裂纹问题（共12篇）
裂纹问题 篇1
现今, 各地都加强了对于道路工程建设的力度, 各种等级的公路都在建设的过程中, 但是在对建成公路的检查过程中, 都发现了不同程度的裂纹, 这些裂纹对于道路都有着很大的损害。本文将结合裂纹产生的原因讨论如何做好道路裂纹的防治措施。
1 道路裂纹简介
不论那种形式的路面, 在投入使用后一段时间都会出现各种各样的问题, 例如:道路裂纹、道路龟裂等。我们把以上这些种种现象称为路面病害。道路裂纹就属于其中的一种。
沥青路面产生的裂缝根据裂缝的走向可分为横向裂缝、纵向裂缝和网格状裂缝。其中裂缝在沥青路面的损坏中占据主要的原因。沥青路面产生横向裂缝的原因如下:当沥青路面由于当时进行道路设计时未充分结合实际情况而造成道路设计问题或者是道路施工过程中未按照设计要求或者是施工规范进行施工从而造成道路产生了质量问题, 或者是道路施工完成后, 超载超重车辆碾压路面从而造成路面的损毁, 这些都会产生道路裂纹。横向裂缝主要形式分为两种情况:沥青面层温度缩裂和基层反射裂缝。路面横向施工缝未处理好, 接缝不紧密结合不良;温度下降路面收缩引起横向开裂。纵向裂纹是指沥青面层分幅摊铺时两幅接茬处未处理好, 在车辆经过两幅路面时, 由于在路面上的受力不均而形成的裂纹, 第二种情况是在进行道路路基处理时, 对路基未做到压实均匀或者是道路路基由于受到水浸泡产生不均匀沉陷而引起。
裂缝按尺寸的分类:微裂缝, 我们一般将裂缝宽小于5 mm且裂缝边缘无碎裂或仅有轻微碎裂, 没有或有少量支缝, 不影响道路的正常通行的裂纹称为微裂缝。小裂缝, 我们一般将裂缝宽为5~15mm, 裂缝边缘有轻微碎裂, 且伴随有一定量的支缝, 并且裂缝两边有一定量的交错量的缝隙称为小裂缝, 在这种裂缝上行驶的车辆会感觉到微小的跳动。我们一般将裂缝缝宽为15~25 mm, 且伴随有中等碎裂, 会有一定量的支缝称为中裂缝, 行驶在此种路面上的车辆会感觉到明显的跳动。大裂缝。此类裂缝缝宽大于25mm, 裂缝边缘有严重碎裂, 并有较多支缝, 行驶在此种路面上的车辆会有明显的跳动感觉。
道路产生裂纹后所产生的危害:当沥青路面产生裂纹后, 路面上的积水渗入到路面的结构层, 对于道路的地基产生一定的损害, 一方面是水进入了地基和沥青的结合面, 造成地面和沥青路面的结合力降低, 并且沥青路面本身的粘性下降, 从而导致沥青混合料强度、劲度减少, 并使沥青从集料表面剥落;从另外一方面讲, 当路面裂缝中渗入一定的水分后, 行驶在路面上的车辆在行驶的过程中会对路面产生相当大的水压力, 这些压力持续不断的对道路的地基产生破坏, 路基中的细料浆被逐渐压挤出裂缝, 形成沥青面层裂缝处的唧浆, 细料浆一旦被唧出, 沥青面层就会沿着裂缝产生下陷现象, 同时在裂缝的两侧引起新的裂缝, 导致路面裂缝两侧破碎, 并逐渐引发路面大面积损坏。
当施工完成后的水泥路面产生裂缝后, 路面上的积水就可以通过这些路面裂缝进入到路面的地基中, 当路面上行驶的车辆从路面缝隙中经过时, 受车辆或轮胎后的真空抽吸作用, 雨水连同经雨水浸泡的基层浆液将会挤出路面, 形成板下脱空, 水泥砼路面逐渐形成大面积断裂破碎。
2 对于路面裂缝的防治措施
2.1 从设计方面讲
在进行道路的设计之初, 需要对道路的经过沿线的地质状况进行了解, 可以通过向当地的地质部门咨询, 如果没有详细的地质资料, 只能自己进行勘探, 掌握第一手的资料。可以通过聘请专业的地质勘测部门来进行勘测, 从而保证勘测结果的正确性, 在掌握到详细的地质资料的基础上可以根据不同的地质类型来设计出相应的铺设工艺, 根据不同软基地段提出特殊的处理方法和路面施工特殊加固措施;同时应该对采用的材料作出特殊的规定和要求。总之, 需要根据第一手资料进行完整的计算从而得出相应的道路设计。
2.2 从施工方面考虑
在进行道路的地基施工过程中, 路面基层采用半刚性材料愈来愈多。然而, 在实际的建设施工过程中, 由于施工方法不当或者是建设施工的工序未按照国家的相关规范, 从而使建设完成的道路地基距离所期望的设计地基强度有较大的差距。因此这就容易使路基因为受力不均而产生沉降, 最终导致路面裂缝和塌陷。
2.3 进行路面施工阶段
在进行道路路面施工时, 对于施工材料的选择方面, 宜采用改性沥青SMA技术、高性能混凝土、沥青稳定碎石排水层等。改性沥青SMA技术通过在沥青中加入一定量的SBS改性剂、木质素纤维等形成沥青马蹄脂等使沥青能够达到很好的抗高温软化性能。通过这种技术能够很好的降低道路产生裂缝的几率。
在进行道路的混凝土浇筑作业时, 需要按照设计要求和相应的国家的设计规范进行施工, 根据实验确定其最佳施工配合比, 并严格控制其坍落度, 确保混凝土的质量。在完成混凝土的浇筑作业后, 需要尽早对混凝土路面进行养护作业, 避免因路面缺水而形成开裂。
2.4 对于施工质量的控制
在进行施工的过程中, 需要严格按照国家的相关规范进行质量控制, 在施工前、施工中以及施工后进行相应的施工质量检验, 确保施工质量, 只有施工质量达标后才可进行下一步作业。
结语
本文结合道路产生裂纹的原因并对造成这些裂纹的原因进行分析, 提出了对于道路裂缝防治的措施。
摘要：近些年来, 我国的公路交通网络日益完善, 各地都大力进行公路建设, 从混凝土路面到沥青混凝土路面不一而足, 但是, 建设完成的很多的道路都出现了各种各样的裂缝, 这些裂缝有纵向的、横向的、甚至还有网裂及龟裂。在裂缝发展的前期, 对于路面的整体有着很大的影响, 等到裂缝逐渐增大, 后期路面上的积水等渗入了道路的地基。从而会造成地基的松软, 当路面上行驶的车辆经过这些裂缝时, 不同的受力将会使地基产生下沉, 从而会使地面裂缝进一步的扩大, 使路面结构层剥落, 加重了对于道路的损坏。本文将结合道路产生裂纹的原因讨论如何对道路裂纹进行有效的防治。
关键词：道路工程,裂纹,防治措施
参考文献
[1]鞠绍友.如何处理沥青路面裂缝[J].科技信息, 2010.
[2]刘中宇霍东发.浅析高等级公路路面裂纹与治理[J].科技创新导报, 2011.
[3]张天林.浅谈水泥砼路面早期裂缝的形成及预防要点有哪些[J].建筑工程建设, 2011.
裂纹问题 篇2
138栋2404餐厅装修后，顶板腻子灰脱落，铲除脱落腻子灰后，发现有碳纤维补整裂纹痕迹，同时发现顶板砼面、模板拼缝处不平整，针对这一问题进行原因分析并制定整改方案。
一、问题特征
1.业主铲除脱落腻子灰后，发现约有3-4平方米不规则碳纤维补整痕迹，工人现场用力铲除，发现粘结劳固，铲除困难，符合碳纤维对裂纹加固处理的方案。但表面出现高差，腻子灰施工时未作特殊处理，出现脱落。2.在碳纤维处理相邻位置顶板出现高差不平，同时出现腻子灰脱落，并出现漏浆后的蜂窝。
二、原因分析
1． 碳纤维补整部位，可能是楼板裂纹形成进行的加固处理，结合2504户修补痕迹，认定为楼板开裂后的修补。裂纹形成的原因：○1由于高层为输送泵运送砼，水灰比较大，同时收缩也较大，出现裂纹。○2由于施工处于夏季施工，温度较高，水蒸发较快引起裂纹。○3施工中施工人员过早施工，引起的震动裂纹。
2． 顶板不平部分，此处为楼板拼缝不平，木方未放置在模板拼缝处，引起一边模板在重力作用下沉降，出现不平、漏浆和麻面。
三、处理方案和整改措施
1． 针对楼板裂纹，2404户顶部已作碳纤维加固处理，2504户地面已压浆修补。为使业主放心，在裂纹处上部采用注浆机灌注环氧胶液-地面清理-裂缝处做碳纤维进行加固-客厅地面找平，保证找平层不再出现任何裂缝，保证客厅地面整体与卧室地面自然结合，无明显色差高差。否则业主可以要求二次整改到位。要求2404户顶部不平位置铲除干净原有腻子灰，用胶灰补平顶面，再按2404业主原有装修方式进行恢复，保修期限砼装修保修期。
2． 楼板不平部位，凿除不平砼，对麻面部位用1：2水泥沙浆补平，然后再按2404业主原有装修方式进行恢复。
不必担忧“裂纹舌” 篇3
其实,这是一种很普通的口腔粘膜病,叫“裂纹舌”。因舌背上布满了深浅、长短、形态不一的沟状裂纹,故又被形象地称为“沟纹舌”。我们知道,正常人的舌背平整而又光滑,色泽红润,布满细小的毛刺状丝状乳头(图1)。裂纹舌患者的舌背,则像久旱未雨的土地,布满沟壑:有的舌背正中有一纵向的深沟,两边斜向平行地排列浅沟,犹如“叶脉”(图2):有的迂回曲折,相互交错,就似“脑回”;有的舌光如镜,色如鲜红的生牛肉,密布细小沟裂,好像“旱田龟裂”。患者对镜自照,往往是“不看不知道,一看吓一跳”,从此顿生疑虑,生怕“裂沟”越来越深,舌头最终会裂成两半。有些患者的裂沟比较深,吃东西遇到酸、辣、麻、烫的食物时确实会有些刺激痛,但这种疼痛症状不会很明显。
裂纹舌的病因还不太清楚。有人认为可能与居住条件、维生素缺乏或食物种类有关。我们认为,对此病大可不必担忧。大量临床资料证实,裂纹舌并不会像人们想象的那样“越裂越深,直至舌头一分为二”。裂沟的底部和侧壁都有完好的粘膜覆盖着,不像刀切伤口那样直往外淌血。唯一引起舌部刺激痛的原因是患者进食时,由于舌的运动,会使裂沟张开,细小的食物渣屑就会落入沟中,进食停止后,舌运动减少,含有食物残渣的裂沟闭合,给了舌部细菌可乘之机,从而导致舌粘膜感染而出现刺激痛。
由此可见,裂纹舌的样子吓人,但预后良好。若无明显疼痛,可不必治疗。为了防止继发性舌粘膜炎,患者可以在每次进食之后,使用淡盐水或用口腔科配制的消炎漱口水。漱口时要求舌尖舐在下前牙的舌侧面,将舌背充分拱起,让裂沟充分张开,便于更多的漱口液能进入裂沟,“浸泡”时间为5～10分钟。此举可将残留于裂沟的食物渣屑去除干净,从而预防或减轻舌痛症状。
最后还要强调一点,有一种叫“梅-罗综合征”的疾病也会有裂纹舌症状,但这种病还同时伴有面瘫和唇炎。因此,一旦发现舌有裂沟,应该及时去医院就诊。
关于商品混凝土裂纹问题的探讨 篇4
关键词：商品混凝土,裂纹
随着社会发展, 商品混凝土在我国应用范围越来越广, 而在其应用过程中基于混凝土结构本身受力特点、受环境因素影响以及人为操作控制因素影响较易产生混凝土裂纹, 本文就结合自身工作经验对商品混凝土裂纹问题进行一些探讨。
1 混凝土受力特性及开裂机理
1.1 混凝土受力特性
混凝土材料抗压强度高, 抗拉强度低, 一般只有抗压强度的5%~10%, 且不与抗压强度成正比, 抗压强度标准值fcu越大, 比值ft/fcu越小。因此在一般混凝土在结构设计中只承受压力, 而不考虑其承受拉力。
1.2 开裂机理
混凝土属于受拉性能弱的脆性材料, 当其自身抗拉能力小于其承受对应的拉应力时结构产生裂纹。以C30为例, 28天龄期承受的拉应力大于1.5~3Mpa即产生裂纹, 若不足28天龄期, 其所能承受的开裂临界拉应力随其自身强度降低而减小。由于钢筋混凝土结构中始终存在裂纹, 本文仅考虑可见、有害、能经过一些手段使之尽量减少的裂纹。
2 开裂原因
大致可分为:原材料原因、配合比原因、结构原因、施工操作原因、环境原因。
2.1 原材料原因
2.1.1 水泥
水泥的各项指标应符合相关标准的要求, 其中尤以安定性、细度及温度对混凝土产生裂纹影响最大。若安定性指标不合格, 会导致混凝土由内而外的体积不稳定, 使混凝土产生裂纹;若水泥细度过细以及温度过高, 会导致水泥水化过快、温度应力增大、收缩应力增大, 极易导致混凝土产生裂纹。水泥品种宜选用普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥, 有相应的技术措施时也可以采用矿渣水泥。普通硅酸盐水泥保水性、抗冻性能好, 非常适于在商品混凝土中使用;火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥保水性能好、水化热小, 不仅适于泵送, 在大体积混凝土中也被广泛采用, 由于水化热低, 大大降低了温度裂缝产生的可能性。
2.1.2 掺合料
泵送混凝土常用的掺合料是粉煤灰和矿渣粉。矿渣粉各项指标应符合《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》 (GB/T18046-2008) 中S95级以上标准。粉煤灰各项指标应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 (GB/T1596-2005) 中Ⅱ级以上标准, 其掺量应符合《粉煤灰在混凝土和砂浆中的应用技术规程》和《预拌混凝土》的有关规定。高钙粉煤灰应严格控制其安定性指标, 其对混凝土裂纹的影响和水泥相同。
2.1.3 粗骨料
粗骨料的各项指标应符合《普通混凝土砂、石质量及验收方法标准》 (JGJ52-2006) 要求。粗骨料宜采用连续级配、较好的颗粒形状, 良好的级配、较好的颗粒形状能形成一定的嵌锁力, 有利于提高混凝土抗拉强度与抗压强度的比值, 总而减少出现裂纹的可能性。其含泥量和泥块含量应严格按照标准控制, 其含量越高其收缩性越大, 导致开裂的可能性愈大。对于长期处于潮湿环境的混凝土结构还应按标准规定检验碱活性骨料的品种、类型、和数量, 根据检验结果评定潜在碱-碳酸盐反应危害。应控制混凝土中的碱含量不超过3Kg/m3, 或采取相应抑制碱-骨料反应的有效措施。
2.1.4 细骨料
细骨料的各项指标应符合《普通混凝土砂、石质量及验收方法标准》 (JGJ52-2006) 标准的要求。宜采用2.5~2.8细度模数的Ⅱ区中砂, 较细的砂收缩性较大易导致裂纹。若环境限制必须使用较细的砂时, 应经过严格的验证并辅助良好的施工措施方可使用。其含泥量、泥块含量、碱活性骨料对裂纹的影响及指标的控制同粗骨料控制一样, 应严格按照标准规定控制。
2.1.5 外加剂
泵送混凝土掺用的外加剂除应符合国家现行标准《混凝土外加剂》 (GB8076-2008) 、《混凝土外加剂应用技术规范》 (GB50119-2003) 、《混凝土泵送剂》 (JC473-2001) 、《预拌混凝土》 (GB/T14902-2003) 的有关规定。应侧重于验证外加剂、水泥、骨料、掺合料综合收缩性, 外加剂不同于其他材料其收缩性能必须经多种材料拌合验证其收缩性。
2.2 配合比原因
2.2.1 初拌混凝土温度控制
初拌混凝土温度受骨料温度、水泥温度等材料温度影响较大, 当初拌混凝土温度高导致入模温度高, 引起混凝土水化反应快导致混凝土温度应力增大, 从而容易引起温度裂纹;当冬季温度过低导致水化慢, 混凝土产生强度慢, 自身强度不足以抵消因失水而产生的干缩应力, 从而引起裂纹。根据现行规范规定冬季施工入模温度不得小于5℃, 夏季施工不得高于气温且不得大于35℃[4], 另考虑运输过程对入模温度的影响, 夏季混凝土出厂温度不得大于25℃、冬季混凝土出厂温度不得小于10℃。
2.2.2 混凝土早期强度低
部分商品混凝土企业在低标号混凝土中采用粉煤灰和矿粉双掺, 虽然其掺量早标准规定范围内, 其28天龄期强度也能达到设计要求, 但是在混凝土凝结初期尤其是在温度较低而空气较为干燥的时侯, 干缩应力极易大于混凝土自身抗拉能力, 从而产生干缩裂纹。在设计低标号混凝土配合比时, 除了考虑成本、28天龄期强度、水化热外还应考虑在不同季节混凝土早期凝结强度。
2.2.3 混凝土用水过大、过小
当用水量过大时, 混凝土结构表层形成一个由粉料、细骨料、自由水形成的薄弱层, 该薄弱层浆体多、强度低, 易产生收缩裂纹。当用水量过小时, 混凝土中本身自由水少, 表面水分蒸发形成干结而收缩, 下层混凝土保持原有体积结构从而形成收缩裂纹。在设计配合比时既要保证良好的和易性、强度, 又要考虑混凝土凝结过程中的收缩应力, 切忌追求片面指标。
2.3 结构原因
2.3.1 配筋率不足或配筋不合理
混凝土在钢筋混凝土结构中只承受压应力, 不承受拉应力或只承受少部分拉应力;当配筋率不足或配筋不合理时迫使混凝土承受过多的拉应力, 使钢筋混土受力特性发生改变从而导致混凝土破坏开裂。钢筋混凝土结构设计时应充分按照规范设计, 避免混凝土受过多的拉应力。
2.3.2 不均匀沉降
当地基或支架发生不均匀沉降时, 原有设计受力特性发生改变, 迫使部分混凝土承受过多拉应力, 使混凝土结构产生开裂。故在进行混凝土结构设计及施工过程中应充分考虑不均匀沉降, 并采取相应有效措施防止不均匀沉降的产生。
2.4 施工操作原因
2.4.1 未完全按照设计进行施工
在施工过程中存在未完全按照设计进行基础加固、未完全按照设计要求配筋、未完全按照施工要求进行支架施工、未按照设计要求制作后浇带, 导致钢筋混凝土结构受力特性发生改变, 其产生裂纹的原理同2.3是一样的。在施工过程中应严格按照设计进行规范施工。
2.4.2 施工组织不当
在施工过程中尤其是长梁和大面积梁板施工时, 由于施工组织不当, 先后浇筑的混凝土相隔时间过长形成冷缝, 改变了钢筋混凝土结构中的应力传递方式, 从而形成沿冷缝方向发展的裂纹。在施工过程中应充分考虑机械设备、人力、混凝土供应能力, 进行有效合理的施工组织, 避免施工冷缝的出现。
2.4.3 道路混凝土结构切缝时间过长
在道路混凝土施工过程中, 由于水泥混凝土是脆性建筑材料, 这种长细比较大的结构需进行切缝处理。一般规定为24小时内进行切缝工作, 但由于目前道路路面设计强度越来越高、施工要求坍落度较小、道路配比掺合料较少、部分地区气温较高, 早期强度较高;认为不必等到接近24小时龄期再进行切缝工作, 应视现场情况, 凡切缝时不引起崩边现象时就应及早进行切缝工作, 尽量避免由于强度提高脆性增大形成断板现象。
2.4.4 过振及漏振
过振容易形成表面浮浆过多, 从而形成较厚的薄弱层, 该薄弱层粗骨料几乎为零, 从而失去应有的嵌锁力较容易形成干缩裂纹。漏振使混凝土结构疏松、不密实, 导致混凝土结构收缩不均匀, 容易形成裂纹。在施工过程中应严格按照规范振捣, 避免过振和漏振。
2.4.5 抹面及养护不足
在施工过程中混凝土表面应至少两次以上的抹面修饰, 其目的在于消除因混凝土的沉降及干缩产生的非结构性裂纹;在具体施工过程中较多施工单位仅采取了一次或根本未进行有效有效的抹面措施, 仅用铝合金刮尺将表面找平而已, 这样混凝土表面就留下较多裂纹。同时很多施工单位养护措施不到位, 片面追求12小时后进行洒水养护, 使沉降及干缩裂纹任由其发展, 及有可能发展为贯穿性裂纹。在施工过程中应严格按照规范要求进行有效的二次抹面, 掌握好最后一次抹面的时间即初凝后接近终凝前。在进行最后一次抹面后应立即进行麻袋、薄膜覆盖养护, 采用洒水养护的应在最后一次抹面后半小时到一小时之间喷洒细小水花进行养护。
2.4.6 拆模过早
为片面提高模板使用效率存在过早拆除模板的现象, 在一些有负筋的结构, 过早的拆除模板会导致受压区混凝土强度混凝土为达到一定强度, 无法固定受拉区钢筋, 导致受拉区混凝土受拉引起变形产生裂纹。模板的拆除必须按照结构设计规定, 在混凝土结构达到一定强度后方可进行模板拆除。
2.5 环境原因
2.5.1 气温突然变低
在浇筑一些近似于大体积混凝土或长细比较大的高标号结构时, 由于不属于大体积结构未进行有效的温差控制, 气温突然降低10℃, 同原有温差叠加形成巨大的温差值, 使混凝土内部产生压应力, 表面产生拉应力, 表面的的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起裂纹。这其实和温度裂纹是一样的, 但往往由于来得突然, 做不到有效防御, 在浇筑近似于大体积混凝土或长细比较大的高标号结构时也应该做一定的施工组织, 采取一定的防护措施, 做到有备无患。
2.5.2 大风、天气干燥
大风、天气干燥主要影响混凝土表面失水速度, 失水失水速度过快需根据不同的情况采取相应的养护措施, 不要呆板的按照某一模式养护, 尤其是人工洒水养护更应视现场情况加强养护。
2.5.3 气温过高
在南方珠三角地区夏季施工很多时间气温是超过35℃, 气温过高必然导致失水速度快, 一些单位用水量小的高标号混凝土, 甚至出现浇筑后半小时表面已经干燥而产生干缩裂纹了。施工单位为了施工进度强行施工时, 应充分考虑施工环境, 采取有效的保湿措施, 尽量避免裂纹的出现。
3 结束语
以上是总结的出现裂纹的几个常见原因及预防措施, 在实际生产过程中, 由于外界条件的变化, 造成裂纹的原因往往不止这些。但只要我们从原材料质量开始把关认真的对待配合比设计、混凝土生产控制、施工过程的操作, 做到防微杜渐, 不断地从每一次施工中总结经验和教训, 就能将裂纹的可能性降到最低。
参考文献
[1]江礼华等主编.1中国国家发改委公布信息, 法律出版社, 2000年版, 第147页.
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[3]中国建筑工业出版社:《结构设计规范GB20010-2002》, 2002年版, 第17页.
应用振型识别叶片裂纹故障初探 篇5
给出了一种应用叶片的弯曲振型识别叶片裂纹的方法.假设叶片为无扭曲的矩形等截面悬臂梁,同时将裂纹看成沿叶宽等深度扩展的`开口裂纹,最后对应用该法检测叶片裂纹的可行性进行了探讨并提出了建议.
作 者：徐可君 陈华 江龙平Xu Kejun Chen Hua Jiang Longping 作者单位：海军航空技术学院航空机械系,青岛,266041 刊 名：推进技术 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF PROPULSION TECHNOLOGY 年，卷(期)： “”(5) 分类号：V232.4 关键词：航空发动机 叶片 裂纹 故障检测
混凝土裂纹成因分析 篇6
关键词：混凝土 裂纹成因
1 由荷载引起的裂缝
钢筋混凝土结构在常规静、动荷载及次应力作用下产生的裂缝称为荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝及次应力作用下产生的裂缝。由其自重或在外力作用下，由于结构物的实际工作状态同常规计算有出入，从而在某些部位引起较大的次应力导致结构开裂。
2 砼收缩引起的裂缝
混凝土在终凝前是由气相、固相、液相三相组成的假固体，其中尚有未水化的水泥颗粒，还需吸收周围水分，液、固相间的胶凝体，因水分散失，体积会缩水，引起收缩裂缝。混凝土收缩主要有塑性收缩、缩水收缩两种。塑性收缩发生在施工过程中，混凝土浇筑后约4-5h，此时水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现沁水和水分急剧蒸发，混凝土失水收缩，同时骨料因自重下沉，而此时砼尚未硬化，称为塑性收缩。而其中水量的多少与混凝土流态有很大关系，且仅发生在混凝土浇筑初期。在骨料下沉过程中若受到钢筋阻挡，便会形成沿钢筋方向的裂缝。缩水收缩（也称干缩）混凝土硬结后，随着表面层水分逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，称为缩水收缩。因混凝土表面水分损失快，内部水分损失慢，因此产生表面收缩大，内部收缩小，表面收缩变形受到内部砼的约束，致使表面混凝土承受拉力，当表面拉应力超过其抗拉极限强度时，便产生收缩裂缝。混凝土硬化后收缩主要就是缩水收缩。如配有钢筋，钢筋对混凝土收缩的约束比较明显，混凝土表面容易出现龟裂裂纹。
3 温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化时，混凝土将发生变形，若变形遇到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时，即产生温度裂缝，引起温度裂缝的主要因素有：①水化热。混凝土浇筑之后由于水泥水化放热集中，致使内部温度很高，而由于体积大散热缓慢，施工中采取的其它散热技术措施又不得当，内外温差太大，致使表面出现裂缝。②蒸气养护或冬季施工时措施不得当。采用蒸气养护或在冬季施工时所采取的技术措施不得当，升温降温速度过快，使混凝土骤冷骤热，结构内外温度不均，而出现裂缝。③施工时环境温度过高。高温下的混凝土强度随温度的升高而明显降低，钢筋与混凝土的粘结力也随之下降，由于受热，混凝土体内游离水大量蒸发也可产生急剧收缩而产生裂缝。④新旧混凝土接缝。新旧混凝土接缝处，沿接缝面中部易形成垂直方向开裂。新混凝土由于硬化时的水化热与已经硬化并冷却的旧混凝土之间有温差，另外由于旧混凝土龄期较长，收缩大部分已经完成，而新浇筑混凝土的收缩又受到旧混凝土的约束而产生裂缝，在浇筑混凝土时，其厚度较小面积较大部位尤为明显。
4 基础不均匀沉降引起的裂缝
由于基础坚向不均匀沉降或水平方向位移，使结构物中产生附加应力，超过结构物的抵抗能力，导致整个结构开裂。①地基不均匀沉降。地基地质差别较大，由上部荷载对地基土产生较大压力时，地基土由于压缩性能不同引起沉降不均。②结构荷载差异太大。在地质情况较均匀的情况下，各部分基础荷载差异太大时，也可能引起不均匀沉降。③新旧建筑之间引起的不均匀沉降。在原有建筑与新建建建筑连接时，或在旧有建筑加固或改造工程中，新建筑形成较大沉降。④地基冻胀，基础在冻层以上时，在低于零度的条件下，含水率较高的地基土因冰冻膨胀，一旦气温回升，冻土融化，地基出现下沉。
5 砼中钢筋锈蚀引起的裂缝
由于砼的碳化作用，使钢筋发生锈蚀，或由于氯化物浸入，引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋发生锈蚀，其锈蚀物体积比原来体积增长约几倍，从而对周围砼产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥落，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。另外由于锈蚀，使钢筋有效断面积减小，结构承载力下降，将会诱发其它形式的裂缝。
6 寒冷地区由冻胀引起的裂缝
大气温度低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水变成冰，体积膨胀，因面混凝土产生膨胀应力，同时混凝土胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土强度降低，并导致裂缝出现，温度低于零度和混凝土吸水饱和是发生冻胀破坏的必要条件。当混凝土中骨料空隙多，吸水性强，骨料中含泥土等杂质过多，水灰比偏大，振捣不密实，养护不良，使混凝土早期受冻等，均可导致混凝土产生浇灌胀裂缝。
7 砼原材料质量引起的裂缝
混凝土原材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。使用不合格水泥出现早期不规则的裂缝；砂石含泥量过大，使砼干燥时产生不规则的网状裂缝；在潮湿的地方，骨料中含有酸性硅化物质与水泥中的碱性物质发生水硅反应生成膨胀的胶质，吸水后造成局部膨胀和拉应力，构件就会产生爆裂状裂缝；拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时引起钢筋锈蚀，从而产生裂缝。
8 施工工艺引起的裂缝
在结构施工过程中，由于施工工艺不合理，可能产生各种形式的裂缝。①施工中，钢筋位置发生变化，导致构件的受压区有效高度减小，降低结构护弯承载能力，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝；②混凝土振捣不密实，出现蜂窝，麻面或空洞，导致钢筋锈蚀或形成其它荷载裂缝的起源点；③混凝土搅拌，运输时间过长，水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土表面出现不规则的收缩裂缝；④混凝土初期养护不好，致使其表面急剧干燥，使得混凝土与大气接触而出现不规则的收缩裂缝；⑤增加水和水泥用量，或水灰比较大，导致砼凝结硬化时收缩量增加，砼表面出现不规则裂缝；⑥混凝土分层或分段浇筑时，接头位置处理不好，在新旧混凝土的施工缝之间出现裂缝；⑦混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象；⑧基础发生沉降，或支架刚度不够，或未按要求进行荷载预压或预压荷载不足，浇筑混凝土后，支架发生不均匀下沉，导致砼出现裂缝。⑨使用外加剂过度提高混凝土早期强度，致使水泥水化热集中在早期的很短时间内，产生温度裂缝；⑩预应力砼施工过程中，以提高混凝土强度等级来弥补设计要求的张拉或放张控制强度，使得砼在龄期很短的情况下承受较大的荷载；11由于混凝土坍落度过大，表面出现水泥浮浆而产生龟裂。
扩展有限元法计算裂纹问题的研究 篇7
作为一种基于单位分解思想的不连续场加强方法,EFEM可方便模拟像裂纹这样的强不连续问题,通过在常规有限元位移模式中加进一些特殊的函数,即跳跃函数和渐进裂尖位移场函数,从而模拟加强部分的位移。目前国内学术界关于XFEM的理论研究还处于初步阶段,其工程应用有待进一步的深入。
国外的XFEM研究主要集中在美国西北大学的Belytschko教授领导的课题组以及与之相关的合作单位与个人,包括Dolbow,Sukumar,Prevost,Huang,Moes等,他们的研究主要也还在理论研究以及对一些简单的力学模型进行分析的阶段,可以预见,随着XFEM理论方法的成熟,它将广泛应用于工程结构,特别在包含不连续、非均匀与多相介质的固流耦合分析中将有广阔的应用前景。限于篇幅,本文主要讨论扩展有限元法的理论基础单位分解法,并就其在裂纹问题中的应用进行了探索。
1 单位分解法(PUM)
有限单元和无网格形函数形成一个单位分解,这个认识导致单位分解法的发展。Melenk和Babuska[2]采用改进有限元形状函数实现单位分解法,而Duarte和Oden[3]则采用移动最小二乘法来实现。文献[4]中,Sukumar应用单位分解法得出二维裂纹位移模式。单位分解有限元法(PUFEM)是一种广义标准伽辽金有限元法,对无网格方法和在p-适应改进有限元方法中有显著的改进与优势。单位分解法是扩展有限元法的一个思想来源,含不连续函数的单位分解法在模拟二维和三维裂纹生长时的一个显著优点是不需要重新网格划分,单位分解框架内的裂纹建模与网格划分更加灵活。对含裂纹模型,XFEM通过改进经典有限元的形状函数以实现位移逼近,在裂纹面和裂尖所在单元的节点增加附加自由度。
2 裂纹边界的改进函数
对于裂纹边界的不连续问题,扩展有限元法通过在位移模式中引入不连续插值函数,从而避免常规有限元法过程在几何不连续问题上复杂的网格划分,XFEM是通过引入不连续的广义Heaviside函数H来实现的,在裂纹上方区域H取+1,下方H取-1:
其中,x为样点,也叫高斯点;x*为裂纹上最靠近x的点;n为x*向外的单位法向量。为此考虑在空间Ω=Ω1∪Ω2=(-1,0)∪(0,1)上一个简单的一维拉普拉斯问题,如图1所示,在x=0处,u发生不连续跳跃至u=1。边界条件是在Ω1上u(x)=0,在Ω2上u(x)=1。我们把该区域划分为5个节点,并用一个Ω2在和0上不连续函数改进中间节点,因为一个不连续函数插入了试探空间,可以恢复如图1所示的精确解。一般形状函数支持不连续的点或面交叉的节点需要改进。
为了给裂尖建模,同时也为了改进对断裂计算时裂纹尖端场的描述,包含裂纹尖端的单元使用了裂尖改进函数。裂尖改进包含二维渐进裂尖位移场径向与角向性质的函数。使用裂纹尖端函数为了以下两个主要目的:
1)如果裂纹在一个单元内部终止,那么Heaviside函数改进裂尖单元是不精确的。这种情形下,裂纹可以延伸出去直到裂尖到达单元的边界,裂尖改进函数使得裂纹正好在裂纹尖端的位置终止,因此建模时就要使用这些函数。
2)线弹性渐进裂尖场具有裂尖附近的行为因而可作为合适的改进函数,而且还可以使相对粗略划分的二维或三维有限元网格比较精确。
3 裂纹尖端处的改进函数
使用单位分解改进的矢量函数u逼近的一般形式为[2]:
其中,NI为有限元形状函数;Ψα为改进函数;a
∑INI(x)=1 (3)
在方程(2)中,有限元空间是改进空间(ΨI=1;Ψα=0,α≠1,也叫扩展空间)的一个子空间。
各向同性线弹性材料的裂纹尖端改进函数为:
其中,r,θ均为裂纹尖端局部坐标系的极坐标。注意到式(4)第一个函数是穿过裂纹的不连续函数。
对二维裂纹模型,改进位移逼近函数可写成:
其中,uI为有限元解连续部分的节点位移矢量;aI为Heaviside不连续函数相关的节点改进自由度矢量;b
NΓ内的任何节点,其节点形状函数被裂纹完全划割为不相连的两块。对如图2所示的一个特定的节点nI,如果被划割后的一块比另一块小得多,那么用来改进的广义Heaviside函数几乎是一个连续量,这将导致一个病态的刚度矩阵。因此,这种情况下,节点nI与集合NΛ无关。NΛ内的节点夹杂的面积准则是这样的:裂纹以上的面积为Aaboveω,裂纹以下的面积为Abelowω,取Aaboveω+Abelowω=Aω。如果两个比值Aaboveω/Aω与Abelowω/Aω中的一个小于一个预先给定值,这个节点与集合NΛ无关。
4 奇异性指数
裂纹尖端函数的确定并不局限于各向同性材料。考虑一个界面处含正交裂纹的二相复合材料,该问题的裂尖附近渐近场已有许多研究。两种弹性材料间的弹性错配由Dundurs参数来表征:
其中,μi,vi分别为材料i(i=1,2)剪切模量和泊松比。
二相复合材料平面应变裂纹尖端附近渐近位移场取如下形式[5]:
ui(r,θ)=r1-λ{aisinλθ+bicosλθ+cisin(λ-2)θ+dicos(λ-2)θ} (7)
其中,λ(0<λ<1)为应力奇异性指数,是一个关于Dundurs参数的函数,由如下的超越方程的根给出[6]:
λ的值是关于α和β的函数,对于没有错配的情况(α=β=0),应力奇异性就蜕变成一般的均匀线弹性材料
5 结语
XFEM相对传统有限元具有明显的优点,不连续面(如裂缝、两种不同材料间的接触面、软弱面等)与有限元网格无关,这样既方便了前处理,也便于计算,不需由于不连续面的变化而改变计算网格。XFEM 法具有广阔的应用前景,可以应用于剪切带的模拟、不同介质间接触问题、裂缝扩展问题、不连续介质(如节理岩体)的数值模拟等。
本文回顾了XFEM的发展概况,阐述了XFEM法的理论来源,分析了构成XFEM理论来源的单位分解法,并对改进函数与改进节点的选择等关键技术进行研究,为进一步研究奠定了基础。
参考文献
[1]李录贤,王铁军.扩展有限元法(XFEM)及其应用[J].力学进展,2005,35(1):5-20.
[2]Melenk,J.M.,Babuska,I..The partition of unity finite ele-ment method:basic theory and applications[J].ComputerMethods in Applied Mechanics and Engineering,1996(2):139,289-314.
[3]Duarte,C.A.,Oden,J.T..An H-p adaptive method usingclouds[J].Computer Methods in Applied Mechanics and Engi-neering,1996(3):139,237-262.
[4]Sukumar,N..Meshless Methods and the Partition of Unity Fi-nite Elements[EB/OL].URL:http://dilbert.engr.ucdavis.edu/-suku.
[5]Chen,D.H..A crack normal to and terminating at a bimaterialinterface[J].Engineering Fracture Mechanics,1994,49(4):517-532.
裂纹问题 篇8
一、锅炉压力容器压力管道的常见裂纹问题
(一) 焊接裂纹
通常在锅炉生产制造过程中容易产生焊接裂纹。现代锅炉和压力容器是使用特定的金属板卷制焊接而成的。因此, 在生产制造锅炉和压力容器的过程中焊接裂纹是很难避免的。一般来说, 这种裂纹是由于高温作用而产生的热裂纹。
金属材料在经过较长的焊接冷却过程之后就会形成焊接冷裂纹。焊接冷裂纹产生的主要原因是有溶解的氢元素存在于焊接冷却的金相组织之中。氢的溶解度会根据不同的物质环境而不同, 在焊缝的金属开始冷却的时候, 金相组织中的奥氏体向铁向体转变, 焊缝受到氢元素的影响而聚集, 在冷却的不断进行中, 氢裂痕就发展为焊接冷裂纹。
(二) 腐蚀裂纹
部件在应力和腐蚀介质二者的作用下产生的开裂问题被称作应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹一般发生在汽水管道、集箱管座等区域。奥氏体不锈钢最容易发生应力腐蚀, 特别是在汽水介质的情况下即使微小的应力作用都很容易发生应力腐蚀开裂。而发生开裂的原因大多数为冷加工变形、振动和残余应力的作用。应力腐蚀裂纹多数都是与张应力成90度直角的, 奥氏体不锈钢的裂纹的形状多数为落叶后的树枝, 不仅尾短细尖, 而且具有分支的形态。一般情况下, 火电厂汽水管道应力腐蚀开裂多数在弯管内壁中性层区发生, 这种开裂的发生多数是由于腐蚀过程中受到局部腐蚀。这种裂纹一般是在弯管中性层区发生且表现为群状, 其延伸多是带状沿轴变化的, 其裂缝相对来说长度短开口宽数量多。从微观来看, 应力腐蚀裂纹多表现为“之”字形且具有分支的特点, 而且还存在由外表面向内扩展的特点。
(三) 疲劳裂纹
机械疲劳裂纹大多数发生在压力容器压力管道表面应变相对集中的地方。一般来说, 机械疲劳裂纹形状基本为直线形, 裂纹刚出现的初期长度较小范围也较短, 随着时间的推移, 裂纹是隧道式向内进行变化的。到了裂纹的中间阶段, 裂纹开始以直线式向前稳定扩展。到了裂纹的后期阶段, 裂纹变化的速度不断增加, 甚至有时会在部件一侧出现切向扩展的情况。随着机械疲劳裂纹的发展, 此部位更容易出现腐蚀疲劳裂纹, 这两种疲劳裂纹在发生部位上具有一定规律性、特定性, 反射应力集中部位则都是机械疲劳裂纹开始的部位, 随着时间的推移逐渐法阵, 在初始阶段具有隐秘性和发展缓慢性特点。
由于对裂纹有直接影响的因素较多, 机械疲劳裂纹的情况比一般裂纹更加复杂。机械疲劳裂纹发生的地方一般没有明显的脆性开裂, 裂纹相对弯曲程度较高。另外, 机械疲劳裂纹的开口较大, 且在开口的区域存在粘结坑, 尾端锐利, 但两侧不存在较大的深度无明显弯曲。
热疲劳是指金属材料经过不断地低于拉伸强度极限的热交变应力的作用下逐渐发展的瞬间断裂现象。一般来说, 火电厂的喷水减温器、蒸汽管道的压力表管座、疏水管座、排汽管管座及汽包、集箱上非保护性结构管座等构件处容易发生热疲劳损伤现象。
从宏观的角度来看, 热疲劳裂纹多数发生在部件表面热应变最大的地方。热疲劳裂纹的起因主要是部件一些部位应变相对集中和连续性较差。热疲劳裂纹的初始形态多数为一条主裂纹伴随着多条其他裂纹的情况。高温蒸汽管道内壁产生的热疲劳裂纹的形态以网状分布为主, 通常其主裂纹是沿轴发展的, 但也存在由于应力太大而使其向四周发展的情况。热疲劳裂纹的宏观形态多数表现为宽度较大有细小缺口, 表面有线状痕迹。
从微观的角度来看, 热疲劳裂纹的扩展跳跃性强, 时而宽时而窄, 时而出现分支现象, 时而出现二次开裂问题, 其变化没有一定的规律性。另外, 热疲劳裂纹的扩展也是随着情况不同而不同, 在低于蠕变温度的情况下穿晶扩展, 在高于蠕变温度的情况下混合扩展。
二、锅炉压力容器压力管道的常见裂纹问题的应对措施
锅炉压力容器压力管道的常见裂纹的预防和处理问题十分重要, 该问题的有效应对措施主要包括以下两方面:
第一, 合理控制设备的生产原料和制造过程。
在生产进行之前, 要仔细检查和核对原材料的质量是否符合行业标准, 做好生产的事前准备工作。如果发现其中存在和要求不符的材料要及时对其进行修正或更换, 保证锅炉压力容器的基本质量。
在生产过程中, 要严格对设计图纸和制作工艺进行把关, 保证其比例和各项指标符合规定, 锅炉压力容器属于高危设备, 必须保证其安全和稳定。另外, 相关人员对生产技术和具体程序的相关细节都要进行认真的审核, 从而合理避免不必要的裂纹问题, 并保证生产安全。
另外, 还要对相关工作人员的技术水平进行严格要求, 因为其操作的正确与否直接关系着锅炉压力容器压力管道的裂纹问题发生的概率。同时, 相关操作人员需努力提高其技术水平并严格按照规范进行操作, 从而有效防治裂纹问题的产生和发展。
第二, 设置合理质量检验程序并做好原材料和设备的检验工作。
锅炉压力容器已经成为当今工业生产和人民生活必不可少的设备。由于其存在一定的危险性, 因此, 在实际的生产生活使用中, 对于其安全隐患问题一定要引起高度重视。而做好企业原材料和设备的检验工作并设置合理的质量检验程序对于降低其危险性保障人们生产生活的安全具有十分重要的意义。
在锅炉压力容器压力管道的实际制造过程中, 需根据其具体的质量检验的标准和要求来进行, 主要检验对象有:原材料、实际生产过程以及压力管道产品等。锅炉压力容器压力管道原材料的质量过关与否直接关系着锅炉压力容器压力管道的成品是否能够达到所需标准。因此, 对原材料的质量检验是最重要的基本工作。同时, 在原材料质量得到保证的基础上有效合理地对生产过程进行质量检验是保证最终设备质量的第二个重要程序。生产制造过程的质量检验需要从细节处进行关注, 因此, 这就需要合理设置质量检验的相关程序。合理设置质量检验的具体程序可以从最基础的环节开始控制和避免裂纹问题的产生和发展。另外, 在实际过程中, 还要对相关的质量检验人员的具体操作根据行业标准进行详细的规范性要求。
结语
本文对锅炉压力容器压力管道的常见裂纹问题进行了具体阐述, 并对如何预防和处理锅炉压力容器压力管道的常见裂纹问题进行了分析和探讨。锅炉压力容器压力管道在我国工业生产和实际生活中的应用范围越来越广, 因此, 做好锅炉压力容器压力管道的常见裂纹问题的防治工作是十分重要的。在今后的生产生活中, 相关企业和工作人员仍需进一步加强对锅炉压力容器压力管道裂纹的预防和管理。
摘要：我国经济的不断发展带动了工业经济进步, 同时, 相关企业和单位对锅炉压力容器压力管道的运行要求也在不断提高。锅炉压力容器和压力管道难免在长期的运行过程中出现问题, 在实际生产中, 最常见的问题就是裂纹问题。而锅炉压力容器压力管道的裂纹问题对设备的保养和使用期限都有一定的不良影响, 同时也会导致企业承受一些不必要的损失。可见, 有效减少裂纹问题和合理解决裂纹问题对锅炉压力容器压力管道的长期运行具有重要意义。本文结合实际阐述了锅炉压力容器压力管道检验中的常见裂纹问题并对其预防和处理措施进行探讨。
关键词：锅炉压力容器,压力管道,裂纹问题
参考文献
[1]项智.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题[J].石油和化工设备, 2011 (10) :51-53.
[2]李红艳.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题研究[J].黑龙江科技信息, 2013 (14) :14.
[3]韩晶.浅析锅炉压力容器压力管道检验的裂纹问题[J].内蒙古石油化工, 2016 (Z1) :69-70.
[4]谢柳浩.锅炉压力容器压力管道检验中的裂纹问题[J].科技创新与应用, 2014 (23) :118.
浅论焊接裂纹 篇9
1 热裂纹
1.1 热裂纹的特征
热裂纹是焊接过程中, 焊缝和热影响区金属冷却到固相线附近高温区产生的裂纹。热裂纹多贯穿在焊缝表面, 并且断口被氧化, 呈氧化色。一般热裂纹宽度约为0.05~0.5mm, 末端略呈圆形;热裂纹大多产生在焊缝中, 有时也出现在热影响区;热裂纹的微观特征一般是沿晶界开裂, 所以又称晶间裂纹。
1.2 热裂纹产生的原因
由于焊接过程是一个局部加热的过程, 焊接熔池在结晶过程中存在着偏析现象, 偏析出的物质多为低熔点共晶体和杂质。在开始冷却结晶时, 晶粒刚生成, 液态金属比较多, 流动性比较好, 可以在晶粒间自由流动, 而在焊接拉应力造成的晶粒间的间隙都能被液态金属填满, 所以不会产生热裂纹。当温度继续下降, 柱状晶体继续生长。由于低熔点共晶体的熔点低, 往往是最后结晶, 在晶界以“液体夹层”形式存在, 这时焊接应力已增大, 被拉开的“液体夹层”产生的间隙已没有足够的低熔点液体金属来填充, 因而就形成了裂纹。如果没有低熔点共晶体存在, 或者数量很少, 则晶粒与晶粒之间的结合比较牢固, 虽然有拉应力作用, 仍不会产生裂纹。由此可见, 拉应力是产生热裂纹的外因, 晶界上的低熔点共晶体是产生热裂纹的内因, 拉应力作用在低熔点共晶体处的晶界上而造成裂纹。
1.3 防止热裂纹的措施
1) 降低母材和焊丝的含硫量。对碳钢和低合金钢来说, 含硫量应不大于0.025~0.045%;对于焊丝来说, 含硫量一般不大于0.03%;焊接高合金钢用的焊丝, 其含硫量则不大于0.02%。2) 降低焊缝的含碳量。通过实践得知, 当焊缝金属的含碳量小于0.15%时, 产生裂纹的倾向就小。3) 提高焊丝的含锰量。锰能与Fe S作用生成Mn S。Mn S的熔点比较高, 不会与其他元素形成低熔点共晶体, 所以可降低硫的有害作用。一般在含锰量低于2.5%时, 锰均可以起到有益的作用。4) 加变质剂。在焊缝中加入钛、铝、锆、硼或稀土金属铈和镧等变质剂可起到细化晶粒的作用, 有利于消除热裂纹。5) 形成双向组织。如铬镍奥氏体不锈钢焊接时, 当焊缝形成奥氏体加铁素体 (<5%) 的双向组织时, 不仅打乱了奥氏体相的方向性、使焊缝组织变细, 而且提高了焊缝的抗裂性能。6) 采用适当的工艺措施。如选用合理的成形系数;选择合理的焊接顺序和焊接方向, 对焊件采用焊前预热和焊后缓冷也可以有效地减小焊接应力, 防止热裂纹的产生。采用多层多道焊, 避免偏析集中在焊缝中心, 防止中心线裂纹。7) 采用碱性焊条和焊剂。由于碱性焊条和焊剂脱硫能力强, 脱硫效果好, 抗热裂性好, 生产中对热裂纹倾向较大的钢材, 一般都采用碱性焊条和焊剂进行焊接。
2 冷裂纹
2.1 冷裂纹的特征
冷裂纹是焊接接头冷却到较低温度时产生的裂纹。冷裂纹和热裂纹不同, 冷裂纹可以在焊后立即出现, 也可以延迟几小时、几周, 甚至更长的时间以后产生, 所以冷裂纹又称为延迟裂纹。冷裂纹大多产生在母材或母材与焊缝交界的熔合线上, 冷裂纹一般为穿晶裂纹。冷裂纹有焊道下冷裂纹、焊趾冷裂纹和焊根冷裂纹三种形式。
2.2 冷裂纹产生的原因
冷裂纹主要发生在中碳钢、高碳钢、低合金或中合金高强度钢中。产生冷裂纹的主要原因有三个:即钢的淬硬倾向;焊接应力;较多的氢的存在和聚集。这三个因素共同存在时, 就容易产生裂纹。一般钢的淬硬倾向越大, 焊接应力越大, 氢的聚集越多, 越易产生冷裂纹。在许多情况下, 氢是诱发冷裂纹的最活跃的因素。在焊接过程中, 高温的焊缝金属中存在较多的氢, 由于焊缝金属含碳量通常较母材低, 从铁碳合金相图可知, 冷却时焊缝金属较热影响区先发生相变, 由奥氏体转变为铁素体、珠光体等。由于氢在奥氏体中的溶解度较铁素体大, 所以相变时, 氢的溶解度突然降低, 氢就会迅速从焊缝越过熔合线向热影响区扩散, 又由于氢在奥氏体中的扩散速度较小, 因此, 氢不能很快扩散到距熔合线较远的母材中去, 而在熔合线附近形成富氢带。在随后的冷却过程中, 热影响区的奥氏体转变为马氏体, 氢便以饱和状态存在于马氏体中, 当热影响区存在显微缺陷时, 氢便会在这些缺陷处聚集, 并由原子状态转变为分子状态, 造成很大的局部应力, 再加上焊接应力的作用, 促使显微缺陷扩大, 从而形成裂纹。总之, 氢、淬硬组织和应力这三个因素是导致冷裂纹的主要原因, 在不同的情况下, 三者中有一种是主导的因素。例如一般低碳低合金高强度钢中, 虽有高的淬透性, 但低碳马氏体组织对氢的敏感性不十分大, 可是当氢含量达到一定数值时, 仍产生了裂纹, 此时冷裂纹的主要原因是氢。对于中碳高强度合金钢, 具有高的淬硬性, 而淬硬组织有高的氢脆敏感性, 此时的主要原因为淬硬组织。有如当焊根有未焊透或咬边等缺陷, 以及余高截面变化很大, 存在较高的应力集中区, 则应力就成为主要因素。
2.3 防止冷裂纹的措施
1) 焊条焊剂应严格按规定进行烘干, 随用随取。保护气体控制其纯度, 严格清理焊丝和工件坡口两侧的油污、铁锈、水分, 控制环境湿度等。2) 合理选用焊接材料。选用碱性低氢型焊条, 可减少带入焊缝中的氢。采用不锈钢或奥氏体镍基合金材料做焊丝和焊芯, 因为在焊接高强度钢时, 这些合金的塑性较好, 可抵消马氏体转变时造成的一部分应力, 而且这类合金均为奥氏体, 氢在其中的溶解度高, 扩散速度慢, 使氢不易向热影响区扩散和聚集。3) 改善焊缝金属的性能, 加入某些合金元素以提高焊缝金属的塑性, 例如使用新结507Mn V焊条, 可提高焊缝金属的抗裂性能。此外, 采用奥氏体组织的焊条焊接某些淬硬倾向较大的低合金高强度钢, 可有效地避免冷裂纹的产生。4) 选用合理的装焊顺序。合理的装焊顺序、焊接方向, 可以改善焊件的应力状态, 降低焊接应力。5) 正确地选择焊接工艺参数, 采取预热、缓冷、后热以及焊后热处理等工艺措施, 以改善焊缝及热影响区组织、去氢和消除焊接应力。
参考文献
[1]焊工工艺学.
[2]焊工工艺与技能.
[3]焊工工艺与技能训练.
浅谈磨削裂纹 篇10
1原因分析
(1) 裂纹基本形态
对所有磨裂齿面进行磁粉探伤检查, 发现裂纹呈线状分布, 主要有以下3种形式:①裂纹自齿顶沿齿高呈短线型分布或长短线交替型分布, 长度在1～6 mm之间, 如图1 (a) 所示;②裂纹在节圆上部沿齿呈短线型分布, 如图1 (b) 所示;③裂纹自齿顶至节圆上部呈碎密的网状分布, 如图1 (c) 所示。
(2) 磨削裂纹的一般特征
磨削裂纹与热处理裂纹 (淬火裂纹) 及原材料裂纹相比较, 具有较浅、裂纹细短而密集的特点, 在裂纹周围往往伴随磨削退火造成的表面烧伤。磨削裂纹常见有3种形态:垂直磨削方向、平行磨削方向和网状龟裂状。
淬火裂纹较粗且直, 尾部细, 开口处较宽, 裂纹断面呈氧化色, 与砂轮的磨削方向无关。而淬火前原材料裂纹或锻压裂纹粗且深, 断口呈严重的氧化色。
齿轮磨削裂纹的检查可通过探伤机检查和磨削齿面烧伤检查等形式来进行。对于齿面较为粗大的裂纹一般可用肉眼直接观察, 其裂纹大都垂直于齿轮磨削方向, 且较短, 但成形磨齿机产生的磨削裂纹呈现出长度较长、深度较深的特性。对于无法用肉眼观察的细小裂纹可以通过磁粉探伤和烧伤检测两种方式加以辨别, 其中烧伤检测可准确辨别出裂纹产生部位的磨削烧伤状。一般磨削裂纹都是由于局部热应力过大, 产生较大的拉应力而导致裂纹, 经烧伤检测可看出裂纹部位呈严重的烧伤痕迹。另外, 对齿面裂纹部位进行酸腐蚀检查也是一种可靠的检测方法。
(3) 磨齿过程中诱发磨削裂纹的几种原因
①磨削量大:
切削参数选择不当, 造成磨削量大;热处理变形大, 机床找点未找到齿轮变形最大点, 当磨削到该最大点时, 磨削量突然加大, 造成磨削裂纹。
②砂轮散热性差:
砂轮本身散热性差;齿轮表面太脏, 磨削时影响砂轮表面散热;砂轮磨削时修整不及时。
③冷却不充分:
冷却时喷油角度、高度、油喷位置存在问题。
④齿轮自身内应力大:
齿轮回火不充分, 内应力未消除;齿面硬度偏高。
(4) 磨削裂纹产生的理论分析
磨削裂纹是磨削时产生的拉应力超过了金属的抗拉强度而引起的表面断裂, 而拉应力由磨削时的热应力和组织应力等组成。磨削时, 砂轮表面的磨粒在工件表面受到高速挤压、刮削、滑擦, 使磨削区产生很高的瞬时温度 (可达1000℃以上) , 从而在表面造成热应力, 在升温时呈压应力, 而在冷却时表现为拉应力。
一切影响金属磨削温度及冷却过程的因素都影响着热应力的大小, 如材料性质、砂轮特性、切削用量、冷却润滑条件等。在磨削温度变化的同时, 磨削区的金相组织也相应地发生变化, 马氏体发生局部分解, 比容减少, 产生拉应力, 这种拉应力与热处理后的残余应力相叠加而形成了磨削裂纹。
2预防措施
(1) 切削参数调整。
齿轮粗、精磨时采用合理的切削参数, 防止因切削用量过大使表面烧伤而裂, 在加工过程中应随时观察, 发现裂纹或有裂纹倾向时, 应及时对切削参数进行调整。减小进刀量, 降低冲程速度等参数都可以取得良好的效果。另外在参数调整的同时, 根据裂纹部位检查左右齿面砂轮、金刚石状况和砂轮修整情况也较为关键。如果金刚石不锋利或砂轮未能很好地进行修整会导致局部磨削量过大, 砂轮未修整好也会使磨削过程中的挤压、拉伤情况加重, 导致齿轮局部热量过大, 大大增加裂纹产生的几率。砂轮和金刚石的检查与调整也是防止裂纹发生的重要因素。
(2) 增加磨前找点数。
增加找点数主要是在切削时能够准确掌握齿轮变形等情况, 防止因齿轮变形过大造成局部齿磨量过大, 产生裂纹。
(3) 砂轮的选择。
砂轮的选用也是预防磨削裂纹发生的重要因素。对于渗碳淬火齿轮, 由于表面硬度高, 表面氧化皮较多等客观因素, 砂轮选用也是一个关键。一般采用大气孔、较软的砂轮进行磨削, 减少砂轮气孔堵塞, 增强砂轮的脱粒, 在一定程度上可增强砂轮磨削时的散热性能, 降低磨削时发生裂纹的可能性。
(4) 齿轮表面处理。
出现磨削裂纹的齿轮主要是渗碳淬火齿轮。渗碳淬火齿轮齿面经喷丸处理后应无硝盐、氧化皮、磨削砂粒等杂物, 以免影响砂轮散热性能, 致使磨削时齿面热量聚集, 造成齿面磨削裂纹。
(5) 砂轮修整频次调整。
由于砂轮脱粒和粉尘可能会造成砂轮表面钝化、砂轮散热性因气孔堵塞降低等, 因此, 砂轮应及时修整, 以保证磨削刃的锋利, 不致产生大量的磨削热。另外也可清除砂轮表面堵塞气孔的杂质, 提高散热性能。
(6) 齿轮二次回火或降低硬度。
齿轮热处理后回火是为了消除内部应力, 但由于回火不充分可能使齿轮内部残存较大的应力, 磨削过程中内应力在磨削热量增加的情况下加速了裂纹产生的趋势。二次回火可以较好地消除内应力, 避免因热应力产生裂纹。另外, 降低齿轮表面硬度也可以减少磨削热量, 从而在一定程度上减小裂纹产生的几率。
3结论
金属材料应力腐蚀裂纹的探讨 篇11
关键词 金属材料；应力腐蚀；裂纹
中图分类号：TG111.91 文献标识码：B 文章编号：1671-489X（2013）06-0131-02
1 应力腐蚀概论
应力腐蚀指的是金属材料或结构处于静载拉应力与一定的腐蚀环境一起作用下所导致发生的脆性破裂。
1.1 金属材料应力腐蚀裂纹
金属材料于一定的腐蚀环境中，被应力作用，因着金属本身微观径路在设限范围内产生腐蚀而呈现裂纹的现象称应力腐蚀裂纹。应力腐蚀裂纹的特征是金属外表为脆性机械断裂。裂纹只产生于金属的部分区域，由内向外发展，通常是与作用力保持垂直状态。金属材料应力腐蚀裂纹同简单因应力导致的破坏不一样，其腐蚀在极其微弱的应力条件下也可以产生；金属材料应力腐蚀裂纹同单一因腐蚀造成的破坏也不一样，其腐蚀性最为微弱的介质也可以导致腐蚀裂纹。而处于严重的全面腐蚀状况下，则不易发生应力腐蚀裂纹现象。应力腐蚀外表没有变化，裂纹发展速度极快并且很难意料，因此可以说是一种具有极大危害性的破坏形式。它的破坏往往是无法意料的，就发展速度而言，能够达到孔蚀的数百万倍。导致设备发生渗漏现象及至爆炸，是所有腐蚀形态中最具危害的一种。
1.2 氢脆理论
依据裂纹发展阶段的电化学反应，可将应力腐蚀划分成阳极和阴极两个反应敏感型。具体说明：1）应力腐蚀阳极反应敏感指的是此类应力腐蚀裂纹的产生与发展阶段都是受裂纹处金属的阳极溶解制约的，裂纹的发展快慢也是由金属阳极溶解的快慢决定；2）应力腐蚀阴极反应敏感指的是此类应反应阶段中因阴极吸氢而导致的脆性破坏，其也称之为氢脆型应力腐蚀。而氢脆裂纹指的是金属材料在应力作用下，因为腐蚀反应所产生的氢为金属所吸收出现氢蚀脆化导致的裂纹。
金属材料并非是在各种腐蚀环境中均出现应力腐蚀裂纹。不同的金属材料的应力腐蚀均需一定的腐蚀环境。因各金属材料适用范围的逐渐扩大，腐蚀环境的类型也呈现数量增加的趋势[1]。
2 金属材料发生应力腐蚀的特征
通常所讲的应力腐蚀，即阳极反应敏感应力腐蚀。对于金属材料发生应力腐蚀的特征，可从4个方面来加以说明。
2.1 金属材料发生应力腐蚀裂纹必须是拉应力
只有处于应力（特别是拉应力）的状态下，才会发生应力腐蚀裂纹。发生应力腐蚀的应力属于其中的静态部分，它既可能是外加载荷或者装配力（包括拧螺栓、胀接力等）引发的应力，也可能是构件在制造、热处理、焊接等加工阶段中发生的内应力。不论来源怎样，造成应力腐蚀裂纹的应力一定包含拉伸应力的成分，压缩应力是不能引发应力腐蚀裂纹的。而且，此种应力往往是很轻微的，若不是在腐蚀环境条件中，此弱小的应力是不能够让构件产生机械性破坏的。促成破坏的应力值要依据材料、腐蚀介质等实际情况来定[2]。
2.2 促成一定金属材料产生应力腐蚀的环境介质是特定的
发生应力腐蚀的材料与介质并非任意的，只在两者处于某种组合时才能产生应力腐蚀。引发一般钢应力腐蚀的腐蚀介质包括的溶液有：氢氧化物；含有硝酸、碳酸盐、硫化氢的水；海水，硫酸与硝酸混合；融化的锌、锂；热状态的三氯化铁；液体氨。引发奥氏体不锈钢应力腐蚀介质包括的溶液有：具有酸性、中性的氯化物；海水；热融的氯化物；热状态的氟化物、氢氧化物[3]。
2.3 金属材料
通常极纯的金属不会发生应力腐蚀破坏，只是处于合金或者包含杂质的金属中才能够产生。因为金属材料与腐蚀环境互相作用的状况不尽相同，金属材料应力腐蚀裂纹也都不尽相同。裂纹或沿晶粒边缘发生；或延伸到晶粒内部而又明显分枝；裂纹或与晶粒边缘、晶粒内部都没有关系。
2.4 破坏过程
金属材料应力腐蚀裂纹，往往在没有意料的状况下突然产生，因此危害性非常大。具体表现为3个阶段：1）孕育阶段，系金属材料在应力腐蚀裂纹发生之前的时段，也是裂纹的成核前的准备时段；2）裂纹稳定发展阶段，在金属材料应力与腐蚀介质的互相作用下，裂纹渐渐发展时段；3）裂纹缺少稳发展阶段，此为最终的机械性破坏。此外，金属材料的应力腐蚀裂纹还具有一个特性——金属的裂纹同其自身厚度无关。
3 影响金属材料应力腐蚀裂纹的因素
3.1 环境方面
奥氏体不锈钢针对卤化物元素比较敏感。同理，有些铜合金针对含氨的环境也敏感。奥氏体不锈钢原本针对氯化物发生应力腐蚀十分敏感，可氯或者卤素离子并非唯一的决断因素，发生SCC还应当有氧存在。从对加铌的18-8不锈钢分析中得出结论，只需其中拥有百万分之几的氧就可以与氯化物一同促成应力腐蚀。奥氏体不锈钢于沸腾的MgCl2溶液内，唯氮浓度超出500×10-6才出现SCC；若氮浓度低于500×10-6时，就不产生应力腐蚀。溶液的pH值针对金属材料应力腐蚀的敏感性也具有非常大的影响[4]。
3.2 力学方面
通过对高强度铝合金7075-T6板材实验，若顺着轧制方向取样板实施拉伸试验，对应力腐蚀的抗力达到最强，门槛应力为420 MPa；若顺着板宽方向取样板实施拉伸试验，其门槛应力达224 MPa；若顺着板厚方向取样板实施拉伸试验，门槛应力只达49 MPa，几乎只达到轧制方向的十分之一。
热处理金属材料的不同强度，影响着金属材料应力腐蚀的裂纹发展速度与应力强度因素的关系。由此可见，当金属材料屈服强度居高时，裂纹发展呈现出两个阶段：开始阶段裂纹发展速率随应力强度因素的增多而增高；当应力强度因素增添到一定的数据时，裂纹发展速率便持续恒定，不再同应力强度因素有关。此实验结果很具有典型性，几乎全部的高强度钢包含马氏体时效钢，以及高强度铝合金均具有如此规律。
3.3 冶金方面
共包括三方面的影响：1）金属材料成份；2）金属材料组织；3）金属材料强度。
4 金属材料应力腐蚀裂纹控制途径
金属材料应力腐蚀裂纹是应力与腐蚀环境互相作用导致的。因此，只要去除应力与腐蚀环境二者其中的任一因素，就能够防止裂纹的出现。现实上既没有办法全部去除装置于建造时的残留应力，又没有办法让装置全部甩脱腐蚀性环境。采取以上办法防止应力腐蚀是不能够做到的。所以，往往是利用改变材料的办法克服这个问题。除此之外，焊缝部位因为热应变功效会发生较大的残余应力，而添加热量及冷却的热循环阶段，也会让金属材质出现变化。因此，针对焊缝部分应比针对焊接本体更为注意，应当细致检查是否产生金属材料应力腐蚀裂纹。具体可从4个方面进一步说明：1）应力抑制，降下拉伸应力，去除残余应力，可压低金属材料应力腐蚀裂纹敏感性；2）材料抑制，选取耐应力腐蚀金属材料，在金属材料应力腐蚀体系中，金属材料的屈服强度越高，就越低；3）采取阴极保护的措施；4）腐蚀抑制，有效改进设计，添充缓蚀剂或者消除介质内有害成分。
参考文献
[1]王丽，陈振茂.基于裂纹精细数值模型的应力腐蚀裂纹重构[J].无损检测，2010（9）：675-677.
[2]杨光辉.浅谈焊接接头应力腐蚀控制方法[J].城市建设理论研究，2011（19）.
[3]贾宝华，俞海涛.海中钢结构焊接工程技术[J].电焊机，2012（3）：1-8.
水池壁竖向裂纹防治 篇12
在工程实际中,经常发现水池池壁混凝土出现裂缝、渗水现象。例如,某饮用水工程水工构筑物包括清水池、滤池、沉淀池、沉砂池、反冲洗泵房等。清水池设计分为三段,每段池体内壁尺22.2m×16.7m×4.5m。相邻两段之间设置伸缩缝,水平方向先施工中间段,再施工两端。池壁厚度为300mm和350mm两种,混凝土强度等级为C35,抗渗等级为P6。在清水池施工过程中,发现池壁中间部位出现对称竖向裂缝,裂缝的特征为:竖向分布,长短不一,宽度在0.2mm～1.0mm之间不等,形状不规则,主要位于池壁中间部位。经满水试验发现每条裂缝均有不同程度的渗水,因此判断为竖向贯通裂缝。
2 原因分析
结合本工程施工现场实际情况,分析池壁产生裂纹的主要原因有以下几方面:
1)混凝土设计强度较高,水泥用量较大(单方用量达415kg),水化热高;早期强度增长过快,经实测,3天在强度达75%,7天强度达95%;池壁较薄,随着混凝土的凝结和温度变化的共同作用,池壁收缩变形,引起混凝土产生收缩裂缝。
2)工程所在地气候炎热,混凝土浇筑时气温较高,昼夜温差大,混凝土过度收缩,在内部产生很大的拉应力,池壁边缘的约束不能满足其要求的收缩变形,出现贯通裂缝。
3)受当地资源限制,原材料质量较差,水泥强度较低,石粉及骨料中粉状物含量比例较大,而且为满足特定技术文件要求,配合比设计时选用的粗骨料粒径≤20mm。
4)混凝土养护不到位。
3 预防措施
针对上述产生裂纹的主要原因,制定如下预防措施:
1)优化配合比,减少水泥用量,降低水胶比和砂率,严格控制用水量。
2)改进砂、石等原材料质量,用河砂代替石粉,并用水冲洗碎石,降低骨料中粉状物含量,同时适当增大粗骨料粒径,改善骨料颗粒级配。
3)避开高温时段浇注混凝土,同时对骨料进行冲水降温,降低混凝土的入模温度,拆模前在池壁内外侧挂遮阳网,降低模板表面温度,减少池壁内外温差。
4)改进池壁混凝土养护方法,由浇水养护改为滴水养护,沿池壁顶部敷设带孔的塑料软管,让软管长期滴水,同时拆模后池壁用麻袋覆盖,保持池壁表面14d长期湿润。
5)改进施工工艺,混凝土浇注前安排专人对施工缝进行清理,并浇水湿润后铺20mm厚混凝土同标号砂浆一道,然后再浇筑上层混凝土,混凝土要振捣密实,浇筑成型后用土工布或麻袋覆盖。
后续单体施工实践证明,预防措施切实可行,施工中如果严格执行上述措施能有效减少甚至避免出现裂纹。
4 竖向裂缝处理
池壁竖向裂纹采用灌浆法进行处理。它利用灌机的持续高压,将液体胶结材料灌注到砼内部缝隙中,并将缝中的水完全挤走,将缝隙完全注浆饱满,胶结材料硬化后,与砼形成一个整体,从而起到封堵的目的。施工工序见图1。
1)清理开槽:开始凿缝,详细检查、分析渗漏情况,确定灌浆孔位置及间距,清理干净需要施工的区域,凿除砼表面析出物,确保表面干净。
2)钻孔:使用电锤等钻孔工具沿裂缝两侧进行钻孔,钻头直径为14mm,钻孔角度宜小于45°,钻孔深度小于结构厚度的1/2,钻孔必须穿过裂缝,但不得将结构打穿,钻孔与裂缝间距小于1/2结构厚度,钻孔间距20cm～30cm。
3)埋嘴:在钻好的孔内安装灌浆嘴(又称之为止水针头),并用专用内六角扳手拧紧,使灌浆嘴周围与钻孔之间无空隙,不漏水。
4)灌浆:使用高压灌浆机向灌浆孔内灌注灌浆料,灌浆顺序为由下向上,单孔逐一连续进行。当相邻孔开始出浆或结构体表面渗出后,保持压力3min～5min,即可停止灌浆,改注相邻灌浆孔。
5)拆嘴:灌浆完毕,确认不漏即可去掉或敲掉外露的灌浆嘴,清理干净已固化的溢漏出的灌浆液。
6)封口:用水泥基防水材料进行灌浆口的修补,封口处理。
7)灌浆液及抹面材料的选用应根据工艺要求综合考虑,用于饮用水工程的水池处理时,应无毒并符合饮用水标准要求。
5 结语
水池产生裂缝是池壁混凝土结构中普遍存在的一种现象,它的出现会降低水池的抗渗能力,影响水池的使用功能,但是针对工程实际科学地进行分析,制定合理的防治措施并严格按规范要求施工,可以减少甚至避免裂纹出现,保证构筑物安全使用。
摘要：结合具体工程实际,分析了水池壁竖向裂缝产生的原因,并在此基础上根据施工现场资源条件,制定了切实可行的防治措施。通过合理有序地施工,减少甚至避免了裂纹出现,并对出现的裂纹采用灌浆法进行处理,保证了构筑物安全使用。
关键词：池壁,竖向裂纹,防治,灌浆法
参考文献
[1]韩素芳,耿维恕.钢筋混凝土结构裂缝控制指南[M].北京:化学工业出版社,2006.
[2]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.