依据断裂部位是否发生显著的塑性变形,可将其分为延性断裂和脆性断裂。延性断裂是断裂前发生明显的宏观塑性变形;脆性断裂是断裂前塑性变形很小,具有突然性,危害性很大。一般规定若材料的光滑拉伸试样的断面收缩率小于5%为脆性断裂,大于5%时为延性断裂。也有规定以光滑拉伸试样的延伸率d=10%作为脆性断裂和延性断裂的判据。焊接结构是发生脆性断裂还是延性断裂,不仅取决于材料的内在因素,而且与应力状态、温度及加载速率等有关系。如在韧—脆转变温度以上,应力还处于弹性范围,焊接结构就不会发生脆性断裂。
根据导致发生断裂的载荷的性质可分为低应力脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀断裂等。低应力脆性断裂和疲劳断裂是焊接结构失效的两种主要形式。
是在承载截面处的应力值远低于材料屈服强度的条件下,没有出现明显的塑性变形就发生的断裂。由于焊接结构的整体性强,刚度大,拘束度大,因而对应力集中非常敏感。当工作温度降低时,会增大发生脆性断裂的危险性。当工作温度低于材料的韧—脆转变温度时,焊接残余拉应力和工作应力叠加,在较低外载荷水平下即可发生脆性破坏。焊缝与热影响区的不同组织对缺口韧性的敏感度差别较大,特别是晶粒粗大区已发生脆化,韧性降低;生产中焊接结构的应变时效会提高其韧—脆转变温度,从而降低其缺口韧性和断裂韧度值,这些因素促使低应力脆性断裂的发生。
金属材料及其结构是在变载荷的作用下,在应力集中的部位或者在焊接缺陷处萌生裂纹并逐渐扩展,最终导致结构发生断裂。按照裂纹在循环载荷作用下的扩展规律可以估算结构的寿命,这是保证构件安全工作的重要途径。
含缺陷的焊接结构的断裂行为取决于载荷、裂纹的尺寸和形状以及结构自身的断裂韧度,三元素之间相互影响、相互约束。
美国人P.C.帕里斯于1963年提出了疲劳裂纹扩展速度的幂指数帕里斯定律,裂纹尖端处的应力强度因子是描述构件疲劳裂纹在循环载荷作用下控制其扩展速率的基本参量,公式如下:
da/dN=C(△K)m
式中a为裂纹长度,N为交变应力,C、m是材料常数,△K是裂纹尖端的应力强度因子。