第六章 焊接结构脆性断裂ppt课件.ppt

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1、第六章焊接结构脆性断裂脆性断裂的性质：没有明显的塑性变形，破坏具有突发性焊接结构刚度较大，裂纹扩展至整个结构发生脆断时平均应力比材料的屈服极限和设计许用应力小得多，是低应力破坏引言第六章焊接结构脆性断裂脆性断裂发生的条件：结构在低温下工作结构中存在焊接缺陷焊接残余应力对脆断产生了严重影响材料性能劣质结构设计不合理引言第六章焊接结构脆性断裂引言第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素一、断裂分类及特征1.按塑性变形大小:延性断裂和脆性断裂2.从“合于使用”原则出发εs>ε′>ε″>ε线弹性断裂ε′>εs>ε″>ε弹塑性断裂ε′>ε″>εs>ε韧带屈服断裂ε′>ε″>ε>εs全面屈服断裂

2、3.从断裂的机制来说:解理断裂、剪切断裂第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素解理断裂：低温、高应变速率及高应力集中情况下，材料的塑性变形严重受阻，材料不能以形变方式而是以分离顺应外加应力。第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素剪切断裂：在剪应力作用下，沿滑移面形成的断裂，可分为纯剪切断裂和微孔聚集断裂。第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素二、影响脆断的因素1.温度2.应力状态3.加载速度4.残余应力5.板厚6.材料因素第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素1.温度影响:是造成材料脆性断裂的重要因素。温

3、度降低屈服极限升高晶粒滑移困难形成裂纹的表面能降低第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素2.应力状态影响单轴拉伸状态三轴拉伸σ1=σ2=σ3第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素3.加载速度影响（应变速率）加载速度增加：材料屈服极限增加，抗拉强度提高材料来不及塑性变形和滑移，位错摆脱束缚进行滑移所需激活时间减小，结构存在缺口，由于缺口处存在应力集中，应变速度比无缺口高的多。第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素4.残余应力影响脆性断裂一般在拉伸应力场中产生和扩展焊缝及近缝区通常存在高的残余拉伸应力该区也是材料性能发生变化的区域，容易成为脆性断裂的起源。第六章焊接

4、结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素5.板厚影响：板厚增加，塑性变形抗力增加，由平面应力状态向平面应变状态转变第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素6.材料因素晶粒度小，晶界面积增大，晶界上夹杂物浓度下降，使脆性转变温度降低。在材料的轧制及加工过程中，晶粒出现拉长或出现线状及带状的夹杂物，造成材料产生各向异性，对材料的脆断温度产生影响。第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素三、脆性和延性断裂裂纹产生和扩展首先在缺陷尖端或应力集中处产生裂纹，然后以一定形式扩展。区域Ⅰ：温度低，裂纹以解理机制产生。区域Ⅱ：温度升高，裂纹产生所需能力提高，裂纹以解理和剪切混合机制产生。区域Ⅲ

5、：纯剪切机制。第六章焊接结构脆性断裂§6-1材料断裂及影响因素裂纹产生和扩展之间关系图第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法断裂评定方法可分为抗开裂性能试验转变温度评定方法：①冲击试验；②宽板拉伸试验（静载）；③尼伯林克试验（动载）断裂力学方法。止裂性能试验①罗伯逊试验（ESSO）；②落锤试验；③动态撕裂试验；④双重拉伸试验。第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法一、转变温度（缺口韧性指标）概念温度降低，σs上升速率大于σf上升速率，两线交点对应温度Tk称为韧脆转变温度，当T

6、塑性变形而产生脆断。分为：塑性断裂转变温度FTP；弹性断裂转变温度FTE；无延性转变温度NDT；断口形貌转变温度Tf；止裂转变温度Ta。第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法二、转变温度评定方法1.冲击试验试验设备简单，试样制备和试验程序简单。试验结果具有一定的局限性，不能用于高强度结构钢：因试样未考虑材料厚度，同时加载速率与实际结构受力情况出入较大。第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法1.冲击试验评定方法：能量准则：以冲击断裂功αk值降低到某一特定数值的温度作为临界温度Tk。断口形貌准则：按断口中纤维状区域与结晶状区域某一相对面积对应的温度来确定延性准则：按断口在缺口根部横向相对

7、收缩变形急剧降低的温度来作为临界转变温度Tk。第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法冲击试样第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法2.威尔斯宽板拉伸试验在实验室里再现低应力脆性断裂开裂情况，同时又能在板厚、焊接工艺、焊接残余应力、整体尺寸、裂纹部位、焊接热循环方面模拟实际结构。用于确定临界转变温度。这种方法不仅用来研究脆性断裂理论，而且也用来作为选材的方法。第六章焊接结构脆性断裂§6-2断裂评定方法威