第六章焊接结构的疲劳

1、第五章焊接结构脆性破坏Brittle Fracture，材料成型和控制工程2012.9，焊接结构脆性破坏，疲劳破坏事故时发生的典型案例之一：二战中，美国全焊透战时标准船250艘断裂事故，其中1.0艘在平稳港湾突然地成2艘。 事例二：泰坦尼克号事故是低温材料焊接站脆性破坏事例三： 2001年1.1月7日，四川省宜宾市南门中承拱桥在起重臂脆性破坏上桥面崩落的事例四： 1998年3月5日，西安液化石油气站的两个400 m3球罐发生特大爆炸事故。 一根紧固螺栓的疲劳破坏、四川天燃气管道曾多次发生硫化物应力腐蚀引起的爆裂事故，其中1995年底，泄漏的天燃气引起火灾。 管道为7208.16 mm螺旋焊管，

2、工厂压力1.92.5MPa。 事故分段已经运行了1.6年。 爆口的长度为1440mm，沿焊缝延伸。 管道内壁腐蚀轻微，切口不会明显变薄。 经过实验分析得出，硫化物的应力腐蚀与天燃气中含有H2S，焊接工艺不合理，导致焊接产生高碳马氏体组织和高残馀应力有关。 塔吊：角螺栓4.5钢，40Cr，焊接部位易脆断，本章摘要：1)脆性破坏危害及其基本特点2 )焊接结构易脆的原因3 )焊接结构脆性破坏的主要影响因素4 )焊接结构脆性破坏的主要防范措施。 以上是本章的要点。5.1焊接结构脆性破坏的基本原因和脆性破坏的基本特征，5.1.1金属的脆性破坏，通常是指沿一定的晶面方向裂开或晶间断裂。 5.1.2脆性破坏

3、的基本特征1 )脆性破坏起因于正应力，几乎没有塑性形变2 )脆性破坏时所需的能量小，低应力破坏3 )龟裂发展速度快(达到1800km/s )，有突发性，预防不赶趟4 )脆性破坏对温度条件敏感，是所谓的金属冷脆性现象， 5.1.3金属脆性破坏的断裂特征：1)截面颜色：解理断裂：晶状断裂，晶界断裂：暗2 )宏观切口形状：劈开裂断裂：裂纹平坦，有放射状的裂纹棱，有人字纹，其尖溜溜尖端指向裂纹源的晶界断裂：表面平坦，粒子状或粗瓷状脆切口的特征；3 )微观切口形态：劈开切口：河纹、舌状图案、扇形图案晶界断裂：冰糖状图案、岩石状图案、程度不同的晶粒多面体。35CrMo 870正火等轴韧带、铸铁元素氢脆沿结

4、晶冰糖状，5.1.4焊接结构脆性破坏产生原因、金属脆性破坏理论表明，金属脆性破坏影响因素较多。 情况复杂，焊接结构脆的原因更复杂。 对专门人才特别需要深入研究。 从宏命令上定性地概括如下： (1)结构在使用情况下的韧性不足，尤其是缺乏韧性，这与材料自身的性能、构件的加工质量、载荷作用方式、环境和介质条件等有一定的关系。 5.1.4焊接结构脆性破坏的产生原因，2 )结构在设计、制造过程中存在工艺缺陷而这些个不能及时消除的工艺缺陷，进而导致了部件的承载能力，特别是抗裂能力的恶化。 例如焊接残馀应力、追加残余变形、热应变时效及各种焊接缺陷等引起的应力集中和脆化现象。 3 )产品检测技术不完善，对重要

5、结构没有采取有效的质量跟踪措施和及时准确的无损评价。 关系：产品检验技术规范、手段等。 5.1.5焊接结构发生脆性破坏的危险性；1 )金属结构发生脆性破坏的概率总体不大，低于0.4。 2 )脆弱的突发性！ 发生脆性破坏的概率并不是很高，但是突发脆性破坏，预防困难的情况很多，所以损失往往难以想象，有时也有毁灭性的情况！ 历史证实了这一点。 焊接结构的安全性仍然是焊接作业者必须关注的问题。影响金属脆性破坏的因素，在具体分析金属脆性破坏的影响因素时，可从整体分为内因和外因。 任务：1)通过深入分析脆性破坏的影响因素，全面认识脆性破坏的本质和发生反应历程；2 )深入理解联合强度理论，学习用力学状态图综

6、合判断金属的破坏性性质和相关问题。 5.2.1影响金属脆性破坏的外部因素，1 )引起脆性破坏的外部三要素：应力状态、温度条件、负载速度。 深刻理解：温度条件是引起金属脆性破坏的前提是促进脆性转变！ 应力状态是决定破坏性质的天平基于负荷形式！ 加载速度是引起断齿的原因，具体分析了外部三要素，温度的影响温度条件影响破坏性质的根本原因是材料是否冷却的实验证明，一些金属的冲击韧性观指标对温度敏感。 也就是说，当温度从高到低变化时，冲击韧性急剧降低，材料学上被称为冷脆现象，金属发生冷脆现象的临界温度被称为该金属的延迟脆性转变温度。 很明显，材料的脆性转变温度越低，在一定温度下发生低温脆性的倾向越小！ 具

7、有冷脆现象的金属晶格特征，研究表明，具有冷脆现象的金属大多为体心立方晶格或紧密排列的六方晶格结构。 很多面心立方晶格金属，例如铝、铜等金属不脆。 因此，低温环境的压力容器多选用镍含量高的面心立方晶格金属。 这样的金属材料具有很高的低温韧性！不同材料的冲击韧性和温度关系曲线、应力状态的影响1 )联合强度理论基本概念：有材料的针织面料受力状态可能是多种多样的，但材料内部产生的最大正应力和最大剪切应力是有限的。 当最大剪切应力未达到极限时，当最大正应力首先达到极限时产生脆性破坏；当最大正应力未达到极限时，当最大剪切应力首先达到极限时产生韧性断裂。 2 )力学状态图：力学状态图联合强度理论的转化形式！ 在力学状态图中，SoT是切断抵抗力的tT剪切屈服极限tK剪切抵抗力。 3 )在应力状态指标：力学状态图中，将穿过坐标原点的直线和横轴的角度的正切值，即应力状态指标进行定义。 显然，max /max的数值与一定的应力状态对应地是一定的。 在力学状态图中，SoT是切断抵抗力的tT剪切屈服极限tK剪切抵抗力。 与应力状态的例子，4 )常见的负荷形式对应的应力状态单轴拉伸tg=1/2圆棒扭转tg=1二轴拉伸tg=1/2单轴压缩tg=1/(2)为泊松比，钢=0.3，tg=1.66三轴拉伸tg=(1-3/1)/