焊接接头冲击断裂韧性分析

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1、机械动力学专集2003年增刊焊接接头冲击断裂韧性分析西北核技术研究所(710024)于琴霍宏发北京航天工艺研究所(100024)巩水利摘要本文对焊接接头在高速冲击加载条件下的冲击断裂韧性数据进行了分析研究，通过对试样冲击功、动态断裂韧性及其影响因素以及断口形貌进行分析，说明焊接接头在冲击载荷条件下的冲击断裂韧性受到焊接组配、焊接接头区域以及冲击速度的影响。在冲击载荷作用下，焊接接头的安全设计完全按传统的强度理论设计是不安全的，更应重视和优先考虑冲击断裂韧性的好坏。关键词焊接接头冲击加载断裂韧性静态或准静态加载的

2、加载速度和试样变形速度a可计算得到动态断裂韧性K。Id比较低，未计及其对断裂过程带来的影响。在高的加载速度和试样变形速度情况下，材料变形和断裂的性质发生了改变。当加载速度提高时，材料塑性变形过程受到了约束和限制，使材料的屈服点升高，塑性有可能降低，形变硬化过程也受到影响，从而增加了材料的脆化倾向。对含缺口、裂纹等缺陷的构件，即使加载速度并不高，在缺口、裂纹的尖端也能达到很图1三点弯曲冲击试样弹性断裂的理想曲线高的变形速度，此时同样会增加材料的脆化倾向。因带V型缺口的三点弯曲试样在冲击载荷作用下此，在高速冲击载荷

3、作用下，焊接接头的冲击断裂韧弹性断裂的载荷-时间理想曲线如图1所示。长期以性应该与在静态或准静态载荷作用下有很大不同。来，人们一直采用冲击试验所获得的冲击功E值评t一、试验安排定材料韧性的好坏。冲击功Et由两部分组成，一部试验利用Hopkinson小气炮加载装置[1]对冲击分为裂纹萌生功Ei，另一部分为裂纹扩展功Ep，如试样进行高速冲击加载。试验中子弹质量m=3.图1所示。很多研究者指出，在一次冲击试验中，这1083Kg，冲击杆质量m=6.5Kg。为了研究焊接组配、两部分功具有不同的相对关系，并且正是裂纹萌生2

4、冲击速度及焊缝不同区域对焊接接头冲击断裂韧性功与扩展功的大小代表着材料运行时及焊接接头制造和运行时的质量[2];E值不能很好地反映材料的断的影响，对各影响因素分别进行了对比试验。t二、试验结果及分析裂行为，比较脆的、高强度材料E值大而E值小，相ip1、试验数据处理方法反地，低强度、韧性好的材料E值小而E值大。所ip试验中，整个记录过程约200μs左右，而实际以在试验数据处理过程中，将冲击总功Et分解为裂有效加载时间只有40μs左右，时间历程很短，以纹萌生功Ei与裂纹扩展功Ep两部分，以试验中最大致冲击前后冲击杆

5、的速度变化很小。因此，可以假定载荷P来划分，即确立最大载荷点为裂纹起裂点，最m在整个试样变形过程中冲击杆的冲击速度是不变的，大载荷前的能量为裂纹萌生功E，最大载荷点后面i即试样以均匀的冲击速度变形，于是从记录的时间t的能量为裂纹扩展功Ep。就可以得到位移值△，从而把P-t曲线的t坐标折算2、试验结果成△坐标，P-△曲线下的面积就是试样断裂所消耗本试验对各冲击试样计算了冲击总功E、裂纹t的功。同时由压力—位移曲线确定最大冲击载荷萌生功Ei、裂纹扩展功Ep及动态断裂韧性KId值，部P，并根据三点弯曲冲击试样几何参数

6、S、W、B、分试验测量及处理结果如表1及2所示。max·41·《精密制造与自动化》从表中结果可看出，焊接接头在承受冲击载荷纹后较其它两种焊接接头焊缝更易扩展。此结果反作用下，其冲击断裂韧性值明显低于静态或准静态映出焊接组配强度在裂纹萌生与扩展方面不同的能载荷作用下的断裂韧性值，说明在冲击载荷作用下，量效应。焊接接头的韧性大幅度下降，这一结果很值得在对4、冲击速度对焊接接头冲击断裂韧性的影响冲击载荷作用下的焊接接头的设计中予以重视。研究表明，均质材料的动态断裂韧性对加载速表1三点弯曲V型缺口冲击试样试验结果度是很

7、敏感的[3]。本试验结果表明焊接接头的冲击断序试样冲击速冲击总裂纹萌生裂纹扩展裂韧性对加载速度也是敏感的。从图3中可以看出，号号度(m/s)功E(J)功E(J)功E(J)E/E(%)tipit随着冲击速度的增加，无论是母材、焊缝还是热影响10-0-15.2059.180017.641341.530029.81区的冲击总功值均呈现先急剧下降后又有上升的趋20-0-428.9543.449820.803822.646047.88势；裂纹萌生功占冲击总功的比例值随冲击速度的34-1-111.691.88321.320

8、10.563070.09变化趋势与之基本相同。这一现象说明，在冲击载荷45-2-214.880.64320.19920.444030.97作用下的焊接接头，其冲击断裂韧性远低于处于静55-2-323.6719.45238.784710.667645.16态或准静态载荷作用下的焊接接头。但随着冲击加66-1-18.950.31230.12510.187240.06载速度的不断增加，由于裂