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1、第3章焊接结构的脆性断裂第1页，共16页，编辑于2022年，星期一抗拉极限抗拉极限应 变力应屈服点屈服点问：塑性材料在断裂前要问：塑性材料在断裂前要问：塑性材料在断裂前要问：塑性材料在断裂前要发生哪几个阶段的变形？发生哪几个阶段的变形？发生哪几个阶段的变形？发生哪几个阶段的变形？第2页，共16页，编辑于2022年，星期一第四节第四节 焊接结构的脆性断裂焊接结构的脆性断裂第3页，共16页，编辑于2022年，星期一脆性断裂的主要特征 断裂前无明显塑性变形，没有任何先断裂前无明显塑性变形，没有任何先兆，突然性强。兆，突然性强。断裂时所承受载荷不大，远低于设计时的断裂时所承受载荷不大，远低于设计时的许
2、用应力，是典型的低应力破坏形式。许用应力，是典型的低应力破坏形式。第4页，共16页，编辑于2022年，星期一脆性断裂产生原因之（一）服役温度服役温度服役温度服役温度测试温度测试温度度度强强断裂强度断裂强度屈服强度屈服强度脆性转变点脆性转变点 塑性材料开始由塑性变为塑性材料开始由塑性变为脆性的温度叫材料脆性转变脆性的温度叫材料脆性转变点。点。结构的使用温度较低时，结构的使用温度较低时，其中的某个部件或局部可能其中的某个部件或局部可能达到脆性转变点以下，使塑达到脆性转变点以下，使塑性材料变脆性材料变脆。第5页，共16页，编辑于2022年，星期一焊接热循环焊接热循环脆性断裂产生原因之（二）热影响区组
3、织脆化，韧性下热影响区组织脆化，韧性下降。降。改变材料脆性转变温度。对某改变材料脆性转变温度。对某些高强钢，板厚为些高强钢，板厚为30 mm，线输，线输入达入达50000J/cm时，可使脆性转变时，可使脆性转变点升高点升高50100平板堆焊平板堆焊平板堆焊平板堆焊第6页，共16页，编辑于2022年，星期一焊接残余应力焊接残余应力焊接残余应力焊接残余应力脆性断裂产生原因之（三）产生应力集中，使微裂产生应力集中，使微裂产生应力集中，使微裂产生应力集中，使微裂纹扩展成脆性断裂源。纹扩展成脆性断裂源。纹扩展成脆性断裂源。纹扩展成脆性断裂源。降低材料实际承载能力。降低材料实际承载能力。降低材料实际承载能
4、力。降低材料实际承载能力。简单轮辐结构简单轮辐结构简单轮辐结构简单轮辐结构第7页，共16页，编辑于2022年，星期一脆性断裂产生原因之（四）备料及成形工艺备料及成形工艺备料及成形工艺备料及成形工艺vv 产生附加应力。材料在成形加产生附加应力。材料在成形加产生附加应力。材料在成形加产生附加应力。材料在成形加工时的预应变可达工时的预应变可达工时的预应变可达工时的预应变可达2%3%2%3%，预应，预应，预应，预应变使材料塑性降低，脆断倾向增变使材料塑性降低，脆断倾向增变使材料塑性降低，脆断倾向增变使材料塑性降低，脆断倾向增加。加。加。加。vv可能引入新的显微缺陷，这些可能引入新的显微缺陷，这些可能引
5、入新的显微缺陷，这些可能引入新的显微缺陷，这些缺陷可能成为断裂源。缺陷可能成为断裂源。缺陷可能成为断裂源。缺陷可能成为断裂源。钢板弯曲成形钢板弯曲成形钢板弯曲成形钢板弯曲成形矫正弯曲变形矫正弯曲变形矫正弯曲变形矫正弯曲变形第8页，共16页，编辑于2022年，星期一焊接缺陷焊接缺陷焊接缺陷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裂纹、未焊透等面缺陷可能直接成裂纹、未焊透等面缺陷可能直接成裂纹、未焊透等面缺陷可能直接成为断裂源。为断裂源。为断裂源。为断裂源。气孔、夹渣等三维缺陷会降气孔、夹渣等三维缺陷会降气孔、夹渣等三维缺陷会降气孔、夹渣等三维缺陷会降低结构的实际强度，并可能
6、诱低结构的实际强度，并可能诱低结构的实际强度，并可能诱低结构的实际强度，并可能诱发微裂纹，如扩展到表面，就发微裂纹，如扩展到表面，就发微裂纹，如扩展到表面，就发微裂纹，如扩展到表面，就可能成为断裂源。可能成为断裂源。可能成为断裂源。可能成为断裂源。焊接热烈纹焊接热烈纹焊接热烈纹焊接热烈纹焊缝内气孔焊缝内气孔焊缝内气孔焊缝内气孔第9页，共16页，编辑于2022年，星期一焊接结构本身焊接结构本身脆性断裂产生原因之（六）qq刚性大，构件间很难发生相对位刚性大，构件间很难发生相对位刚性大，构件间很难发生相对位刚性大，构件间很难发生相对位移，焊接应力很难消除，且对应力移，焊接应力很难消除，且对应力移，焊
7、接应力很难消除，且对应力移，焊接应力很难消除，且对应力集中特别敏感。集中特别敏感。集中特别敏感。集中特别敏感。qq 止裂能力差，裂纹容易在构件止裂能力差，裂纹容易在构件止裂能力差，裂纹容易在构件止裂能力差，裂纹容易在构件之间扩展，继而扩展到整体。之间扩展，继而扩展到整体。之间扩展，继而扩展到整体。之间扩展，继而扩展到整体。箱形梁结构箱形梁结构第10页，共16页，编辑于2022年，星期一预防脆性断裂的措施之（一）设计时尽量减少接头应力集中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。在结构的截面改变处，必须设计成平稳过渡。在结构的截面改变处，必须设计成平稳过渡。在结构的截面改
8、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。尽量使用应力集中系数小的对接接头形式。尽量使用应力集中系数小的对接接头形式。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。合理布置焊缝，避免焊缝密集。合理布置焊缝，避免焊缝密集。合理布置焊缝，避免焊缝密集。第11页，共16页，编辑于2022年，星期一尽量采用圆滑过渡尽量采用圆滑过渡尽量采用圆滑过渡尽量采用圆滑过渡把角接头改成对接接头把角接头改成对接接头把角接头改成对接接头把角接头改成对接接头焊缝错开布置焊缝错开布置焊缝错开布置焊缝错开布置第12页，共16页，编辑于2022年，星期一尽量减小结构刚度尽量减小结构刚
9、度对于大型焊接结构，在满足使用条下件，应尽量减小结构对于大型焊接结构，在满足使用条下件，应尽量减小结构对于大型焊接结构，在满足使用条下件，应尽量减小结构对于大型焊接结构，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。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。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。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。通常用开通常用开通常用开通常用开“缓和孔缓和孔缓和孔缓和孔”或开或开或开或开“缓和槽缓和槽缓和槽缓和槽”等方法来减小接头的等方法来减小接头的等方法来减小接头的等方法来减小接头的刚度，
10、有时还故意留一段焊缝不焊。刚度，有时还故意留一段焊缝不焊。刚度，有时还故意留一段焊缝不焊。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13页，共16页，编辑于2022年，星期一三条焊缝空间交叉，刚度大，三条焊缝空间交叉，刚度大，三条焊缝空间交叉，刚度大，三条焊缝空间交叉，刚度大，应力集中严重。应力集中严重。应力集中严重。应力集中严重。把一块板切掉一角，降低把一块板切掉一角，降低把一块板切掉一角，降低把一块板切掉一角，降低结构刚度。结构刚度。结构刚度。结构刚度。第14页，共16页，编辑于2022年，星期一不可采用过厚的的板材不可采用过厚的的板材不可采用过厚的的板材不可采用过厚的的
11、板材在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采用薄在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采用薄在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采用薄在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采用薄板材。板材。板材。板材。在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢板的脆性转变温度。板的脆性转变温度。板的脆性转变温度。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，这样会不能用减低许用应力的办法来减小脆断倾向性，这样会不能用减低许
12、用应力的办法来减小脆断倾向性，这样会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。使板厚增大，断裂韧性下降，反而容易引起脆断事故。使板厚增大，断裂韧性下降，反而容易引起脆断事故。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15页，共16页，编辑于2022年，星期一了解焊接结构的工作条件了解焊接结构的工作条件了解焊接结构的工作条件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详细了解工作环境的最低气温和气温变化情况，如海
13、洋钻井的设计要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求掌握近求掌握近求掌握近2020年的气象报告，最后通过概率统计得出结构最低工作温度。年的气象报告，最后通过概率统计得出结构最低工作温度。年的气象报告，最后通过概率统计得出结构最低工作温度。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。殊的关注，一般要通过实验确定结构的脆性转变温度。殊的关注，一般要通过实验确定结构的脆性转变温度。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。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。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。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16页，共16页，编辑于2022年，星期一