焊接工程师培训-断裂力学

断裂力学
Introduction to fracture mechanics
• 焊接接头和焊接结构的疲劳强度
• 低温冲击载荷容易引起结构，特别是焊接结构的低 应力脆性破坏，给人类生产生活带来巨大的灾害。
• 疲劳破坏则是结构最普遍的破坏形式，约占结构破 坏失效总量的80～90％。
1 脆性破坏与疲劳破坏 的相同点与不同点
3.2影响结构抗力的因素（内因）
⑴ 结构构造刚柔相济的程度
结构的整体刚度、强度是结构承载的根基；提高结 构相互连接接头的平滑、圆滑、柔韧程度，是降低应 力集中敏感程度的重要手段。疲劳和低应力脆断都对 应力集中很敏感，这一点，二者的情况是一样的。
⑵ 结构上，特别是接头上的各种应力集中现象
1)结构表面形状的突然变化； 2)各种缺陷及孔洞等； 3)焊接变形：错边、角变形等； 4)金属表面的粗糙度等。
4.3使用中的维护措施
妥善维护结构，覆盖涂层，喷洒涂料，防止腐蚀 介质环境的不利影响。
小结
• 脆性断裂特点及影响因素 • 断裂力学及在焊接中的应用 • 疲劳和脆性断裂比较 • 疲劳强度及影响因素
1.1相同点
⑴ 都属于低应力破坏 破坏时的工作应力＜或＜＜材 料的强度
⑵ 破坏之前，结构都没有明显的征兆或外观变形，突 发性强，令人促不及防。
⑶ 都对应力集中很敏感 起裂位置多半都存在原始缺 陷，或起裂于应力集中点。
1.2不同点
⑴载荷性质不同 ⑵对温度敏感性 ⑶受载次数多少 ⑷断裂经历时间 ⑸断裂经历过程 ⑹断裂机理机制 ⑺宏观断口形貌
⑶ 在产品或结构两部分互相连接的区域，应当尽量 采用平缓圆滑或刚柔相济的结构和接头形式，尽量避 免陡然过渡。
低碳钢搭接接头疲劳强度对比
4.2工艺措施
易产生裂纹的缺口部位，可预制残余压应力，能改 善，甚至消除焊接残余应力的不利影响；
措施：①首先按严格的工艺要求，焊好结构的纵向 主焊缝，并采用尖锤或风镐及时捶击焊缝，将残余拉 应力变为压应力；②随后焊接筋板焊缝时，先在焊缝 交叉点外引弧，焊到顶点后，回程重熔焊道，消除引 弧点的焊接缺陷，并及时捶击焊缝，消除焊接应力。
4.1设计措施
设计常分为整体设计和细部设计两个阶段：
⑴ 整体设计主要是功能设计和结构设计，在选择整体 结构形式时，既要满足产品的总体功能要求和整体强度、 刚度要求，又要注意从宏观角度分散集中载荷，减小应 力集中。做到刚柔相济，才有利于提高疲劳强度，也有 利于防止低应力脆性破坏。
⑵ 细部设计的重要任务在于通过细部的具体尺寸形状， 做到粗细、厚薄、宽窄不同截面之间的圆滑过渡，从每 个具体位置着眼，注意减小应力集中。
⑶ 百度文库质的纯度与材料的塑性和韧度
塑性和韧度对延缓裂纹的萌生和扩展，对延长疲劳 寿命和提高疲劳强度有明显作用。
⑷ 结构残余拉应力
残余拉应力能提高疲劳循环的平均应力，加大应力 集中的影响，加速疲劳破坏。残余压应力可以阻止， 或减缓疲劳裂纹的萌生和扩展。
4提高焊接结构疲劳强度的措施
结构中的应力集中是降低焊接结构疲劳强度的最 主要因素。预防、减小应力集中的工作，应该贯穿 于产品设计、制造和使用的整个过程当中。
⑻微观断口形貌
疲劳裂纹的扩展过程
2疲劳强度的基本概念
2.1 疲劳应力循环应力的五个基本参数
r max
m in
a m
2.2应力循环的基本类型 2.3疲劳强度和疲劳极限
2.4疲劳强度在焊接结构中的常用表示方法
3影响焊接接头疲劳强度的因素
3.1影响载荷、环境效应的因素（外因）
⑴ 疲劳载荷的性质和大小 在计算疲劳应力时，除了计算常规疲劳载荷的作用 之外，还须考虑随机载荷、结构之间的拘束应力、温 差应力、焊接残余应力、应力集中、环境介质的腐蚀 作用…等因素对疲劳强度的影响。 ⑵ 环境因素 腐蚀介质会加速疲劳裂纹的萌生和扩展 速率，降低疲劳寿命。