焊接工程学(第八章).pptVIP

霍尔(Hall)试验结果表明，第一、第二类型缺口试样的转变温度比第三种类型缺口试样高33℃。因此，焊接应力、应变循环对焊前有裂纹和焊后开裂纹的构件抗脆断能力有不同程度的影响。在多层焊时，如果在先焊的焊道中产生了焊接裂纹或未焊透，则在后续的焊道焊接过程中，有可能在这些缺陷处产生热应变时效，使焊接结构的抗脆断能力下降 焊接结构的特点及其对脆断的影响 3、预应变对结构脆断的影响 在焊接结构的生产过程中，一般要经过剪切和成型等加工工序，材料在成型加工中的预应变量可达到2-3%。一般而言，预应变将使材料断裂时的残余塑性变形减小，断裂韧性降低，因此使材料的塑性降低，脆断倾向增加。高温(200-600℃)预应变对材料脆化倾向的影响比室温预应变的影响更大 焊接结构的特点及其对脆断的影响 下图为C-Mn钢缺口弯曲试件预应变对脆断的影响试验。预弯时先使缺口张开0.16mm，然后向里弯曲到原来的尺寸。可见，不同温度下的预弯处理，其转变温度不同：20℃预弯试件的转变温度最低，250℃预弯试件的转变温度最高；预弯变形量越大，转变温度越高 图29 缺口弯曲试件预应变对脆断的影响 焊接结构的特点及其对脆断的影响 4、焊接热循环的组织变化对脆断的影响 在焊接过程中，由于快速的加热和冷却，其热影响区的作用使接头中各部位的缺口韧性不同。焊接工艺参数，尤其是焊接热输入对热影响区的组织有重要影响。对于高强钢的焊接结构，更应注意焊接热输入的选择：过小的热输入会引起淬硬组织，容易产生裂纹；过大的热输入易导致晶粒粗大，韧性降低，材料脆化 焊接结构的特点及其对脆断的影响 5、焊接缺陷对脆断的影响 焊接缺陷是焊接结构脆断的重要原因，40%的脆断事故是从焊接缺陷处开始破坏 焊接缺陷分为平面缺陷和非平面缺陷 平面缺陷——如裂纹、未焊透等，其对断裂的影响取决于缺陷大小、位置、尖锐程度 非平面缺陷——如气孔、夹渣等，其对断裂的影响程度低于平面缺陷 焊接结构的特点及其对脆断的影响 第四节 预防焊接结构脆断的措施 一、正确选择材料——选材原则 1、在保证结构安全的前提下，同时要考虑经济效益 2、母材及焊缝填充材料应有较好的缺口韧性，即应使焊缝、热影响区和熔合线部位具有足够的抗开裂性能，母材应具有一定的止裂性能 3、随着强度的提高，更应考虑材料的断裂韧性问题 4、应充分了解结构的使用温度及载荷情况 预防焊接结构脆断的措施 通常采用以下两种方法对材料进行验收和评定： 1、按缺口韧性试验验收材料 选定的钢材用V形缺口冲击试验来验证材料的适用性，即要求以该种材料制备的标准试件在规定温度下能达到某一规定的能量值来考核。研究表明, V形缺口冲击试验测定的参考温度与材料的最低设计温度有一定的对应关系 由宽板拉伸试验的转变温度（作为允许的最低设计温度）和结构强度决定的板厚，可查得V形缺口冲击试验时选择材料的参考温度，然后从材料标准中选取能满足规定的V形缺口冲击试验最低冲击能量所要求材料 图30 宽板试验与V形缺口冲击试验转变温度的关系 a、焊态 b、焊后热处理 预防焊接结构脆断的措施 2、用断裂韧度与屈服点的比值来评定材料的抗脆断能力 材料的断裂韧度（K）与屈服点的比值能很好地说明材料的脆—塑性，两者的比值反映了裂纹尖端处在断裂前塑性区的大小。塑性区小意味着裂纹扩展消耗的能量少，可以认为是一种脆性材料；塑性区大意味着裂纹扩展时要消耗较多的能量，可以认为该材料具有较好的抗脆断性能 预防焊接结构脆断的措施 二、合理结构设计 焊接结构设计时必须遵守以下几项原则： 1、应全面了解焊接构件的工作环境和工作条件——如：对于在露天下工作的构件，应清楚其最低工作温度和温度变化规律；对于储存低温工作介质的焊接容器，应将环境温度和介质温度中的最低温度作为设计计算温度；应详细了解焊接构件是否承受冲击载荷等 预防焊接结构脆断的措施 2、应尽量减少结构和接头的应力集中 a、在结构的截面过渡中不允许有突变和尖角，应设计成平缓过渡 图31 接头中的尖角过渡和平滑过渡 预防焊接结构脆断的措施 b、在设计中尽量选用应力集中系数小的对接接头，避免选用应力集中系数较大的盖板接头 图32 封头设计合理与不合理的接头 预防焊接结构脆断的措施 图33 不同板厚的接头设计方案 c、不同厚度构件对接时尽量采用圆滑过渡形式 d、应将焊缝布置在便于施焊的地方，以避免缺陷的产生 e、为防止焊接部位材质的性能变坏，应避免形成密集焊缝，防止产生复杂的残余应力场 预防焊接结构脆断的措施 3、减少焊接构件的刚度 对于大型焊接构件，在满足结构的使用情况下，应尽量减少结构的刚度，以降低应力集中 图34 威廉德式桥立杆和弦杆的焊接 预防焊接结构脆断的措施 图35 为减少压力容器上开孔的刚性而开缓和槽 预防焊接结构脆断的措施 4、不采用过厚的板材