢结构产品的安全性、完整性与可靠性要求在不断提高。随着焊接技术的快速发展，焊接缺陷与脆性断裂的事故逐渐减少，但二者仍影响着钢结构产品，为了促进钢结构产业的发展，本文提出了几点建议，旨在提高产品的使用性能，保证社会各行业的健康、可持续发展。

参考文献：

[1]孙晋峰. 山西首幢高层钢结构住宅施工过程中关键技术问题研究[D].太原理工大学，2013.

[2]倪真. 钢结构焊接缺陷对施工质量的影响[J]. 钢结构，2013，10（03）：66-71.