JB/T 5104-1991 焊接接头脆性破坏的评定

中华人民共和国机械行业标准JB/T5104-91焊接接头脆性破坏的评定1主内客与近用范囫本标准规定了焊接接头按脆断原则进行安全评定的方法。本标准适用于非奥氏体钢焊接结构。主要用于熔化焊焊接接头中裂纹或类裂纹的平面缺陷脆断评定2引用标准GB2308利用JR阻力曲线确定金属材料延性断裂制性的试验方法GB2651焊接接头拉仲试验方法GB3323钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级GB4161金属材料平面应变断裂韧性Kc试验方法GB9447焊接接头疲劳裂纹扩展速率试验方法JB4291焊接接头COD试验方法3术语及主要符号3.1术语.穿透缺陷贯穿板厚的缺陷b,内部缺陷不露出板面的内部缺陷。c表面缺陷不贯穿板厚呈现在表面的缺陷。32几何参量符号W一试样宽度;板厚角变形量h错边量;a——穿透裂纹半长;内部裂纹长轴半长;等效裂纹尺寸临界裂纹尺寸;ao…-初始裂纹尺寸;b——表面裂纹深度;内部裂纹深度半长表面裂纹长度半长aM—N次循环后,穿透裂纹半长;bN次循环后,表面裂纹深度;内部裂纹深度半长;中华人民共和国机批电子工业部199107-15批准199207-01实施274J/T5104-91yN次循环后,表面裂纹半长;A--原始缺陷半长;B——原始陷半宽;P内部缺陷边缘到对应的自由表面距离;表面缺陷深度方向边缘到另一对应的自由表面距离;S一两缺陷边缘最小距离;d-两平行缺陷面间最小距离。以上各参量的单位为mm3.3力学参量符号E—弹性模量;屈服强度0——拉伸强度;0流变应力;a总拉伸应力;弯曲应力拉伸应力;a—焊接残余应力;以上各参量单位为N/mm2泊松比总拉伸应变;K应变集中系数3.4疲劳参量符号dmx最大等效平均应力dm最小等效平均应力。Δa-一应力幅度dax-dmm以上各参量单位为N/mm2R-应力比dm/omx。3.5断裂力学参量符号δ—裂纹尖端张开位移(COD);6--临界COD;—启裂COD;60s——裂纹稳定扩展量为0.05mm时的COD值m最大COD;以上各参量单位为mm。J对应于的J积分值;JR-力曲线确定的J积分量;裂纹稳定扩展量为0.05mm所对应的J积分值;以上各参量单位为N/mm。K1张开型应力强度因子;Kc—平面应变断裂韧性;Kmx对应于am的K1;Km对应于amn的K1△KKmx-Km应力强度因子幅度5JB/T5104—91以上各参量单位为N/mm2。da/dN裂纹扩展速率,单位为mm/周C、n裂纹扩展速率公式da/dN-(K”中的常数4评定必音敢据41缺陷或类缺陷的大小位置、方向。4.2缺陷存在部位、构遣形状或焊缝形状。4.3陷存在部位无缺陷时的应力。4.4鴃陷存在部位材料的断裂韧性(6或J;、Kx)4.5母材和接头的化学成分及机被性能。4.6结构的使用温度。5缺陷尺寸规格化对于未熔合、未焊透、咬边和裂纹等平面类缺陷应按缺陷尺寸规格化评定,对判剜不清的焊接缺陷,应按裂纹处理。51缺陷规格化流程图陷圈颈单个快陷多个快陷缺陷规恭化缺陷规端化于涉因子确定复合干涉包邻旋脂的干涉、陷与自肉铁面的,复合后新分刻确定单个缺陷当量裂软尺寸ab1墜通裂部我a[表画5确定等效裂纹尺寸d图1缺陷规格化流程图5.2缺陷规格化5.2.1穿透缺陷规格化24a自由表面为直线时b自由表面为曲线时图2穿透缺陷尺寸的确定276JB/T5104-915.2.2内部缺陷规格化A>B的情况PI=min(Pi)椭圆形峡陷2AbA≤B的情况PI=min(Pi)囫形缺陷2a=2B2A图3内部缺陷尺寸的确定5.2.3表面缺陷规格化2Ab=8a自由表面是直线半椭园形缺陷A≤B=2A半圆形缺陷b自由表面是曲线图4表面缺陷尺寸的确定53相邻缺陷的干涉和复合应按规格化后的缺陷确定相互干涉作用当相邻缺陷发生干涉时,应将相干涉的缺陷复合成单个缺陷。其干涉条件见图5。S有两种取值。若评定的接头a>500N/mm2,S。取3a3,3c1若评定的接头a≤50N/mm2,S6取2a1;2c1。277JBT5104-91若1≤S2≤Sb≤当2a=2c1+2c2+Sz时为穿板厚缺陷若S≤当2a=21+2+S时为穿透板月缺陷若S≤S力好b1≤b2b=21+2b2+S当2a2>(2b+2b2+S)时当2a≤(21+a+S)时为圆形快陷为圆形缺陷出切圆若S≤S262a=2a1+2ar当(2a1+2a2+S)>2b2时为国形快陷若S≤So2=2c1+2c2+SS■vc2当2c1+2c2+S)>2b2时为国形缺陷若S≤Sb=2b+hets251十b2b1≤b当a1>(2b1+h+S)时当a1≤2的+b2+S时为半形缺陷为半圆形缺陷若S≤Sab1≤b当(+2+S2)<(21+241+51)时为形快陷当(21+2+S)(21+2ar+S1)时为形峡陷2b=21+2x+S22a=2b+22+S2a=2a1+2a+SI=21+2+1若S≤S2b士b1+Sb≤当〔21+2m+St)>2(6x+2%2+S2)时为半着■形缺陷当(2c1+2a+S1)≤2(b1+2+S)时为半■形快陷图5相邻缺陷的干涉和复合278T5104—9154接近自由表面的于涉54.1内部缺陷和一个自由表面相千涉时的复合若a>(2十P)b=2+P半椭圆形表而缺陷若P≤Pa=b若a<2+P[=26+A半园形表面缺陷图6内部缺陷和一个自由表面的干涉542内部缺陷和两个自由表面相干涉时的复合(包括规格化后的缺陷〕若P≤P0且P?500N/mm2且d≤3a或3c时,按共面处理。参见第5.4条。5.5.2非共面缺陷复合后的位置应确定在较大缺陷处5.6斜缺陷的计算尺寸按原始缺陷在主应力方向的投影尺寸进行计算。57等效裂纹尺寸a的计算根据所评定工程的精度要求,附录A中图与表进行计算28JB/T5104-916材料性能值的确定6.1焊接接头的屈服强度σ的确定按GB2651测定。6.2焊接接头裂纹扩展速率表达式 du/dN=(K”"常数(,〃按(117规定6.3断裂韧性值COD确定。6.3.1评定所采用的COD为6.3.2在缺乏数据时可采用6、0.0甚至Bn值,但必须获得被评定方同意且应明确记录在报告中6.3.38、δ的测试按JB4291的规定。6.34可采用J、Kl等其他断裂判据的断裂韧性折算(OD值,折算关系的误差必须作出估计说明,其断裂韧性值Kc按YB947的规定,J按GB2308的规定。7力学条件力学条件是指作用在缺陷处的应力或应变值。7.1外载荷引起的内应力对外载荷引起的内应力按无缺陷、无制造偏差计。设计中应考虑全部应力、应变值。通常情况下截面受力不可能均匀,所以把这部分应力分解为拉伸应力a1和弯曲应力aw。缺陷处这部分的应力定义为:a1=a1+abw………………(1)缺陷处的这部分应变定义为:dL/Etadw/E式中:E弹性模量;,由缺陷种类决定的系数见表1表1a的确定缺陷的种类穿透缺陷0.5内部缺陷缺陷在拉伸应力一侧0.75表面缺陷缺陷在压缩应力一侧若(a+aan)>可另用适当的方法确定e1,例如弹塑性分析等。7.2焊接残余应力在评定焊接结构接头缺陷时,必须考虑焊后残余应力缺陷处这部分的应力定义为a2=a2an"……………………………(3)缺陷处的这部分应变定义为:ares(4)式中:a与焊接缺陷种类以及它的位置有关的系数,见表2。280那B/T5104-91表2a值对接接头角接头缺陷种类与焊縫平行的峡陷与焊縫垂直的缺陷」与焊縫平行的缺陌与焊蜒垂直的缺陷穿透缺陷0内部缺陷表面缺陷17.2.1若焊接结构经整体回火消除残余应力处理,则a取O.37.2.2若焊接结构采用局部回火消除残余应力处理,则a应用实测值确定系数7.2.3若焊接结构未做消除应力处理,则a取1。7.3接头形状引起的应力集中因焊接工艺造成的接头几何形状不连续,必须考虑在缺陷部位存在应力集中和应变集中。缺陷处这部分的应力为:(K:-1)a缺陷处这部分应变条件为:(Kt-1)K:的数值见附录B7.4力学条件的确定7.4.1应力d=01+a2+a3···合·,甲甲甲号开甲甲中子节量t费(7)7.4.2应变e=er+e+e3…4(8)8斷裂评定8.1应力强度评定缺陷部位静断面的实际使用应力应小于或等于该部位材料的流变应力a的0.7倍其中a=2(a+a)。使用应力是否加一定的安全系数,由产品的重要性决定8.2断裂评定82.1COD法评定按式(9给出COD断裂参数表达式26=2r0.6≤e/e≤1…9)δ=aa(e+e,)e/e,>1………………………………………(10)式中:a按第5章确定;e按第?章确定。当δ≤δ时评定为允许的缺陷,δ按第6章确定82.2应力强度因子法当缺陷部位的总应力σ小于或等于焊接接头的屈服应力的06倍时,可采用式(11)~式(13)计算应力强度因子。穿透裂纹K1=Y………………………………(11)内部裂纹K1=(2a)√丌a……(12)JB/T5104—91表面裂纹K1=事√……………(13式(11)式(12)式(13)中Y、、小F的定义及计算见附录A当K1≤0.6Krc时,评定为允许的缺陷。9缺陷尺寸的疲劳孤纹长大91承受疲劳载荷的焊接接头,疲劳裂纹的长大由daAN=c·(△K)计算出公值。9.1.1ΔK的确定穿透裂纹△K=Y△√7a…………………………………(14)内部裂纹,ΔK=44√a……………415)表面裂纹aNM√x……(16)式(14)式(15)式(16)中Y、4中、F的定义及计算见附录A。9.1.2疲劳裂纹硎N的确定aN值由式(17)求解:N(n-2)cx2△daN(17)9.2承受疲劳载荷的焊接接头若无条件做试验时,疲劳裂纹长大的估算可参照附录C进行。9.3评定疲劳裂纹长大的丶值确定后,将w值作为新的缺陷尺寸按第8条评定。JB/T5164—91附录A内部缺陷衰面缺陷折算成特征缺陷a的方法(补充件)A1查圄法确定a。h/a20/tLo,当b/a对应的a/t图中读不出时按a=0.0t确定a0.010.t50.ldt0.51,00图A1内部缺陷尺寸(a、b)与缺陷特征尺寸(a)的换算曲线03020150.10.05b/2cb/t群当b/2对应的a/图中读不出时按a=0.01确定a0.00.91a/t5.010图A2表面缺陷尺寸(b)与缺陷特征尺寸(a)的换算曲线A2章衰法确定aA21穿透裂纹,长2a的穿透裂纹:a=aA22内部裂纹,长2a、高2b的内部裂纹,a可按式(A1)计算…………………………………………(A1)y式中:φ—一第二类椭圆积分62〔1+1.464()165bn=1+BPa+bB=[0.42+2.2383JB/T5104—91K=3.3+〔1.1+50()〕1.0+1.95()5P—缺陷边缘到最近一个自由表面的距离值见表A中值见表A2。表A]D的值0.40)F=1.12-0.23-+10.55()2-21.71(0)3+30.38(0)(b/c=0)中的定义同式(A1)的ψ。a/t与b/的换算见表A3A3构造形状因子Y建议对子中心穿透秘纹板宽影响因子取secW………………………………(A3)A4查图,查衰可任意选取284T883d33338a3s-6寸628s8993oo8268°863688E-gg2369696导693e锵8将oss∞8s83303°导子擦ed8263d西二33s3888383∞怒e88ts83RB/5104—91附录B应变集中系K的确定(补充件B1应变集中系数K:值如表B1;表B1K值焊囊种类形状K说明对内部缺套中十b≤0.1时,15陷与无加强b>0.15t时,1焊缝者取Kt横焊缝b≤0,5t时凸侧的表3(a+h)面缺陷取K:=1对b>0.5时,内部软陷看3(a+h)作是凹侧的接表面块陷焊纵焊要考慮焊盛\盛接残余应力T形焊缝十字焊缝②焊接顺序②→⑩时看与对接纵焊缝同作是对接的横焊缝对内部使≤0.1t时陷取K但在完全焊填蒙b≥0It时2透时与对接荷有分焊相同角焊!担h≥t时3要考虑焊)h0.t时1取K=I填载荷角无要考忠焊接残余应力分焊|担b≤0.I时,1.5b≥0.It时附录C由疲劳引起的缺陷扩太(参考件)C1应力幅度与循环数C1.1有效应力幅度把构件循环拉伸应力与循环弯曲应力分解开,用Ao表示,见式(CH)。Δ=△a+a△dw…(C1)式中:△a—拉伸应力幅度;△cw—弯曲应力幅度;a—其值取决于缺陷的种类及形状,a值见表Cl。表C1a值缺陷种类穿透缺陷0.5内部缺陷浅而长缺陷0.75表面缺陷深峽陷0.5平衡状态缺陷0.5表面缺陷的分类见C2.3。JB/T5104-91c12等价有效应力幅度Δo分n个阶段,当得到循环应力幅度和循环分为△1、m1,Aa2、n2x…△a、n其等价有效应力幅度定义和求法如下:(△a)m(C2)式中N=n1+n2++c2缺陷尺寸扩大的计算C21穿透缺陷对于位于充分宽的板中的穿透缺陷,疲劳扩展尺寸由式C4)式(C5)确定:dx=a0/1-5.5×10-12(△d)“r2Nao〕……………………………(C4)△o=△a+0.5△ow…………………………………(C5)式中:△o-有效应力幅度,N/mm2。若应力幅度是变动的采用△oamc22内部缺陷对于内部缺陷沿板厚方向的疲劳扩展按式(6)式(7)求得:bx=b/C1-5.5×10-12△o)x2Nb(C6)△ocr=△a+0.25△av……(C7)式中:om-有效应力幅度,N/mm2。应力幅度变化时,采用△m。b=b时,板宽方向缺陷尺寸半长ax,由式(C8)给出:a(+(C8)C23表面缺陷对于表面缺陷疲劳扩展尺寸按下列方法求得。C23.1浅而长的表面缺陷,其缺陷尺寸满足式(C9),这种表面缺陷极浅。b/c<〔(0.98+0.07R)-(0.06+0.94Rb)b/t)………………………(C9)式中:t一板厚;R-弯曲应力比。沿深度方向缺陷扩展由式(C10)求得式中:△o有效应力幅度,N/mm2。应力幅度变化时,朵用M……b、=b0/(1-5.5×10-12(△m)4x2Nb……………………(C10)此时,只要式C9)成立板表面缺陷尺寸c就不变化。b变大,后来达到平衡状态的表面缺陷由(C2.3.3)计算其缺陷扩大C23.2深表面缺陷,表面缺陷的深度满足式(C11):b/c>〔(0.98+0.07R)—(0.06+0.94Rb)b/t]…………………(C11)沿板表面缺陷的疲劳扩大尺寸按式(C12CN=C/〔1-5,5×10-12(△cm)r2N·C………………(C12)=△2+0.5△w…………………………………(Cl3)式中;△o有效应力幅度,N/mm2。应力幅度变化时,采用△a这时只要C11)式成立缺陷深度b就不变化c变大,后来达到平衡状态的内部缺陷由(C2.3.3)计算c233平衡状态的表面缺陷峡陷尺寸满足式(C14),该状态称为平衡状态通常把满足式(4)作为扩展的判据。J/T5104—91b/<>〔(0.98+0.07R)-(0,06+094R)b/〕…………………(C14)板表面缺陷疲劳扩展尺寸由式C15)求:=C0/[1-5.5×10-12(△)π2a0N(C15)△aa=△1+0.5△w………………(C16)式中:A-—有效应力幅度,N/mm2。应力幅度变化时,采用Aam附录D材料断裂韧性值与&的简易计算法(参考件)D1存在峡陷的部件材料的断性值一般按COD试验法获得但在特殊的情况下,也可用T+112-a-5√t(℃)温度由2mmV切口冲击试验的吸收功VE值按式(D1)计算88(T)=0.01v(T+112-c-5√t)………………“(D1)式中:6(T)-TC的δ值;使用温度;V(T+112-am-5√t)—(T+112-5√t)时的v值钢材室温时的屈服点板厚上式适用于低碳钢以及51~81.6N/mm2级高强钢,板厚为20~60mm。D2冲击值的影响评价承受冲击载荷的缺陷时,断裂韧性6必须考虑冲击载荷的影响在T℃温度下受冲击载荷结构的,是试验给出的在(T-120+1.20)的COD值,用式(D2)给出。此外,用a的简易算法,在(T8+0.2an-5√t)(C),2mmV切口冲击试验的吸收功vE值,按式(D3)求得:8(T)=8(T-120+1.2)………………………(D2)(T)=0.0lvg(T-8+0.2-5√t)…………………………(D3)式中8(T)—T温度受冲击载荷的构造元件的8值(T-120+1.20)(7-120+1.20)温度下由COD试验所得到的谷值;m钢板的室温屈服点;vE(r-8+0.20-5√t)—(r-8+0.2a-5√t)温度的vE值;t-板厚。附加说明本标准由机被电子工业部全国焊接标准化技术委员会提出。本标准由机电部哈尔滨焊接研究所归口并负资。本标准由缺陷评定工作组起草。289