第四章 焊接结构脆性断裂ppt课件.ppt

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1、第四章焊接结构脆性断裂§4-1材料断裂及影响因素§4-2断裂评定方法§4-3焊接结构设计及制造工艺特点对脆断因素§4-4预防焊接结构脆性断裂的措施§4-5缺陷安全评定§4-1材料断裂及影响因素断裂实例图图1船舶完全断裂实例1图2船舶完全断裂实例2§4-1材料断裂及影响因素断裂分类及特征按塑性变形大小可将断裂分为和脆性断裂(解理断裂、晶界断裂)塑性断裂断口特征：宏观形态呈纤维状，色泽灰暗，边缘有剪切唇，有塑性变形和滑移线；微观形态呈韧窝，韧窝是塑性变形形成微孔洞聚集长大留下的凹坑，坑底含有第二相粒子或夹杂物。§4-1材料断裂及影响因素断裂分类及特征解理脆性断裂断口特征：宏观形态表现为断口平

2、整，塑性变形几乎为零，有金属光泽，呈现放射状撕裂棱形(人字纹花样)；微观特征出现河流花样、舌状花样、扇形花样。晶界脆性断裂断口特征：呈颗粒状，色泽较灰暗，无明显塑性变形，微观形貌为多面体，如岩石状或冰糖状。晶界各种析出相、夹杂物、及元素偏析是其产生的原因。§4-1材料断裂及影响因素断口形貌图图3塑性断裂断口图4解理断裂河流花样§4-1材料断裂及影响因素影响脆断的因素(温度)温度是造成材料产生脆性断裂的重要因素。温度降低，屈服极限升高，逐渐达到材料的强度极限；晶粒滑移困难，形成裂纹的表面能降低。造成塑性断裂向脆性断裂转变。当材料或结构带有缺口时其转变温度明显升高。最终造成在某一温度区间的冲

3、击能急剧下降，该温度称为脆性转变温度。§4-1材料断裂及影响因素影响脆断的因素(应力状态)横坐标为σmax，纵坐标为τmax，sOT为正断抗力，tT为剪切屈服极限，tK为剪断抗力。当剪应力达到屈服极限tT，产生塑性变形，达到剪断抗力tK时，产生剪断。当正应力达到正断抗力sOT时，产生正断。在单轴拉伸状态，此时τmax/σmax=1/2，即当sOT足够小时，产生塑性断裂。在三向拉伸时，其脆断的倾向要比单轴拉伸状态大。当σ1=σ2=σ3时，这种受力状态必定是脆断。§4-1材料断裂及影响因素影响脆断的因素(平面应力状态示意图)§4-1材料断裂及影响因素影响脆断的因素(应力状态分析图)图5力学状

4、态图§4-1材料断裂及影响因素影响脆断因素(加载速度、残余应力)高的加载速度，材料来不及进行塑性变形和滑移，位错摆脱束缚进行滑移所需的激活时间减小，导致脆性转变温度升高。脆性断裂一般在拉伸应力场中产生和扩展，因此需要足够的裂纹扩展动力去克服裂纹扩展阻力，才能形成裂纹产生和扩展的能量条件。焊缝及近缝区通常存在高的残余拉伸应力，同时该区也是材料性能发生变化的区域，非常容易成为脆性断裂的起源。§4-1材料断裂及影响因素影响脆断因素(板厚)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；轧制次数少，材料组织结构比较疏松。平面应力：薄板在y轴方向施加均匀拉伸应力，该平面内的应力分量σ

5、Z、τZX、τZY全部为零。这样结构三个应力分量σx、σy、τxY。由于板很薄这三个应力分量在厚度方向相等，这种应力状态称为平面应力状态。§4-1材料断裂及影响因素影响脆断因素(板厚)平面应变：研究一个拦河水坝，坝身受水压产生变形。设坝身方向(Z轴)产生的位移为w，垂直于坝身方向(x轴、y轴)产生的位移分别用u、v表示。因坝身很长，认为沿长度方向不产生位移，即w=0，所以εz=∂w/∂z/=0，∂w/∂y=0。另外因坝身很长某个截面受力情况相同，即应力和应变与z坐标无关，∂u/∂z=∂v/∂z=0，综上可知，坝体应变分量只有三个：εx、εy、rxy。根据虎克定律：εz=1/E[σZ-V(

6、σx+σY)]=0即σZ=V(σx+σY)§4-1材料断裂及影响因素影响脆断因素(板厚)图6平面应力状态图§4-2断裂评定方法转变温度金属材料有两个重要的强度指标，即屈服强度σs和断裂强度σf。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

7、纹起源于局部脆化区内，且处于较高的应力场中，当裂纹扩展进入韧性区和低应力场时，该裂纹如果小于失稳断裂的临界长度，则该裂纹被阻止。§4-2断裂评定方法转变温度评定方法(冲击试验)(一)冲击试验分为夏比V形缺口冲击试验和梅氏U形缺口冲击试验。夏比V形缺口冲击试验评定：1．能量准则：以冲击断裂功αk值降低到某一特定数值时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临界温度Tk。延性准则：