焊接结构的脆性断裂.ppt

第2章焊接结构的脆性断裂 本章重点: 2.1 结构的脆性断裂事故及其特征2.2 金属材料脆性断裂的能量理论 ★ 2.3 金属材料脆性断裂及其影响因素  2.3.1 金属材料断裂的基本概念 2.3.2 典型的断裂机制  2.3.3 影响金属材料脆性断裂的主要因素 ★ 2.4 焊接结构的特点和工艺因素对脆性断裂的影响★ 2.4.1 焊接结构的特点对脆性断裂的影响 2.4.2 焊接结构制造工艺的特点对脆性断裂的影响2.5 焊接结构防脆性断裂设计原则及相关的评定方法2.6 防止焊接结构发生脆性断裂的途径 ★ 自从焊接结构广泛应用以来，许多国家都发生过一些焊接结构的脆性断裂事故。虽然发生脆性断裂事故的焊接结构数量较少,但其后果是严重的，甚至是灾难性的。所以脆性断裂引起世界范围有关人员的高度重视。目前脆性断裂事故已趋于减少，但并未杜绝。 例如： 1972年1月美国建造的大型轮船，船长189m，建成9个月后在纽约的杰佛逊港断成两截并沉没； 1979年12月18日我国吉林液化石油气厂的球罐连锁性爆炸(死伤86人，损失约627万元)； 1992年1月26日我国黑龙江省某糖厂的4000m3糖蜜罐的罐体突然破裂。 下面再介绍几起典型焊接结构脆性断裂事故，以便了解脆性断裂的概貌，并可得到相关经验。 典型脆性断裂事故 桥梁：最典型的是1938年3月比利时阿尔拜特运河上Hesselt桥的断塌事故。这座桥是用st-42转炉钢焊制成，跨度为74.52m,仅使用14个月，就在桥上仅有一辆电车和一些行人的载荷作用下发生断塌。事故发生时气温为-20℃，6min桥身就突然断为三截。 时过不久，1940年1月该运河上另外两座桥梁又发生局部脆性断裂。总计从1938～1940年在所建造的50座桥梁中共有10余座出现脆性断裂事故。加拿大、法国也发生过类似的事故。 轮船：在第二次世界大战期间，美国制造的4694艘船中，在970艘船上发现有1442处裂纹，这些裂纹多出现在万吨级的“自由型”货轮上，其中24艘甲板横断，1艘船舶的船底发生完全断裂。另有8艘从中腰断为两截，其中4艘沉没。 另外，Schenectady号T-2型油轮1942年10月建成，在1943年1月16日在装备码头停泊时发生突然断裂事故。当时海面平静，天气温和，其甲板的计算应力只有70MPa。 储罐：在1944年前后，发生几起球形和圆筒形容器的脆性断裂事故。如1944年10月美国的液化天然气储藏基地的球罐和圆筒形储罐，这些罐的内层用质量分数为3.5％的Ni钢制成。事故是由圆筒储罐引起的。首先在圆筒形罐1／3～l／2高处开裂并喷出气体和液体，接着起火，然后储罐爆炸，20min后1台球罐因底脚过热而倒塌爆炸，造成128人死亡，损失680万美元。 上述我国在吉林液化石油气厂的球罐爆炸事故，是一台400m3球罐在上温带与赤道带的环缝熔合区破裂并迅速扩展为13.5m的大裂口，液化石油气冲出形成巨大的气团，遇到明火引燃，其附近的球罐被加热，4h后发生爆炸，导致连锁性爆炸，整个罐区成为一片火海。 一些著名的典型脆性断裂事故的事例及成因见表2-1。 脆性断裂特征 根据对脆性断裂事故调查研究结果发现，具有如下特征： 1) 断裂一般都在没有显著塑性变形的情况下发生，具有突然破坏的性质。 2) 破坏一经发生，瞬时就能扩展到结构大部或全体。因此，脆性断裂不易发现和预防。 3) 结构在破坏时的应力远远小于结构设计的许用应力。 4) 通常在较低温度下发生。 焊接结构的特点决定它的脆性断裂可能性比铆接结构大。焊接结构的应用范围很广，虽然发生的脆性断裂事故不太多，但损失很大，有时甚至是灾难性的。 研究脆性断裂问题对于保证焊接结构的可靠工作、推广其应用范围有重大意义。特别是随着焊接结构向大型化、高强化、深冷方向的发展，对于进一步研究焊接结构的脆性断裂问题就显得更为迫切、更为重要。 脆性断裂的根本原因：材料选用不当、设计不合理、制造时有缺陷等，因此，了解金属材料的性质和焊接结构的特点是非常必要的。 葛里菲斯裂纹体模型 葛里菲斯取一块厚度为1单位的“无限”大平板为研究模型，首先使平板受到单向均匀拉应力σ，(图2-1)，然后将