焊接结构力学教学课件-第四章.ppt

* 图4-44 堆焊“防裂焊缝”示意图 图4-45 接头错边造成附加弯矩 图4-44 堆焊“防裂焊缝”示意图 图4-45 接头错边造成附加弯矩 * （六）焊接缺陷对脆断的影响 焊接接头中，大约40％的脆断事故是从焊接缺陷处开始的。在外载作用下，裂纹前沿附近会产生少量塑性变形，同时尖端有一定量的张开位移，使裂纹缓慢发展，当外载增加到某一临界值时，裂纹即以高速度扩展，此时裂纹如位于高值拉应力区，往往引起整个结构的脆性断裂。 　　除去裂纹以外，其他焊接缺陷，如咬边、未焊透、焊缝表面成形不良等，都会产生应力集中和可能引起脆性破坏。 二、焊接结构制造工艺特点对脆断的影响 * * 平面缺陷：裂纹、分层、未焊透 ——这类缺陷对断裂的影响取决于缺陷的大小、取向、位置和缺陷前沿的尖锐程度。 横向裂纹 中心线裂纹 根部裂纹 根部未熔合 * 单个夹杂 链状气孔 气孔 内侧未熔合 内部未熔合 线状夹渣 非平面缺陷：气孔、夹渣 ——对断裂的影响程度一般低于平面缺陷。 * 外部咬肉 内部咬肉 根部焊瘤 内凹 错边 一、由亚临界裂纹引起的结构脆断 由断裂力学得知，如果结构中的裂纹尺寸超过了由材料和工作应力所确定的临界尺寸时，则裂纹将发生扩展，直至结构发生断裂。但是，对于焊接结构并非一定如此。实际调查表明，在某些焊接结构中，一些断裂现象发生在裂纹尺寸小于临界尺寸的情况。 造成亚临界裂纹扩展到临界尺寸的原因： 对结构提供了附加能量； 使结构产生局部脆化； 造成疲劳和应力腐蚀裂纹。 亚临界裂纹扩展速率方程：v=AK1n * σc σ a0 ac a0 aC 失稳扩展 亚临界扩展 图4-46 亚临界裂纹扩展 * 断裂理论在材料中的应用 材料工作者应致力于提高材料的?f和KIc以提高其抵抗破坏能力的系统材料的研制，以及为减小导致材料失效的动力KI的工程设计。 ? 断裂理论阐明裂纹尖端区域的应力强度因子KI是裂纹扩展导致材料断裂的动力； ? 材料固有的临界应力强度因子KIc是裂纹扩展的阻力； ? 断裂强度?f是材料的临界应力因子所对应的临界应力。 ? 一个理想材料构件的建立包括材料的研制、构件的设计、寿命的检测等一系列过程。 * Critical stress intensity KIc Stress intensity factor K1 E-弹性储存能；Gc-拉伸过程中材料所吸收的能量 ——为裂纹扩展阻力 ——为裂纹扩展动力 力越强，?大；裂缝越长，a越大 * 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹扩展阻力 裂纹扩展动力 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹稳定 临界应力强度KIc 应力强度因子K1 裂纹扩展 * * 二、焊接结构的两种设计原则 1.防止断裂引发原则 结构的薄弱环节应具有一定的抗开裂性能 2.止裂原则 一旦出现裂纹，材料应具有止裂能力 一、采用合理的结构设计 为减少和防止脆断，焊接结构设计必须遵守以下几项原则： （一）全面了解焊接结构的工作条件 （二）尽量减少结构和接头的应力集中 1、在结构中一些界面需要改变的地方，必须设计成平缓过渡，不允许有突变和尖角。 2、在设计中应尽量选用应力集中系数小的对接接头，以力求避免选应力集中系数较大的盖板接头。 3、不同厚度的构件对接时应尽可能采用圆滑过渡。 4、充分考虑可焊到性。 5、避免焊缝密集。 * （三）尽量减小结构的刚度 （四）不采用过厚的板材 （五）要重视结构中附加件的连接形式和不受力焊缝 的设计 （六）采用合理的焊接工艺 图4-31 尖角过渡和圆角过渡 图4-32 封头设计合理与不合理的接头 * 图4-33 不同焊接方位 （a）平焊；(b)横焊；（c）立焊；（d）仰焊 焊接位置 二、正确选用材料 选材原则是既要保证结构的安全性，又要考虑经济效益。一般，应使所选母材和焊接填充金属保证在工作温度下有合格的缺口韧性。 三、精心制造，严格执行制造工艺和质量要求 用断裂力学方法评定结构的安全性，重视质量监督。 预防焊接结构脆性断裂的措施 * 格构式受弯构件—桁架 图4-34 梁式桁架的形式 * ⑴能量准则法 实验证明，随着温度的上升，打断试件所需的冲击吸收功也显著上升，可以用它来衡量材料的韧-脆转变温度。 一般认为，这种能量转变主要取决于裂纹产生前和裂纹开始扩展时缺口根部的塑性变形值: 当塑性变形较小时，需要较小的冲击吸收功； 当塑性变形较大时，需要较大的冲击吸收功； （一）冲击试验 图4-20 冲击试验及其评定标准-冲击吸收功 温度（℃） * （一）冲击试验 ⑵断口形貌准则法 以试件断口形貌来衡量转变温度特性，称为断口形貌转变温度； 是衡量开裂后裂纹扩展行为的