《钢焊接脆性断裂》PPT课件

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1、钢焊接时裂纹的形成ⅡIWE-1/2.20吕迎验证一个结构的安全性是强度计算的任务，而其中要提出的问题是构件是以什么形式“失效”的。1.引言构件失效的主要原因：a)一般性变形b)失稳（受力构件丧失保持稳定平衡的能力）c)开裂及断裂传统强度计算：(S235)构件受到外界载荷的作用就会在内部引起内应力。内应力：正应力、剪应力2.断裂形式a)疲劳断裂变动载荷、大约80%b)韧性断裂(剪切断裂)断裂前发生塑性变形，裂纹扩展较慢。c)正应力断裂(脆性断裂)正应力＞断裂强度。断裂前没有明显的塑性变形。据断裂形式

2、的不同分为：图1韧性断裂图2脆性断裂分类方法名称断裂示意图特征按断裂前塑性变形大小脆性断裂(A≤5%)断裂时没有明显塑性变形，断口形貌是光亮的结晶状韧性断裂(A≥5%)断裂时有明显塑性变形，断口形貌是暗灰色纤维状按断裂面取向分类正断断裂的宏观表面⊥σmax切断断裂的宏观表面∥σmax断裂分类及其特征韧性断裂脆性断裂9Cr2Mo工作辊脆断金属的脆性断裂通常指沿一定结晶面劈裂的解理断裂或晶界断裂。脆断的基本特征1）脆断由正应力引起，几乎没有塑性变形；2）脆断时所需能量小，属于低应力破坏；3）裂纹扩展速

3、度快（可达1800km/s），具有突发性，措不及防；4）脆断对温度条件敏感，即所谓的金属冷脆现象；解理断裂（穿晶断裂）晶界断裂（沿晶断裂）河流花样冰糖状花样桥梁——工况：冬季寒风、超载重载车辆、伴随较强振动（冲击性）；舰船——工况：冰雪季节、动荡加载或与冰块频繁撞击；压力容器——工况：承受高压载荷、内部装载低温介质或裸露在低温环境。工况特点：低温、高应力（集中）、动载荷！制造这类产品时，应高度重视！易发生脆断的几种典型结构3.1影响脆性断裂倾向的因素1)内部影响因素a.晶体结构、化学成分体心立方存

4、在低温脆性（普通中、低强钢）面心立方一般不存在低温脆性（Ni、奥氏体不锈钢）b.冷变形、时效、焊接等图3变形储量的图示a)温度的影响当温度降低时，屈服应力与断裂应力汇交处所对应的温度或温度区间，被称为材料从延性转化为脆性转变的温度，称临界温度(T脆)。2)脆断外部三因素Tspc断裂应力屈服极限剪切应力T1：经塑性变形后的剪切断裂T2：经塑性变形后的断裂T脆：σT≤σy无塑性变形，脆断T↓，脆断↑图4温度对脆断倾向的影响断裂应力屈服极限b)加载速度dε/dtdε/dt↑，T脆↑，脆断↑2)脆断外部三

5、因素图5变形速度对脆断倾向的影响载荷的冲击性越大，即加载速度dε/dt越大，对工件的危害也就越大！这使我们不难理解——为什么采用落锤试验研究材料的抗脆断性能！c)载荷形式和大小（应力状态）2)外部三因素单轴拉伸应力双轴拉伸应力多轴拉伸应力呈现塑性呈现脆性图6应力状态对脆断倾向的影响断裂应力单轴拉伸多轴拉伸软性系数α=τmax/σmaxα的大小——表示材料在受力状态下发生塑性变形的难易程度。（按最大切应力理论）σmax=σ1－(σ2+σ3)（按第二强度理论）smaxsmaxtmax物体在受外载时，

6、不同的截面上产生不同的正应力σ和剪应力τ。最大正应力σmax所在平面称主平面，与主平面成45º角的平面上作用有最大切应力τmax。c)载荷形式和大小（应力状态）σmax和τmax与加载方式有关，——泊松比，而σ1>σ2>σ312tktTSOT力学应力状态图τmaxσmaxSOT—正断抗力；tT—剪切屈服极限；tK——剪断抗力α值↑，塑性变形↑；α值↓，脆断↑单轴拉伸α=0.5三轴不等轴拉伸α＜0.5三轴等轴拉伸α=0很难变形，发生断裂必然为脆断引起三轴拉伸原因：三向载荷；几何不连续性：缺口、裂纹

7、、厚板易出现三向应力状态直线1与tk相交→韧性断裂直线2与SOT相交→脆性断裂软性系数α=τmax/σmax缺口根部应力分布示意图3.1影响脆性断裂倾向的因素深入理解：温度条件是引发金属脆断的前提——促成脆性转变！应力状态是决定断裂性质的天平——基于载荷形式！加载速度则是促成脆断的导火索——胜似雪上加霜！2)外部三因素温度条件、应力状态、加载速度4.脆断倾向的检验方法4.1检验方法的构成检验时考虑：温度、应力的状态、载荷速度有两种评定脆性断裂安全性的理论：—对静载和冲击载荷通过消除裂纹进行保证；—

8、对作用速度较高载荷通过防止裂纹扩展来保证；出于上述要求可分为三种试验方法：—静载消除裂纹—动载消除裂纹—止裂防止已存在的裂纹突然扩展材料止裂能力典型试验（检验整个板厚）静载消除裂纹动载消除裂纹止裂整个试验(构件)带缺口/裂纹容器的破裂试验带缺口/裂纹梁的静态弯曲试验带缺口/裂纹容器的爆破试验带起始裂纹容器的破裂试验大型试验(与构件尺寸相近的试样)带缺口试样的拉伸试验爆破破坏试验等温罗伯森试验双拉伸试验SOD(ESSO)试验中型试验(中型试样)带缺口试样的拉伸试验带缺口试样的慢弯试验