焊接工程師培訓(xùn)-斷裂力學(xué)課件

1、斷裂力學(xué)Introduction to fracture mechanics 焊接接頭和焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度低溫沖擊載荷容易引起結(jié)構(gòu)，特別是焊接結(jié)構(gòu)的低應(yīng)力脆性破壞，給人類生產(chǎn)生活帶來巨大的災(zāi)害。疲勞破壞則是結(jié)構(gòu)最普遍的破壞形式，約占結(jié)構(gòu)破壞失效總量的8090。1.1相同點 都屬于低應(yīng)力破壞 破壞時的工作應(yīng)力或材料的強(qiáng)度 破壞之前，結(jié)構(gòu)都沒有明顯的征兆或外觀變形，突發(fā)性強(qiáng)，令人促不及防。 都對應(yīng)力集中很敏感 起裂位置多半都存在原始缺陷，或起裂于應(yīng)力集中點。1 脆性破壞與疲勞破壞 的相同點與不同點1.2不同點 載荷性質(zhì)不同對溫度敏感性受載次數(shù)多少斷裂經(jīng)歷時間斷裂經(jīng)歷過程 斷裂機(jī)理機(jī)制 宏觀斷口形貌

2、 微觀斷口形貌 疲勞裂紋的擴(kuò)展過程2.1 疲勞應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力的五個基本參數(shù)2疲勞強(qiáng)度的基本概念2.2應(yīng)力循環(huán)的基本類型2.3疲勞強(qiáng)度和疲勞極限2.4疲勞強(qiáng)度在焊接結(jié)構(gòu)中的常用表示方法3.1影響載荷、環(huán)境效應(yīng)的因素（外因） 疲勞載荷的性質(zhì)和大小在計算疲勞應(yīng)力時，除了計算常規(guī)疲勞載荷的作用之外，還須考慮隨機(jī)載荷、結(jié)構(gòu)之間的拘束應(yīng)力、溫差應(yīng)力、焊接殘余應(yīng)力、應(yīng)力集中、環(huán)境介質(zhì)的腐蝕作用等因素對疲勞強(qiáng)度的影響。 環(huán)境因素 腐蝕介質(zhì)會加速疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展速率，降低疲勞壽命。3影響焊接接頭疲勞強(qiáng)度的因素3.2影響結(jié)構(gòu)抗力的因素（內(nèi)因） 結(jié)構(gòu)構(gòu)造剛?cè)嵯酀?jì)的程度結(jié)構(gòu)的整體剛度、強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)承載的根基；提高結(jié)構(gòu)

3、相互連接接頭的平滑、圓滑、柔韌程度，是降低應(yīng)力集中敏感程度的重要手段。疲勞和低應(yīng)力脆斷都對應(yīng)力集中很敏感，這一點，二者的情況是一樣的。 結(jié)構(gòu)上，特別是接頭上的各種應(yīng)力集中現(xiàn)象1)結(jié)構(gòu)表面形狀的突然變化；2)各種缺陷及孔洞等；3)焊接變形：錯邊、角變形等；4)金屬表面的粗糙度等。 材質(zhì)的純度與材料的塑性和韌度 塑性和韌度對延緩裂紋的萌生和擴(kuò)展，對延長疲勞壽命和提高疲勞強(qiáng)度有明顯作用。 結(jié)構(gòu)殘余拉應(yīng)力 殘余拉應(yīng)力能提高疲勞循環(huán)的平均應(yīng)力，加大應(yīng)力集中的影響，加速疲勞破壞。殘余壓應(yīng)力可以阻止，或減緩疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力集中是降低焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的最主要因素。預(yù)防、減小應(yīng)力集中的工作，應(yīng)

4、該貫穿于產(chǎn)品設(shè)計、制造和使用的整個過程當(dāng)中。4提高焊接結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度的措施4.1設(shè)計措施設(shè)計常分為整體設(shè)計和細(xì)部設(shè)計兩個階段： 整體設(shè)計主要是功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，在選擇整體結(jié)構(gòu)形式時，既要滿足產(chǎn)品的總體功能要求和整體強(qiáng)度、剛度要求，又要注意從宏觀角度分散集中載荷，減小應(yīng)力集中。做到剛?cè)嵯酀?jì)，才有利于提高疲勞強(qiáng)度，也有利于防止低應(yīng)力脆性破壞。 細(xì)部設(shè)計的重要任務(wù)在于通過細(xì)部的具體尺寸形狀，做到粗細(xì)、厚薄、寬窄不同截面之間的圓滑過渡，從每個具體位置著眼，注意減小應(yīng)力集中。 在產(chǎn)品或結(jié)構(gòu)兩部分互相連接的區(qū)域，應(yīng)當(dāng)盡量采用平緩圓滑或剛?cè)嵯酀?jì)的結(jié)構(gòu)和接頭形式，盡量避免陡然過渡。低碳鋼搭接接頭疲勞強(qiáng)度對比4.2工藝措施易產(chǎn)生裂紋的缺口部位，可預(yù)制殘余壓應(yīng)力，能改善，甚至消除焊接殘余應(yīng)力的不利影響；措施：首先按嚴(yán)格的工藝要求，焊好結(jié)構(gòu)的縱向主焊縫，并采用尖錘或風(fēng)鎬及時捶擊焊縫，將殘余拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力；隨后焊接筋板焊縫時，先在焊縫交叉點外引弧，焊到頂點后，回程重熔焊道，消除引弧點的焊接缺陷，并及時捶擊焊縫，消除焊接應(yīng)力。4.3使用中的維護(hù)措施 妥善