焊接接头的脆性断裂.pdf

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1、第九章焊接接头的脆性断裂与疲劳断裂Brittlefracture＆FatiguefractureofWeldedJoint焊接结构脆性断裂、疲劳断裂事故时有发生，典型案例：实例之一：二战期间，美国250艘全焊接战时标准船的断裂事故，其中10艘在平静港湾突然一断为二。实例之二一：泰坦尼克号的失事是低温引起材料焊接处脆断实例之三：2001年11月7日，四川省宜宾市南门中承拱桥因吊杆脆断造成大桥桥面坍塌实例之四：1998年3月5日，西安液化石油气站2个400m3球罐发生特大爆炸事故。一只紧固螺栓的疲劳断裂2四川天

2、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1995年底，泄漏的天然气引起了火灾。管道为720×8.16mm螺旋焊管，工厂压力1.9～2.5MPa。事故管段已经运行16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。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HS及补焊工艺不合理使2焊缝产生了马氏体组织和高的残余应力有关。塔吊：地角螺栓45＃钢、40Cr，焊接部位易脆断3巴拿马油轮在埃及苏伊士港断裂4§1焊接接头的脆性断裂Brittlefractur

3、eofWeldedJoint断裂有两种基本类型：•延性断裂：塑性变形•脆性断裂:©特点是塑性变形很少、©断裂发生突然、©断裂应力低、©破坏性大535CrMo870℃正火等轴韧窝铸铁氢脆沿晶冰糖状6735CrMn解理河流花样穿晶断裂8•300M钢韧窝＋沿晶9焊接结构脆断的原因：（1）选材不当（2）设计不合理（3）工艺欠佳（4）检验不完善©结构脆断很少是由于设计、选材不当造成的。©据对船舶脆断事故调查表明,40%的脆断事故是从焊缝缺陷处开始的。所以工艺因素非常重要。10一、影响材料断裂的因素影响材料脆断的条件：

4、外部因素：应力状态、温度、加载速度内部因素：成分、组织状态111．温度的影响温度对拉伸性能的影响12温度对冲击韧性的影响温度对Ni-Cr-Mo-V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13¢冲击值降低至正常冲击值的50～60%¢断口中结晶状断面占面积50%时的温度142．加载速度的影响随着加载速度的增加，屈服强度提高，说明其抗变形能力提高、塑性变形能力下降，促进材料发生脆性断裂的可能。153．应力状态的影响τmaxα=软性系数：α的大小代表了材料在该受力状态σmax

5、下发生塑性变形的难易程度。¢单向拉伸：α=0.5¢三轴不等轴拉伸：α<0.5¢三轴等轴拉伸：α=0很难变形，发生断裂必然为脆断引起三轴拉伸的原因：三向载荷几何不连续性：缺口、裂纹16厚板易出现三向应力状态4．材料状态的影响（1）厚度的影响：厚板易形成三向拉应力状态，同时厚板轧制质量比薄板差（2）晶粒度的影响：晶粒越细，韧脆转变温度越低，越不容易发生脆断（3）化学成分的影响：间隙原子C、N、O，及杂质S、P使韧性降低，脆性增加合金元素Ni、V有助于减小钢的脆性。（4）组织状态的影响A、F、P、BL、M脆性17

6、二、焊接结构的特点及其对脆断的影响1．焊接结构的设计特点对脆断的影响（1）焊接接头为刚性连接（2）结构设计上存在应力集中（3）焊接接头设计不合理可能成为脆断的诱因¾断面突变位置不作过渡处理¾过厚的板、焊缝密集、三向焊缝交汇¾高应力区布置焊缝¾难于施焊位置布置焊缝182．焊接结构的工艺特点对脆断的影响（1）应变时效对脆断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19焊后550～560℃回火可消除残余应力及应变时效脆化倾向（2）金相组织变化对脆断的影响C-Mn焊条电弧焊接头的COD20（

7、3）焊接残余应力的影响¢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。¢残余应力的存在还会改变裂纹的走向。21（4）焊接工艺缺陷的影响焊接缺陷可分为三类：V平面型缺陷：未熔合、未焊透、裂纹等。裂纹型缺陷的尖端应力应变集中严重，易导致脆断。裂纹的影响程度与其尺寸、形状、位置有关。V体积型缺陷：气孔、夹渣。体积型缺陷因削减了承载面积造成结构不连续，也是应力集中产生的部位，它对脆断的影响取决于缺陷的形态＆位置。V成型不良：焊缝太厚、角变形、错边。

8、角变形越大破坏应力越低，错边的对接接头与搭接接头相似，会造成载荷不同轴，产生附加弯矩。22三、脆断评价方法1．转变温度法夏比冲击试验、系列温度落锤试验、宽板试验如管线要求材料的CVN的最低值，如－10℃时不低于190J，或规定韧脆转变温度不低于－110℃。DWTT的SA剪切面积不低于95％等232．断裂力学法断裂力学法是研究带裂纹的材料、零件＆构件中裂纹开始扩展的条件和扩展规律的力学分析方法，用以评定裂纹体的抗断