【教学课件】第5章焊接结构的脆性断裂.ppt

第5章 焊接结构的脆性断裂,5.2.1 金属材料断裂的形态特征,延性断裂：断裂过程宏观特征微观特征韧窝,5.2 金属材料的断裂及其影响因素,脆性断裂：解理断裂断口发光颗粒、沿晶、人字花样、河流花样、扇形花样晶界断裂断口较灰暗、穿晶、岩石花样、冰糖花样,5.2.2 影响金属脆性断裂的主要因素,1.应力状态的影响,2.温度的影响：转变温度3.加载速度的影响：,4.材料状态的影响（1）厚度的影响 1）厚板缺口 2）轧制条件（2）晶粒度的影响:转变温度（3）化学成分的影响:C、N、O、H、S、P增加钢脆性，Mn、Ni、Cr、V降低钢的脆性,5.3 材料断裂的评定方法,5.3.1 转变温度法1.冲击试验,冲击试验试件,R 0.5,R1,V型切口试样,U型切口试样,冲击试验,夏比V形缺口试验能量标准断口标准延性标准,图5-10 爆炸膨胀试验,2.爆炸膨胀试验和落锤试验爆炸试验a.平裂情况b.凹裂情况c.凹陷和局部 断裂情况d.膨胀撕裂情况,图5-11 落锤试验示意图,图5-12 断裂分析图,3.静载试验,1.线弹性断裂力学评定方法（1）金属材料脆性断裂的能量理论1）裂纹对材料强度的影响,5.3.2 断裂力学方法转变温度方法的缺点和局限性,端点A处最大拉应力,该点处的曲率半径,固体材料理论断裂强度值：,当,时，材料断裂。,当裂纹非常尖锐时，裂纹尖端的曲率半径用原子间距b0代替，于是,2）Griffith能量平衡理论及其修正,图515 Griffith裂纹体模型,总能量改变量Ec,裂纹体的能量改变总量为:,形成裂纹所需总表面能为：,裂纹释放的能量：,能量变化率：,裂纹扩展的临界条件：,即：,对于金属材料，Orowan提出，,由于rpre，所以，,5.4 焊接结构制造工艺特点与脆性断裂的关系,（1）应变时效引起的局部脆性转变温度提高，延性韧性下降解决方法：焊后热处理（2）金相组织改变对脆性的影响：线能量应适当选取,图521 焊接接头不同部位的韧性,图522 不同热输入对热影响区冲击韧性影响,（3）焊接缺陷对脆断的影响（4）角变形和错边的影响,图523 角变形产生的附加弯矩,图5-27 宽板试验研究残余应力对断裂的影响,(5)残余应力和塑性变形的影响分两种情况：转变温度以上及转变温度以下,图528 带有小间隙平行焊缝的接头试样开裂路径和试件中的纵向残余应力,图529带有大间隙平行焊缝的接头试样开裂路径和试件中纵向残余应力,图530 残余应力对裂纹扩展路径的影响,5.5 焊接结构抗裂性能与止裂性能的评定方法,5.5.1 脆性断裂的过程及焊接结构的两种设计原则临界转变温度焊接结构设计的两种原则：防止断裂引发原则及止裂原则。5.5.2 焊接接头抗开裂性能试验（1）韦尔斯宽板拉伸试验：适合高强钢,（2）断裂韧性试验适合中低强度钢，全面屈服断裂力学,图534 COD试验示意图,（3）尼伯林科试验（动载荷抗开裂试验）,图536 尼伯林克试验示意图,5.5.3 止裂试验,（1）罗伯逊止裂试验（变温试验）,图538 Robertson 止裂试验试件,均温止裂试验,图539 SOD止裂试验试件,（2）双重拉伸试验,图541 双重拉伸试验温度场,图540 双重拉伸试验试样,5.6 预防焊接结构脆性断裂的措施,5.6.1 正确选用材料（1）接头各部分的要求（2）不能盲目选用高强度材料5.6.2 采用合理的焊接结构设计（1）减少应力集中（2）尽量减小结构刚度,尖角过渡和平滑过渡接头,（3）不采用过厚的截面（4）重视附件和不受力焊缝的设计（5）减小和消除焊接残余应力,5.6.3 用断裂力学方法评定结构的安全性，重视质量监督,第5章 焊接结构的脆性断裂 作业：写一个小论文，内容包括：脆性断裂的特征；影响金属脆断的因素；预防焊接结构脆性断裂的措施。要求：内容充实且图文并茂。,