第四章 脆性断裂ppt课件

.,1,第4章焊接结构断裂分析及控制金属材料脆性断裂与延性断裂断裂力学基础焊接接头的断裂力学分析焊接结构脆断的影响因素焊接结构的断裂控制抗断裂性能的试验评定方法,.,2,4.1金属材料脆性断裂与延性断裂断裂过程：裂纹萌生、裂纹扩展和最终断裂根据断裂前塑性变形的大小，将断裂分为：（1）脆性断裂没有明显的塑性变形、瞬时扩展到结构整体、突然破坏、应力不高于结构的设计应力（2）延性断裂（塑性断裂或韧性断裂）断裂前有明显塑性变形,.,3,4.1.1脆性断裂放射状条纹人字形花样,.,4,脆性断裂的主要特征：（1）低应力脆性断裂工作应力韧脆转变温度对脆断影响不大转变温度无不利影响，cs=转变温度c急剧下降转变温度c很小，cs,.,41,拉伸残余应力只限于焊缝附近部位，离开焊缝区迅速减小，峰值残余应力有助于断裂的产生,平行焊接接头试样开裂路径和试件中纵向残余应力,.,42,三、焊接缺陷的影响焊接缺陷对脆断的影响与缺陷产生的应力集中程度和缺陷附近材料的性能有关（1）平面缺陷如裂纹、分层和未焊透等，其影响取决于缺陷的大小、取向、位置和缺陷前沿的尖锐程度（2）非平面缺陷如气孔、夹渣等，其影响程度一般低于平面缺陷40%的脆断事故是从焊接缺陷处开始的，各种缺陷中以裂纹对脆断的影响最大,.,43,四、金相组织改变对脆性的影响热影响区是焊接接头的薄弱环节之一热影响区的金相组织主要取决于钢材的原始组织、化学成分、焊接方法和焊接线能量,焊接接头不同部位的韧性,.,44,五、应变时效对脆断的影响两种应变时效：（1）应变时效钢材被剪切、冷作和弯曲成形之后，若在150450范围内加热，材料的性能就会发生脆化现象塑性变形（剪切、冷作矫形）加热（150400）脆化（2）动应变时效（热应变时效）在焊接过程中，材料经受应力和应变循环，同时也受到焊接热循环的热作用而发生的应变时效加热和塑变同时脆化,.,45,图a预弯曲量越大，转变温度越高图b不同温度下预弯曲的试件，其转变温度不同焊后热处理消除时效影响,缺口弯曲试件预应变对脆断的影响a)预应变量的影响b)预应变温度的影响,.,46,六、角变形和错边的影响角变形和错边降低结构的抗脆断能力角变形和错边比较大的接头承受拉应力，力线不通过中心，产生附加弯矩低应力破坏焊缝加厚高在熔合线处的应力集中将其更加严重可加焊防裂焊缝，消除咬肉，整形焊缝，改变熔合线方向，改善焊缝的受力条件,.,47,4.4.2焊接结构的断裂控制一、正确选材基本原则：安全性经济效益应使所选用的钢材和焊接充填金属保证在使用温度下具有合格的缺口韧性选材方法：（1）用缺口韧性评定（2）用断裂韧性评定（断裂韧度与屈服点之比）二、采用合理的焊接结构设计（1）尽量减少结构和焊接接头部位的应力集中,.,48,1）构件截面改变的地方，设计成平缓过渡，不要形成尖角2）尽量采用应力集中系数小的对接接头a）设计不合理，在使用中曾多次出现焊缝破坏现象b）应力集中程度，结构的承载能力,.,49,3）不同厚度的对接接头应采用圆滑过渡b最好焊缝部位应力集中最小a和c虽将厚板减薄，但焊接部位应力集中相当大4）将焊缝设计布置在便于焊接和检验的地方有效避免焊接缺陷产生,.,50,5）避免焊缝密集防止焊接部位材质性能变坏和复杂的残余应力场,.,51,（2）尽量减少结构的刚度b设计极不合理，施焊对接焊缝时产生较大应力，易引起焊接缺陷脆断起源c立杆的翼板和弦杆的翼板之间不焊接，避免产生高拘束应力为减小焊接部位的刚性，开“缓和槽”以减小拘束度（3）不采用过厚的截面,.,52,（4）对次要焊缝的设计，应与主要焊缝一样给予足够重视。不在受力构件上随意加焊附件。（5）减少和消除焊接残余拉应力的不利影响,.,53,4.4.3焊接结构断裂性能的试验评定方法一、脆断过程及焊接结构的两种设计原则脆断过程由两各阶段组成：第一阶段裂纹的产生阶段或引发阶段（即裂纹起源、生核和缓慢扩展阶段）第二阶段裂纹的失稳扩展阶段焊接结构防止脆性破坏的两种设计原则：（1）防止裂纹引发原则，即抗裂原则。（2）止裂原则焊接接头的抗开裂性能和母材的止裂性能,.,54,二、转变温度的试验评定方法（1）冲击试验常用的是夏比V形缺口和U形缺口冲击试验等,.,55,二、转变温度的试验评定方法（1）冲击试验1）能量标准（图a）按某一固定冲击能量确定TK2）断口标准（图b）一般按断口晶粒状断面百分率达到某一百分数（例如50）的温度作为TK3）延性标准（图c）一般侧面膨胀率为3.8%时的温度作为TK,.,56,（2）爆炸膨胀试验和落锤试验1）爆炸膨胀试验全厚度355mm355mm正方形钢板,.,57,无延性转变温度，简称NDT弹性断裂转变温度，简称FTE延性断裂转变温度，简称FTP对于25cm厚的低强度钢板FTE=NDT+33FTP=FTE+33=NDT+66,.,58,2）落锤试验标准试件有3种尺寸：P1型：25mm90mm360mmP2型：19mm51mm127mmP3型：16mm51mm127mm,.,59,佩里尼断裂分析图（FractureAnalysisDiagram)FAD表明了温度、缺陷尺寸和断裂强度三者之间的关系（3）静载试验（略）,.,60,三、焊接结构抗开裂性能试验（1）韦尔斯（Wells）宽板试验特点：1）在实验室内重现实际焊接结构的脆断；2）可在板厚、残余应力、焊接热循环等方面模拟实际焊