第5章 焊接结构的脆性断裂

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1、《焊接结构》讲义第5章焊接结构的脆性断裂22第5章焊接结构的脆性断裂§5-1研究脆断的意义及典型事故一、研究脆断的意义众所周知，工程设计中是用屈服强度来确定材料的许用应力。[σ]=σs/n，n>1：安全系数。设计的强度条件为：σ≦[σ]一般认为结构在许用应力以下工作就不会产生塑性变形更不会产生断裂，然而实际情况并非如此，常常有些结构会在应力远低于屈服强度的情况下发生断裂，长期的生产实践使人们认识到，上述强度条件仅能保证构件不发生塑性变形及随后的韧性断裂，却不能防止脆性断裂。在焊接工艺出现以前，结构的脆断出现的比较少，没有引起人们的重视，但是在焊接结构得到广泛应用以

2、来，脆断事故比以前明显增多了，这是因为在焊接结构的应用初期，人们对它的特点没有深刻的认识，没有按照他的规律办事，在结构设计上没有考虑焊接结构的特点，只是把原来的结构型式原封不动地改为焊接，把铆钉改为焊缝，这是不行的，因为有些结构型式适合铆接却不一定适合焊接，硬要这样做必然导致脆断事故的上升，脆断事故的增加，给人民的生命财产造成了巨大的损失，它引起了世界范围内有关人员的高度重视，防止脆性断裂的问题终于被提到议事日程上来了。讲到这里，大家对研究脆断的意义应该有了一些认识，为了加深这个认识，我们给大家介绍几起国内外的脆断事故是有好处的，大家可以从事故的损失中看到研究脆断

3、的必要性。二、典型事故：1、美国的自由轮：在二次大战期间，美国建造4694艘自由轮全焊接船，有970艘自由轮上出现大小不等的裂纹1442处。其中24艘甲板全部横断，8艘一断两节，4艘沉没。2、比利时的桥梁：武汉理工大学金属成型加工系姜剑宁2021/6/21第22页《焊接结构》讲义第5章焊接结构的脆性断裂22在二次大战期间，比利时在阿尔拜特运河上建了50座桥，在之后不长的时期内，前后有十多座发生了脆断事故，而且断裂时的载荷都不大，比如其中一座叫哈塞尔特的桥，跨度为74.52米，在建成14个月之后，于1938年3月14号晚突然断塌，断塌时桥上没有一个人、一辆车，据说当

4、时只有一条狗在桥上跑，当时气温是零下20度，河面上有阵风。3、压力容器：1944年10月20号美国东俄亥俄煤气公司，液化气储存基地储罐爆炸，该基地有3台球型储罐，内径17.4米，一台圆筒形储罐，直径21.3米，高12.8米，事故首先由圆筒型储罐开始，最初是储罐开裂，喷出气体和液体，接着一声巨响化为火焰，然后储罐爆炸，酿成大火，20分钟后，距它最近的一台球罐因底脚过热而倒塌、爆炸，使灾情进一步扩大。这次事故造成死亡128人，损失达680万美圆。另一起事故发生在1973年西班牙的马德里，一台5000立方米的球型煤气储罐，在水压试验时三处开裂而破坏，死伤15人。我国的情

5、况：7几年吉林某化工基地绿气罐爆炸死伤人员无数。在讲解焊接结构的脆性断裂之前我们首先要对金属材料的断裂有所了解。§5-2金属材料的断裂及其影响因素一、金属材料断裂的分类、特征及断口按断裂形态分：根据材料断裂前所产生的宏观塑性变形量的大小来确定断裂类型，可以分为韧性断裂与脆性断裂。1、韧性断裂特点：断裂前发生明显的宏观塑性变形，断口呈暗灰色，纤维状。2、脆性断裂断裂前塑性变形很小，具有突然性，因此危害性很大，特点：（1）断裂时工作应力很低，一般低于材料的屈服极限。（2）脆断的裂纹源总是从内部的宏观缺陷处开始的。（3）温度降低脆断倾向增加。（4）脆性断口平齐而光亮且与

6、正应力垂直。按裂纹扩展路径分：穿晶断裂；沿晶断裂。按断裂机制分：解理断裂，剪切断裂；武汉理工大学金属成型加工系姜剑宁2021/6/21第22页《焊接结构》讲义第5章焊接结构的脆性断裂22按断口的宏观去向分：正断型；切断型。3、断口韧性断口：杯锥状，由纤维区，放射区，剪切唇三个区域组成，脆性断口：晶粒状，表面平齐，与正应力方向垂直。二、影响金属材料断裂的主要因素1、应力状态的影响任何材料都有自己的正断抗力Sot、剪断抗力tk和剪切屈服限tT，它们是金属材料所固有的力学常数，它们的物理意义是：正断抗力Sot：试件中的最大正应力达到Sot时，出现正断，属于脆性断裂。剪切

7、屈服限tT：试件中的最大切应力达到tT时，材料屈服，出现塑性变形。剪断抗力tk：试件中的最大切应力达到tk时，产生剪断，属于塑性断裂。而外载荷在试件不同的截面上产生的最大正应力σmax和最大剪应力τmax及其她们的比值τmax/σmax与加载方式有关，例如：杆件受单轴拉伸时，σmax作用在与载荷方向垂直的截面上；最大剪应力τmax作用在与载荷方向成45度角的截面上，并且，当圆棒受扭转时，最大剪应力τmax作用在与中心轴垂直的截面上，而最大正应力σmax则作用在与中心轴成45度角的截面上。并且：τmax=σmax可见同一构件、同样大小的载荷用不同的方式加载,它产生的

8、最大正应力