第5章焊接结构的脆性断裂技术报告.pptVIP

第5章 焊接结构的脆性断裂Brittle Fracture of the Welding Structure用了5学时 主要内容 第一节 金属材料的脆性断裂 脆断事故及研究脆断的意义,脆断的形态特征及影响因素,材料断裂的评定方法脆性，断裂的能量理论 第二节 焊接结构的特点及其对脆断的影响 刚度大,整体性强的特点,焊接结构制造工艺特点 第三节 焊接结构抗开裂性能与止裂性能的评定方法 脆性断裂的产生,扩展与停止,焊接接头抗开裂性能试验,止裂试验. 第四节 预防焊接结构脆性断裂的措施 正确选材,采用合理的焊接结构设计,用断裂力学方法评定结构安全性. 5.1 脆断事故和研究脆断的意义 焊接结构广泛应用以来，曾发生过一些脆性断裂事故 这些事故无征兆，是突然发生的，一般都有灾难性后果 桥梁脆性断裂（特例） 位于加拿大的圣劳伦斯河之上的Quebec Bridge本该是著名设计师Theodore Cooper的一个真正有价值的不朽杰作。 作为当时世界上最长跨度的钢悬臂桥，库帕忘乎所以地把大桥的主跨由490米延伸至550米，以此节省建造桥墩基础的成本。 Quebec Bridge 坍塌后的惨状 9年后，不幸的是悲剧再次发生 1913年，这座大桥的建设重新开始1916年9月，中间跨度最长的一段桥身在被举起过程中突然掉落塌陷。 结果13名工人被夺去了生命。 事故原因：举起过程中一个支撑点的材料指标不足。 惨痛教训：86-11+13=88 跨度最长的一段桥身突然掉落塌陷 1917年，在经历了两次惨痛的悲剧后，魁北克大桥终于竣工通车，这座桥至今仍然是世界上最长的悬臂跨度大桥之一。 轮船的脆性断裂—著名的事故调查 裂纹拦腰扩展——油轮 Why the Titanic Sunk ？ 直径24m*16m高糖蜜罐 -30℃下脆断 4000t 人员和财产巨大损失 P180 表5-2 典型脆断事例统计 调查研究脆断发现的特点： 低应力、没有显著的塑性变形 塑性材料也发生脆断 总是由裂纹源（0.1mm以上）扩展引起 超过某个临界尺寸就以极高速度扩展 中、低强度钢常发生在较低温度，高强度钢没有明显的温度效应 必须高度重视 引起焊接结构脆断的原因是多方面的，它涉及材料选用不当、构造设计不合理、制造质量和检验技术不完善等； 防止焊接结构脆断是一个系统工程，光靠个别试验或计算方法是不能确保安全使用的。 5.2 金属材料的断裂及其影响因素 同一种材料在不同条件下可以显示出不同的破环形式。 研究表明，最重要的影响因素是： 温度、应力状态和加载速度 例如温度越低、加载速度越大，材料中三向应力状态越严重则发生解理断裂的倾向性越大。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。 而在另外的条件下，材料又呈脆性破坏。此外晶粒度及显微组织对材料破坏倾向也有重大影响。 5.2.1 金属材料断裂的形态特征 工程上分类：仅有延性断裂和脆性断裂两种 区分两者的方法：断口在断裂前的塑性变形量 如何分析：材料状态- 工作条件- 断口：金属破断后获得的一对相互匹配的断裂表面及其外观形貌 记录着有关断裂全过程的许多珍贵信息 断裂起因、断裂性质、断裂方式、断裂机制、断裂韧性、断裂过程的应力状态以及裂纹扩展速率等均可由断口获得 断口三要素：纤维区、放射区和剪切唇区 定义裂纹扩展区对另外两个区面积的比值为R,则通常把R=1时的断裂温度称为材料的韧性－脆性转变温度（或延性-脆性转变温度、塑性-脆性转变温度） 断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方。 延性断裂 Ductile Fracture 延性断裂过程：金属材料在载荷作用下，首先产生弹性变形，当载荷继续增加到某一数值，材料即发生屈服，产生塑性变形。继续加大载荷，金属将进一步变形，继而发生微裂口或微空隙，这些微裂口或微空隙一经形成，便在随后的加载过程中逐步汇合起来，形成宏观裂纹。宏观裂纹发展到一定尺寸后，扩展而导致最后断裂。 微观特征：韧窝 延性断裂的表面SEM图片 韧窝花样和硫化物（Sulfide）颗粒 材料：ASTM 1080碳素钢 化学成分： C：0.75-0.88 Mn: 0.69-0.90 P: ≤0.040 S硫: ≤0.050 Si: ≤0.10 Cu: 铜≤0.20 韧窝的形成的两种机制 三种基本韧窝形态 等轴韧窝：在正应力的作用下,显微空洞周边均匀增长,断裂之后形成近似圆形的等轴韧窝。 三种基本韧窝形态——撕裂韧窝： 在切应力作用下形成的,通常出现在拉伸或冲击断口的剪切唇上,其形状呈抛物线形,匹配断面上，抛物线的凸向相反。 三种基本韧窝形态——剪切韧窝： 在撕裂应力的作用下形成,常见于尖锐裂纹的前端及平面应变条件下低能撕裂断口上,也呈抛物线形