焊接接头的工作应力分布.ppt

任务四焊接结构的脆性断裂(5)破坏一经发生，瞬时就能扩展到结构的大部分或全体，因此脆断不易发现和预防。(二)焊接结构脆断的原因对各种焊接结构脆断事故进行分析和研究表明，焊接结构发生脆断是材料(包括母材和焊材)、结构设计及制造工艺三方面因素综合作用的结果。1.影响金属材料脆断的主要因素同一种材料在不同条件下可以显示出不同的破坏形式)研究表明，最重要的影响因素是温度、应力状态和加载速度。这就是说，在一定温度、应力状态和加载速度下，材料呈延性破坏，而在另外的温度、应力状态和加载速度下材料又可能呈脆性破坏。上一页下一页返回任务四焊接结构的脆性断裂1)应力状态的影响实验证明，许多材料处于单向或双向拉应力时，呈现塑性;当材料处于三向拉应力时，不易发生塑性断裂而呈现脆性。在实际结构中，三向应力可能由三向载荷产生，但更多的情况下是由于结构的几何不连续性引起的。裂纹尖端或结构上其他应力集中点和焊接残余应力容易出现三向应力状态。2)温度的影响金属的脆断在很大程度上取决于温度。一般而言，金属在高温时具有良好的变形能力，当温度降低时，其变形能力就减小，金属这种低温脆化的性质称为“低温脆性”。上一页下一页返回任务四焊接结构的脆性断裂把一组开有同样缺口的试样在不同温度下进行试验，随着温度降低，它们的破坏方式从塑性破坏变为脆性破坏。材料从塑性向脆性断裂转变的温度称为韧脆转变温度，又称临界温度。3)加载速度的影响随着加载速度的增加，材料的屈服点提高，因而促使材料向脆性转变，其作用相当于降低温度。4)材料状态的影响前述三个因素均属于引起材料脆断的外因，材料本身的状态对其韧脆性的转变也有重要影响。(1)厚度的影响。上一页下一页返回任务四焊接结构的脆性断裂厚度对脆断的不利影响可由两种因素决定。其一，厚板在缺口处容易形成三向拉应力，沿厚度方向的收缩和变形受到较大的限制而形成平面应变状态，如前所述，平面应变状态的三向应力使材料变脆;其二，厚板相对于薄板受轧制次数少，终轧温度较高，组织疏松，内外层均匀性较差，因而抗脆断能力较低，不像生产薄板时压延量大，终轧温度低，组织细密而具有较高的抗脆断能力。(2)晶粒度的影响。对于低碳钢和低合金钢来说，晶粒度对钢的韧脆转变温度有很大影响，晶粒度越细，转变温度越低，越不容易发生脆断。(3)化学成分的影响。上一页下一页返回任务四焊接结构的脆性断裂钢中的碳、氮、氧、氢、硫、磷增加钢的脆性，另一些元素如锰、镍、铬、矾，如果加入量适当，则有助于减小钢的脆性。(4)显微组织的影响。一般情况下，在给定的强度水平下，钢的韧脆转变温度由它的显微组织来决定。2.影响结构脆断的设计因素焊接结构脆性断裂事故的发生，除了由于选材不当之外，结构的设计和制造不合理也是发生脆断的重要原因。在设计上，焊接结构的固有特点及某些不合理的设计都可能引起脆断。现分述如下。1)焊接结构是刚性连接上一页下一页返回任务四焊接结构的脆性断裂焊接为刚性连接，连接构件不能产生相对位移，结构一旦开裂，裂纹很容易从一个构件穿越焊缝传播到另一构件，进而扩展到结构整体，造成整体断裂;铆钉连接和螺栓连接由于接头处采用搭接，有一定相对位移的可能性，而使其刚度相对降低，万一有一构件开裂，裂纹扩展到接头处因不能跨越而自动停止，不会导致整体结构的断裂。2)焊接结构具有整体性这一特点为设计合理的结构提供了广泛的可能性，因而是焊接结构的优点之一，但是如果设计不当，反而增加结构脆断的危险性。如采用应力集中程度较大的搭接接头、T形接头或角接接头，端面突变处不作过渡处理，造成三向拉应力状态，在高工作应力区布置焊缝等。上一页下一页返回任务四焊接结构的脆性断裂3.影响结构脆断的工艺因素在焊接结构脆性破坏事故中，裂纹起源于焊接接头的情况是很多的，因此在制造时有必要对焊接接头部位给予充分的注意。1)两类应变时效引起的局部脆性钢材随时间发生脆化的现象称为时效。钢材经一定塑性变形后发生的时效称为应变时效。焊接生产过程中一般包括切割、冷热成形(剪切、弯曲、矫正等)、焊接等工序，其中一些工序可能提高材料的韧脆转变温度，使材料变脆。上一页下一页返回任务四焊接结构的脆性断裂另一类应变时效是，在焊接时，近缝区的金属，尤其是在近缝区上尖锐刻槽附近或多层焊道中已焊完焊道中的缺陷附近的金属，受到热循环和热塑变循环(150℃~450℃)的作用，产生焊接应力-应变集中，产生较大的塑性变形，也会引起应变时效，这种时效称为热应变时效或动应变效。焊后热处理(550℃~650℃)可消除两类应变时效对低碳钢和一些合金结构钢的影响，可恢复其韧性。因此对应变时效敏感的一些钢材，焊后热处理既可以消除焊接残余应