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1、第3章焊接结构的脆性断裂本讲稿第一页，共十六页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发生问：塑性材料在断裂前要发生问：塑性材料在断裂前要发生问：塑性材料在断裂前要发生哪几个阶段的变形？哪几个阶段的变形？哪几个阶段的变形？哪几个阶段的变形？本讲稿第二页，共十六页第四节第四节 焊接结构的脆性断裂焊接结构的脆性断裂本讲稿第三页，共十六页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
2、形式。本讲稿第四页，共十六页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脆塑性材料开始由塑性变为脆性的温度叫材料脆性转变点。性的温度叫材料脆性转变点。结构的使用温度较低时，其结构的使用温度较低时，其中的某个部件或局部可能达到中的某个部件或局部可能达到脆性转变点以下，使塑性材料脆性转变点以下，使塑性材料变脆变脆。本讲稿第五页，共十六页焊接热循环焊接热循环焊接热循环焊接热循环脆性断裂产生原因之（二）热影响区组织脆化，韧性热影响区组织脆化，韧性下降。下降。改变材料脆性转变温度。对某改变材料
3、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，可使脆性转时，可使脆性转变点升高变点升高50100平板堆焊平板堆焊平板堆焊平板堆焊本讲稿第六页，共十六页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，使微裂纹产生应力集中，使微裂纹产生应力集中，使微裂纹产生应力集中，使微裂纹扩展成脆性断裂源。扩展成脆性断裂源。扩展成脆性断裂源。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本讲稿第七页，共十六页脆性断裂产生原因之（四）备料
4、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，预，预，预应变使材料塑性降低，脆断倾应变使材料塑性降低，脆断倾应变使材料塑性降低，脆断倾应变使材料塑性降低，脆断倾向增加。向增加。向增加。向增加。vv可能引入新的显微缺陷，这可能引入新的显微缺陷，这可能引入新的显微缺陷，这可能引入新的显微缺陷，这些缺陷可能成为断裂源。些缺陷可能成为断裂源。些缺陷可能成为断裂源。些缺陷可能成为断裂源。钢板弯曲成形钢板弯
5、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本讲稿第八页，共十六页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裂纹、未焊透等面缺陷可能直接裂纹、未焊透等面缺陷可能直接裂纹、未焊透等面缺陷可能直接成为断裂源。成为断裂源。成为断裂源。成为断裂源。气孔、夹渣等三维缺陷会降低结气孔、夹渣等三维缺陷会降低结气孔、夹渣等三维缺陷会降低结气孔、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，构的实际强度，并可能诱发微裂纹，构的实际强度，并可能诱发微裂纹，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。如扩展到表面
6、，就可能成为断裂源。如扩展到表面，就可能成为断裂源。如扩展到表面，就可能成为断裂源。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本讲稿第九页，共十六页焊接结构本身焊接结构本身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，且对应移，焊接应力很难消除，且对应移，焊接应力很难消除，且对应移，焊接应力很难消除，且对应力集中特别敏感。力集中特别敏感。力集中特别敏感。力集中特别敏感。qq 止裂能力差，裂纹容易在构件止裂能力差，裂纹容
7、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本讲稿第十页，共十六页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
8、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。本讲稿第十一页，共十六页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本讲稿第十二页，共十六页尽量减小结构刚度尽量减小结构刚度尽量减小结构刚度尽量减小结构刚度对于大型焊接结构，在满足使用条下件，应尽量减小结对于大型焊接结构，在满足使用条下件，应尽量减小结对于大型焊接结构，在满足使用条下件，应尽
9、量减小结对于大型焊接结构，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构的刚度，以降低应力集中和附加应力对脆性断裂倾向的构的刚度，以降低应力集中和附加应力对脆性断裂倾向的构的刚度，以降低应力集中和附加应力对脆性断裂倾向的影响。影响。影响。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”等方法来减小接等方法来减小接等方法来减小接等方法来减小接头的刚度，有时还故意留一段焊缝不焊。头的刚度，有时还故意留一段焊缝不焊。头的刚度，有时还故意留一段焊缝不焊。头的刚度，有时还故意留一段焊缝不焊。预防脆性断裂的措
10、施之（二）本讲稿第十三页，共十六页三条焊缝空间交叉，刚度三条焊缝空间交叉，刚度三条焊缝空间交叉，刚度三条焊缝空间交叉，刚度大，应力集中严重。大，应力集中严重。大，应力集中严重。大，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。本讲稿第十四页，共十六页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板材在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采在大型焊接结构中，在满足工作应力的条件下，尽量采在大型焊接结构中，在满足工作应
11、力的条件下，尽量采用薄板材。用薄板材。用薄板材。用薄板材。在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢板的在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢板的在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢板的在工作应力较大时，可采用多层板结构，从而降低钢板的脆性转变温度。脆性转变温度。脆性转变温度。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。增大，断裂韧性下降，反而容易
12、引起脆断事故。增大，断裂韧性下降，反而容易引起脆断事故。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）本讲稿第十五页，共十六页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设计要求掌握近设计要求掌握近设计要求掌握近2020年的气象报告，最后通过概率统计得出结构年的气象报告，最后通过概率统计得出结构年的气象
13、报告，最后通过概率统计得出结构年的气象报告，最后通过概率统计得出结构最低工作温度。最低工作温度。最低工作温度。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。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。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。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。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）本讲稿第十六页，共十六页