【正文】 焊接結構 第三章 焊接結構斷裂性能 本章學習要點 知識要點 掌握程度 相關內容 金屬材料脆性斷裂 了解脆性斷裂的特征，掌握金屬材料斷裂的機制、形態(tài)，熟悉金屬材料脆性斷裂的影響因素。 低溫、快速、無塑性變形；脆性斷裂、延性斷裂和韌性 脆性斷裂；應力狀態(tài)、溫度、加載速度、材質狀態(tài)和厚度。 焊接結構脆性斷裂 掌握焊接結構和制造工藝特點，熟悉其對脆性斷裂的影響。 剛性大、整體性強；應變時效、金相組織、焊接缺陷、殘余應力。 抗開裂性能和止裂性能 了解焊接結構的設計準則，熟悉抗開裂性能和止裂性能，及其試驗方法。 引發(fā)臨界溫度、止裂臨界溫度；Wells寬板拉伸試驗、斷裂韌性試驗、 Niblink試驗；落錘試驗、動態(tài)撕裂試驗、落錘撕裂試驗。 焊接結構脆斷的預防措施 熟悉正確選用焊接結構材料的方法，掌握焊接結構合理設計的原則。 盡量減少應力集中、盡量降低結構剛度、不采用過厚板材、重視次要焊縫的設計 焊接結構安全評定 了解焊接結構安全評定的作用，熟悉焊接結構安全評定方法，掌握評定過程和具體程序。 “ 合于使用 ” 原則及其作用；面型缺陷評定方法，體型缺陷評定方法。 晶間斷裂 晶內斷裂 圖 各種斷裂微觀形貌 解理型斷口 穿晶韌窩斷裂 ? 序言： 焊接結構應用的數(shù)十年間，為人類文明做出了 巨大的貢獻 ，這是不可磨滅的。 但是，由于人類對于焊接結構的特性認識不足，制造工藝不當，維護不及時，歷史上也出現(xiàn)過一些 災難性的事故。 因此，焊接工作者尤其應該深刻汲取歷史留給人們的慘痛教訓 ，發(fā)揮自身的聰明才智，更為 科學合理 地利用資源，保護環(huán)境，創(chuàng)造更加 輝煌的未來！ 易發(fā)生脆斷的幾種典型結構 橋 梁 —— 工況：冬季寒風、超載重載車輛、 伴隨較強振動（沖擊性）； 艦 船 —— 工況：冰雪季節(jié)、動蕩加載或 與冰塊頻繁撞擊； 壓力容器 —— 工況：承受高壓載荷、內部裝 載低溫介質或裸露在低溫環(huán)境。 工況特點： 低溫、高應力（集中）、動載荷 ！ 制造這類產品時，應 高度重視 ！ 斷裂： 金屬材料受力后局部變形量超過一定限度時，原子間的結合力受到破壞，從而 萌生微裂紋 ，繼而發(fā)生 擴展 使金屬 斷開 ，是材料失效的主要形式之一。 斷裂 脆性斷裂 延性斷裂 (塑性斷裂、韌性斷裂 ) 研究脆斷的意義 TITANIC斷裂事故 ?1912年當年最為豪華、號稱永不沉沒的 Titanic首航沉沒于冰海，成了 20世紀令人難忘的悲慘海難。 ?1985年以后，探險家們數(shù)次潛到 12612英尺的海底研究沉船，起出遺物。 1995年 2月美國 《 Popular Science》 雜志發(fā)表了 R Cannon的文章，標題是“ what really sank the titanic”，付標題是”為什么不會沉沒的船在撞上一個冰山后 3小時就沉沒了？一項新的科學研究回答了 80年未解之謎“。 ?由于早年的 Titanic號采用了含硫高的鋼板，韌性很差，特別是在低溫呈脆性。所以，沖擊試樣是典型的脆性斷口。 ?近代船用鋼板的沖擊試樣則具有相當好的韌性。 Titanic號鋼板和近代船用鋼板的沖擊試驗結果 1968年 4月，高強度鋼制造球形容器，在最后耐壓試驗升壓階段發(fā)生破裂事故。 德山球形容器脆斷事故 日本德山球形容器 (2226m3)的脆斷事故就是由于采用了過大的焊接線能量 而造成的。該容器采用 HT80高強鋼焊接，板厚為 30mm，焊后進行水淹試驗時破裂。按工藝規(guī)定，應采用的焊接線能量為 48kJ/cm，但由于冬季施工，焊接時采用的預熱溫度偏高，焊接線能量也偏大，事故分析表明，脆斷起源點的焊接線能量為 80kJ/cm，大大超過了規(guī)定的線能量， 致使焊縫和熱影響區(qū)的韌性顯著降低。 脆性斷裂的特征 ? 幾乎沒有塑性變形 ，具有突然破壞的性質； ? 脆斷時所需能量小，破壞應力往往低于材料的屈服強度，屬于 低應力破壞 ； ? 裂紋擴展速度快，瞬時擴展到結構大部分或全體，直至斷裂。斷裂不易發(fā)現(xiàn)和預防。 ? 脆斷 對溫度條件敏感， 即所謂的 金屬冷脆現(xiàn)象； 通常在較低溫度下發(fā)生。 本節(jié)提要： 具體分析金屬脆斷的影響因素時，又可從總體上將它們分為 內因 和 外因 。 本節(jié)的任務就是： 1)通過對脆斷影響因素的深入分析，全面認識 脆斷的本質與 產生機理； 2)學會使用 應力狀態(tài)圖 綜合判定金屬的 斷裂性質 及 相關問題 。 金屬材料斷裂的機制和形態(tài) 脆性斷裂 脆性斷裂： 沿一定結晶面劈裂的解理斷裂及晶界斷裂。 脆性斷裂的微觀機制有 解理斷裂 和 晶間斷裂 。 ? 解理斷裂 是材料在正應力的作用下 ， 由于原子間結合鍵遭到破壞 ， 嚴格地沿晶內一定的結晶學平面(即所謂 “ 解理面 ” )劈開而造成的 。 是一種晶內斷裂 。 ? 解理面 一般是表面能最小的晶面 ， 且往往是低指數(shù)的晶面 。 (1)解理斷裂 ? 宏觀特征： 不產生或產生較小的宏觀塑性變形 宏觀斷口平齊 斷口有金屬光澤 與主應力方向垂直 ? 微觀特征： 河流花樣 、 舌狀花樣 、 扇形花樣 解理斷裂的特征 圖 解離斷裂 a宏觀斷口 人字行花樣； b， c微觀斷口 河流花樣； A臺階； B河流花樣 D擴展方向 O裂紋源 S剪切唇 R放射條紋 圖 31 人字紋示意圖 圖 32斷口微觀特征 河流狀花