焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂培訓(xùn)課件

1、焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂 2016 2016年年6 6月月 主講：劉偉主講：劉偉第一節(jié)第一節(jié) 金屬材料的斷裂及影響因素金屬材料的斷裂及影響因素一、斷裂概述1、斷裂的概念及分類斷裂材料在應(yīng)力的作用下分解成兩部分或兩部分以上的現(xiàn)象。從結(jié)晶學(xué)的微觀角度，斷裂分為解理斷裂和剪切斷裂；從斷面與應(yīng)力的關(guān)系角度，斷裂分為正斷（與max垂直）與切斷（與max平行）；從斷裂時(shí)的應(yīng)變與能量吸收角度，斷裂分為脆性斷裂與韌性斷裂。解理斷裂時(shí)，材料幾乎沒有發(fā)生塑性變形就出現(xiàn)破斷，其斷口為閃閃發(fā)光的結(jié)晶狀斷口，亦稱脆性斷裂。 剪切斷裂時(shí)，材料在發(fā)生足夠大的塑性變形后出現(xiàn)斷裂，其斷口灰暗無光，通常為纖維狀，亦稱

2、韌性斷裂、切變斷裂。2、斷裂的一般過程中碳鋼的斷裂過程如下：首先，構(gòu)件在拉伸時(shí)，隨著應(yīng)力的增大，將從均勻變形過渡到局部的塑性變形，并發(fā)生頸縮。頸縮處的心部由于受三向拉應(yīng)力，不易變形，故滑移受阻，此時(shí)將出現(xiàn)位錯(cuò)增殖、堆積，并形成空孔和微裂紋。第二，隨著應(yīng)力的增大，上述空孔和微裂紋將合并長大并緩慢擴(kuò)張，逐步達(dá)到臨界裂紋尺寸。第三，達(dá)到臨界裂紋尺寸的裂紋將會(huì)急速擴(kuò)張，最后發(fā)生脆性斷裂。3、解理斷裂解理斷裂在拉應(yīng)力的作用下，晶體材料沿某些特定的結(jié)晶學(xué)截面即解理面發(fā)生的斷裂。 解理斷裂是一種脆性斷裂。在低溫、高應(yīng)變速率或高應(yīng)力集中的體心立方、密排六方金屬中，當(dāng)材料的塑性變形嚴(yán)重受阻，材料不能以形變的形式

3、而只能以分離來順應(yīng)外加應(yīng)力，此時(shí)變形速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上斷裂速度，就會(huì)發(fā)生解理斷裂。在解理斷裂中，體心立方金屬常沿100面解理；而密排六方金屬沿0001面解理。其解理斷口常表現(xiàn)為河流花樣、解理臺(tái)階、舌狀花樣、魚骨狀花樣等。解理斷裂通常并不是沿一個(gè)晶面解理，而是沿一族相互平行的晶面同時(shí)發(fā)生解理，不同高度的解理面將形成解理臺(tái)階。在裂紋擴(kuò)張過程中，臺(tái)階的高度由小的差異逐漸導(dǎo)致大的差異，尤如小河川匯成大河川，故稱為“川流結(jié)構(gòu)”或“河流花樣”。圖1 河流花樣的裂紋擴(kuò)展示意圖圖2 河流花樣當(dāng)解理發(fā)展遇到障礙（如孿晶面）時(shí)，如果繞不過去，則會(huì)在障礙物前的晶粒上停留，當(dāng)形成多個(gè)新的裂紋源后再向前發(fā)展，并繞過障礙物，

4、而留下小部分孤島。故在“河流花樣”中常存在著“舌狀結(jié)構(gòu)”。圖3 舌狀結(jié)構(gòu)形成示意圖圖4 舌狀結(jié)構(gòu)4、剪切斷裂剪切斷裂在切應(yīng)力的作用下，沿滑移面滑移并產(chǎn)生大量塑性變形后出現(xiàn)的斷裂。 圖5 圓柱試樣拉伸時(shí)不同韌性的斷裂形式a-頸縮型；b-雙杯型；c-杯錐型；d-剪切型不論哪種形式的剪切斷裂，均是滑移變形的結(jié)果。其滑移的基本形式有兩種：一是滑移變形集中在狹小區(qū)域里的滑移切斷；二是左右同時(shí)滑移產(chǎn)生的頸縮斷裂。圖6 滑移切斷圖7 頸縮型斷裂5、裂紋的形成與擴(kuò)張一是由于同號(hào)位錯(cuò)在障礙物夾雜、第二相、氣孔或晶界等處堆積，或由于兩個(gè)交叉的滑移面上的位錯(cuò)皆向交叉處滑移、堆積，從而形成微裂紋，即型裂紋。圖8 型微

5、裂紋的形成示意圖二是由于異號(hào)位錯(cuò)在相鄰很近的滑移面上相對滑移，在交錯(cuò)處形成微裂紋，即型裂紋。圖9 型微裂紋的形成示意圖隨著滑移的進(jìn)行，在型和型裂紋中，不斷移入多余的位錯(cuò)，由于滑移和附加應(yīng)力的作用，使微裂紋擴(kuò)張成稍大的裂紋或空孔。截面上的應(yīng)力狀態(tài)不同，最后斷裂的微觀斷口形式也不同。圖10 空孔的合并與斷口的走向示意圖在上述空孔合并最后形成蜂窩狀斷口的韌性斷裂中，空孔或微裂紋主要是由于第二相或夾雜物前面大量堆積的位錯(cuò)產(chǎn)生的。故第二相顆粒的大小和分布狀態(tài)對韌性斷裂有重要影響。圖11 韌性斷口的“韌窩”二、影響金屬材料斷裂的主要因素1、應(yīng)力的影響物體在外力的作用下，在其截面上將產(chǎn)生正應(yīng)力和切應(yīng)力。當(dāng)物

6、體受到單向拉應(yīng)力時(shí)，其最大正應(yīng)力max作用在與外力垂直的平面上，最大切應(yīng)力max作用在與外力成45的截面上。當(dāng)正應(yīng)力達(dá)到材料的正斷抗力時(shí)，將產(chǎn)生正斷，斷口與外力方向垂直。當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到材料的屈服點(diǎn)時(shí)，將發(fā)生塑性變形；當(dāng)切應(yīng)力達(dá)到材料的剪斷抗力時(shí)，將發(fā)生剪斷。 構(gòu)件在外力的作用下，在正應(yīng)力max未達(dá)到材料的正斷抗力前，如果切應(yīng)力max首先達(dá)到屈服點(diǎn)，則構(gòu)件將產(chǎn)生塑性變形，隨后出現(xiàn)塑性斷裂；如果在切應(yīng)力max達(dá)到屈服點(diǎn)之前，正應(yīng)力max首先達(dá)到正斷抗力，則構(gòu)件將發(fā)生脆性斷裂。當(dāng)有缺口的構(gòu)件受到拉應(yīng)力y時(shí)，由于缺口根部橫向收縮受阻，將在橫向和厚度方向產(chǎn)生拉伸應(yīng)力x和z，從而在缺口根部產(chǎn)生三軸拉應(yīng)力，并

7、使該處材料變脆。缺口越深、越尖，局部應(yīng)力和應(yīng)變就越大。圖12 缺口根部應(yīng)力分布2、溫度的影響隨著溫度的降低，構(gòu)件的破壞方式將由塑性破壞變?yōu)榇嘈云茐摹Ｓ身g性斷裂到脆性斷裂的轉(zhuǎn)變溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。在較高溫度時(shí)，材料處于臨界溫度以上，位錯(cuò)借助于熱激活能可以比較容易地進(jìn)行移動(dòng)，并可能會(huì)出現(xiàn)新的滑移面，因而脆性裂紋難于形成。而當(dāng)溫度較低時(shí)，位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)將受到極大阻礙，位錯(cuò)的堆積將導(dǎo)致裂紋形成。3、加載速度的影響隨著變形速度的增加，材料來不及進(jìn)行塑性變形和滑移，因而位錯(cuò)擺脫束縛進(jìn)行滑移所需的熱激活時(shí)間減少，使脆性轉(zhuǎn)變溫度提高，故易于脆斷。當(dāng)材料中有缺口時(shí)，應(yīng)變速率將快速提高，從而將大大降低材料的局部韌性

8、。 圖13 韌脆轉(zhuǎn)變溫度與應(yīng)變速率的關(guān)系4、組織狀態(tài)的影響a、化學(xué)成分的影響降低C、P、S的含量和增加Mn的含量，既可保證鋼的強(qiáng)度，又可提高鋼的塑性，對防止斷裂有利。適當(dāng)增加鋼中Ni、V、Cr、Nb、Ti、Zr、Al等元素的含量，可細(xì)化晶粒，有利于提高材料的抗斷裂能力。氫在鋼中易產(chǎn)生氫脆；氮在鋼中易形成氣團(tuán)，阻止位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生位錯(cuò)積塞，降低韌性。同時(shí)，氮易以針狀氮化物的形式存在于鋼中，嚴(yán)重降低韌性；氧常以氧化物夾雜形式存在于鋼中，降低材料的強(qiáng)度、硬度和塑性，產(chǎn)生脆化。b、組織狀態(tài)和板厚的影響材料的晶粒度越小，其斷裂強(qiáng)度就越高。隨著晶粒度的增大，材料發(fā)生脆性解理斷裂的可能性增加。構(gòu)件的厚度越大

9、，材料的塑性約束增加，斷裂將由塑性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變。第二節(jié)第二節(jié) 焊接材料斷裂的評(píng)定方法焊接材料斷裂的評(píng)定方法一、臨界轉(zhuǎn)變溫度和斷裂判據(jù)溫度、變形速度、構(gòu)件狀態(tài)對脆性斷裂有重要影響：降低溫度、提高變形速度以及構(gòu)件的大厚度、存在缺口和殘余應(yīng)力會(huì)增大脆斷的可能性。為防止脆斷，常模擬實(shí)際工作條件進(jìn)行試驗(yàn)，將材料韌性急劇下降的溫度定為由塑性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的臨界溫度，以此作為材料是否發(fā)生脆性斷裂的判據(jù)。如果構(gòu)件的實(shí)際使用溫度高于該臨界溫度，則認(rèn)為構(gòu)件沒有發(fā)生脆斷的危險(xiǎn)。二、防止裂紋發(fā)生和阻止裂紋擴(kuò)展的原則止裂原則：焊接構(gòu)件在最低工作溫度下工作時(shí)，必須能夠阻止脆性裂紋的自由擴(kuò)展。止裂條件：裂紋起源于

10、材料的局部脆化區(qū)內(nèi)，且處于較高的應(yīng)力場中。當(dāng)焊縫及近縫區(qū)的缺陷及應(yīng)力集中所產(chǎn)生的脆性裂紋擴(kuò)展進(jìn)入韌性區(qū)和較低的應(yīng)力場中時(shí)，已經(jīng)裂開的裂紋長度如果小于新區(qū)域中裂紋失穩(wěn)斷裂的臨界長度時(shí)，則裂紋的擴(kuò)展將受到阻止。一般情況下，在高于止裂溫度時(shí)，材料內(nèi)出現(xiàn)的脆性裂紋將被相鄰的母材制止，從而可有效防止構(gòu)件出現(xiàn)整體脆性斷裂。三、防止結(jié)構(gòu)脆斷的試驗(yàn)研究方法1、沖擊試驗(yàn)在沖擊試驗(yàn)中，V形缺口沖擊試驗(yàn)應(yīng)用較多。a、按能量標(biāo)準(zhǔn)確定臨界溫度將被測工件浸入相關(guān)的控溫介質(zhì)（如酒精、冰、液氮等）中，然后在低溫下做系列沖擊試驗(yàn)，并測定沖擊功隨溫度改變的變化曲線，當(dāng)沖擊斷裂功aK降至某一特定數(shù)值時(shí)的溫度即為臨界溫度TK。 右圖

11、為兩種典型的系列沖擊試驗(yàn)曲線。曲線A的沖擊功在某一溫度時(shí)突然下降，該溫度即為材料的臨界溫度TK。 但大多數(shù)材料的沖擊功是在某一溫度范圍內(nèi)連續(xù)下降的，如曲線B。此時(shí)應(yīng)根據(jù)各材料的沖擊功降至某一特定值時(shí)來確定其對應(yīng)的臨界溫度TK。 圖14 沖擊斷裂功和試驗(yàn)溫度的關(guān)系b、按斷口形貌確定臨界溫度隨著溫度的降低，沖擊斷口的纖維狀區(qū)域面積將減小，結(jié)晶狀區(qū)域?qū)⒃黾印８鶕?jù)纖維狀區(qū)域與結(jié)晶狀區(qū)域相對面積的大小來確定其對應(yīng)的臨界溫度TK。通常將結(jié)晶區(qū)域面積占總面積50%時(shí)所對應(yīng)的溫度作為臨界溫度TK。圖15 沖擊斷口形貌示意圖沖擊斷口纖維區(qū)沖擊斷口放射區(qū)沖擊斷口剪切唇2、落錘試驗(yàn)在厚度為25.4mm的長條狀試件中

12、部焊一6313 mm的脆性焊道，然后在焊道中部的垂直方向上鋸一1.5mm以下的人工缺口，將試件焊面朝下置于一砧座上，在不同溫度下，用一頭部半徑為25.4mm的圓柱面重錘向試件的中部加載，當(dāng)試件發(fā)生斷裂的最高溫度就是臨界溫度。圖16 落錘試驗(yàn)1-砧座；2-試件；3-重錘；4-終止撓度；5-止撓塊由于落錘試驗(yàn)是裂紋傳播試驗(yàn)，如果鋸口根部未開裂，則試驗(yàn)無效；鋸口開裂但被母材制止，未能擴(kuò)展至試件邊緣則判為未斷；鋸口根部開裂并擴(kuò)展至邊緣則判定為斷裂。3、邏伯遜試驗(yàn)和ESSO試驗(yàn)如右圖，試件一端呈半圓形，在其心部鉆孔，并鋸一缺口，然后將試件焊接到聯(lián)接板上。試驗(yàn)時(shí)，先在試件上制造一有穩(wěn)定溫度梯度的溫度場，然

13、后在試件上帶有缺口的一端用重錘施加沖擊載荷，使缺口開裂。在均勻拉應(yīng)力作用下，試件中的裂紋將繼續(xù)擴(kuò)展，直至某一溫度區(qū)域才被制止。裂紋尖端出現(xiàn)剪切唇的溫度即為止裂轉(zhuǎn)變溫度。圖17 邏伯遜試件右圖為邏伯遜止裂溫度試驗(yàn)（CAT試驗(yàn)）測定的典型曲線。由圖可見，在低溫區(qū)由于鋼材的韌性極差，使CAT曲線平緩，即在該區(qū)間內(nèi)溫度對鋼材的承載能力影響很小。當(dāng)溫度高于某一值時(shí)，材料的止裂能力顯著提高。圖18 邏伯遜試驗(yàn)的CAT曲線CAT曲線也可用ESSO試驗(yàn)求得。將右圖試件置于一溫度場中，其一側(cè)有一尖銳缺口，在另一側(cè)也開一極細(xì)的切口，當(dāng)被冷卻到指定溫度時(shí)，對缺口用楔子錘擊加載，使之引發(fā)脆性裂紋，根據(jù)裂紋擴(kuò)展情況可繪

14、制出相應(yīng)的CAT曲線。圖19 ESSO裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)試件佩里尼把DW落錘試驗(yàn)、ESSO法以及邏伯遜法進(jìn)行了綜合，從而把溫度、缺陷尺寸的大小與脆斷之間建立起了有機(jī)聯(lián)系，形成了佩里尼斷裂分析圖（FAD）。當(dāng)溫度低于NDT時(shí)，隨缺陷尺寸的增加，斷裂強(qiáng)度明顯下降；當(dāng)工作溫度高于NDT時(shí)，斷裂強(qiáng)度明顯上升。圖20 佩里尼裂紋分析圖4、寬板試驗(yàn)寬板試驗(yàn)用于再現(xiàn)焊接結(jié)構(gòu)中低應(yīng)力脆性斷裂的開裂情況。它由兩個(gè)半塊組成，試件的焊邊刨成X形坡口，并在坡口上鋸出切口。然后在X形坡口上用焊條電弧焊焊成縱向?qū)雍缚p，將試件裝配在特制的拉伸試驗(yàn)機(jī)上，當(dāng)試件中部冷卻至不同溫度后加載將其拉斷。圖21 寬板試驗(yàn)示意圖寬板試驗(yàn)的低應(yīng)

15、力脆性斷裂的幾種情況：a、低應(yīng)力下產(chǎn)生裂紋并立即斷裂，如H點(diǎn)。此為焊接結(jié)構(gòu)中非常危險(xiǎn)的失穩(wěn)斷裂，該斷裂溫度稱為失穩(wěn)斷裂溫度。 圖22 寬板試驗(yàn)示意圖b、低應(yīng)力下產(chǎn)生脆性裂紋，但裂紋發(fā)展到一定程度會(huì)自行停止。繼續(xù)增加負(fù)載，低溫下當(dāng)構(gòu)件達(dá)到屈服強(qiáng)度后出現(xiàn)斷裂，如A、B、C等點(diǎn)。c、在較高溫度及在屈服強(qiáng)度的應(yīng)力下才會(huì)產(chǎn)生裂紋，最后發(fā)生斷裂。如F點(diǎn)。圖23 寬板試驗(yàn)示意圖木原的寬板試驗(yàn)斷裂行為圖分為7個(gè)區(qū)域：、有殘余應(yīng)力和尖銳缺口，裂紋開裂后不擴(kuò)展；、應(yīng)力較高，裂紋開裂后即擴(kuò)展；、應(yīng)力超過屈服強(qiáng)度s時(shí)發(fā)生斷裂的區(qū)域；、溫度高于裂紋開裂臨界溫度，但不產(chǎn)生脆性開裂；圖24 木原寬板試驗(yàn)斷裂行為圖、溫度較高

16、，應(yīng)力較低，既不發(fā)生脆性開裂又能制止別處引發(fā)裂紋；、有尖銳缺口，但無殘余應(yīng)力，達(dá)到塑斷區(qū)域時(shí)才能發(fā)生塑性斷裂；、有尖銳缺口，但無殘余應(yīng)力，試件開裂后不會(huì)擴(kuò)展，能夠止裂。圖25 木原寬板試驗(yàn)斷裂行為圖第三節(jié)第三節(jié) 焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 及其對脆斷的影響及其對脆斷的影響一、焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1、脆性斷裂的特征：a、突然性構(gòu)件在沒有顯著塑性變形的情況下突然發(fā)生斷裂；b、擴(kuò)展性脆性破壞一經(jīng)發(fā)生，瞬間就能擴(kuò)展到整個(gè)構(gòu)件；c、低應(yīng)力性構(gòu)件發(fā)生脆斷時(shí)，材料中的平均應(yīng)力比屈服極限小得多，為低應(yīng)力下的破壞。2、發(fā)生脆斷事故的原因：a、構(gòu)件在低溫下工作，使材料變脆；b、構(gòu)件中存在的缺陷和裂紋，造成了嚴(yán)重的應(yīng)力

17、集中；c、焊接接頭中殘余應(yīng)力的作用，促進(jìn)了裂紋的擴(kuò)展；d、構(gòu)件為不合格的材料或性能較差的材質(zhì)組成；e、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成應(yīng)力集中而破壞。3、焊接與鉚接對脆斷的影響：焊接接頭是冶金結(jié)合，具有良好的致密性和整體性。但是，如果焊接結(jié)構(gòu)一旦出現(xiàn)開裂，裂紋就很容易由一個(gè)構(gòu)件擴(kuò)展至另一構(gòu)件，并擴(kuò)展至構(gòu)件整體，造成結(jié)構(gòu)整體破壞。鉚接接頭則有阻止裂紋跨越構(gòu)件擴(kuò)展的特點(diǎn)。即使構(gòu)件中出現(xiàn)了裂紋，當(dāng)裂紋擴(kuò)展到鉚接接頭處時(shí)會(huì)停下來，不會(huì)擴(kuò)展至另一構(gòu)件中，從而可避免嚴(yán)重的脆斷后果。二、焊接結(jié)構(gòu)制造工藝的影響1、焊接殘余應(yīng)力的影響在韌脆轉(zhuǎn)變溫度以上時(shí)，外加載荷使得殘余應(yīng)力均勻化，對脆性斷裂影響不大；在韌脆轉(zhuǎn)變溫度以下時(shí)，

18、殘余應(yīng)力將使斷裂應(yīng)力顯著減小。2、焊接應(yīng)力循環(huán)和應(yīng)變循環(huán)對脆斷的影響在焊接構(gòu)件的脆斷研究中，常采用帶缺口的焊接寬板試驗(yàn)：一種為開了初始裂紋后再進(jìn)行焊接；另一種是焊完后再開裂紋。研究表明，焊前開缺口（裂紋源）與焊后開缺口對應(yīng)力循環(huán)沒有明顯差別，且殘余應(yīng)力大體相當(dāng)；但這兩者的熱應(yīng)變循環(huán)卻有很大差別：焊前開缺口的構(gòu)件在焊接熱循環(huán)中有嚴(yán)重的應(yīng)變集中和較大的熱應(yīng)變量，因此其應(yīng)變循環(huán)和殘余應(yīng)變分布與焊后開缺口的構(gòu)件有明顯的差別。圖26 焊接寬板試驗(yàn)應(yīng)力應(yīng)變情況a-應(yīng)力循環(huán)；b-應(yīng)變循環(huán)（實(shí)線為焊前開缺口）對于焊前預(yù)制裂紋的構(gòu)件，在焊接過程中裂紋尖端將受到極大的熱應(yīng)變。由于應(yīng)力和應(yīng)變循環(huán)的作用，使裂紋處的局

19、部區(qū)域產(chǎn)生“動(dòng)應(yīng)變時(shí)效脆化”現(xiàn)象，從而增大脆性斷裂的危險(xiǎn)。圖27 焊接寬板試驗(yàn)裂紋延長線上縱向殘余應(yīng)力和應(yīng)變分布情況a-殘余應(yīng)力；b-殘余應(yīng)變1、焊前開缺口；2、3-焊后開缺口（前、后）；4-缺口尖端位置霍爾（Hall）動(dòng)應(yīng)變時(shí)效脆化試驗(yàn)：三種類型缺口試樣：第一種：預(yù)先開缺口，后焊接；第二種：焊前開缺口，焊后再聯(lián)通；第三種：先焊接，后開缺口。圖28 Hall寬板裂紋加工圖霍爾（Hall）試驗(yàn)結(jié)果表明，第一、第二類型缺口試樣的轉(zhuǎn)變溫度比第三種類型缺口試樣高33。因此，焊接應(yīng)力、應(yīng)變循環(huán)對焊前有裂紋和焊后開裂紋的構(gòu)件抗脆斷能力有不同程度的影響。在多層焊時(shí)，如果在先焊的焊道中產(chǎn)生了焊接裂紋或未焊透，

20、則在后續(xù)的焊道焊接過程中，有可能在這些缺陷處產(chǎn)生熱應(yīng)變時(shí)效，使焊接結(jié)構(gòu)的抗脆斷能力下降。3、預(yù)應(yīng)變對結(jié)構(gòu)脆斷的影響在焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)過程中，一般要經(jīng)過剪切和成型等加工工序，材料在成型加工中的預(yù)應(yīng)變量可達(dá)到2-3%。一般而言，預(yù)應(yīng)變將使材料斷裂時(shí)的殘余塑性變形減小，斷裂韌性降低，因此使材料的塑性降低，脆斷傾向增加。高溫（200-600）預(yù)應(yīng)變對材料脆化傾向的影響比室溫預(yù)應(yīng)變的影響更大。下圖為C-Mn鋼缺口彎曲試件預(yù)應(yīng)變對脆斷的影響試驗(yàn)。預(yù)彎時(shí)先使缺口張開0.16mm，然后向里彎曲到原來的尺寸?？梢?，不同溫度下的預(yù)彎處理，其轉(zhuǎn)變溫度不同 ：20預(yù)彎試件的轉(zhuǎn)變溫度最低，250預(yù)彎試件的轉(zhuǎn)變溫度最高；預(yù)

21、彎變形量越大，轉(zhuǎn)變溫度越高。圖29 缺口彎曲試件預(yù)應(yīng)變對脆斷的影響4、焊接熱循環(huán)的組織變化對脆斷的影響在焊接過程中，由于快速的加熱和冷卻，其熱影響區(qū)的作用使接頭中各部位的缺口韌性不同。焊接工藝參數(shù)，尤其是焊接熱輸入對熱影響區(qū)的組織有重要影響。對于高強(qiáng)鋼的焊接結(jié)構(gòu)，更應(yīng)注意焊接熱輸入的選擇：過小的熱輸入會(huì)引起淬硬組織，容易產(chǎn)生裂紋；過大的熱輸入易導(dǎo)致晶粒粗大，韌性降低，材料脆化。5、焊接缺陷對脆斷的影響焊接缺陷是焊接結(jié)構(gòu)脆斷的重要原因，40%的脆斷事故均是從焊接缺陷處開始破壞的。焊接缺陷分為平面缺陷和非平面缺陷。平面缺陷如裂紋、未焊透等，其對斷裂的影響取決于缺陷大小、位置、尖銳程度；非平面缺陷如

22、氣孔、夾渣等，其對斷裂的影響程度低于平面缺陷。第四節(jié)第四節(jié) 預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆斷的措施預(yù)防焊接結(jié)構(gòu)脆斷的措施一、正確選擇材料選材的原則是：1、在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，同時(shí)要考慮經(jīng)濟(jì)效益；2、母材及焊縫填充材料應(yīng)有較好的缺口韌性，即應(yīng)使焊縫、熱影響區(qū)和熔合線部位具有足夠的抗開裂性能，母材應(yīng)具有一定的止裂性能；3、隨著強(qiáng)度的提高，更應(yīng)考慮材料的斷裂韌性問題；4、應(yīng)充分了解結(jié)構(gòu)的使用溫度及載荷情況。通常采用以下兩種方法對材料進(jìn)行驗(yàn)收和評(píng)定：1、按缺口韌性試驗(yàn)驗(yàn)收材料對選定的鋼材用V形缺口沖擊試驗(yàn)來驗(yàn)證材料的適用性，即要求以該種材料制備的標(biāo)準(zhǔn)試件在規(guī)定溫度下能達(dá)到某一規(guī)定的能量值來考核。研究表明, V形缺

23、口沖擊試驗(yàn)測定的參考溫度與材料的最低設(shè)計(jì)溫度有一定的對應(yīng)關(guān)系。由允許的最低設(shè)計(jì)溫度和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度決定的板厚，在下圖中便可查得V形缺口沖擊試驗(yàn)時(shí)選擇材料的參考溫度，然后從材料標(biāo)準(zhǔn)中選取能滿足規(guī)定的V形缺口沖擊試驗(yàn)最低沖擊能量所要求的材料。圖30 寬板試驗(yàn)與V形缺口沖擊試驗(yàn)轉(zhuǎn)變溫度的關(guān)系a、焊態(tài) b、焊后熱處理2、用斷裂韌度與屈服點(diǎn)的比值來評(píng)定材料的抗脆斷能力材料的斷裂韌度（K）與屈服點(diǎn)的比值能很好地說明材料的脆塑性，兩者的比值反映了裂紋尖端處在斷裂前塑性區(qū)的大小。塑性區(qū)小意味著裂紋擴(kuò)展消耗的能量少，可以認(rèn)為是一種脆性材料；塑性區(qū)大意味著裂紋擴(kuò)展時(shí)要消耗較多的能量，可以認(rèn)為該材料具有較好的抗脆斷性能。二、合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須遵守以下幾項(xiàng)原則：1、應(yīng)全面了解焊接構(gòu)件的工作環(huán)境和工作條件如：對于在露天下工作的構(gòu)件，