在焊接结构的生产过程中，由于结构设计和制 造工艺等原因，会在结构中产生一定的应力集中、装 配应力和焊接残余应力。对于高强度金属材料，每 一种材料均有一个”临界的应力强度因子”值，也就 是具有一定的断裂韧性Ｋ，。【２ Ｊ，Ｋ，。越大，材料越不易 产生脆断。受拉结构的应力强度因子Ｋ，与名义应 力成正比，当结构的工作应力较低时，由于应力集 中、装配应力和焊接残余应力的存在，使焊缝区的名 义应力增大，从而使Ｋ１增大，当Ｋ，大于材料的Ｋ，。 时，结构就会产生低应力断裂，既脆性断裂。焊接残 余应力一般只限于焊缝部位，离焊缝越远，残余应力 越小。因此焊接接头处产生的裂纹离开焊缝一定距 离后，由于残余应力的减少，当工作应力较低时，裂 纹有可能中止扩展。当结构上有多条焊缝，且焊缝 间距离过小，两焊缝问残余应力叠加，使裂纹继续扩 展，从而使结构产生脆断。
生产中一般采用冲击韧度值来对材料进行验 收，不同用途的材料，要求的冲击韧度值不同，如我 国以Ｖ形缺口常温下冲击韧度值等于６０Ｊ／ｃｍ２做为 压力容器用钢的验收标准。 ２．２合理设计焊接结构 ２．２．１设计时尽可能减少焊接结构或接头部位的
应力集中 ａ）在结构截面需要改变的地方，必须设计成平
滑过渡，不要形成尖角。见图１ ｂ）设计时尽量采用应力集中系数小的对接接
总之，减少柴油机有害排放和噪声是一项系统 工程，只有综合兼顾以上几点，才能取得良好的效 果。 参考文献： ［１］满足ＥｕＲ０Ⅱ以上法规的柴油车排放控制技术，王万
利等，柴油机２００３．２ ［２］ 日本、成田惠一、李柄华译柴油机烟灰对机油性能的
影响国外内燃机车２００４·６
（上接第４４页）减少焊接缺陷的产生；降低焊接残 余直力。
力集中和附加应力的影响。 ２．２．３不要采用大厚度的截面
材料厚度越大，缺口处易形成三向应力，材料的
脆性转变温度升高，断裂韧度值降低。易产生脆断。
不能保证在正 确角度下运条
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图３不同板厚的接头设计方案 ａ）可以ｂ）最好ｃ）不可以
图４不易施焊的焊缝部位举例
２．２．４重视次要焊缝的设计
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ｄ）焊缝应布置在结构中便于焊接和检验的部 位，保证生产中焊接和检验的顺利进行，避免和减少
焊接缺陷的产生。见图４ ｅ）避免焊缝的密集，两条焊缝问应保证有最小
距离，防止由于两条焊缝残余应力叠加对脆断的影
响。见图５… ２．２．２减少结构刚性
在满足结构刚性的使用条件下，尽量降低结构
刚性，减少焊接生产中产生的焊接残余应力，降低应
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在平常的设计中，一般对受力的主要焊缝特别 重视，而对于结构中的附件或不受力焊缝考虑较少。 但是焊接结构的整体性强，一旦脆断从这些不受到 重视的部位产生，会扩展到整个结构。因此，不要在 受力构件上随意加焊附件，对于附件或不受力焊缝 的设计，应和主要焊缝一样重视。 ２．３合理安排结构的制造工艺
结构生产中，应合理选择焊接材料、焊接方法和 工艺。保证焊缝金属和母材塑性相接近；对于一定 的钢种，选择相适应的焊接方法和线能量，防止焊接 接头晶粒粗、裂纹等缺陷；制定工艺规 程时，采取相应措施减少焊接残余应力，必要时进行 焊后去应力热处理，减少和消除焊接残余应力的不 利影响。
参考文献： ［１］ 焊工技师考评培训教材编审委员会：焊工技师培训教
材［Ｍ］．北京；机械工业出版社，２００ｌ ［２］高庆：工程断裂力学［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，１９９６
万方数据
２结构脆性断裂的预防措施
上述三个因素是产生脆断的主要原因，若能有 效底减少和控制其中某一因素，则结构产生脆断的 可能性即可显著降低或排除。因此，防止脆断主要 从以下几方面来考虑：
万方数据
甘肃科技
第２２卷
２．１正确选用材料 材料的选择包括母材的选择和填充金属（焊丝
和焊条）的选择，选择材料时既要保证结构安全，又 要考虑经济效果。选择的材料应该使接头具有足够 的抗开裂性能、母材应具有一定的止裂性能。生产 中，不宜选择比实际需要强度更高的材料，因为随着 材料强度的提高，其塑韧性下降，而脆性升高。
第２２卷第４期
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甘肃科技
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焊接结构脆性断裂分析及预防措施
魏延宏，王春林
（兰州石化职业技术学院机械工程系，甘肃兰州７３００６０）
摘要：焊接结构的脆性断裂造成的危害较为严重，通过对脆性断裂产生原因的分析，提出了在实 践生产中主要从结构的材料选择、结构设计和制造工艺三方面来预防脆性断裂的发生。 关键词：焊接结构；脆性断裂；分析；预防措施． 中图分类号：ＴＧ４０４ Ｓ２２５．３
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焊接结构在使用过程中经常会出现脆性断裂， 所谓脆性断裂，就是材料在断裂前没有产生或只产 生少量塑性变形后发生的断裂，脆性断裂的断口平 整、有金属光泽ｕ Ｊ。脆断具有以下特征：１）突然性， 脆断一般都在没有显著塑性变形的情况下发生，具 有突然破坏的性质；２）隐蔽性，破坏一经发生，瞬间 就能扩展到结构大部分或整体，不易发现和预防； ３）低应力破坏，结构破坏时的应力远远小于结构设 计的许用应力。脆断一旦发生，不仅会造成重大的 经济损失，同时还会危及到人的生命安全，因此，在 焊接结构的生产中，应采取相应的措施来预防脆断 的发生。
７采用碳烟净化装置 如采用催化剂金属网净化器陶瓷材料净化器都
取得了较好的效果，目前应用较广。
８ 采取措施，降低噪声 柴油机的噪声主要有燃烧噪声，气体动力噪声
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图２掺水燃烧对ＮＯ×的影响 和机械噪声三大类。其中燃烧噪声是柴油机噪声的
主要成份。燃烧噪声的主要成分处于中高频率范 围，当不超过４００至６００ＫＰＡ／ＣＡ时，噪声能符合要 求，而要达到这点，需从以下方面进行控制：改善燃 料的着火性能；提高换气质量和燃油喷射雾化质量， 促进燃油与空气的混合质量，保持燃烧室正常热力 状态；合理确定喷油提前角；适当控制喷射初期的喷 油率等。
第４期
石光耀：控制柴油机有害排放及噪声探析
１２ｌ
可使预混合燃烧期缩短，最高燃烧压力与温度出现 的相位随之推迟，相应的最大值下降。且燃烧产生 在高温下滞留时间也缩短，这都有利于抑制ＮＯ。的 生成。
４使用燃料添加剂
选择恰当的燃料添加剂，对改善燃烧，抑制碳烟 有显著的效果。有实验表明，在其动力和经济性能 保持不变的前提下，在燃料加入Ｏ．５％的油溶性钡 族金属添加剂，碳烟的排放浓度可减少一半。此外， 作为火箭燃料添加剂的二茂铁Ｆｅ（Ｃ５Ｈ５）２在燃料 中产生三氧化二铁，对于改善柴油机性能和消烟效
１脆性断裂的原因及影响因素
１．１结构材料塑韧性低 材料的韧性不足，特别在缺口尖端处材料的微
观塑性变形能力差，使材料的塑性变形过程严重受 阻，材料不能以形变方式而是以分离来顺应外加应 力，从而使材料出现脆断。材料对脆断的影响主要 表现在材料厚度、晶粒度和化学成分等方面。当板 厚较大时，容易在缺口处形成三向应力，使材料变 脆；材料的晶粒度对脆性转变温度有较大影响，晶粒 越粗，材料的脆性转变温度越高，塑韧性越差；材料 中的Ｃ、Ｎ、Ｓ、Ｐ等元素会增加材料的脆性，而Ｖ、Ｍｎ、 Ｎｉ、Ｃｒ等元素会降低材料的脆性。 １．２结构中的焊接接头存在焊接缺陷
焊接结构中，焊缝和热影响区容易产生各种缺 陷，焊接结构的脆断总是从缺陷处开始的。在各种 缺陷中，由于裂纹尖锐缺口和大的长宽比，裂纹也最 危险，在外部载荷作用下，裂纹前沿附近产生少量塑 性变形，同时在尖锐缺口处产生张开位移，使裂纹逐
渐扩展，当外载增加到某一临界值时，裂纹扩展速度 加快，若裂纹处于高值拉应力区，从而引起整个结构 的脆断。若裂纹处于低值拉应力区或进入塑性好的 材料，裂纹无法继续扩展。此外，未焊透、未熔合、咬 边、焊缝成形不良等缺陷，会在接头处产生严重的应 力集中，降低材料的塑韧性，形成脆断的裂源。因 此，在结构设计时，应将焊缝布置在应力集中区以 外。 １．３没有一定的应力水平
鞋
Ｃ口
非增压 增压 增胀中冷 图１ 增压对排放特性的影响
６采用废气再循环 将一部分废气从排气管引入进气系统中，不仅
可以降低新鲜充量中氧的浓度，而且废气中ｃＯ：、 Ｈ：Ｏ及Ｎ：等成份的比热容较高，可以降低最高燃 烧温度，因此对减少ＮＯｘ的浓度有明显效果。但它 同时会引起局部缺氧燃烧，影响柴油机动力及经济 性能，加剧润滑油的变质，所以还未达到完全实用的 阶段。
头，尽可能避免采用应力集中系数大的角接接头和 搭接接头。见图２
圈。，圈中。，
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图１尖角过渡箱平滑过渡的接头
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ｃ）不同厚度构件的对接接头应尽可能采用圆 滑过度，减少尺寸突变。见图３，图３ｃ焊缝部位的
应力集中最小，图３ａ和图３ｂ虽然将厚板削薄，但焊
缝部位仍有较大的应力集中。
３ 结论
焊接结构发生脆断的原因是多方面的，实践生 产中，主要从以下几方面来控制和减少脆断的发生。
ａ）合理选择焊接材料：保证在使用温度下具有 合格的缺口韧性。
ｂ）合理设计结构：尽量减少结构中应力集中的 产生；降低结构刚性；注意结构中次要焊缝的质量。
ｃ）合理编制结构的制造工艺：（下转第１２ｌ页）
万方数据
果显著。
５柴油掺水燃烧 在柴油机中掺水，使油水混合形成均质浮化油，
在燃烧中，浮化油中的水分急剧汽化，体积增大，产 生”微爆”作用，此微爆作用可以促进燃料油滴的细 化及其与空气的进一步混合，从而使燃烧得到改善， 对降低燃油消耗、排温，减少有害排放有较好的效 果。但掺水会影响低负荷下燃烧的稳定性，且会加 剧润滑油的稀释变质。故此办法尚处于实验研究阶 段，图２为掺水燃烧对ＮＯｘ排放的影响。