焊接结构的脆性断裂

关于焊接结构的脆性断裂第四节焊接结构的脆性断裂第2页,共18页，2024年2月25日，星期天脆性断裂的主要特征

断裂前无明显塑性变形，没有任何先兆，突然性强。

断裂时所承受载荷不大，远低于设计时的许用应力，是典型的低应力破坏形式。第3页,共18页，2024年2月25日，星期天脆性断裂产生原因之（一）服役温度测试温度度强断裂强度屈服强度脆性转变点

塑性材料开始由塑性变为脆性的温度叫材料脆性转变点。结构的使用温度较低时，其中的某个部件或局部可能达到脆性转变点以下，使塑性材料变脆。第4页,共18页，2024年2月25日，星期天焊接热循环脆性断裂产生原因之（二）

热影响区组织脆化，韧性下降。

改变材料脆性转变温度。对某些高强钢，板厚为30mm，线输入达50000J/cm时，可使脆性转变点升高50~100℃平板堆焊第5页,共18页，2024年2月25日，星期天焊接残余应力脆性断裂产生原因之（三）

产生应力集中，使微裂纹扩展成脆性断裂源。

降低材料实际承载能力。简单轮辐结构第6页,共18页，2024年2月25日，星期天脆性断裂产生原因之（四）备料及成形工艺

产生附加应力。材料在成形加工时的预应变可达2%~3%，预应变使材料塑性降低，脆断倾向增加。可能引入新的显微缺陷，这些缺陷可能成为断裂源。钢板弯曲成形矫正弯曲变形第7页,共18页，2024年2月25日，星期天焊接缺陷脆性断裂产生原因之（五）

裂纹、未焊透等面缺陷可能直接成为断裂源。

气孔、夹渣等三维缺陷会降低结构的实际强度，并可能诱发微裂纹，如扩展到表面，就可能成为断裂源。焊接热烈纹焊缝内气孔第8页,共18页，2024年2月25日，星期天焊接结构本身脆性断裂产生原因之（六）刚性大，构件间很难发生相对位移，焊接应力很难消除，且对应力集中特别敏感。止裂能力差，裂纹容易在构件之间扩展，继而扩展到整体。箱形梁结构第9页,共18页，2024年2月25日，星期天预防脆性断裂的措施之（一）设计时尽量减少接头应力集中在结构的截面改变处，必须设计成平稳过渡。尽量使用应力集中系数小的对接接头形式。合理布置焊缝，避免焊缝密集。第10页,共18页，2024年2月25日，星期天尽量采用圆滑过渡把角接头改成对接接头焊缝错开布置第11页,共18页，2024年2月25日，星期天尽量减小结构刚度对于大型焊接结构，在满足使用条下件，应尽量减小结构的刚度，以降低应力集中和附加应力对脆性断裂倾向的影响。通常用开“缓和孔”或开“缓和槽”等方法来减小接头的刚度，有时还故意留一段焊缝不焊。预防脆性断裂的措施之（二）第12页,共18页，2024年2月25日，星期天三条焊缝空间交叉，刚度大，应力集中严重。把一块板切掉一角，降低结构刚度。第13页,共18页，2024年2月25日，星期天不可采用过厚的的板材在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采用薄板材。在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢板的脆性转变温度。不能用减低许用应力的办法来减小脆断倾向性，这样会使板厚增大，断裂韧性下降，反而容易引起脆断事故。预防脆性断裂的措施之（三）第14页,共18页，2024年2月25日，星期天了解焊接结构的工作条件详细了解工作环境的最低气温和气温变化情况，如海洋钻井的设计要求掌握近20年的气象报告，最后通过概率统计得出结构最低工作温度。充分考虑结构的承载情况，对承受动载和冲击载荷的结构更要给予特殊的关注，一般要通过实验确定结构的脆性转变温度。对于储存腐蚀性介质的容器，要求焊缝热影响区不能与介质接触。预防脆性断裂的措施之（四）第15页,共18页，2024年2月25日，星期天热影响区腐蚀介质热影响区腐蚀介质腐蚀性介质与焊接热影响区接触，接头处容易产生脆性断裂。增加管壁厚度，使焊接热影响区与腐蚀介质隔开。第16页,共18页，2024年2月25日，星期天小结脆性断裂的特征

无明显塑性变形的低应力破坏，突然性强。产生脆断的原因

⑴使用温度低于脆性转变温度使塑性材料变脆；

⑵焊接热循环容易使热影响区组织粗大，塑性下降;

⑶焊接残余应力使焊接接头强度下降并且接头处易产生应力集中；

⑷焊接缺陷使结构的实际承载面积减小，并可能引起微裂纹；

⑸备料及成形加工时容易引入缺陷和降低材料塑性；

⑹焊接结构刚度大，焊接应力难消除，裂纹在构件之间扩展容易。生产和设计中防止脆