焊接结构生产与实例教学课件作者马世辉第三章.ppt

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1、第三章焊接结构的脆性断裂、疲劳断裂和腐蚀破坏第一节金属材料的断裂及其影响因素第二节防止焊接结构脆性断裂的措施第三节焊接结构的疲劳断裂第四节焊接结构疲劳强度的影响因素和提高措施第五节焊接结构的腐蚀破坏简介返回第一节金属材料的断裂及其影响因素一、断裂机制和断口形貌剪切和解理均为表示金属及其结构断裂机制的术语某些金属可沿着一定的结晶平面如{100}平面发生断裂，称为解理断裂，这个结晶平面称为解理面。解理通常发生在体心立方、密排六方金属中，而面心立方晶体如奥氏体不锈钢只有在特殊情况下出现。一般情况下，解理断裂呈现脆性性质。解理断裂断口的微观特征是河流状花样，宏观断口常呈现人字纹花样。

2、二、影响金属脆断的主要因素同一种材料在不同条件下，可以显示出不同的破坏形式。研究表明，最重要的影响因素是温度、加载速度和应力状态。此外，材料状态也有重大影响。下一页返回第一节金属材料的断裂及其影响因素1.温度的影响如果把一组开有相同缺口的试样在不同温度下进行试验，就焊接结构用钢而言，就会看到随着温度的降低，它们的破坏方式从延性破坏转为脆性破坏。2.加载速度的影响提高加载速度(或应变速率)，其作用相当于降低温度，提高了材料的屈服应力，影响了材料塑性变形的能力，促使材料发生脆性破坏。在同样的加载速率下，当结构中有缺口时，由于受应力集中的影响，应变速率可呈现出加倍的不利影响。结构钢

3、一旦产生裂纹，就很容易扩展就是这个原因。上一页下一页返回第一节金属材料的断裂及其影响因素3.应力状态的影响4.材料状态的影响除上述因素外，材质也有一定的影响，因而对焊接结构选材也是非常重要的。上一页返回第二节防止焊接结构脆性断裂的措施一、选材措施采用韧性材料是重要的措施，其含义如下所述。(1)结构在工作条件下，焊接接头最薄弱部位应具有一定的抗开裂能力;同时希望，如果在这些地方产生了脆性的小裂纹，其周围基本金属应具有对小裂纹的止裂能力。(2)不宜采用比实际需要强度更高的材料。因为随着钢材强度的提高，断裂韧性和工艺性一般都有所下降。所以不应单纯追求强度指标，忽视其他性能。通常用以

4、下两种方法进行材料的验收和评定。(1)按照缺口韧性试验检验材料。(2)用断裂韧性评定材料。下一页返回第二节防止焊接结构脆性断裂的措施二、合理的焊接结构设计设计防止脆性断裂的焊接结构，注意以下几个原则。1.要尽量减小焊接结构或接头的应力集中(1)构件截面改变的地方，必须设计成平缓过渡，不要形成尖角。如图3-2(a)为不合理设计，图(b)为合理设计(2)尽量采用应力集中系数小的对接接头，如图3-3(b)采用对接接头减小了应力集中(3)不等厚度的构件对接接头应圆滑过渡，如图3-4所示。同样，不等宽度拼接时，也应平缓过渡，避免出现急剧转角，如图3-5所示上一页下一页返回第二节防止焊接

5、结构脆性断裂的措施(4)设计时焊缝应布置在易于焊接(图3-6所示)和易于检验(图3-7所示，箭头表示射线照相方向)的地方，不合理的设计无法保证质量，如图3-6所示(5)尽量避免焊缝密集，如图3-8所示的是焊接压力容器中焊缝之间的最小距离。2.减少结构刚度在满足结构使用条件下，尽量减少结构的刚度以便降低附加应力的应力集中的影响。如图3-9所示是降低结构刚度的例子示意。同时，尽量不要采用过厚的截面。厚板不但会引起三轴应力，而且其冶金质量不如薄板。有时也可通过开工艺槽或缓和槽的方法降低结构刚度，如图3-10所示。上一页下一页返回第二节防止焊接结构脆性断裂的措施3.对于附件或不受力焊

6、缝的设计对于附件或不受力焊缝的设计，应和主要承力焊缝一样给予足够的重视。如图3-11(a)所示支架焊到受力构件上，焊缝质量不易保证，产生裂纹，图3-11(b)采用卡箍避免了上述缺点4.减少和消除残余拉伸应力的不利影响在制定工艺过程中，应当考虑尽量减少焊接残余应力值，在必要时应考虑消除应力热处理.三、合理安排结构制造工艺1.充分考虑应变时效引起的局部脆性结构经过冷加工如剪切、矫正、弯曲等会产生一定的塑性变形，随后再经150℃-450℃温度范围的加热，就会引起应变时效。上一页下一页返回第二节防止焊接结构脆性断裂的措施另外，焊接时金属受到热循环的作用，如果这时在待焊焊缝附近存在有某

7、些尖锐刻槽或在多层焊道中已焊完焊道中存在有缺陷的话，在焊接过程中在缺陷处产生焊接应力一应变集中，发生较大的塑性变形。热循环和塑性变形同时作用也会引起应变时效，一般称为热应变时效或动应变时效。2.合理的选择焊接方法、材料和工艺理论上讲，对所有焊接方法的焊缝金属缺口韧性的要求是一样的，然而，埋弧焊熔敷金属难以达到焊条熔敷的焊缝金属的要求，所以其数值要求是焊条熔敷焊缝数值的70%。用C02气体保护焊焊接的焊缝金属缺口韧性较好，但在一般情况下其缺口韧性低于手弧焊水平。当增加氢气比例时，焊缝金属缺口韧性随之增加。