焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂

關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂第1頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五第四節(jié)焊接結(jié)構(gòu)的脆性斷裂第2頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五脆性斷裂的主要特征

斷裂前無明顯塑性變形，沒有任何先兆，突然性強(qiáng)。

斷裂時(shí)所承受載荷不大，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)時(shí)的許用應(yīng)力，是典型的低應(yīng)力破壞形式。第3頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五脆性斷裂產(chǎn)生原因之（一）服役溫度測試溫度度強(qiáng)斷裂強(qiáng)度屈服強(qiáng)度脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)

塑性材料開始由塑性變?yōu)榇嘈缘臏囟冉胁牧洗嘈赞D(zhuǎn)變點(diǎn)。結(jié)構(gòu)的使用溫度較低時(shí)，其中的某個(gè)部件或局部可能達(dá)到脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)以下，使塑性材料變脆。第4頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五焊接熱循環(huán)脆性斷裂產(chǎn)生原因之（二）

熱影響區(qū)組織脆化，韌性下降。

改變材料脆性轉(zhuǎn)變溫度。對某些高強(qiáng)鋼，板厚為30mm，線輸入達(dá)50000J/cm時(shí)，可使脆性轉(zhuǎn)變點(diǎn)升高50~100℃平板堆焊第5頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五焊接殘余應(yīng)力脆性斷裂產(chǎn)生原因之（三）

產(chǎn)生應(yīng)力集中，使微裂紋擴(kuò)展成脆性斷裂源。

降低材料實(shí)際承載能力。簡單輪輻結(jié)構(gòu)第6頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五脆性斷裂產(chǎn)生原因之（四）備料及成形工藝

產(chǎn)生附加應(yīng)力。材料在成形加工時(shí)的預(yù)應(yīng)變可達(dá)2%~3%，預(yù)應(yīng)變使材料塑性降低，脆斷傾向增加?？赡芤胄碌娘@微缺陷，這些缺陷可能成為斷裂源。鋼板彎曲成形矯正彎曲變形第7頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五焊接缺陷脆性斷裂產(chǎn)生原因之（五）

裂紋、未焊透等面缺陷可能直接成為斷裂源。

氣孔、夾渣等三維缺陷會降低結(jié)構(gòu)的實(shí)際強(qiáng)度，并可能誘發(fā)微裂紋，如擴(kuò)展到表面，就可能成為斷裂源。焊接熱烈紋焊縫內(nèi)氣孔第8頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五焊接結(jié)構(gòu)本身脆性斷裂產(chǎn)生原因之（六）剛性大，構(gòu)件間很難發(fā)生相對位移，焊接應(yīng)力很難消除，且對應(yīng)力集中特別敏感。止裂能力差，裂紋容易在構(gòu)件之間擴(kuò)展，繼而擴(kuò)展到整體。箱形梁結(jié)構(gòu)第9頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五預(yù)防脆性斷裂的措施之（一）設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少接頭應(yīng)力集中在結(jié)構(gòu)的截面改變處，必須設(shè)計(jì)成平穩(wěn)過渡。盡量使用應(yīng)力集中系數(shù)小的對接接頭形式。合理布置焊縫，避免焊縫密集。第10頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五盡量采用圓滑過渡把角接頭改成對接接頭焊縫錯(cuò)開布置第11頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五盡量減小結(jié)構(gòu)剛度對于大型焊接結(jié)構(gòu)，在滿足使用條下件，應(yīng)盡量減小結(jié)構(gòu)的剛度，以降低應(yīng)力集中和附加應(yīng)力對脆性斷裂傾向的影響。通常用開“緩和孔”或開“緩和槽”等方法來減小接頭的剛度，有時(shí)還故意留一段焊縫不焊。預(yù)防脆性斷裂的措施之（二）第12頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五三條焊縫空間交叉，剛度大，應(yīng)力集中嚴(yán)重。把一塊板切掉一角，降低結(jié)構(gòu)剛度。第13頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五不可采用過厚的的板材在大型焊接結(jié)構(gòu)中，在滿足工作應(yīng)力的條件下，盡量采用薄板材。在工作應(yīng)力較大時(shí)，可采用多層板結(jié)構(gòu)，從而降低鋼板的脆性轉(zhuǎn)變溫度。不能用減低許用應(yīng)力的辦法來減小脆斷傾向性，這樣會使板厚增大，斷裂韌性下降，反而容易引起脆斷事故。預(yù)防脆性斷裂的措施之（三）第14頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五了解焊接結(jié)構(gòu)的工作條件詳細(xì)了解工作環(huán)境的最低氣溫和氣溫變化情況，如海洋鉆井的設(shè)計(jì)要求掌握近20年的氣象報(bào)告，最后通過概率統(tǒng)計(jì)得出結(jié)構(gòu)最低工作溫度。充分考慮結(jié)構(gòu)的承載情況，對承受動載和沖擊載荷的結(jié)構(gòu)更要給予特殊的關(guān)注，一般要通過實(shí)驗(yàn)確定結(jié)構(gòu)的脆性轉(zhuǎn)變溫度。對于儲存腐蝕性介質(zhì)的容器，要求焊縫熱影響區(qū)不能與介質(zhì)接觸。預(yù)防脆性斷裂的措施之（四）第15頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五熱影響區(qū)腐蝕介質(zhì)熱影響區(qū)腐蝕介質(zhì)腐蝕性介質(zhì)與焊接熱影響區(qū)接觸，接頭處容易產(chǎn)生脆性斷裂。增加管壁厚度，使焊接熱影響區(qū)與腐蝕介質(zhì)隔開。第16頁，共18頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)25分，星期五小結(jié)脆性斷裂的特征

無明顯塑性變形的低應(yīng)力破壞，突然性強(qiáng)。產(chǎn)生脆斷的原因

⑴使用溫度低于脆性轉(zhuǎn)變溫度使塑性材料變脆；

⑵焊接熱循環(huán)容易使熱影響區(qū)組織粗大，塑性下降;

⑶焊接殘余應(yīng)力使焊接接頭強(qiáng)度下降并且接頭處易產(chǎn)生應(yīng)力集中；

⑷焊接缺陷使結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載面積減小，并可能引起微裂紋；

⑸備料及成形加工時(shí)容易引入缺陷和降低材料塑性；

⑹焊接結(jié)構(gòu)剛度大，焊接應(yīng)力難消除，裂紋在構(gòu)件之間擴(kuò)展容易。生