应力强度因子

物理化学作用机理

裂纹尖端应力集中。该处应力理论上会变得无限高。应力强度因子K表示这种应力集中的强度。K由名义应力、裂纹长度和几何因子计算得出。单位是MPa·√m。每种材料都能承受一个临界值K_IC。如果K小于K_IC，裂纹保持稳定或仅缓慢扩展。如果K大于K_IC，裂纹会突然继续开裂。

焊接中的冶金学意义与风险

焊缝通常含有小裂纹或起始裂纹。此外，焊接残余应力会产生高拉应力。两者都会增大应力强度因子K。在热影响区可能形成马氏体。马氏体的断裂韧性K_IC低。这时，很小的裂纹就足以使K超过K_IC。裂纹会发生脆性扩展且没有预兆。焊缝金属中的氢会加剧这种危险。

车间实践与操作指南

通过干净的焊缝准备和合适的填充材料来避免裂纹。遵守规定的预热温度。这会减缓冷却，防止形成硬马氏体。通过有针对性的焊接顺序或去应力退火来降低焊接残余应力。焊接后发现裂纹，测量其长度，并按断裂力学方法进行评估。如果K超过允许值，必须完全清除裂纹并重新焊接。