焊接结构的疲劳.pptx

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1、 焊接结构焊接结构四川天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的爆裂四川天然气管道曾经发生多起硫化物应力腐蚀引起的爆裂事故，其中一起发生在事故，其中一起发生在1995年底，泄漏的天然气引起了火年底，泄漏的天然气引起了火灾。管道为灾。管道为7208.16 mm 螺旋焊管，工厂压力螺旋焊管，工厂压力1.92.5MPa。事故管段已经运行。事故管段已经运行16年。爆口长度年。爆口长度1440mm，沿焊缝扩展。管道内壁腐蚀轻微，断口无明显减薄现象。沿焊缝扩展。管道内壁腐蚀轻微，断口无明显减薄现象。经过试验分析，结论为硫化物应力腐蚀引起，与天然气中经过试验分析，结论为硫化物应力腐蚀引起，与天然气中含有含有

2、H2S及补焊工艺不合理及补焊工艺不合理 使焊缝产生了马氏体组织和高使焊缝产生了马氏体组织和高的残余应力有关。的残余应力有关。塔吊：地角螺栓塔吊：地角螺栓45钢、钢、40Cr，焊接部位易脆断，焊接部位易脆断 第1页/共53页 焊接结构焊接结构本章提要：本章提要：1）脆性断裂的）脆性断裂的危害危害及其及其基本特征基本特征；2）造成焊接结构脆断的）造成焊接结构脆断的主要原因主要原因；3）焊接结构脆断的主要）焊接结构脆断的主要影响因素影响因素；4）焊接结构脆断的主要）焊接结构脆断的主要防止措施防止措施。以上内容作为本章的要点。以上内容作为本章的要点。第2页/共53页 焊接结构焊接结构5.1 焊接结构脆

3、断的基本原因与脆断的基本特征 金属的脆性断裂金属的脆性断裂 通常指沿一定结晶面劈裂的通常指沿一定结晶面劈裂的解理断裂解理断裂或或晶界断裂晶界断裂。脆断的基本特征脆断的基本特征 1 1）脆断由正应力引起，）脆断由正应力引起，几乎没有塑性变形几乎没有塑性变形；2 2）脆断时所需能量小，属于）脆断时所需能量小，属于低应力破坏低应力破坏；3 3）裂纹扩展速度快）裂纹扩展速度快（可达（可达1800km/s1800km/s），），具有具有突发性突发性，措不及防；措不及防；4 4）脆断）脆断对温度条件敏感，对温度条件敏感，即所谓的即所谓的金属冷脆现象；金属冷脆现象；第3页/共53页 焊接结构焊接结构 5.1

4、.3.1.3 金属脆断的断口特征：金属脆断的断口特征：1 1）断面颜色：）断面颜色：解理断裂：晶状断口，解理断裂：晶状断口，闪闪发光闪闪发光；晶界断裂：较晶界断裂：较灰暗灰暗；2 2）宏观断口形状：宏观断口形状：解理断裂解理断裂：断口平齐断口平齐，有放射状撕裂棱形，即，有放射状撕裂棱形，即 人字纹人字纹，其尖锋指向裂纹源；，其尖锋指向裂纹源；晶界断裂晶界断裂：表面平齐，呈：表面平齐，呈颗粒颗粒或或粗瓷粗瓷状，边缘状，边缘 有有剪切唇剪切唇；第4页/共53页 焊接结构焊接结构脆断的断口特征3）微观断口形貌：微观断口形貌：解理断裂：河流花样，舌状花样，扇形花样；晶界断裂：冰糖状花样，岩石状花样，不

5、同程度的晶粒多面体。第5页/共53页 焊接结构焊接结构35CrMo 870正火正火 等轴韧窝等轴韧窝 铸铁铸铁 氢脆氢脆 沿晶冰糖状沿晶冰糖状 第6页/共53页 焊接结构焊接结构第7页/共53页 焊接结构焊接结构第8页/共53页 焊接结构焊接结构焊接结构脆断的产生原因 金属脆断理论表明，金属发生脆断的影响因素金属脆断理论表明，金属发生脆断的影响因素很多。很多。情况较为复杂情况较为复杂；焊接结构发生脆断的焊接结构发生脆断的原因原因更加复杂更加复杂。专业人员专业人员尤其需要尤其需要深入研究深入研究。从宏观上可定性地概括为以下几点：从宏观上可定性地概括为以下几点：1)结构在结构在使用工况使用工况下的

6、下的韧性不足韧性不足；尤其是尤其是缺口韧性缺口韧性不足不足；这与这与材料本身的性能材料本身的性能、构件的加工质量构件的加工质量、载荷作用方式、载荷作用方式、环境与介质条件环境与介质条件等均有一定关系。等均有一定关系。第9页/共53页 焊接结构焊接结构焊接结构脆断的产生原因 2）结构在）结构在设计、制造环节设计、制造环节上存在上存在工艺缺陷；工艺缺陷；这些这些未能得以未能得以及时消除的及时消除的工艺缺陷工艺缺陷，进一步造成了构，进一步造成了构件承载能力件承载能力尤指尤指抗开裂能力抗开裂能力的的恶化恶化。如：如：焊接残余应力焊接残余应力、附加残余变形附加残余变形、热应变时效热应变时效以及以及各种焊

7、接缺陷各种焊接缺陷等引起的等引起的应力集中应力集中和和脆化脆化现象。现象。3）产品检验技术产品检验技术不够完善不够完善，并未对重要结构采取有效的，并未对重要结构采取有效的质量跟踪质量跟踪措施和及时准确的措施和及时准确的无损评价无损评价。涉及：涉及：产品检验产品检验技术规范、手段技术规范、手段等。等。第10页/共53页 焊接结构焊接结构焊接结构发生脆断的危害性 1)1)金属结构发生金属结构发生脆断的几率脆断的几率 从总体上并不大，从总体上并不大，低于低于0.4 ；2 2）脆断的脆断的突发性突发性！尽管尽管脆断发生的几率脆断发生的几率并不大，但由于并不大，但由于脆断发生具有脆断发生具有突突发性发性

8、，往往，往往难以防范难以防范，因而，造成的损失往往是难以想象，因而，造成的损失往往是难以想象的，有时甚至是的，有时甚至是灾难性的！灾难性的！这已被历史所见证。这已被历史所见证。可见，焊接结构的可见，焊接结构的安全性安全性仍然是每个焊接工作者仍然是每个焊接工作者必须必须关注关注的问题。的问题。第11页/共53页 焊接结构焊接结构5.2 影响金属脆性断裂的因素 具体分析金属脆断的影响因素时，又可从具体分析金属脆断的影响因素时，又可从总体上将它们分为总体上将它们分为内因内因和和外因外因。任务：任务：1)1)通过对脆断影响因素的深入分析，全面认识通过对脆断影响因素的深入分析，全面认识 脆断的本质脆断的

9、本质与与产生机理；产生机理；2)2)深刻理解深刻理解联合强度理论联合强度理论,学会使用学会使用力学状态图力学状态图 综合判定综合判定金属的金属的断裂性质断裂性质及及相关问题相关问题。第12页/共53页 焊接结构焊接结构影响金属脆断的外部因素影响金属脆断的外部因素 1)1)引起脆断的外部三要素引起脆断的外部三要素：应力状态、温度条件、加载速度应力状态、温度条件、加载速度。深入理解：深入理解：温度条件温度条件是引发金属脆断的是引发金属脆断的前提前提 促成促成脆性转变脆性转变！应力状态应力状态是是决定断裂性质决定断裂性质的的天平天平 基于基于载荷形式载荷形式！加载速度加载速度则是促成脆断的则是促成脆

10、断的导火索导火索 胜似胜似雪上加霜雪上加霜！第13页/共53页 焊接结构焊接结构具体分析外部三要素温度的影响温度的影响 温度条件影响断裂性质的温度条件影响断裂性质的根本原因根本原因是：是：材料是否有材料是否有冷脆现象冷脆现象！实验证明：有些金属的实验证明：有些金属的冲击韧性指标冲击韧性指标 对温度具有敏感性对温度具有敏感性。即当温度由高到低变化到某一即当温度由高到低变化到某一临界范围临界范围时，其时，其冲击韧性冲击韧性会发生会发生骤骤然下降然下降，材料学称之为，材料学称之为冷脆现象，冷脆现象，而导致金属发生冷脆现象的临界温而导致金属发生冷脆现象的临界温度称为该金属的度称为该金属的延延脆性转变温

11、度脆性转变温度。显然，材料的显然，材料的延延脆性转变温度脆性转变温度越低越低，在一定温度下发生，在一定温度下发生冷脆的倾冷脆的倾向越小向越小！第14页/共53页 焊接结构焊接结构具有冷脆现象金属的具有冷脆现象金属的晶格特征晶格特征 研究表明：研究表明：具有具有冷脆现象冷脆现象的金属多为：的金属多为：体心立方晶格或密排六方晶格结构体心立方晶格或密排六方晶格结构。大多大多面心立方晶格面心立方晶格的金属，如：的金属，如：铝、铜等金属则铝、铜等金属则没有冷脆现象没有冷脆现象。所以，低温环境的压力容器往往选择所以，低温环境的压力容器往往选择 含含镍镍量较高的量较高的面心立方晶格面心立方晶格的金属。的金属

12、。这类金属材料具有较高的低温韧性！这类金属材料具有较高的低温韧性！第15页/共53页 焊接结构焊接结构不同材料冲击韧性与温度关系曲线不同材料冲击韧性与温度关系曲线第16页/共53页 焊接结构焊接结构应力状态的影响应力状态的影响 1）联合强度理论）联合强度理论 基本概念：基本概念：材料某一单元体受力状态可能是多种多样，但是，材材料某一单元体受力状态可能是多种多样，但是，材料内部产生的料内部产生的最大正应力最大正应力和和最大切应力最大切应力是是有极限有极限的。的。当最大切应力未达到极限值时，当最大切应力未达到极限值时，最大正应力最大正应力首先达到首先达到极限值极限值则发生则发生脆性断裂脆性断裂；当

13、最大正应力未达到极限值时，当最大正应力未达到极限值时，最大切应力最大切应力首先达到首先达到极限值极限值则发生则发生延性断裂延性断裂。第17页/共53页 焊接结构焊接结构2 2）力学状态图：）力学状态图：力学状态图力学状态图联合强度理论的转化形式！联合强度理论的转化形式！mamax12tktTSOT 力学状态图力学状态图SoT 正断抗力；tT 剪切屈服极限；tK 剪断抗力。第18页/共53页 焊接结构焊接结构3 3）应力状态指标）应力状态指标:力学状态图中，过坐标原点的直线与横坐标轴的夹角的正力学状态图中，过坐标原点的直线与横坐标轴的夹角的正切值，即定义为切值，即定义为应力状态指标。应力状态指标

14、。显然，显然，max/max 其数值对应于一定的应力状态是不变的。在力学状态图中，SoT 正断抗力；tT 剪切屈服极限；tK 剪断抗力。第19页/共53页 焊接结构焊接结构应力状态举例应力状态举例4）常见加载形式对应的应力状态）常见加载形式对应的应力状态单轴拉伸单轴拉伸 tg=1/2圆棒扭转圆棒扭转 tg=1双向拉伸双向拉伸 tg=1/2单向压缩单向压缩 tg=1/（2），），为泊松比，为泊松比，如对于钢如对于钢=0.3，tg=1.66三向拉伸三向拉伸 tg=（1-3/1）/2三相等轴拉伸应力状态，因三相等轴拉伸应力状态，因1=2=3，则则tg=0第20页/共53页 焊接结构焊接结构5）断裂性

15、质的判定）断裂性质的判定：（：（力学状态图的应用力学状态图的应用）在力学状态图中，应力状态可用斜率为在力学状态图中，应力状态可用斜率为tgtg的直线表的直线表示，该斜率即为应力状态指标。随着加载过程的进行，示，该斜率即为应力状态指标。随着加载过程的进行，尽管应力状态指标保持不变，但实际载荷不断提高。尽管应力状态指标保持不变，但实际载荷不断提高。脆断条件脆断条件:max SoT，maxtT ；屈服条件屈服条件:maxSoT，maxtT；延性破坏条件延性破坏条件:max SoT，maxtK。结论结论:应力状态指标应力状态指标tg的值的值越低越低，发生脆断可能性发生脆断可能性越大越大!第21页/共5

16、3页 焊接结构焊接结构6）缺口效应对应力状态指标的影响具有尖锐缺口的厚板结构，缺口即使在单向应力作用下，具有尖锐缺口的厚板结构，缺口即使在单向应力作用下，缺口尖端缺口尖端也会出现也会出现三向拉应力状态三向拉应力状态，使应力状态指标，使应力状态指标tgtg严重降低严重降低，增大了脆断的可能性！，增大了脆断的可能性！三相等轴拉伸应力状态三相等轴拉伸应力状态，其应力状态指标，其应力状态指标tg=0，故其，故其破坏形式破坏形式一定是脆性断裂一定是脆性断裂！通过上述分析，不难理解通过上述分析，不难理解塑性好的材料也会发生低塑性好的材料也会发生低应力破坏的道理！应力破坏的道理！第22页/共53页 焊接结构

17、焊接结构7 7）用力学状态图解释）用力学状态图解释温度降低对脆断的影响温度降低对脆断的影响 原理：随着原理：随着温度的降低温度的降低，剪切屈服极限tT升高，而正断抗力SOT不变，故脆断危险性增加！联想：材料的屈服极限s 随温度的提高而降低！反过来，必然提高！第23页/共53页 焊接结构焊接结构1温度的影响 温度对拉伸性能的影响温度对拉伸性能的影响 第24页/共53页 焊接结构焊接结构温度对冲击韧性的影响温度对冲击韧性的影响 温度对温度对Ni-Cr-Mo-V钢断裂韧性的影响钢断裂韧性的影响 温度降低断裂韧性、冲击韧性都降低，抗冲击能力、抗裂纹扩张能力降低温度降低断裂韧性、冲击韧性都降低，抗冲击能

18、力、抗裂纹扩张能力降低 第25页/共53页 焊接结构焊接结构加载速度的影响加载速度的影响 研究表明：研究表明：加载速度加载速度d/dt提高提高，其作用，其作用相当于温度降低相当于温度降低，同样会使剪切屈服极限同样会使剪切屈服极限tT升高升高，而正断抗力，而正断抗力SOT 不变不变，则，则脆断危险性增加！脆断危险性增加！tT，SOT tT d/dt加载速度对脆断的影响规律第26页/共53页 焊接结构焊接结构应力集中对应力集中对d/dt的影响的影响 应该指出，在结构应该指出，在结构缺口处缺口处由于应力集中作用，使加载由于应力集中作用，使加载速度速度d/dtd/dt明显提高明显提高，故脆断危险性增大

19、。，故脆断危险性增大。载荷的冲击性越大，即加载速度载荷的冲击性越大，即加载速度d/dtd/dt越大，对工件的越大，对工件的危害也就越大！危害也就越大！这使我们不难理解这使我们不难理解为什麽采用为什麽采用落锤试验落锤试验研究材料研究材料的的抗脆断的性能抗脆断的性能！第27页/共53页 焊接结构焊接结构材料状态（内部因素）的影响 1)板厚的影响板厚的影响 应力状态方面应力状态方面：厚板结构在受力时沿厚度方向的变形受到很大限制，形成厚板结构在受力时沿厚度方向的变形受到很大限制，形成平面应变平面应变状态，在状态，在缺口处缺口处易出现易出现三向拉应力三向拉应力，使，使脆断倾脆断倾向向增大增大。冶金方面：

20、冶金方面：厚板轧制量小，终轧温度高，组织疏松，不均匀，韧性相厚板轧制量小，终轧温度高，组织疏松，不均匀，韧性相对较差。对较差。第28页/共53页 焊接结构焊接结构 2)晶粒度的影响晶粒度的影响 对软钢而言，对软钢而言，晶粒愈细晶粒愈细,韧性愈高韧性愈高,延延脆性转变温度脆性转变温度愈低愈低。3)化学成分的影响化学成分的影响 有害元素有害元素 C、N、O、H、S、P等合金元素使材料等合金元素使材料脆脆性增加；性增加；有益元素有益元素 Mn、Ni、Cr、V等合金元素使材料等合金元素使材料脆性降脆性降低！低！第29页/共53页 焊接结构焊接结构5.3 影响焊接结构脆断的主要因素 侧重侧重焊接工艺焊接

21、工艺引起的引起的新矛盾、新问题新矛盾、新问题。应变时效应变时效引起的引起的局部脆性局部脆性 1)时效的概念时效的概念在一定温度下，材料性能随时间发生变在一定温度下，材料性能随时间发生变化的现象称为时效。化的现象称为时效。其英文为其英文为aging，即，即age的现在分词。的现在分词。2)应变时效的分类应变时效的分类 静应变时效静应变时效（也称（也称冷变形时效冷变形时效）；）；动应变时效动应变时效（也称为（也称为热应变脆化热应变脆化）。）。第30页/共53页 焊接结构焊接结构应变时效的概念应变时效应变时效 是指金属经过一定量的是指金属经过一定量的塑性变形塑性变形后后，再经历，再经历150400温

22、度范围温度范围的的加热作用加热作用而造成的材料而造成的材料塑性下降塑性下降的现象。的现象。静应变时效静应变时效 是指金属经过是指金属经过“冷加工冷加工”而产生而产生 一定量的一定量的塑性变形塑性变形导致的导致的应变时效。应变时效。动应变时效动应变时效 是指金属经过是指金属经过“热循环热循环”而产生而产生 一定量的一定量的热塑性变形热塑性变形导致的导致的应变时效。应变时效。第31页/共53页 焊接结构焊接结构 3)应变时效产生的危害应变时效产生的危害 有害的时效往往使材料性能变坏：硬度提高，塑性下降，有害的时效往往使材料性能变坏：硬度提高，塑性下降，韧性变差。韧性变差。热应变时效热应变时效使材料

23、使材料塑性极度下降塑性极度下降，即所谓即所谓“塑性耗竭塑性耗竭”！4）应变时效的消除应变时效的消除 静应变时效：切削时变形小，可铇去冷变形部分；或采静应变时效：切削时变形小，可铇去冷变形部分；或采用用550560热处理。热处理。动应变时效：多产生于应力集中处，危害较大。采用动应变时效：多产生于应力集中处，危害较大。采用550560热处理热处理，同时还，同时还可消除残余应力可消除残余应力，改善局，改善局部脆性。部脆性。第32页/共53页 焊接结构焊接结构不同应变量对动应变时效的影响不同应变量对动应变时效的影响静应变时效与动应变时效影响的比较静应变时效与动应变时效影响的比较焊后焊后55055056

24、0560回火可消除残余应力及应变时效脆化倾向回火可消除残余应力及应变时效脆化倾向应变时效对脆断的影响应变时效对脆断的影响第33页/共53页 焊接结构焊接结构焊接缺陷焊接缺陷的影响的影响 区别对待区别对待 焊接缺陷的影响与其所在的焊接缺陷的影响与其所在的位置位置和和种类种类有关有关!影响的本质影响的本质:损失损失承载截面承载截面;形成形成缺口效应缺口效应,导致导致应力集中应力集中!防止措施防止措施:改进工艺改进工艺,加强管理加强管理,强化检测手段强化检测手段!运用运用 质量管理体系质量管理体系的功能，尽最大可能的功能，尽最大可能消除焊接缺陷消除焊接缺陷！第34页/共53页 焊接结构焊接结构角变形

25、和错边的影响角变形和错边的影响 试验结果试验结果:角变形增加角变形增加,转变温度升高转变温度升高!原因分析原因分析:角变形过大角变形过大使使工件承载时产生工件承载时产生附加弯矩附加弯矩,造成造成熔合线处熔合线处的的应力集中程应力集中程度加大度加大！因而，因而，脆断的危险性增大脆断的危险性增大！严重错边严重错边与与角变形过大作用等同！角变形过大作用等同！防止措施防止措施尽量减小角变形或错边；尽量减小角变形或错边；亦可在熔合线亦可在熔合线(焊趾焊趾)堆焊防裂焊缝堆焊防裂焊缝。第35页/共53页 焊接结构焊接结构接头金相组织改变对脆性的影响 主要目标主要目标:充分注意焊接热影响区的几个充分注意焊接热

26、影响区的几个脆化区脆化区!如：靠近熔合线附近的粗大的魏氏组织区；如：靠近熔合线附近的粗大的魏氏组织区；处于蓝脆温度范围的脆化区；处于蓝脆温度范围的脆化区；合金钢接头中的高硬度马氏体区。合金钢接头中的高硬度马氏体区。处理措施：处理措施：必要时进行必要时进行回火回火或或正火正火处理。处理。消除脆性组织消除脆性组织，同时，同时消消除焊接应力除焊接应力！焊接工艺要合理控制焊接工艺要合理控制焊接线能量焊接线能量。第36页/共53页 焊接结构焊接结构焊接残余应力和塑性变形的影响焊接残余应力和塑性变形的影响 宽板拉伸试验结果：宽板拉伸试验结果：残余应力和塑性变形影响残余应力和塑性变形影响断裂应力断裂应力！E

27、SSO试验结果：试验结果：残余应力影响残余应力影响裂纹扩展方向裂纹扩展方向！预防措施：预防措施：合理布置焊缝合理布置焊缝 不使焊缝过于密集不使焊缝过于密集；调整残余应力场调整残余应力场局部加热局部加热、热处理热处理、机械拉伸机械拉伸等。等。第37页/共53页 焊接结构焊接结构C-Mn焊条电弧焊接头的焊条电弧焊接头的COD 第38页/共53页 焊接结构焊接结构n宽板实验的结果显示：在韧脆转变温度以上残余应力无影响，在宽板实验的结果显示：在韧脆转变温度以上残余应力无影响，在韧脆转变温度以下有不利影响。与工作应力叠加促进脆断的发生。韧脆转变温度以下有不利影响。与工作应力叠加促进脆断的发生。n残余应力

28、的存在还会改变裂纹的走向。残余应力的存在还会改变裂纹的走向。第39页/共53页 焊接结构焊接结构5.4 防止焊接结构脆断的措施 总括：焊接结构发生脆断的危险依然存在！总括：焊接结构发生脆断的危险依然存在！防止焊接结构脆断的策略应该从多方面着眼：防止焊接结构脆断的策略应该从多方面着眼：1 1）选择）选择与实际工况匹配与实际工况匹配的的低温韧性好低温韧性好的母材；的母材；满足满足缺口韧性指标缺口韧性指标的要求！的要求！2 2）优化结构设计）优化结构设计,完善制造工艺，完善制造工艺，消除消除焊接缺陷焊接缺陷、焊接焊接应力与变形应力与变形带来的带来的危害！危害！3 3）强化）强化质量意识质量意识和和质

29、量保证体系质量保证体系,实现产品的实现产品的全程质量全程质量监控监控！第40页/共53页 焊接结构焊接结构防止焊接结构脆断的设计措施 (1)(1)尽量减少应力集中尽量减少应力集中 焊缝位置焊缝位置应在平滑过渡处；应在平滑过渡处；搭接搭接接头形状接头形状应应圆滑过渡圆滑过渡；避免避免焊缝过于焊缝过于密集密集；焊缝应布置在焊缝应布置在易焊易检易焊易检的位置。的位置。(2)(2)尽量减小结构刚度尽量减小结构刚度 不采用不采用过厚截面过厚截面；结构重要部位结构重要部位刚性过大刚性过大应应开缓和槽开缓和槽。第41页/共53页 焊接结构焊接结构防止焊接结构脆断的设计措施防止焊接结构脆断的设计措施(3)充分

30、注意充分注意受力构件受力构件上的上的不重要焊缝不重要焊缝 例例如：船体、容器上的挂钩、支架等。原则：原则：能不焊就不焊能不焊就不焊！俗话说得好：红伤药再好，不如不拉口！分析：不重要焊缝往往不重要焊缝往往不被重视不被重视，产生缺产生缺 陷的可能性大！陷的可能性大！然而，这些缺陷又然而，这些缺陷又 处在处在受力构件上，受力构件上，因而，导致受力因而，导致受力 构件的低应力破坏。构件的低应力破坏。可谓：可谓：蝼蚁之穴溃千里之堤！蝼蚁之穴溃千里之堤！第42页/共53页 焊接结构焊接结构防止焊接结构脆断的设计措施(4)充分考虑焊接残余应力和变形的影响充分考虑焊接残余应力和变形的影响 在在第二章第二章已经

31、重点讨论了已经重点讨论了焊接残余应力和变形焊接残余应力和变形的危害的危害。从防止脆断发生的角度，。从防止脆断发生的角度，本章第三节本章第三节也对也对焊接残余应力和变形的影响进行了讨论。焊接残余应力和变形的影响进行了讨论。重点从两个方面理解：重点从两个方面理解：构成复杂应力场，导致构成复杂应力场，导致缺口效应缺口效应使材料使材料变变脆脆，而，而残余应力残余应力对对脆性材料脆性材料的静载破坏是的静载破坏是有影响有影响的！。的！。角变形和错边角变形和错边都会产生都会产生附加弯矩附加弯矩!使焊趾处的使焊趾处的应力集中程度加大应力集中程度加大！第43页/共53页 焊接结构焊接结构防止焊接结构脆断的工艺措

32、施主要是：主要是：控制控制应变时效应变时效；防止产生防止产生脆性组织脆性组织；控制控制焊接缺陷焊接缺陷；控制控制角变形及错边角变形及错边；注意消除焊接注意消除焊接残余应力残余应力。第44页/共53页 焊接结构焊接结构防止焊接结构脆断的选材原则 1）满足结构使用工况的韧性要求：满足结构使用工况的韧性要求：举例举例:应用时可详细查阅应用时可详细查阅相关标准相关标准.钢 号壁厚 mm试样方向 冲击功最低值/J20-20-40-60-12025CrMo440纵横6040503545304027x.8Ni940纵横70507050705070505035 表表4-1 根据根据DIN17280 低低温温韧

33、韧性性钢对钢对冲冲击韧击韧性的要求性的要求(ISO尖型缺口尖型缺口试样试样)第45页/共53页 焊接结构焊接结构ISO尖型缺口试样试样尺寸试样尺寸:101055缺口型式缺口型式:V型试验方法试验方法:参考GB2650应用意义应用意义:相对评价材料的性能;安全评价的依据.第46页/共53页 焊接结构焊接结构防止焊接结构脆断的选材原则 2)2)按断裂力学确定选材标准按断裂力学确定选材标准 借鉴借鉴宽板拉伸试验结果宽板拉伸试验结果指导选材指导选材;不要一味追求材料的不要一味追求材料的高强度高强度!断裂力学更强调断裂力学更强调:较高的较高的 (KIC/s)2,认为该值与裂纹尖端的认为该值与裂纹尖端的塑

34、性区半径塑性区半径R有关有关!R ,抗开裂能力越强抗开裂能力越强!3)不要选择不要选择过厚的结构过厚的结构形式形式,厚壁结构容易造成厚壁结构容易造成平面应变状态平面应变状态!必要时必要时,可考虑采用可考虑采用多层结构多层结构.第47页/共53页 焊接结构焊接结构wells宽板拉伸试验试件尺寸：910910(板厚)缺口尺寸：50.15注意：焊前开缺口！适用：静载结构的热应 变脆化研究；残余应力的影响；角变形的影响；退火、预拉伸等。第48页/共53页 焊接结构焊接结构wells宽板拉伸试验的评定标准低碳钢、C-Mn钢 以510mm标距内，能产生0.5(2.55mm)的塑性变形，作为该试验条件下的抗

35、开裂温度Ti。（英国造船业英国造船业应用的标准应用的标准）高强钢 以能够达到 4s 的试验温度作为该试验条件下的抗开裂温度Ti。特点：特点：更符合实际工况更符合实际工况！试验结果可直接用于指导结构设！试验结果可直接用于指导结构设计。计。第49页/共53页 焊接结构焊接结构4合理评价结构的安全性目前国内外已经建立了适用于焊接结构设计、制造、验收的、目前国内外已经建立了适用于焊接结构设计、制造、验收的、基于基于“合于使用原则合于使用原则”的标准。的标准。IIW 1990年年 IIW/IIS-SST-1157-90中国中国 1984年年 CVDA-1984 压力容器缺陷评定规范压力容器缺陷评定规范

36、1991年年 JB/T5104-1991 焊接接头脆性破坏的评定焊接接头脆性破坏的评定英国英国 CEGB R6 Asessment of the integity of structures containing defects 美国美国 ASME B31G API 579适用性评价适用性评价第50页/共53页 焊接结构焊接结构对安全生产不造成危害的缺陷允许存在;对安全性虽不造成危害但会进一步扩展的缺陷，要进行寿命预测，并允许在监控下使用;若含缺陷结构降级使用时可以保证安全可靠性，可降级使用;若含有对安全可靠性构成威胁的缺陷，应立即采取措施，返修或停用。适用性评价按四种情况分别处理适用性评价按四种情况分别处理：第51页/共53页 焊接结构焊接结构评价程序：评价程序：采集数据：无损检测缺陷的大小、位置采集数据：无损检测缺陷的大小、位置计算：等效裂纹尺寸，计算应力强度因子计算：等效裂纹尺寸，计算应力强度因子KI与断裂韧性与断裂韧性KIC比较，如果比较，如果KIKIC，允许，允许计算裂纹张开位移计算裂纹张开位移与断裂韧性与断裂韧性C比较，如果比较，如果C，允许，允许或者计算临界裂纹尺寸或者计算临界裂纹尺寸ac，与比较，如果，与比较，如果aac，允许，允许 第52页/共53页 焊接结构焊接结构感谢您的观看。感谢您的观看。第53页/共53页