焊接结构生产第3版教学课件作者邓洪军主编学习情境一学习情境1.6焊接结构的脆性破坏课件.pptVIP

* * 学习情境一 焊接结构件制造基础知识 焊接结构脆断的基本现象和特点 焊接结构脆断的原因 防止焊接结构脆性破坏的措施 焊接结构的脆性破坏 学习情境1.6 焊接结构脆断的基本现象和特点： 1.一般在环境温度或介质温度降低时发生。 2.脆断的名义应力较低，通常低于材料的 屈服点，往往还低于设计应力。 3.破坏总是从焊接缺陷处或几何形状突变、 应力和应变集中处开始的。 焊接结构脆断的基本现象和特点： 4.破坏时没有或极少有宏观的塑性变形产生。 5.脆断时，裂纹的传播速度极高，当裂纹扩展 到更低的应力区或材料的高韧性区时，裂纹 就停止扩展。 6.断口附近材料的韧性很差，离断口较远的材 料的力学性能仍符合原来的规范要求。 焊接结构脆断的原因： 影响焊接结构脆断的主要因素： 温度的影响 加载速度的影响 应力状态的影响 材料状态的影响 影响结构脆断的设计因素 影响结构脆断的工艺因素 温度和加载速度的影响 图2 温度对不同材料冲击吸收功的影响 图1 碳素钢的温度与拉伸性能关系 低强度体心立方材料 面心立方材料 高强度材料 温度 冲击吸收功 加载速度的影响 240 300 280 260 320 σs/MPa 加载速度 10 30 20 40 50 60 70 图3 加载速度对屈服强度的影响 应力状态的影响 塑性变形是由于金属内有切应力存在， 若最大的切应力先达到材料的切断抗力 则发生延性断裂，当最大的正应力先达 到材料的抗断力，则发生脆性断裂。因 此，发生断裂的性质既与材料的正断抗 力和切断抗力有关，又与其比值有关。 材料状态的影响 厚度的影响： 厚度增大，发生脆断的可能性增大。 晶粒度的影响： 晶粒度越细，越不易发生脆断。 化学成分的影响： 碳素结构钢，随着含碳量的增大，脆断倾向增大；其他如：N、O、H、S、P等元素会增大脆性；适当加入Ni、Cr、V、Mn等元素则有利于减小钢的脆性。 影响结构脆断的设计因素 焊接连接是刚性连接：焊接结构是一个刚性的整体，结构一旦开裂，裂纹很容易从一个构件穿越焊缝传播到另一个构件，而造成整个结构的破坏。 结构的整体性大，对应力集中特别敏感。 构造设计上存在着不同程度的应力集中因素。 结构细部设计不合理。 影响结构脆断的工艺因素 应变时效对结 构脆断的影响 焊接接头非均 质性的影响 焊接残余 应力的影响 焊接工艺 缺陷的影响 应变时效对结构脆断的影响 钢材的应变时效：钢材经一定的塑性变形后发生的时效。 冷作硬化产生应变时效 热应变时效或动应变时效 解决方法：焊后热处理 焊接结构生产 中可能产生 应变时效的 两种情况 焊接接头非均质性的影响 焊接接头与母材不匹配 接头金相组织发生变化 结论：高匹配对抗断比较有力 最佳匹配方案：焊缝和母材具有相同的塑性，而强度稍高于母材。 高匹配 低匹配 等强度 匹配 三种不同强度匹配的情况 图4 焊接接头不同部位的韧性 焊接残余应力对结构脆断的影响 ⑴在材料的开裂转变温度以下时，焊接残余拉应力有不利的影响。而在转变温度以上时，焊接残余应力对结构破坏无不利影响。 ⑵焊接残余应力会改变脆性裂纹的走向。 图5 裂纹扩展路径 焊接工艺缺陷的影响 缺陷和结构几何不连续分类： 平面缺陷：未融合、未焊透、裂纹（最严重） 体积缺陷：气孔、夹杂等。 成形不佳：焊缝太厚、角变形、错边等。 防止焊接结构脆性破坏的措施 正确的选用材料 钢材应具有一定的止裂性能，同时钢材的强度和韧性要兼顾，不能片面强调强度指标。 合理的结构设计 正确的制造过程 减少结构或焊接接头部位的应力集中。 合理的结构设计 在满足使用要求的前提下，尽量减小结构的刚度。 不采用过厚的截面。 对附件或不受力的焊缝设计应给予足够的重视。 合理的结构设计 图6 接头形式设计 *