國(guó)焊新1.2.19脆性斷裂

1、IIW Authorised Training Body鋼焊接時(shí)裂紋的形成鋼焊接時(shí)裂紋的形成 IWE-1/2.20呂呂 迎迎IIW Authorised Training Body 驗(yàn)證一個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性是強(qiáng)度計(jì)算的任務(wù)，而其中要提出的問(wèn)題是構(gòu)件是以什么形式“失效”的。1. 引 言構(gòu)件失效的主要原因： a)一般性變形 b)失穩(wěn)（受力構(gòu)件喪失保持穩(wěn)定平衡的能力） c)開裂及斷裂傳統(tǒng)強(qiáng)度計(jì)算：2cm/kN0 .165 . 15 .23 安安全全系系數(shù)數(shù)屈屈服服極極限限許許用用(S235)IIW Authorised Training Body構(gòu)件受到外界載荷的作用就會(huì)在內(nèi)部引起內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力：正應(yīng)力

2、、剪應(yīng)力2. 斷裂形式a) 疲勞斷裂 變動(dòng)載荷、大約 80%b) 韌性斷裂(剪切斷裂) 斷裂前發(fā)生塑性變形， 裂紋擴(kuò)展較慢。c)正應(yīng)力斷裂(脆性斷裂) 正應(yīng)力斷裂強(qiáng)度。 斷裂前沒有明顯的塑性變形。據(jù)斷裂形式的不同分為：圖1 韌性斷裂圖2 脆性斷裂IIW Authorised Training Body斷裂分類及其特征韌性斷裂脆性斷裂9Cr2Mo工作輥脆斷IIW Authorised Training Body金屬的脆性斷裂 通常指沿一定結(jié)晶面劈裂的通常指沿一定結(jié)晶面劈裂的解理斷裂解理斷裂或或晶界斷裂晶界斷裂。脆斷的基本特征 1）脆斷由正應(yīng)力引起，幾乎沒有塑性變形； 2）脆斷時(shí)所需能量小，屬于低

3、應(yīng)力破壞； 3）裂紋擴(kuò)展速度快（可達(dá)1800km/s），具有突發(fā)性， 措不及防； 4）脆斷對(duì)溫度條件敏感，即所謂的金屬冷脆現(xiàn)象； 解理斷裂（穿晶斷裂）晶界斷裂（沿晶斷裂） 河流花樣 冰糖狀花樣IIW Authorised Training Body 橋梁橋梁工況：冬季寒風(fēng)、超載重載車輛、工況：冬季寒風(fēng)、超載重載車輛、 伴隨較強(qiáng)振動(dòng)（沖擊性）；伴隨較強(qiáng)振動(dòng)（沖擊性）； 艦船艦船工況：冰雪季節(jié)、動(dòng)蕩加載或工況：冰雪季節(jié)、動(dòng)蕩加載或 與冰塊頻繁撞擊；與冰塊頻繁撞擊； 壓力容器壓力容器工況：承受高壓載荷、內(nèi)部裝工況：承受高壓載荷、內(nèi)部裝 載低溫介質(zhì)或裸露在低溫環(huán)境。載低溫介質(zhì)或裸露在低溫環(huán)境。工況特點(diǎn)

4、工況特點(diǎn)：低溫、高應(yīng)力（集中）、動(dòng)載荷低溫、高應(yīng)力（集中）、動(dòng)載荷！ 制造這類產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)高度重視！易發(fā)生脆斷的幾種典型結(jié)構(gòu)IIW Authorised Training Body 3.1 影響脆性斷裂傾向的因素影響脆性斷裂傾向的因素1) 內(nèi)部影響因素 a. 晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分 體心立方存在低溫脆性 （普通中、低強(qiáng)鋼） 面心立方一般不存在低溫 脆性（Ni、奧氏體不銹鋼） b. 冷變形、時(shí)效、焊接等圖3 變形儲(chǔ)量的圖示IIW Authorised Training Bodya)溫度的影響當(dāng)溫度降低時(shí)，屈服應(yīng)力與斷裂應(yīng)力匯交處所對(duì)應(yīng)的溫度或溫度區(qū)間，被稱為材料從延性轉(zhuǎn)化為脆性轉(zhuǎn)變的溫度，稱臨界溫度(

5、T脆)。2) 脆斷外部三因素脆斷外部三因素Tspc斷裂應(yīng)力屈服極限剪切應(yīng)力T1：經(jīng)塑性變形后的剪切斷裂T2：經(jīng)塑性變形后的斷裂T脆 ：T y 無(wú)塑性變形，脆斷T，脆斷圖4 溫度對(duì)脆斷傾向的影響IIW Authorised Training Body斷裂應(yīng)力屈服極限b) 加載速度 d/dt d/dt ，T脆，脆斷2) 脆斷外部三因素脆斷外部三因素圖圖5 變形速度對(duì)脆斷傾向的影響變形速度對(duì)脆斷傾向的影響載荷的沖擊性越大，即加載速度d/dt越大，對(duì)工件的危害也就越大！這使我們不難理解為什么采用落錘試驗(yàn)研究材料的抗脆斷性能！IIW Authorised Training Bodyc) 載荷形式和大小

6、（應(yīng)力狀態(tài)） 2) 外部三因素外部三因素單軸拉伸應(yīng)力雙軸拉伸應(yīng)力多軸拉伸應(yīng)力呈現(xiàn)塑性呈現(xiàn)脆性圖6 應(yīng)力狀態(tài)對(duì)脆斷傾向的影響斷裂應(yīng)力單軸拉伸多軸拉伸1y 3 IIW Authorised Training Body軟性系數(shù)軟性系數(shù)=max/max的大小的大小表示材料在受力狀態(tài)下發(fā)生塑性變形表示材料在受力狀態(tài)下發(fā)生塑性變形 的難易程度。的難易程度。231max（按最大切應(yīng)力理論）（按最大切應(yīng)力理論）max =1(2+3)（按第二強(qiáng)度理論）（按第二強(qiáng)度理論） max max max物體在受外載時(shí)，不同的截面上產(chǎn)生不同物體在受外載時(shí)，不同的截面上產(chǎn)生不同的的正應(yīng)力正應(yīng)力和和剪應(yīng)力剪應(yīng)力。最大正應(yīng)力最大

7、正應(yīng)力max所在平面稱主平面，與主所在平面稱主平面，與主平面成平面成45角的平面上作用有最大切應(yīng)力角的平面上作用有最大切應(yīng)力max。c) 載荷形式和大小 （應(yīng)力狀態(tài)）max和和max與加載方式有關(guān)，與加載方式有關(guān)，泊松比，泊松比，而而123IIW Authorised Training Body12tktTSOT 力學(xué)應(yīng)力狀態(tài)圖maxmaxSOT 正斷抗力；正斷抗力； tT 剪切屈服極限；剪切屈服極限； tK 剪斷抗力剪斷抗力值，塑性變形 ；值，脆斷n單軸拉伸 =0.5 n三軸不等軸拉伸 0.5 三軸等軸拉伸=0 很難變形，發(fā)生斷裂必然為脆斷n 引起三軸拉伸原因：三向載荷； 幾何不連續(xù)性：缺口

8、、裂紋、厚板易出現(xiàn)三向應(yīng)力狀態(tài)直線1與tk相交韌性斷裂直線2與SOT相交脆性斷裂軟性系數(shù)=max/max缺口根部應(yīng)力分布示意圖缺口根部應(yīng)力分布示意圖IIW Authorised Training Body 3.1 影響脆性斷裂傾向的因素 深入理解： 溫度條件是引發(fā)金屬脆斷的前提 促成脆性轉(zhuǎn)變！ 應(yīng)力狀態(tài)是決定斷裂性質(zhì)的天平 基于載荷形式！ 加載速度則是促成脆斷的導(dǎo)火索 勝似雪上加霜！ 2) 外部三因素 溫度條件、應(yīng)力狀態(tài)、加載速度IIW Authorised Training Body4. 脆斷傾向的檢驗(yàn)方法4.1 檢驗(yàn)方法的構(gòu)成 檢驗(yàn)時(shí)考慮：溫度、應(yīng)力的狀態(tài)、載荷速度 有兩種評(píng)定脆性斷裂安全

9、性的理論： 對(duì)靜載和沖擊載荷通過(guò)消除裂紋進(jìn)行保證； 對(duì)作用速度較高載荷通過(guò)防止裂紋擴(kuò)展來(lái)保證； 出于上述要求可分為三種試驗(yàn)方法： 靜載消除裂紋 動(dòng)載消除裂紋 止裂防止已存在的裂紋突然擴(kuò)展材料止裂能力IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body整體試驗(yàn)（在構(gòu)件上試驗(yàn)）大型試驗(yàn)（與構(gòu)件尺寸相近的試樣）中型試驗(yàn)（寬度明顯大于厚度的試樣）小型試驗(yàn)（其結(jié)果只能偶然與構(gòu)件行為相一致）4. 脆斷傾向的檢驗(yàn)方法圖8 典型試驗(yàn)的試樣形式 (試樣厚度板厚)焊縫上開尖銳缺口IIW Authorised Training Body常用大型試驗(yàn)方法：

10、lRobertson 試驗(yàn)l雙重拉伸試驗(yàn)lESSO 試驗(yàn)l寬板拉伸試驗(yàn)l深缺口試驗(yàn)中型試驗(yàn)方法：l沖擊韌性試驗(yàn)l缺口靜彎試驗(yàn)l撕裂試驗(yàn)l落錘試驗(yàn)等IIW Authorised Training Body4.2 常用的檢驗(yàn)方法 對(duì)理想的檢驗(yàn)方法的要求是： 較小的檢驗(yàn)費(fèi)用 適用于較多的材料 定量的結(jié)果 檢驗(yàn)結(jié)果對(duì)典型構(gòu)件載荷的適用性 檢驗(yàn)方法可分如下兩組： a) 轉(zhuǎn)變溫度方法 確定材料的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度（比較性方法） 缺口拉伸試驗(yàn) 缺口沖擊試驗(yàn) 堆焊彎曲試驗(yàn) 羅伯森（Robertson）試驗(yàn) b) 斷裂力學(xué)方法 指與試樣幾何形狀無(wú)關(guān)的材料特性值， 臨界應(yīng)力集中系數(shù)KIC，作為安全設(shè)計(jì)的依據(jù)。 aYK

11、IC IIW Authorised Training Body4.2.1 拉伸試驗(yàn) 通過(guò)拉伸試驗(yàn)的特性值可以說(shuō)明材料的脆斷傾向。 特性值包括：ReH、Rm、A 、Z。4.2.2 堆焊彎曲試驗(yàn) 軋制產(chǎn)品應(yīng)在這一試驗(yàn)中表現(xiàn)為韌性斷裂。 脆斷表現(xiàn)：焊縫中出現(xiàn)的裂縫不能在試樣中中止。 在彎曲角度達(dá)到90時(shí)，裂紋由焊縫向母材中的擴(kuò)展小于20mm 被認(rèn)為是允許的。圖10 根據(jù)DIN17100 的堆焊彎曲試驗(yàn)IIW Authorised Training Body4.2.3 缺口沖擊試驗(yàn) 檢驗(yàn)脆斷傾向的最常用的方法。 優(yōu)點(diǎn)：加工簡(jiǎn)便，經(jīng)濟(jì)和快捷。 多軸應(yīng)力狀態(tài)、變形速度、溫度對(duì)脆斷傾向的影響通過(guò)缺口沖擊試驗(yàn)

12、參數(shù)的變化：如試樣的幾何形狀、沖擊速度、試驗(yàn)溫度的變化來(lái)檢驗(yàn)圖圖11 11 彈性彎曲試樣缺口正應(yīng)力的分布彈性彎曲試樣缺口正應(yīng)力的分布確定某一溫度下的沖擊功： A = Fds(J ) V通過(guò)缺口沖擊試驗(yàn)表示出某種材料在某一溫度下相對(duì)脆斷的安全性IIW Authorised Training Body4.2.3 缺口沖擊試驗(yàn)圖12 轉(zhuǎn)變溫度過(guò)渡溫度(轉(zhuǎn)變溫度)：韌性脆性T，脆性IIW Authorised Training Body4.2.3 缺口沖擊試驗(yàn)裂紋引入：+區(qū) ：彈性區(qū)（脆斷或塑性變形） ：彈塑性區(qū)裂紋擴(kuò)展：區(qū) a：剪應(yīng)力斷裂 b：正應(yīng)力斷裂 c：剪應(yīng)力斷裂圖13 低強(qiáng)度鋼在混合斷裂區(qū)的

13、力彎曲圖IIW Authorised Training Body4.2.4 羅伯森（robertson）止裂試驗(yàn) 與構(gòu)件相似的試樣上采用靜動(dòng)結(jié)合方式(1)梯度試驗(yàn) 在試樣長(zhǎng)度上保持一個(gè)溫度梯度，在試樣上較熱 部分出現(xiàn)的塑性變形在某一溫度上就會(huì)停止，表現(xiàn)為脆斷。(2) 等溫試驗(yàn) 將整個(gè)試樣冷卻到某一溫度并在不同溫度下進(jìn)行 多次試驗(yàn)來(lái)確定材料尚能止裂的溫度。圖14 羅伯森試樣(50-80%)sIIW Authorised Training Body4.2.5 Pellini 落錘試驗(yàn) 在研究鋼的脆斷傾向，評(píng)定比較止裂行為時(shí)使用的。圖 15 Pellini 試樣的布置及試樣尺寸韌性轉(zhuǎn)變溫度：在某一溫

14、度下試樣尚發(fā)生斷裂，當(dāng)溫度提高 5K時(shí)，相同材料和相同處理狀態(tài)的試樣不再發(fā)生斷裂對(duì)應(yīng)的溫度。衡量材料止裂行為的一個(gè)特性值。落錘試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)：比較符合焊接結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，試樣制備簡(jiǎn)單、操作方便，重復(fù)性好，故被廣泛應(yīng)用IIW Authorised Training Bodyl在 Pellini 試驗(yàn)中或者是證明材料的NDT 溫度低于或最高等于某一確定的溫度，或者是確定精確的NDT（無(wú)韌性轉(zhuǎn)變溫度）l溫度（試驗(yàn)和評(píng)定按標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程如ASSTM-E208，鋼鐵檢驗(yàn)規(guī)程1325，AVSE76A/15B AVSD16C1000 ）l根據(jù)大量的已確定的 NDT 溫度和比較試驗(yàn)由Pellini 建立了斷裂曲線（Fra

15、cture-Analysis-Diagram FAD）l 斷裂分析曲線可評(píng)估在一定載荷下裂紋的擴(kuò)展。4.2.5 Pellini 落錘試驗(yàn)IIW Authorised Training BodyNDTFTEFTPa) TNDT 不能保證止裂不能保證止裂 b) T=NDT+16.5 只要公稱應(yīng)力只要公稱應(yīng)力0.5Re，裂紋中止，裂紋中止c) T=NDT+33=FTE 只要公稱應(yīng)力只要公稱應(yīng)力Re 無(wú)裂紋擴(kuò)展無(wú)裂紋擴(kuò)展T=NDT+66=FTP 材料無(wú)裂紋存在材料無(wú)裂紋存在止裂溫度曲線止裂溫度曲線應(yīng)力低于該曲線，裂紋不擴(kuò)展應(yīng)力低于該曲線，裂紋不擴(kuò)展NDT無(wú)韌性轉(zhuǎn)變溫度FTE彈性斷裂轉(zhuǎn)變FTP 塑性斷裂

16、轉(zhuǎn)變抗拉強(qiáng)度Rm溫度ReReReRe Pellini斷裂分析曲線（適用于Re600N/mm2的碳鋼） 明確提供了鋼板開裂、裂紋傳播、止裂條件100/200200/300300/600IIW Authorised Training Body 材料基礎(chǔ)部分總復(fù)習(xí)材料基礎(chǔ)部分總復(fù)習(xí)一 、關(guān)于鐵碳狀態(tài)圖 l包晶反應(yīng): 1493 (1495) L+l共晶反應(yīng): 1147(1148) L=+Fe3C （萊氏體）l共析反應(yīng): 723 (727) =+Fe3C (珠光體) 純鐵三種同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變(1)GS線奧氏體中開始析出鐵素體（降溫時(shí)）或鐵素體全部溶 入奧氏體（升溫時(shí)）的轉(zhuǎn)變線，常稱此溫度為A3溫度。(2)E

17、S線碳在奧氏體中的溶解度曲線。常稱此溫度為Acm溫度。(3)PQ線碳在鐵素體中的溶解度曲線。在727時(shí)，碳在鐵素體 中的最大的w(C)為0.0218。 -Fe -Fe -Fe 體心立方 面心立方 體心立方-273 912 13941538IIW Authorised Training Body 鐵碳合金七種類型 工業(yè)純鐵 C0.0218% 亞共析鋼 C=0.0218%-0.77% 共析鋼 C=0.77% 過(guò)共析鋼 C=0.77%-2.11% 共晶白口鑄鐵 C=4.3% 亞共晶白口鑄鐵 C=2.11%-4.3% 過(guò)共晶白口鑄鐵 C=4.3%-6.69%一 、關(guān)于鐵碳狀態(tài)圖IIW Authoris

18、ed Training Body二 、關(guān)于合金元素在鐵中作用1. 伴生元素 有益：Mn Si Al 有害: S P O N H2. 與鐵形成固溶體類型 置換固溶體: Mn Cr Ni Si Mo 間隙固溶體: C O B N3.合金元素對(duì)鋼的性能 C提高硬度、強(qiáng)度、耐磨性、淬透性； 降低韌性、延伸率、機(jī)加工性、焊接性、深沖性。 Al脫氧脫氮細(xì)化晶粒 Mn脫氧、脫硫、固溶強(qiáng)化 Si脫氧、固溶強(qiáng)化、阻礙有些元素偏析 P 偏析較強(qiáng)（熱裂紋）、提高強(qiáng)度、降低可焊性、耐腐蝕 S 偏析較強(qiáng)（熱裂紋）、降低可焊性、易切削 形成碳化物的元素V Ti Nb Cr Mo W IIW Authorised Trai

19、ning Body三、關(guān)于鋼中脫氧l沸騰鋼: MnSi脫氧 特點(diǎn): 表面純偏析氣孔 （FU）l鎮(zhèn)靜鋼: Mn-0.15%Si加少量的Al 脫氧 （FN）l特別鎮(zhèn)靜鋼: Mn-0.2%Si-0.02%Al 脫氧 （FF）四、關(guān)于材料熱處理(1)正火：Ac3或Acm + （3050），空泠 作用：細(xì)化晶粒、消除組織缺陷、消除應(yīng)力(2) 退火：緩慢冷卻接近平衡組織 作用：同正火，但正火更細(xì)、強(qiáng)度和硬度高于退火(3) 淬火：Ac1或Ac3 +（3050）水淬或油淬 作用：提高鋼的強(qiáng)度、硬度。(4) 回火：淬火組織平衡組織 作用：穩(wěn)定組織、消除淬火內(nèi)應(yīng)力、提高綜合機(jī)械性能 (5)調(diào)質(zhì)：淬火高溫回火IIW

20、 Authorised Training Body五、關(guān)于連續(xù)轉(zhuǎn)變CCT圖 表現(xiàn)：奧氏體化溫度、冷卻速度 、組織 、硬度 用途：預(yù)測(cè)組織和性能、制定焊接工藝六、力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)l拉伸試驗(yàn)：獲得抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率l硬度試驗(yàn) 洛氏硬度： HRC、HRB 表示 50HRC 維氏硬度： HV 180HV5試驗(yàn)壓力5g 布氏硬度： HB 表示：120 HB 5/250 120-硬度值 鋼球直徑-5mm 試驗(yàn)壓力值-250g 焊縫的硬度： ISO9015 (EN1043)l彎曲試驗(yàn)：EN910 可變形能力， 三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)：彎曲角、彎曲變形程度l缺口沖擊試驗(yàn)：ISO9016-2001 焊縫的

21、沖擊試驗(yàn)(EN875) 特征值：缺口沖擊功 Av J 缺口沖擊韌性 aK J/cm2 缺口沖擊功：試驗(yàn)溫度、缺口形狀、材料種類、取樣部位IIW Authorised Training Body七、鋼的分類和標(biāo)記1.鋼的分類（EN10020） 碳鋼(非合金鋼) Mn1.65% 低合金鋼 合金元素5%高合金鋼 合金元素5% 按合金元素 含量分類 按使用 要求分類普通鋼 優(yōu)質(zhì)鋼特殊優(yōu)質(zhì)鋼碳素鋼和碳錳鋼(Mn1%) C25 非、低合金鋼 13CrMo4-5 高合金鋼 X5CrNi18-10P265 、 E275S355J0、S355NL S235W、S355WP2.鋼的標(biāo)記 (EN10027、ECIS

22、S-IC10)(1)數(shù)字標(biāo)記 1 1 0101 1616 注意第一位數(shù)字材料分類號(hào) 0純鐵 1鋼 2重金屬 3輕金屬(2) 符號(hào)標(biāo)記 主要符號(hào) （化學(xué)成分） 主要符號(hào) +附加符號(hào) IIW Authorised Training Body八、碳鋼和碳錳鋼 EN10025-2 熱軋普通碳鋼及優(yōu)質(zhì)鋼（非合金一般結(jié)構(gòu)鋼）1. 焊接性(1) S235焊接性好 薄板不預(yù)熱；厚板需預(yù)熱(2) S355焊接性一般 Wc0.22%，可能產(chǎn)生淬硬M，導(dǎo)致冷裂紋。 措施：措施：預(yù)熱、緩冷K(%) 0.4% 焊接性良好 不預(yù)熱或100K(%)=0.40.6% 焊接性一般 100250 K(%) 0.6% 焊接性較差

23、250 或更高2. 預(yù)熱溫度碳當(dāng)量IIW Authorised Training Body八、碳鋼和碳錳鋼 EN10025-2 熱軋普通碳鋼及優(yōu)質(zhì)鋼（非合金一般結(jié)構(gòu)鋼） 3. 填充材料選擇原則： 填充材料與母材等強(qiáng)匹配等強(qiáng)匹配屈服強(qiáng)度+ 熔敷金屬最低沖擊功47J抗拉強(qiáng)度 + 熔敷金屬最低沖擊功27J填充材料： EN499（ISO2560-A） 焊條電弧焊用藥皮焊條 EN440（ISO14341） 氣保焊用實(shí)芯焊絲 EN756（ISO14171） 埋弧焊用焊絲 EN750 （ISO14174） 埋弧焊用焊劑填充材料完整標(biāo)記：（S235J2） EN499 E 42 0 Mn1Ni RR 1 2 E

24、N440 G 46 3 M G3Si1 EN756 S 46 3 AB S3IIW Authorised Training Body九、材料的可焊性影響焊接質(zhì)量因素: 成分、鋼材制造方法、物理性能、工作環(huán)境2. HAZ:不同區(qū)域組織不同性能不同,熔合區(qū)和粗晶區(qū)焊接接頭簿弱地帶,粗晶易產(chǎn)生脆化3. 焊接冷卻速度:超過(guò)臨界冷卻速度時(shí),產(chǎn)生硬化. 硬度高;變形能力小;韌性低;內(nèi)應(yīng)力大. 產(chǎn)生位置:引弧收弧處短焊道厚結(jié)構(gòu)環(huán)境溫度小于54.熱影響區(qū)易產(chǎn)生問(wèn)題 (1) 脆化 粗晶脆化 析出相 時(shí)效脆化 氫脆 (2) 軟化:發(fā)生在調(diào)質(zhì)鋼和時(shí)效強(qiáng)化合金 (3) 綜合性能 過(guò)熱(粗晶區(qū))硬度強(qiáng)度提高塑性韌性延伸

25、率下降 正火區(qū)具有更好機(jī)械性能IIW Authorised Training Body十、焊縫缺陷 1.裂紋 熱裂紋焊接中高溫產(chǎn)生冷裂紋預(yù)熱以下或室溫、具有延遲性 熱裂紋：材料的脆性 + 拉伸應(yīng)力 (S、P低熔點(diǎn)共晶薄膜低熔點(diǎn)共晶薄膜)冷裂紋：產(chǎn)生三大要素氫、淬硬組織、拘束應(yīng)力 小鐵研試樣、插銷試驗(yàn)2. 氣孔: 氫氣孔、氮?dú)饪?、CO氣孔 3. 脆斷： 內(nèi)因：晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分/冷變形、時(shí)效、焊接 外因：溫度條件、加載速度、應(yīng)力狀態(tài) 檢測(cè)方法： 落錘試驗(yàn) NDTIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authoris

26、ed Training Body xIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body不同材料沖擊韌性與溫度關(guān)系曲線不同材料沖擊韌性與溫度關(guān)系曲線溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度沖擊斷裂功溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度沖擊斷裂功韌性脆性IIW Authorised Training Body具有冷脆現(xiàn)象金屬的晶格特征 研究表明：研究表明：具有具有冷脆現(xiàn)象冷脆現(xiàn)象的金屬多為：的金屬多為： 體心立方晶格或密排六方晶格結(jié)構(gòu)體心立方晶格或密排六方晶格結(jié)構(gòu)。 大多大多面心立方晶格面心立方晶格的金屬，如：的金屬，如：

27、鋁、銅等金屬則鋁、銅等金屬則沒有冷脆現(xiàn)象沒有冷脆現(xiàn)象。 所以，低溫環(huán)境的壓力容器往往選擇所以，低溫環(huán)境的壓力容器往往選擇 含含鎳鎳量較高的量較高的面心立方晶格面心立方晶格的金屬。的金屬。 這類金屬材料具有較高的低溫韌性！這類金屬材料具有較高的低溫韌性！IIW Authorised Training Body 3.1 影響脆性斷裂傾向的因素1）內(nèi)部影響因素 內(nèi)部影響因素包括材料的組織成分以及進(jìn)一步的加工.如：冷變形，時(shí)效，中子輻射和焊接等。 焊接時(shí)僅能通過(guò)材料本身的性能及局部的塑性流動(dòng)減小約2%的熱收縮，冷卻后構(gòu)件中的內(nèi)應(yīng)力保持在屈服極限的水平上。運(yùn)行時(shí)受到初次載荷的作用，由于在局部已經(jīng)超過(guò)了屈

28、服極限，因此會(huì)產(chǎn)生新的塑性變形，在初次載荷去除后，內(nèi)應(yīng)力變小并且應(yīng)力集中被消除。IIW Authorised Training Body 3.1 影響脆性斷裂傾向的因素 深入理解： 溫度條件溫度條件是引發(fā)金屬脆斷的是引發(fā)金屬脆斷的前提前提 促成促成脆性轉(zhuǎn)變脆性轉(zhuǎn)變！ 應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)是是決定斷裂性質(zhì)決定斷裂性質(zhì)的的天平天平 基于基于載荷形式載荷形式！ 加載速度加載速度則是促成脆斷的則是促成脆斷的導(dǎo)火索導(dǎo)火索 勝似勝似雪上加霜雪上加霜！ 2) 外部三因素 溫度條件、應(yīng)力狀態(tài)、加載速度IIW Authorised Training Body 應(yīng)該指出，在結(jié)構(gòu)應(yīng)該指出，在結(jié)構(gòu)缺口處缺口處由于應(yīng)力集中

29、由于應(yīng)力集中作用，使變形速度作用，使變形速度明顯提高明顯提高，故脆斷危險(xiǎn)性，故脆斷危險(xiǎn)性增大。增大。載荷的沖擊性越大，即變形速度越大，載荷的沖擊性越大，即變形速度越大，對(duì)工件的危害也就越大！對(duì)工件的危害也就越大！ 這使我們不難理解這使我們不難理解為什麼采用為什麼采用落錘落錘試驗(yàn)試驗(yàn)研究材料的研究材料的抗脆斷的性能抗脆斷的性能！b) 變形速度 ，T脆，脆斷2) 外部三因素外部三因素IIW Authorised Training Body加載速度的影響 研究表明： 加載速度加載速度d/dt提高提高，其作用，其作用相當(dāng)于溫度降低相當(dāng)于溫度降低， 同樣會(huì)使剪切屈服極限同樣會(huì)使剪切屈服極限tT升高升高，

30、而正斷抗力，而正斷抗力SOT 不變不變，則，則脆斷危險(xiǎn)性增加！脆斷危險(xiǎn)性增加！ tT， SOT tT d/dt加載速度對(duì)脆斷的影響規(guī)律IIW Authorised Training Body 按應(yīng)力狀態(tài)分為： 單向應(yīng)力又稱線應(yīng)力線應(yīng)力，存在于窄板條窄板條結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)； 雙向應(yīng)力又稱平面應(yīng)力平面應(yīng)力，存在于薄板薄板結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)； 三向應(yīng)力又稱體積應(yīng)力體積應(yīng)力，存在于厚板厚板結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 三向應(yīng)力的符號(hào)表示：x , y , z 。 x 縱向應(yīng)力縱向應(yīng)力，即平行焊縫方向的內(nèi)應(yīng)力；，即平行焊縫方向的內(nèi)應(yīng)力； y 橫向應(yīng)力橫向應(yīng)力，即垂直焊縫方向的內(nèi)應(yīng)力；，即垂直焊縫方向的內(nèi)應(yīng)力； z 板厚方向的應(yīng)力板厚方向的應(yīng)

31、力，即垂直焊縫平面的內(nèi)應(yīng)力。，即垂直焊縫平面的內(nèi)應(yīng)力。2.1.2 焊接應(yīng)力的分類焊接應(yīng)力的分類IIW Authorised Training Body2.5.2 斷裂的評(píng)定方法斷裂的評(píng)定方法 （1）轉(zhuǎn)變溫度方法轉(zhuǎn)變溫度方法（本書采用的方法）（本書采用的方法） 即確定材料的韌即確定材料的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度特性。脆轉(zhuǎn)變溫度特性。 （2）斷裂力學(xué)方法）斷裂力學(xué)方法 用用KIC、c、JIC等力學(xué)指標(biāo)，作為安全設(shè)計(jì)的依據(jù)。等力學(xué)指標(biāo)，作為安全設(shè)計(jì)的依據(jù)。2.5.3 典型試驗(yàn)方法介紹典型試驗(yàn)方法介紹 1. 抗開裂抗開裂性能試驗(yàn)性能試驗(yàn) 反映反映裂紋產(chǎn)生前裂紋產(chǎn)生前韌度參量指標(biāo)的試驗(yàn)。韌度參量指標(biāo)的試驗(yàn)。 2.

32、 止裂止裂性能試驗(yàn)性能試驗(yàn) 測(cè)量測(cè)量脆性裂紋產(chǎn)生后脆性裂紋產(chǎn)生后韌性指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)。韌性指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)。IIW Authorised Training Body落錘試驗(yàn)IIW Authorised Training Body溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度沖擊斷裂功溫度韌脆轉(zhuǎn)變溫度沖擊斷裂功韌性脆性IIW Authorised Training Body 在不同加載方式下，當(dāng)在不同加載方式下，當(dāng)max未達(dá)未達(dá)到抗拉強(qiáng)度前，到抗拉強(qiáng)度前，max 先達(dá)到屈服點(diǎn)先達(dá)到屈服點(diǎn)， （即（即max max）？）？ ，則發(fā)生塑性變，則發(fā)生塑性變形而形成形而形成延性斷裂延性斷裂。 反之，在反之，在max達(dá)到屈服點(diǎn)前，達(dá)到屈服點(diǎn)前，m

33、ax先達(dá)到抗拉強(qiáng)度先達(dá)到抗拉強(qiáng)度，（即，（即maxmax ）？）？ ，則發(fā)生，則發(fā)生脆性斷裂脆性斷裂。 因此，斷裂形式斷裂形式與與加載方式加載方式亦即亦即應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)有關(guān)。IIW Authorised Training Body (2)落錘試驗(yàn) 屬于止裂性能試驗(yàn)。用標(biāo)準(zhǔn)試樣在系列溫度下進(jìn)行動(dòng)載簡(jiǎn)支彎曲,測(cè)定材料無(wú)塑性轉(zhuǎn)變溫度DNT。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在落錘沖擊下,試樣產(chǎn)生的裂紋擴(kuò)展到它的受拉面兩個(gè)棱邊或一個(gè)棱邊才算斷裂這時(shí)的最高試驗(yàn)溫度為NDT。IIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training BodyIIW Authorised Training Body (3)寬板試驗(yàn) 是在實(shí)驗(yàn)室中重現(xiàn)低應(yīng)力脆性斷裂的大型試驗(yàn)，由于它能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的一些參數(shù)如材料板厚、焊接工藝影響、載荷和應(yīng)變量、整體尺寸、裂紋部位(尖銳度和尺寸)、加載速率等一系列因素進(jìn)行實(shí)際模擬，所以寬板試驗(yàn)在研究焊接接頭抗開裂和止裂性能以及研究各種影響因素等方面是行之有效的試驗(yàn)方法。IIW Authorised Tra