模块11 焊接接头和结构断裂分析《焊接科学与工程》教学课件.pptxVIP

第X章XXXX模块11焊接接头和结构断裂分析

第十一章焊接接头和结构断裂分析11.1焊接接头的特点分析11.2焊接结构的失效形式11.3裂纹的启裂、扩展、止裂和失稳扩展11.4裂纹性质和形貌11.5焊接结构疲劳的特殊性11.6焊接接头的应力腐蚀11.7焊接接头和结构断裂分析

成分组织性能不均匀峰值残余应力、应力集中、焊接缺陷11.1焊接接头的特点分析

静载延性断裂断裂处有较大塑性变形，宏观呈灰色纤维状，SEM下呈韧窝状。脆性断裂低温或冲击、脆性。无塑性变形，宏观平滑明亮，SEM呈河流状疲劳断裂延时断裂，反复局部塑性变形，逐渐强化变脆，启裂后裂纹反复止裂和扩展，SEM可观察到疲劳条纹应力腐蚀断裂延时断裂，腐蚀介质和应力集中区的高应力作用、组织性能不均匀11.2焊接结构的失效形式

宏观：裂纹起源于焊接缺陷、应力集中微观：微观缺陷处的应力集中产生局部滑移裂纹源：位错塞积、孪晶交叉、脆性第二项破裂、晶界弱化断裂过程形成裂纹核心，扩展合并、长大形成裂纹核心需要克服表面能，扩展前要产生局部塑性变形（滑移），需要一定的塑性变性能裂纹扩展能量约为成核能量的100-1000倍裂纹穿过晶界时，扩展受到阻力，会发生止裂能量足够时，裂纹能快速扩展失稳至断裂11.3裂纹的启裂、扩展、止裂和失稳扩展

11.4裂纹性质和形貌混合断裂脆性断裂变形程度韧性断裂切断(韧性)正断应力类型混晶断裂沿晶断裂裂纹途径穿晶断裂环境断裂疲劳断裂其它断裂失效微观机理韧窝断裂疲劳断裂蠕变断裂解理断裂结合力弱化断裂沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展至断裂。当晶界上存在脆性相、焊接裂纹、蠕变裂纹、应力腐蚀等一般是沿晶断裂。多属脆性断裂。混晶断裂：在多晶体金属材料的断裂过程中，多数既有穿晶型也有晶间的混晶断裂穿晶断裂：裂纹的萌生和扩展穿过晶粒内部的断裂。可是脆性，也可是韧性。正断：当外加作用力引起构件的正应力分量超过材料的正断抗力时发生的断裂。断面垂直于正应力或最大的拉伸应变方向。切断：当外加作用里引起构件的切应力超过材料在滑移面上的切断抗力时发生的断裂。断裂面平行于最大切应力或最大切应变方向，与最大正应力约成45度角。疲劳断裂：材料在交变载荷下发生的断裂环境断裂：材料在环境作用下引起的低应力断裂，包括应力腐蚀和氢脆断裂。解理断裂：在正应力作用下，裂纹沿特定的结晶学平面扩展而导致的穿晶断裂，但有时也可沿滑移面或孪晶界分离。韧窝断裂：在外力作用下因微孔聚集相互联通而造成的断裂。结合力弱化裂纹：裂纹沿着由于各种原因而引起的结合力弱化所造成的脆弱区域扩展而形成的裂纹。疲劳断裂：在交变应力作用下以疲劳辉纹为标志的裂纹。蠕变断裂：材料在一定温度下，恒载一定时间产生累进式形变而导致的断裂。

一、韧性断裂构件断裂前产生显著的宏观塑性变形的断裂称为韧性断裂。韧性断裂特征①缓慢的断裂过程：裂纹萌生及亚稳扩展阻力大、速度慢；②断前产生显著的塑性变形；③两种宏观断裂形貌：正断(或平断)---宏观断面取向与最大正应力相垂直；剪断(或斜断)---宏观断面取向与最大切应力方向相一致的切断，即与最大正应力约呈45°角。

韧性断裂宏观形貌

光滑圆棒试样韧性断口宏观形貌韧性断裂宏观形貌

非杯-锥状韧性断口宏观形貌韧性断裂宏观形貌

根据纤维区、放射区及剪切唇区在断口上所占的比例可初步评价材料的性能。纤维区较大---材料的塑性和韧性比较好；放射区较大---材料的塑性降低，而脆性增大。按三区评价材料性能要考虑构件截面形状及尺寸的影响，另外还要考虑随环境条件的影响。如温度降低、加载速度升高等，纤维区及剪切唇区减小、放射区增大，因温度降低会引起低温脆性，加载速度升高使裂纹扩展速率增加。韧性断裂宏观形貌

韧窝花样：微孔聚集蛇行花样：纯剪切涟波花样：由蛇行滑动形成单晶：外力作用下应力低于屈服极限时，只发生原子间距的变化，达到屈服极限时，成排原子沿45°方向滑移，产生永久变形，宏观可看到直线痕迹，电镜下为“线状花样”韧性断裂微观形貌

微孔聚集机制和韧窝花样：缩颈处内部由于夹渣物、第二相质点与母材弹性和塑性的差别，形成微空洞，开始时数量少而相互隔绝，随着塑性变形的加大，空洞长大、聚集并连通形成微裂纹，逐渐扩展至断裂。电镜下表现为韧窝韧性断裂微观形貌在三种应力作用下由显微孔洞聚集所形成的韧窝形态示意图

二、脆性断裂断裂前几乎无塑性变形，断口为结晶状断口，平整发亮，断面垂直于拉应力轴，在较大构件的断裂中还出现人字图样。突发性断裂，断前变形极小，无明显的先兆；通常在体心立方和密排六方金属材料中出现；一般沿低指数晶面穿晶解理断裂。解理是金属在正应力的作用下沿解理面发生的一种低能断裂。绝大多数解理面是原子密排面。

脆性断裂宏观形貌脆性断口的宏观形貌有两种明显的特征小刻面：平滑明亮、结晶状人字或山形条