JBT5104-1991焊接接头脆性破坏的评定.pdf

j 33 jb/t 51041991 焊接接头脆性破坏的评定 1991-07-15 发布1992-07-01 实施 中华人民共和国机械电子工业部 发 布 i 1 主题内容与适用范围 1 2 引用标准 1 3 术语及主要符号 1 4 评定必备数据 3 5 缺陷尺寸规格化 3 6 材料性能值的确定 6 7 力学条件 7 8 断裂评定 8 9 缺陷尺寸的疲劳裂纹长大 8 附录 a 内部缺陷，表面缺陷折算成特征缺陷a的方法 10 附录 b 应变集中系数 kt的确定 13 附录 c 由疲劳引起的缺陷扩大 14 附录 d 材料断裂韧性值与c的简易计算法 16 jb/t 51041991 目 次 1 1 主题内容与适用范围 本标准规定了焊接接头按脆断原则进行安全评定的方法。 本标准适用于非奥氏体钢焊接结构。主要用于熔化焊焊接接头中裂纹或类裂纹的平面缺陷脆断评定。 2 引用标准 gb 2308利用 jr阻力曲线确定金属材料延性断裂韧性的试验方法 gb 2651焊接接头拉伸试验方法 gb 3323钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级 gb 4161金属材料平面应变断裂韧性 kic试验方法 gb 9447焊接接头疲劳裂纹扩展速率试验方法 jb 4291焊接接头 cod 试验方法 3 术语及主要符号 3. 1 术语 a. 穿透缺陷 贯穿板厚的缺陷。 b. 内部缺陷 不露出板面的内部缺陷。 c. 表面缺陷 不贯穿板厚，呈现在表面的缺陷。 3. 2 几何参量符号 w：试样宽度； t：板厚； ：角变形量； h：错边量； a：穿透裂纹半长；内部裂纹长轴半长； a：等效裂纹尺寸； ac：临界裂纹尺寸； a0：初始裂纹尺寸； b：表面裂纹深度；内部裂纹深度半长； c：表面裂纹长度半长； an：n 次循环后，穿透裂纹半长； bn：n 次循环后，表面裂纹深度；内部裂纹深度半长； cn：n 次循环后，表面裂纹半长； a：原始缺陷半长； 机械电子工业部 1991-07-15 批准 中 华 人 民 共 和 国 机 械 行 业 标 准 焊接接头脆性破坏的评定 jb/t 51041991 1992-07-01 实施 jb/t 51041991 2 b：原始缺陷半宽； p：内部缺陷边缘到对应的自由表面距离；表面缺陷深度方向边缘到另一对应的自由表面距离； s：两缺陷边缘最小距离； d：两平行缺陷面间最小距离。 以上各参量的单位为 mm。 3. 3 力学参量符号 e：弹性模量； s：屈服强度； b：拉伸强度； c：流变应力； ：总拉伸应力； w：弯曲应力； l：拉伸应力； r：焊接残余应力。 以上各参量单位为 n/mm2。 ：泊松比； ：总拉伸应变； kt：应变集中系数。 3. 4 疲劳参量符号 max：最大等效平均应力。 min：最小等效平均应力。 ：应力幅度maxmin。 以上各参量单位为 n/mm2。 r：应力比min /max。 3. 5 断裂力学参量符号 ：裂纹尖端张开位移（cod） ； c：临界 cod； i：启裂 cod； 0.05：裂纹稳定扩展量为 0.05 mm 时的 cod 值； m：最大 cod； 以上各参量单位为 mm。 jc：对应于c的 j 积分值； jr：阻力曲线确定的 j 积分量； j0.05：裂纹稳定扩展量为 0.05 mm 所对应的 j 积分值； 以上各参量单位为 n/mm。 ki：张开型应力强度因子； kic：平面应变断裂韧性； kmax：对应于max的 ki； kmin：对应于min的 ki； k：kmaxkmin应力强度因子幅度。 以上各参量单位为 n/mm 2 3 。 jb/t 51041991 3 da/dn：裂纹扩展速率，单位为 mm/周； c、n：裂纹扩展速率公式 da/dn=ckn中的常数。 4 评定必备数据 4. 1 缺陷或类缺陷的大小、位置、方向。 4. 2 缺陷存在部位、构造形状或焊缝形状。 4. 3 缺陷存在部位无缺陷时的应力。 4. 4 缺陷存在部位材料的断裂韧性（i或 ji、k1c） 。 4. 5 母材和接头的化学成分及机械性能。 4. 6 结构的使用温度。 5 缺陷尺寸规格化 对于未熔合、未焊透、咬边和裂纹等平面类缺陷应按缺陷尺寸规格化评定，对判别不清的焊接缺 陷，应按裂纹处理。 5. 1 缺陷规格化流程图 图 1 缺陷规格化流程图 5. 2 缺陷规格化 5. 2. 1 穿透缺陷规格化 a 自由表面为直线时 b 自由表面为曲线时 图 2 穿透缺陷尺寸的确定 缺陷图像探查 单个缺陷多个缺陷 缺陷规格化缺陷规格化 由于涉因子确定复合干涉 包括相邻缺陷的干涉、 缺陷与自由表面的干涉， 复合后重新分类 确定单个缺陷当量裂纹尺寸 a、c、b 附加疲劳扩大量 内部裂纹 a、b 确定等效裂纹尺寸 a 穿透裂纹 a表面裂纹 c、b jb/t 51041991 4 5. 2. 2 内部缺陷规格化 a ab 的情况 p1=min（pi） 椭圆形缺陷 2a=2a 2b=2b a b ab 的情况 p1=min（pi） 圆形缺陷 2a=2b b 图 3 内部缺陷尺寸的确定 5. 2. 3 表面缺陷规格化 图 4 表面缺陷尺寸的确定 5. 3 相邻缺陷的干涉和复合 应按规格化后的缺陷确定相互干涉作用。当相邻缺陷发生干涉时，应将相干涉的缺陷复合成单个 缺陷。其干涉条件见图 5。s0有两种取值。 若评定的接头s500 n/mm2，s0取 3a1，3c1； 若评定的接头s500 n/mm2，s0取 2a1，2c1。 jb/t 51041991 5 图 5 相邻缺陷的干涉和复合 jb/t 51041991 6 5. 4 接近自由表面的干涉 5. 4. 1 内部缺陷和一个自由表面相干涉时的复合 图 6 内部缺陷和一个自由表面的干涉 5. 4. 2 内部缺陷和两个自由表面相干涉时的复合（包括规格化后的缺陷） 图 7 内部缺陷和两个自由表面的干涉 5. 4. 3 表面缺陷和另一表面相干涉的复合 图 8 表面缺陷和另一表面的干涉 5. 5 非共面缺陷相干涉时的复合 5. 5. 1 若焊接接头s500 n/mm2且 d2a 或 2c 时，按共面处理；若接头s500 n/mm2且 d3a 或 3c 时，按共面处理。参见第 5.4 条。 5. 5. 2 非共面缺陷复合后的位置应确定在较大缺陷处。 5. 6 斜缺陷的计算尺寸 按原始缺陷在主应力方向的投影尺寸进行计算。 5. 7 等效裂纹尺寸a的计算 根据所评定工程的精度要求，附录 a 中图与表进行计算。 6 材料性能值的确定 6. 1 焊接接头的屈服强度s的确定按 gb 2651 的测定。 6. 2 焊接接头裂纹扩展速率表达式 da/dn=ckn中常数 c、n 按 gb 9447 规定。 6. 3 断裂韧性值 cod 确定 6. 3. 1 评定所采用的 cod 为i。 jb/t 51041991 7 6. 3. 2 在缺乏i数据时可采用c、0.05，甚至m值，但必须获得被评定方同意且应明确记录在报告中。 6. 3. 3 i、c的测试按 jb 4291 的规定。 6. 3. 4 可采用 jc、kic等其他断裂判据的断裂韧性折算 cod 值，折算关系的误差必须作出估计说明， 其断裂韧性值 kic按 yb 947 的规定，jc按 gb 2308 的规定。 7 力学条件 力学条件是指作用在缺陷处的应力或应变值。 7. 1 外载荷引起的内应力 对外载荷引起的内应力，按无缺陷、无制造偏差计。设计中应考虑全部应力、应变值。通常情况 下，截面受力不可能均匀，所以把这部分应力分解为拉伸应力l和弯曲应力w。 缺陷处这部分的应力定义为： 1=l+abw（1） 缺陷处的这部分应变定义为： e1=l/e+abw/e （2） 式中：e弹性模量； ab由缺陷种类决定的系数，见表 1。 表 1 ab的确定 缺 陷 的 种 类ab 穿 透 缺 陷0.5 内 部 缺 陷0.25 缺 陷 在 拉 伸 应 力 一 侧0.75 表 面 缺 陷 缺 陷 在 压 缩 应 力 一 侧0 若（l+abw）s可另用适当的方法确定 e1，例如弹塑性分析等。 7. 2 焊接残余应力 在评定焊接结构接头缺陷时，必须考虑焊后残余应力。 缺陷处这部分的应力定义为： 2=ars（3） 缺陷处的这部分应变定义为： e2=ares（4） 式中：ar与焊接缺陷种类以及它的位置有关的系数，见表 2。 表 2 ar值 对 接 接 头角 接 头 缺 陷 种 类 与焊缝平行的缺陷与焊缝垂直的缺陷与焊缝平行的缺陷与焊缝垂直的缺陷 穿 透 缺 陷0101 内 部 缺 陷0101 表 面 缺 陷0.2111 7. 2. 1 若焊接结构经整体回火消除残余应力处理，则 ar取 0.3。 7. 2. 2 若焊接结构采用局部回火消除残余应力处理，则 ar应用实测值确定系数。 7. 2. 3 若焊接结构未做消除应力处理，则 ar取 1。 jb/t 51041991 8 7. 3 接头形状引起的应力集中 因焊接工艺造成的接头几何形状不连续，必须考虑在缺陷部位存在应力集中和应变集中。 缺陷处这部分的应力为： =（kt1）（5） 缺陷处这部分应变条件为： e3=（kt1）e1（6） kt的数值见附录 b。 7. 4 力学条件的确定 7. 4. 1 应力 =1+2+3（7） 7. 4. 2 应变 e = e1 + e2 + e3（8） 8 断裂评定 8. 1 应力强度评定 缺陷部位静断面的实际使用应力应小于或等于该部位材料的流变应力0的 0.7 倍，其中0= 2 1 （s+b） 。使用应力是否加一定的安全系数，由产品的重要性决定。 8. 2 断裂评定 8. 2. 1 cod 法评定 按式（9）给出 cod 断裂参数表达式 2 s s )(2 e e ea= 0.6e/es1 （9） )( s eea+= e/es1 （10） 式中：a按第 5 章确定； e 按第 7 章确定。 当i时，评定为允许的缺陷，i按第 6 章确定。 8. 2. 2 应力强度因子法 当缺陷部位的总应力小于或等于焊接接头的屈服应力的 0.6 倍时，可采用式（11）式（13）计 算应力强度因子。 穿透裂纹ayk= i （11） 内部裂纹ak )( i= （12） 表面裂纹ck = i （13） 式（11） 、式（12） 、式（13）中 y、f 的定义及计算见附录 a。 当 ki0.6 kic时，评定为允许的缺陷。 9 缺陷尺寸的疲劳裂纹长大 9. 1 承受疲劳载荷的焊接接头，疲劳裂纹的长大由 da/dn=c （k）n计算出 an值。 9. 1. 1 k 的确定 jb/t 51041991 9 穿透裂纹ayk= （14） 内部裂纹ak = （15） 表面裂纹c f k = （16） 式（14） 、式（15） 、式（16）中 y、f 的定义及计算见附录 a。 9. 1. 2 疲劳裂纹 an的确定 an值由式（17）求解： 2 1 0 2 1 0 2 2 1 n 2 )2( 1 n n n n n a a cnn a = （17） 9. 2 承受疲劳载荷的焊接接头，若无条件做试验时，疲劳裂纹长大的估算可参照附录 c 进行。 9. 3 评定 疲劳裂纹长大的 an值确定后，将 aw值作为新的缺陷尺寸按第 8 条评定。 jb/t 51041991 10 附 录 a a1 查图法确定a。 图 a1 内部缺陷尺寸（a、b）与缺陷特征尺寸（a）的换算曲线 图 a2 内部缺陷尺寸（c、b）与缺陷特征尺寸（a）的换算曲线 a2 查表法确定a a2. 1 穿透裂纹，长 2a 的穿透裂纹：a=a。 a2. 2 内部裂纹，长 2a、高 2b 的内部裂纹：a可按式（a1）计算： 2 )( ba =（a1） 式中：第二类椭圆积分 += = 2 0 2 1 651 2 1 2 2 22 )(46411 d)sin1 ( . a b .aa a ba k bp b b)(1 0+ += 0180 )(232420 a b b += 5101 )(951)(5011 33 a b . a b k+= （补充件） 内部缺陷，表面缺陷折算成特征缺陷a的方法 jb/t 51041991 11 p0缺陷边缘到最近一个自由表面的距离。 值见表 a1。 值见表 a2。 表 a1 的值 bp b + = 1 0.40.50.30.40.3 1.131.051.01 表 a2 值 b/a0.000.050.100.150.200.250.30 1.0001.0051.0151.0311.0511.0721.100 b/a0.350.400.450.500.550.600.65 1.1231.1511.1801.2111.2431.2761.311 b/a0.700.750.800.850.900.951.00 1.3461.3821.4171.4561.4931.5321.571 a2. 3 表面裂纹，长 2c、深 b 的表面裂纹，a按式（a2）计算： 2 )( f ba =（a2） 式中：f= c/b.c/b t a . + + 815 )()50(25101 （b/c0） f= 432 )(3830)(7121)(5510230121 t b . t b . t b . t b + （b/c=0） 的定义同式（a1）的。a/t 与 b/t 的换算见表 a3。 a3 构造形状因子 y 建议对于中心穿透裂纹板宽影响因子取 w a y sec=（a3） a4 查图，查表可任意选取 jb/t 5104 1991 12 表 a3 t a 与 t b 的换算表 b b c t 0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.951.00 0.050.060.060.060.060.050.050.050.050.050.040.040.040.040.040.030.030.030.030.030.030.02 0.100.140.130.130.120.120.110.100.100.090.090.080.080.070.070.070.060.060.060.050.050.05 0.150.240.230.210.200.180.170.160.150.140.130.130.120.110.100.100.100.090.090.080.080.07 0.200.380.330.310.290.260.240.220.210.200.180.170.160.150.140.140.130.120.110.110.100.10 0.250.560.510.450.400.360.330.300.280.260.240.220.210.200.180.170.160.150.140.140.130.12 0.300.830.730.630.550.480.430.390.350.320.300.270.250.240.220.210.200.180.170.170.160.15 0.351.211.030.8