焊接结构脆性断裂的预防措施
焊接结构的脆性断裂分析
焊接结构的脆性断裂分析目录摘要一、焊接结构的失效二、脆性断裂的特征三、金属材料脆性断裂的能量理论四、材料断裂的评定方法五、焊接结构脆性断裂事故六、脆性断裂产生的原因和影响因素七、防止焊接结构脆性断裂的工程技术措施八、结论摘要：脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效，通常脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生，断裂时无显著的塑性变形，具有突发破坏的性质，往往造成重大损失，因此分析焊接结构脆性断裂的主要因素并从防脆断设计、制造质量的全面控制、设备使用管理等方面提出防止焊接结构发生脆断的工程技术措施显得尤为重要。
一、焊接结构的失效通常意义上讲，焊接失效就是焊接接头由于各种因素在一定条件下断裂，接头一旦失效，就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展造成焊接结构损坏，致使设备停机影响正常生产，焊接结构的失效不仅将停止生产，还往往造成许多严重的灾难性事故。
工程中焊接结构有三种断裂形式，脆性断裂（又叫低应力断裂）、疲劳断裂和应力腐蚀断裂，其中，脆性断裂一般都在应力不高于结构的设计应力和没有明显的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏的性质，不易事先发现和预防，破坏性非常严重。
二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏,其特点是裂纹扩展迅速,能量的消耗远小于韧性断裂,以低应力破坏为重要特征，它是靠结构内部蓄积的弹性能量的释放而自动传播导致破坏的,因而很少发现可见的塑性变形,断裂之前没有明显的预兆,而是突然发生的,所以说这种断裂往往带来巨大的损失，一般来说,金属脆性断裂时,无论是具有解理形断口,还是皇光泽的结晶状外观断口,都与板面大体垂直,而且板厚方向上的变形很小,在表壁呈无光泽灰色纤维状的剪断形,材料越脆断裂的剪切壁越薄,断口上花样的尖端是指向启裂点的方向,形成山形花样,追综这个花样可以找到启裂点。
三、金属材料脆性断裂的能量理论1920年Griffith 取一块厚度为1单位的“无限”大平板为研究模型，先使平板受到单向均匀拉伸应力σ（图1），然后将其两端固定，以杜绝外部能源，垂直于拉应力的方向开长度为a 2的穿透裂纹，平板中的弹性应变能将有一部分释放，其释放量为U ，新表面吸收的能量为W ，系统总能量变化为E ，则W U E +-=裂纹释放的弹性应变能U 为E a U 22σπ=设裂纹的单位表面吸收的表面能为γ，则形成裂纹所需要的总表面能W 为a W γ4=因此，裂纹体的能量改变总量E 为a E a E γσπ422+-=能量E 随裂纹长度a 的变化如图2γσπγσπ424222+-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-∂∂=∂∂E a a E a a a E 裂纹扩展的临界条件0=∂∂aE ，即 0422=+-γσπE a 因此a E c πγσ2=，c σ－对应于裂纹半长为a 时导致断裂的应力，22πσγE a =－在应力σ作用下，如果裂纹半长c a a <时，裂纹不扩展，结构可以安全工作。
焊接结构脆性断裂的防止方法
焊接结构脆性断裂的防止方法摘要：本文主要分析影响焊接结构脆性断裂的主要因素，并就预防焊接结构脆性断裂从正确选用材料、采用合理的焊接结构设计、减少和消除焊接残余拉伸应力的不利影响等三个方面提出了针对性的措施。
关键词：焊接结构，脆性断裂，防止方法一、前言焊接结构脆性断裂事故虽然数量较少，但其后果是严重的，甚至是灾难性的。
脆性断裂一般都是在应力不高于焊接结构的设计应力和没有明显塑性变形的情况下发生的，并迅速扩展到整个焊接结构，事先不易发现和预防，因而往往造成重大安全事故。
二、影响焊接结构脆性断裂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。
金属脆断主要受到材料状态内部因素以及应力状态、温度和加载速度等外界条件的影响。
1.材料状态的影响焊接结构的材料选择，首先要了解材料本身状态对断裂形式的重要影响。
（1）材料厚度对脆性破坏有影响。
厚板在缺口处容易形成三向应力使材料变脆，因而沿厚度方向的收缩和变形受到较大的限制。
而当板较薄时，材料在厚度方向能比较自由的收缩，减小厚度方向的应力，使之接近于平面应力状态。
（2）脆性断裂通常发生在体心立方和密排六方晶格的金属和合金中，只有在特殊情况下，如应力腐蚀条件下才在面心立方晶格金属中发生。
因而面心立方晶格金属（如奥氏体不锈钢）可以在很低的温度下工作而不发生脆性断裂。
（3）对于低碳钢和低合金钢来说，晶粒度对钢的塑性—脆性转变温度也有很大影响，晶粒度越细，其转变温度越低。
（4）钢中的C、N、O、H、S、P均增加钢的脆性，另一些元素Mn、Ni、Cr、V则有助于减小钢的脆性。
2.应力状态的影响物体受外载荷作用时，在主平面上作用有最大正应力δmax 与主平面成45°的平面上作用有最大切应力τmax。
如果在τmax达到屈服强度前δmax先达到抗拉强度，则发生脆断；反之，如τmax先达到屈服强度，则发生塑性变形或形成延伸断裂。
实际结构中，若处于单向或双向拉伸应力作用，一般呈塑性状态。
焊接结构的脆性断裂及预防措施
焊接结构的脆性断裂及预防措施一、脆性断裂的原因焊接结构之所以发生脆性断裂，是因为焊缝接头处几何的不连续性形成或多或少的焊接缺陷，从而引起应力集中，形成断裂源。
另外，还由于焊接接头处的力学性质的不均匀，使附近热影响区材料性质变脆，以及焊缝接头处总是不可避免地要产生焊接变形及焊接残余应力。
所有这些都可能成为焊接结构破坏的直接原因或间接原因。
特别是一些直接承受动载荷的焊接结构，或是处于低温工作环境时，焊接结构更易发生脆性断裂。
二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏。
其特点是裂纹扩展迅速，能量的消耗远小于韧性断裂，以低应力破坏为重要特征。
它是靠结构内部蓄积的弹性能的释放而自动传播导致破坏的，因而很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的预兆，而是突然发生的，所以说这种断裂往往会造成巨大的损失。
一般来说，金属脆性断裂时，无论是具有解理形断口，还是呈光泽的结晶状外观断口，都与板面大体垂直，而且板厚方向上的变形很小，在表面上附有一层剪切壁，呈无光泽灰色纤维状的剪断形，材料越脆，断裂的剪切壁越薄，断口上花样的尖端总是指向启裂点的方向，形成山形花样，追踪这个花样可以找到启裂点。
三、焊接结构防止脆性断裂的设计原则脆性断裂往往是瞬间完成的，其原因是构件中存在着焊接或冶金缺陷。
首先产生一小的裂纹，而后该裂纹以极快的速度扩展，部分或全部贯穿于结构中，造成脆性失效。
因此．防止焊接结构脆性破坏事故有效的设计方法是要使焊接结构最薄弱的部位具有抵抗脆性裂纹产生的能力。
同时，如果这些部位产生了脆性小裂纹时，其周围母材有将其迅速止住的能力。
在上述设计方法中，一般主要着眼点放在焊缝接头的抗脆性裂纹产生的能力上，以此作为设计的依据。
对于中低强度钢来说，由于残余应力的作用，焊缝接头处一旦产生脆性裂纹，通常向母材方向扩展，因此需要母材有一定的止裂性能。
这时，对于防止结构的脆性断裂是有意义的。
而对于高强度钢来说，裂纹的产生和扩展主要发生在焊缝中，这是因为由于母材强度的提高，接头中更易出现焊接缺陷，产生裂纹。
焊接结构发生脆断的原因及预防
焊接结构发生脆断的原因及预防随着焊接结构在工业生产中应用范围和数量的增大，焊接结构因脆性断裂而失效的事故也越来越多。
脆性断裂是焊接结构最可怕的失效形式，它都是在应力不高于结构的设计应力和没有显著的塑性变形的情况下发生的，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏的性质，因此其后果往往是灾难性的，造成的经济损失也往往是巨大的。
一、焊接结构产生脆性断裂的原因分析焊接结构产生脆性断裂的原因基本上可归纳为三个方面：（一）材料的韧性不足材料缺口尖端处的微观塑性变形能力差，特别是焊接结构的缺口、尖端处，脆性断裂在大多数情况下从焊接区开始，所以焊缝及热影响区的韧性不足往往是造成低应力脆性破坏的主要原因。
（二）存在裂纹等缺陷断裂总是从材料缺陷处开始，缺陷中则以裂纹为最危险，而焊接则是产生裂纹的主要原因。
（三）设计和制造工艺不合理不正确的设计和不良的制造工艺会产生较大的焊接残余应力，该应力过大时，则导致结构的脆性断裂。
二、影响脆性断裂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。
最重要的影响因素是温度、应力状态和加载速度。
温度越低，加载速度越大、材料应力状态越严重，则产生脆性断裂的倾向就越大。
（一）应力状态的影响当材料处于三向拉应力下，呈现脆性。
在实际结构中，三向拉应力应该由三向载荷产生，但更多的情况下是由于几何不连续性引起的。
虽然整个结构处于单轴双向拉应力状态下，但其局部区域由于设计不佳，工艺不当，往往出现形成局部三轴应力状态的缺口效应。
因此，脆断事故一般都起源于具有严重应力集中效应的缺口处。
（二）温度的影响随着温度的降低，焊接结构的破坏方式会发生变化，即从延性破坏变为脆性破坏。
当温度降至某一临界值时，将出现塑性到脆性断裂的转变，此为脆性转变温度。
脆性转变温度高，则脆性倾向严重。
（三）加载速度的影响试验证明，加载速度越快，焊接结构越容易发生脆性断裂。
在同样加载速率下，当结构中有缺口时，应变速率可呈现出加倍的不利影响。
浅析钢结构焊接裂纹的产生原因及防止措施
浅析钢结构焊接裂纹的产生原因及防止措施引言随着科学技术不断发展，科学技术不断提高，为了跟上社会的发展脚步，建筑钢结构得到了广泛的运用。
目前我国的建筑钢结构的造型越来越新颖，空间结构也越来越复杂，所以在选择材料的时候对钢材料的要求也是很高的，但是这些要求很高的钢材料运用到实际工作中，会给钢结构焊接技术造成很大的难度，相应的焊接缺陷发生可能性就会增加。
1、钢结构焊接的难点在钢材料的选材方面大多数采用的低合金高强钢作为材料，这类钢具有强度大，硬度大等特点，但是由于钢结构连接点之间形状复杂，焊缝密集，所以焊接接头的钢约束性大，使焊缝无法自由收缩[1]。
加上在焊接的过程中由于操作不当产生就会双向力或者三向力，可能刚开始力的作用不大，但是在钢结构持续的焊接过程中，很多的力集中在一起，就会行成一个很强的力，增加了焊接接头产生裂纹、层状撕裂的可能性。
另外低合金高强钢中的碳含量非常高，使钢的硬度非常大，焊接性能差，在焊接过程中很容易出现延迟性的裂纹，由于高空操作更加增强了焊接的难度。
2、裂纹的种类和产生原因在建筑钢结构中焊接裂纹的产生通常會有三种形式，其中冷裂纹和热裂纹主要出现在复杂钢结构中，还有一种层状撕裂主要在厚板工程中出现。
2.1冷裂纹冷裂纹一般是在焊接过程后的冷却过程中产生的，有些在焊接后很快就会出现，有的则要过一段时间才会出现。
冷裂纹大多数为延迟裂纹主要发生在低合金高强钢的焊接热影响区，很少出现在焊缝上，由于冷裂纹不是焊后立即出现，而是经过一段时间的冷却之后才出现，所以这类裂纹出现后具有很大的隐蔽性。
冷裂纹出现的原因主要有三个因素（1）钢材淬硬倾向，低合金高强钢的淬硬倾向主要取决于钢材的化学成分、焊接工艺、冷却条件。
钢材的淬硬倾向越大就越容易产生裂纹，由于焊接是一个加热--冷却的过程，对钢结构加热之后冷却就会使钢变得硬度高、脆性大，很容易产生裂纹。
（2）焊接接头含氢量，在焊接的过程中大量的溶解于熔池中，焊接结束之后进入冷却的环节，氢就会极力的逸出，但是由于冷却速度较快有些氢不能很快的逸出而保留在金属中，是钢内部出现中空的现象，也会导致钢结构脆性很大。
焊接裂纹产生原因及防治措施
焊接裂纹就其本质来分，可分为热裂纹、再热裂纹、冷裂纹、层状撕裂等。
下面仅就各种裂纹的成因、特点和防治办法进行具体的阐述。
1．热裂纹在焊接时高温下产生的，故称热裂纹，它的特征是沿原奥氏体晶界开裂。
根据所焊金属的材料不同（低合金高强钢、不锈钢、铸铁、铝合金和某些特种金属等），产生热裂纹的形态、温度区间和主要原因也各不相同。
目前，把热裂纹分为结晶裂纹、液化裂纹和多边裂纹等三大类。
1）结晶裂纹主要产生在含杂质较多的碳钢、低合金钢焊缝中（含S，P，C，Si 缝偏高）和单相奥氏体钢、镍基合金以及某些铝合金焊缝中。
这种裂纹是在焊缝结晶过程中，在固相线附近，由于凝固金属的收缩，残余液体金属不足，不能及时添充，在应力作用下发生沿晶开裂。
防治措施：在冶金因素方面，适当调整焊缝金属成分，缩短脆性温度区的范围控制焊缝中硫、磷、碳等有害杂质的含量；细化焊缝金属一次晶粒，即适当加入Mo、V、Ti、Nb等元素；在工艺方面，可以通过焊前预热、控制线能量、减小接头拘束度等方面来防治。
2）近缝区液化裂纹是一种沿奥氏体晶界开裂的微裂纹，它的尺寸很小，发生于HAZ近缝区或层间。
它的成因一般是由于焊接时近缝区金属或焊缝层间金属，在高温下使这些区域的奥氏体晶界上的低熔共晶组成物被重新熔化，在拉应力的作用下沿奥氏体晶间开裂而形成液化裂纹。
这一种裂纹的防治措施与结晶裂纹基本上是一致的。
特别是在冶金方面，尽可能降低硫、磷、硅、硼等低熔共晶组成元素的含量是十分有效的；在工艺方面，可以减小线能量，减小熔池熔合线的凹度。
3）多边化裂纹是在形成多边化的过程中，由于高温时的塑性很低造成的。
这种裂纹并不常见，其防治措施可以向焊缝中加入提高多边化激化能的元素如Mo、W、Ti等。
2、再热裂纹通常发生于某些含有沉淀强化元素的钢种和高温合金（包括低合金高强钢、珠光体耐热钢、沉淀强化高温合金，以及某些奥氏体不锈钢），他们焊后并未发现裂纹，而是在热处理过程中产生了裂纹。
焊接结构的脆性断裂表现和预防措施
跨度最长的一段桥身突然掉落塌陷
事故的原因是举起过程中一个支撑点的材料指标合格造成的。
1917年，在经历了两次惨痛的悲剧后，魁北克大桥终于竣 工通车，这座桥至今仍然是世界上最长的悬臂跨度大桥之
一。
轮船的脆性断裂—著名的事故调查
对象：万吨级的自由轮 时间：二次大战期间 所属：US海军部
一九四六年，美国海军部发表资料表明，在第二次世界大战期间，美国制造的 4694艘船只中，发现在970嫂船上有1442处裂纹。这些裂纹多出现在万吨级的 自由轮上，其中24艘甲板全部横断，1 艘船底发生完全断裂，8艘从中腰断为 两半，其中4艘沉没。上述事故有的发生在风平浪静的情两个区面积的比值为R,则通常把R=1时 的断裂温度称为材料的韧性－脆性转变温度（或延性-脆性转 变温度、塑性-脆性转变温度）
• 断口总是发生在金属组织中最薄弱的地方。
延性断裂 Ductile Fracture
延性断裂过程：金属材料在载荷作用下，首先产生弹 性变形，当载荷继续增加到某一数值，材料即发生屈 服，产生塑性变形。继续加大载荷，金属将进一步变 形，继而发生微裂口或微空隙，这些微裂口或微空隙 一经形成，便在随后的加载过程中逐步汇合起来，形 成宏观裂纹。宏观裂纹发展到一定尺寸后，扩展而导 致最后断裂。
同一种材料在不同条件下可以显示出不同的破环形式。 研究表明，最重要的影响因素是：
温度、应力状态和加载速度
例如温度越低、加载速度越大，材料中三向应力状态越严重则发 生解理断裂的倾向性越大。这就是说，在一定温度、应力状态和 加载速度下材料呈延性破坏。
而在另外的条件下，材料又呈脆性破坏。此外晶粒度及显微组织 对材料破坏倾向也有重大影响。
5.2.1 金属材料断裂的形态特征
工程上分类：仅有延性断裂和脆性断裂两种
焊接件断裂的原因及预防措施
开展焊接件断裂的实验研究和 案例分析，积累更多的实际经 验和数据，为预防措施的制定 和实施提供更加可靠的支撑。
加强焊接结构的安全性和可靠 性研究，推动焊接技术的不断 创新和发展，为工业生产和工 程建设提供更加可靠和高效的 技术支持。
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止裂纹的产生。
结构设计改进
01
02
03
优化焊缝设计
合理布置焊缝位置、数量 和尺寸，避免焊缝集中、 受力不均等问题。
加强薄弱部位
对结构中的薄弱部位进行 加强设计，提高焊接件的 承载能力。
考虑焊接变形
在结构设计时充分考虑焊 接变形的影响，采取相应 的补偿措施。
03
工程实例分析
工程实例一：某大型桥梁的焊接断裂问题
总结词
材料缺陷、结构设计不合理
详细描述
该大型桥梁在焊接过程中，由于材料存在缺陷或焊接工艺不当，导致焊接部位出 现微裂纹。在长期承受载荷的作用下，裂纹逐渐扩展，最终导致桥梁断裂。
工程实例二：某压力容器的焊接开裂问题
总结词
焊接工艺不当、使用环境恶劣
详细描述
该压力容器在焊接过程中，由于焊接工艺参数设置不当或焊接后热处理不足，导致焊接部位存在残余应力。在长 期承受压力和腐蚀介质的作用下，焊接部位出现开裂。
焊接件断裂的原因及预防措 施
汇报人： 20 • 焊接件断裂的预防措施 • 工程实例分析 • 结论与展望
01
焊接件断裂的原因
材料因素
母材缺陷
母材中存在的夹渣、气孔、裂纹 等缺陷会导致焊接接头强度下降 ，增加断裂的风险。
焊缝金属组织不均
焊缝金属组织中存在大量脆性相 或夹杂物，导致焊缝金属的韧性 下降，容易发生脆性断裂。
焊接裂纹产生原因及防治
焊接裂纹产生原因及防治焊接裂纹是在焊接过程中或焊接完成后在焊缝或母材中产生的开裂缺陷。
焊接裂纹的产生原因多种多样，主要包括以下几个方面：1.焊接过程中的温度应力：焊接时，因为焊接区域发生了局部加热和冷却，导致焊接接头中的温度差异，从而造成了焊接区域的应力。
如果这种应力超过了焊接材料的强度极限，就会产生裂纹。
2.冶金因素：焊接过程中，由于温度升高，焊接材料和母材之间发生相互作用，形成了互溶区。
如果溶液比较富含低熔点的物质，就会导致物质从高温区流向低温区，从而增大了焊接接头的收缩量，引起裂纹。
3.废气、含氧量过高：当焊接环境中的氧气含量过高时，焊接时会发生氧化反应，在焊接接头中产生大量的氧化物，增大了焊接接头的收缩量，从而导致了裂纹的产生。
4.焊接过程中的振动：焊接过程中的振动会使焊接接头中的晶粒发生变化，从而影响了焊接材料的性能，使其发生了裂纹。
针对焊接裂纹的防治措施主要包括以下几个方面：1.提高焊接工艺：合理选择焊接工艺参数，如焊接电流、焊接电压和焊接速度等，以控制焊接过程中的温度和应力。
2.控制焊接过程中的温度升降速度：控制焊接过程中的升温速度和冷却速度，以避免焊接接头产生过大的应力。
3.控制焊接环境：减少焊接环境中的含氧量，避免产生氧化反应和氧化物。
4.优化焊接材料：合理选择焊接材料，根据焊接接头的要求选择合适的材料，以提高焊接接头的性能。
5.加强材料的前处理：在焊接前进行必要的预处理工作，如去污、除锈、磷化等，以提高焊接接头的质量。
综上所述，焊接裂纹的产生原因多种多样，需要综合考虑多个方面的因素来进行防治。
通过合理选择焊接工艺参数、控制焊接过程中的温度和应力、控制焊接环境、优化焊接材料以及加强材料的前处理等措施，可以有效预防和防治焊接裂纹的产生，提高焊接接头的质量。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
近年来，随着材料科学和焊接技术的发展，对焊接热影响 区脆化机理的研究逐渐深入，包括温度场分布、相变行为
、元素扩散等。
防治措施的探索与实践
针对焊接热影响区脆化现象，研究者们尝试了多种防治措 施，如优化焊接工艺、选用合适的焊接材料、预热和后热
处理等。
研究展望
深入研究焊接热影响区脆化的微观机制
组织脆化
总结词
组织脆化是由于焊接过程中材料内部组织结构的变化引起的脆化现象。
详细描述
在焊接过程中，由于温度变化和材料熔化，导致焊缝及其附近区域的组织结构发 生改变，如出现脆性相、组织粗大等，这些变化使得材料脆性增加，易发生脆断 。组织脆化的程度与焊接工艺、材料种类和焊接前材料状态等因素有关。
氢脆化
组织转变
焊接过程中，热影响区的材料会经历奥氏体化、铁素体化和珠光体化的相变过程。这些相 变过程会导致材料的晶体结构和化学成分发生变化，从而引起脆化。
氢的扩散和聚集
焊接过程中，氢会从熔融的焊缝中扩散到热影响区，并在那里聚集。氢的聚集会导致材料 的脆化，因为氢可以与材料中的其他元素结合形成氢化物，这些氢化物通常具有较低的断 裂强度和韧性。
多层多道焊接
采用多层多道焊接技术，减少每层的线能量输入 ，降低热影响区的温度峰值。
材料选择与处理
01
选用韧性好的材料
选择具有较好韧性和抗脆化性能 的材料，以提高焊接接头的韧性 。
02
焊前材料预处理
03
焊后材料处理
对材料进行预处理，如消除应力 、除锈等，以减小焊接过程中的 应力集中和脆化倾向。
对焊接接头进行必要的处理，如 打磨、抛光等，以提高其表面质 量和抗脆化性能。
针对焊接热影响区的脆化问题，应从优化焊接工艺、改善材料性能和 加强焊接过程控制等方面入手。
焊接结构的失效形式和预防措施
一般来说，焊接失效就是焊接接头由于各种因素，在一定条件下断裂，如应力、温度、材质、焊接质量和实际使用工况条件等。
接头一旦失效，就会使相互紧密联系成一体的构件局部分离、撕裂并扩展，造成焊接结构损坏，致使设备停机,影响正常生产。
焊接失效的基本条件：一是焊接结构设计不合理，如在局部或整体焊筵的布置与设计上存在问题；二是材料本身的缺陷，如板材化学成分偏析，铸钢件的组织存在缩松、气孔、裂纹等；三是焊接工艺的应用不合理，如焊接材料的选择、焊接方法的制定；四是构件所处的工作环境、工况条件差（如受到交变及冲击载荷），引起结构材料疲劳破坏。
那么焊接结构的失效形式有哪些呢？1.脆性失效脆性断裂是焊接结构的一种最为严重的断裂失效，通过脆性断裂失效都在实际应力低于结构设计应力下发生，断裂时无显著的塑性变形，具有突发破坏的性质，往往造成重大损失。
脆性断裂在工程结构中是一种非常危险的破坏形式，其特点是裂纹扩展迅速，能量消耗远小于韧性断裂。
而且很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的征兆，而是突然发生。
脆性断裂断口表面发亮，呈颗粒状，属于平直类型，是在平面应变状态下发生的。
同时，脆性断裂是在低应力条件下发生的,因而这种断裂往往带来恶性事故和巨大损失。
脆性断裂断口在宏观上有小刻面和放射状或人字花样两种形式，脆性断口穿晶结晶面为解理面，在宏观上呈无规则取向。
将脆性断口在强光下转动时，可见到闪闪发光的特征。
可以根据人字花样的取向，很容易地判断裂纹扩展方向及裂纹源的位置。
另外，放射状花样的收敛处为裂纹源，其放射方向均为裂纹的扩展方向。
2.塑性失效塑性断裂的特点是金属断裂时伴随有明显的塑性变形并消耗大量能量。
由于塑性断裂是在大量塑性变形后发生的，结构断裂后在受力方向上会留下较大的残余变形，在断口附近有肉眼可见的挠曲、变粗、缩颈等。
塑性变形常使容器直径增加和壁厚减薄。
在大多数材料中，拉伸塑性断口呈灰色纤维状，宏观上分为平直面和剪切面。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
02
焊接热影响区的脆化机理
热影响区晶粒长大脆化机理
晶粒度增大
焊接过程中，热影响区受到高温 作用，晶粒容易长大，导致材料 韧性降低，脆性增加。
位错密度降低
晶粒长大过程中，位错密度降低 ，使得材料的变形能力减弱，容 易发生脆性断裂。
热影响区碳化物析出脆化机理
碳化物析出
在焊接热循环作用下，热影响区中的 碳元素容易与合金元素结合形成碳化 物，导致材料韧性显著降低。
集中，减小脆化倾向。
焊后热处理
去应力退火：通过去应力退 火处理，可以消除焊接残余 应力，降低热影响区的脆化 风险。
正火+回火处理：采用正火+ 回火处理可以改善热影响区 的组织结构，提高其韧性和 抗脆化能力。
时效处理：时效处理可以促 进热影响区中合金元素的均 匀分布，提高材料的抗脆化 性能。
综上所述，通过优化焊接工 艺参数、选用合适的焊接材 料以及进行焊后热处理，可 以有效降低焊接热影响区的 脆化风险，提高焊接接头的 使用性能。
采用多层焊
多层焊有利于分散热输入，减小热影响区的温度梯度，从 而降低脆化风险。
选用合适的焊接材料
选用低氢焊接材料
01
低氢焊接材料有助于降低焊接过程中氢的含量，减轻氢致脆化
现象。
使用高强度、高韧性材料
02
选用具有高强度和高韧性的焊接材料，有助于提高热影响区的
抗脆化能力。
考虑材料的相容性
03
选择与母材相容性良好的焊接材料，可以降低热影响区的应力
焊接热影响区的脆化机理及防治 措施
汇报人： 日期:
contents
目录
• 焊接热影响区概述 • 焊接热影响区的脆化机理 • 焊接热影响区脆化的影响因素 • 焊接热影响区脆化的防治措施 • 实际案例分析与讨论
焊接结构脆性断裂及其防治
d . 舌状花样
图2-4 断口花样
第3章 焊接结构脆性断裂及其防止
3 影响金属材料脆性断裂的主要因素 ( 1 ）应力状态影响
α＝τmax/σmax表示应力状态软硬程度，α 称为软性系数.τmax按最大切应力理论计算，而 σmax按第二强度理论计算：
σmax = σ1－μ( σ2+σ3 ) 式中，μ为泊松比，而σ1>σ2>σ3.
第3章 焊接结构脆性断裂及其防止
( 2 ）断裂力学方法
由于构件不可避免地会产生缺陷，且许多缺陷应用现 代技术尚不能准确地、经济地检验出来。而许多缺陷的修 复既昂贵又危险。因此，只有承认裂纹存在，研究裂纹扩 展的条件和规律才能更有效地防止脆断事故。断裂力学就 是从构件中存在宏观裂纹这一点出发，利用线弹性力学和 弹塑性力学的分析方法，对构件中的裂纹问题进行理论分 析和实验研究的一门学科。
实践表明：三轴应力可能由三轴载荷产 生，但更多情况是由于结构几何不连续性引 起 .即虽然整体结构处于单轴或双轴拉伸应 力状态，但局部由于设计不佳、存有缺陷而 形成局部三轴载荷拉伸应力状态缺口效应.
第3章 焊接结构脆性断裂及其防止
图2-7 缺口根部应力分布示意图
第3章 焊接结构脆性断裂及其防止
（2）温度影响
1一纵桁材 2一角焊缝 3一双角焊缝T形接头 4一缺口1 5一甲板 6一缺口2 7一叠板 8一缺口3 9一缺口4 10一舱口端梁 11一舱板的焊缝
第3章 焊接结构脆性断裂及其防止
( 2 ）焊接结构具有整体性
这一特点为设计制造合理结构提供了广泛可 能性，因此整体性强是焊接结构优点，但如果设计 不当或制造不良，这一优点反而增加焊接结构脆断 危险.因为由于焊接结构整体性，将给裂纹扩展创 造十分有利条件,当焊接结构一旦有不稳定脆性裂 纹出现，有可能穿越接头扩展至结构整体.
焊接结构的脆性断裂及预防措施
焊接结构的脆性断裂及预防措施作者：王从明来源：《职业》2011年第13期一、脆性断裂的原因焊接结构之所以发生脆性断裂，是因为焊缝接头处几何的不连续性形成或多或少的焊接缺陷，从而引起应力集中，形成断裂源。
另外，还由于焊接接头处的力学性质的不均匀，使附近热影响区材料性质变脆，以及焊缝接头处总是不可避免地要产生焊接变形及焊接残余应力。
所有这些都可能成为焊接结构破坏的直接原因或间接原因。
特别是一些直接承受动载荷的焊接结构，或是处于低温工作环境时，焊接结构更易发生脆性断裂。
二、脆性断裂的特征脆性断裂在工程结构上是一种非常危险的破坏。
其特点是裂纹扩展迅速，能量的消耗远小于韧性断裂，以低应力破坏为重要特征。
它是靠结构内部蓄积的弹性能的释放而自动传播导致破坏的，因而很少发现可见的塑性变形，断裂之前没有明显的预兆，而是突然发生的，所以说这种断裂往往会造成巨大的损失。
一般来说，金属脆性断裂时，无论是具有解理形断口，还是呈光泽的结晶状外观断口，都与板面大体垂直，而且板厚方向上的变形很小，在表面上附有一层剪切壁，呈无光泽灰色纤维状的剪断形，材料越脆，断裂的剪切壁越薄，断口上花样的尖端总是指向启裂点的方向，形成山形花样，追踪这个花样可以找到启裂点。
三、焊接结构防止脆性断裂的设计原则脆性断裂往往是瞬间完成的，其原因是构件中存在着焊接或冶金缺陷。
首先产生一小的裂纹，而后该裂纹以极快的速度扩展，部分或全部贯穿于结构中，造成脆性失效。
因此．防止焊接结构脆性破坏事故有效的设计方法是要使焊接结构最薄弱的部位具有抵抗脆性裂纹产生的能力。
同时，如果这些部位产生了脆性小裂纹时，其周围母材有将其迅速止住的能力。
在上述设计方法中，一般主要着眼点放在焊缝接头的抗脆性裂纹产生的能力上，以此作为设计的依据。
对于中低强度钢来说，由于残余应力的作用，焊缝接头处一旦产生脆性裂纹，通常向母材方向扩展，因此需要母材有一定的止裂性能。
这时，对于防止结构的脆性断裂是有意义的。
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
对于一些特殊材料，如高强度钢 、铝合金等，进行适当的焊后热 处理可以细化材料晶粒，提高材 料的力学性能。
改善焊接工艺
选择合适的焊接方法和工艺参数可以减少焊接热影响区的范围和脆化倾向。例如，采用能量更集中的激光焊接代替传统的电 弧焊可以减少热影响区的范围。
采用低氢焊条、减少焊缝氧化等措施可以降低热影响区的脆化倾向。同时，避免长时间的高温停留和反复加热也可以减少热 影响区的脆化倾向。
焊接热影响区的脆化主要受到 温度场、材料成分和组织等因
素的影响。
焊接热影响区的脆化机理主要 包括晶界脆化、析出脆化和组 织脆化等。
针对焊接热影响区的脆化问题 ，可以采取优化焊接工艺、选 用合适的焊接材料和改善焊接 接头设计等措施进行防治。
研究展望
深入研究焊接热影响区脆化机理，揭示脆化现象的本质 原因，为防治脆化提供理论依据。
03
焊接热影响区脆化的防治措
施
预热和层间温度控制
预热
在焊接前对焊接部位进行预热，可以降低焊缝区域的温度差，从而减少热影响区 的范围。
层间温度控制
在多层焊接过程中，控制每层焊接的层间温度，可以降低每层焊接的热影响，减 小热影响区的脆化倾向。
焊后热处理
01
焊后热处理可以消除焊接过程中 产生的内应力，提高焊接接头的 韧性，同时可以降低热影响区的 脆性。
晶粒粗大
焊接热影响区脆化会导致晶粒粗大， 这会进一步降低材料的韧性。
产生裂纹
焊接热影响区脆化会产生微观裂纹， 这些裂纹在材料受到外部应力时容易 扩展，导致材料断裂。
对耐腐蚀性的影响
降低耐腐蚀性
焊接热影响区脆化会降低材料的耐腐蚀性，使材料容易受到 腐蚀破坏。
产生电化学腐蚀
预防焊接结构脆性断裂的措施
3
3. 1
预防焊接结构脆性断裂的措施
采用合理的焊接结构设计 脆性断裂往往是瞬间断裂的, 其原因是构件中存
在着焊接或合金缺陷产生小裂纹, 而后该裂纹以极快 的速度扩展, 部分或全部贯穿于结构中 , 造成脆性失 效。因此 , 防止焊接结构脆性破坏事故有效的设计方 法, 是使焊接结构最薄弱的部位具有抵抗脆性裂纹产 生的能力。同时 , 如果这些部位产生了脆性小裂纹, 其周围母材有将其迅速止住的能力。因此, 要做到以 下几点。 ! 尽量减少结构或焊接接头部位的应力集中。 ∀ 减少结构的刚度, 以期减少应力集中和附加
件, 焊接结构选用的材料必须是能得到性能良好的焊 接接头的材料, 即焊接材料性能好的材料。焊接结构 使用最多的材料是钢 材。常用的 钢材有: 一 般结构 钢、 碳素钢、 低合金钢、 不锈钢、 耐热钢等。设计人员 必须熟悉材料的各种性能 , 特别是要根据焊接结构的 形式、 尺寸、 工作环境、 载荷条件、 材料工艺性能、 重量 要求以及产品制造的经济因素全面考虑 , 进行综合分 析, 做出正确的选择。 ∀ 焊接材料的选择。焊接材料主要是根据母材 的力学性能、 化学成分来选择。中低强度钢由于母材 和焊缝都具有较大韧性储备, 所以按等强度原则选择 高组配的焊接接头合理。因为焊缝韧性即使比母材 有所降低 , 但并不会影响整个机构的安全性, 而且当 横向载荷使结构发生弹性变形时, 由于焊缝区比母材 区发生较小的应变, 焊缝相当于受到保护。高组配的
结构在破坏时的应力远远小于结构设计的许用应力一般来说金属脆性断裂时无论是具有解理形断还是呈光泽的结晶状外观断口都与板面大体垂直而且板厚方向的变形很小在表面上附有一层剪切壁呈无光泽灰色纤维状的剪断形材料越脆断裂的剪切形成山形纹路分析断口的纹路可以找到启裂点结构材料塑韧性低材料的韧性不足特别在缺口尖端处材料的微观塑性变形能力差使材料的塑性变形过程严重受阻材料不能以形变方式而是以分离来顺应外加应力从而使材料出现脆断
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焊接结构脆性断裂的预防措施
摘要：自从焊接结构得到广泛应用以来，许多国家都发生过一些焊接结构的脆性断裂事故，由于脆断事故具有突然发生不易预防的特点，其后果十分严重，甚至是灾难性的，随着国防工业、石化工业、机械工业、交通运输业的发展，焊接结构在我国已经得到广泛应用，也曾发生过脆断事故。
因此如何预防焊接结构的脆断事故，成为有关行业的重大研究课题。
关键词：脆性断裂；预防措施；合理设计
焊接过程中，由于多种原因，往往会在焊接接头区域产生各种焊接缺陷。
了解焊接缺陷产生的原因，及时采取相应的预防措施，避免缺陷的产生或将缺陷控制在可以接受的最低限度，从而提高焊接接头的质量。
若断裂前发生了较明显的塑性变形，这样的断裂称为韧性断裂。
若断裂前未发生较明显的塑性变形，这样的断裂称为脆性断裂。
二者断裂机理不同，机理是截面应力重分布。
脆性断裂时截面应力几乎没有重分布，整个截面突然因为某点应力达到材料极限强度而宣告破坏。
韧性断裂时截面应力存在重分布，某点先达到极限强度，但是截面未破坏，而是开始应力重分布，随后其它位置点也达到极限强度，使截面应力图形呈饱满的塑性发展，产生韧性破坏。
本文重点对焊接结构脆性断裂的特征、原因和预防措施展开论述。
1.焊接结构脆性断裂特征
脆断时承受的工作应力较低，通常不超过材料的屈服强度，甚至不超过常规的许用应力，所以又称为低应力脆断脆性断裂总是以零件内部存在的宏观裂纹（如肉眼可见的0.1mm～1mm）作为源开始的。
这种宏观裂纹可以是在生产工艺过程中产生，还可能是由于疲劳或应力腐蚀而产生。
中低强度钢在10℃～15℃以下发生的由韧性状态转变为脆性状态（韧-脆转变）。
1.1脆性断口的宏观特征。
在断裂前没有可以观察到的塑性变形，断口一般与正应力垂直，断口表面平齐，断口边缘没有剪切“唇口”（或很小）。
1.2脆性断裂的微观特征脆性断裂的微观判据是解理花样和沿晶断口形态。
因原子间结合键的破坏而造成的穿晶断裂，开裂速度快，一般钢中的解理速度大约是1030m/s，在低温和三向应力状态时更快；沿着特定的结晶面（称为解理面）发生，这些结晶面一般是属于低指数的。
在不同高度的平行解理面之间产生解理台阶。
2.焊接结构产生脆断的原因
焊接结构之所以发生脆性断裂，是因为焊缝接头处几何的不连续性形成或多或少的焊接缺陷，从而引起应力集中，形成断裂源。
另外，还由于焊接接头处的力学性质的不均匀，使附近热影响区材料性质变脆，以及焊缝接头处总是不可避
免地要产生焊接变形及焊接残余应力。
2.1存在裂纹、未焊透、未熔合、咬边等缺陷
断裂总是从缺陷处开始，裂纹缺陷最为危险，而焊接是产生裂纹的主要原因，目前的焊接技术只能对裂纹进行控制而不能彻底避免。
2.2存在很大的残余应力和应力集中程度
不良的制造装配工艺和不正确的设计是产生残余应力及应力集中的主要原因，必须高度重视。
2.3材料的韧性不足
随着低合金高强钢的发展，强度值不断上升，而塑性和韧性有所下降，是造成低应力脆性破坏的主要原因。
3.焊接结构脆性断裂的预防措施
3.1合理设计焊接结构
（1）尽量减少焊接结构和接头部位的应力集中
（2）不同厚度构件的对接尽量采用圆滑过渡。
（3）减少和避免焊缝的裂纹、咬边、未焊透、焊缝外表成型不良等缺陷。
（4）尽量避免焊缝的密集，两条焊缝距离应不低于最短距离限度。
3.2尽量减少结构的刚性
在满足结构的使用条件下，尽量减少结构刚性，从而降低应力集中和附加应力的影响。
3.3不能忽视次要焊缝的设计
因为脆性断裂具有扩展性，不受力焊缝和附件的设计，和重要焊缝同等重要。
3.4尽量减少焊接残余应力
在制定焊接工艺规程时，应考虑如何减少焊接残余应力值，以避免其不利影响。
3.5不应采用大厚度的截面
由于焊接可以连接很厚的截面，有的焊接结构会选用比铆接结构厚得多的截面，这样就会提高钢材脆性转变温度，降低断裂韧度，反而更易引起脆断。
3.6选用材料要合理
（1）在结构工作条件下，焊缝、热影响区、熔合线的最脆部位要有足够抗裂性能，母材应具有一定止裂性能。
（2）不宜采用比实际需要强度更高的材料，特别不应该单纯追求强度指标，而忽视其他性能。
4.结束语
脆断一般都在应力不高于结构的设计许用应力和没有显著的塑性变形的情况下发生，并瞬时扩展到结构整体，具有突然破坏性质，不易事先发现和预防，往往造成人员伤亡和巨额财产损失，因此，为保障各种焊接结构的生产安全和使用安全，需要结合各行业实际状况，进一步提高和完善预防水平。
参考文献：
[1]泰山出版社《金属焊接作业安全与技术》
[2]郝继升.焊接工艺中焊接缺陷对结构强度的影响[J].黑龙江科技信息，2008年30期.。