16MnR压力容器用钢断裂韧性的概率模型.pdf

第34卷第4期
西安交通大学学报
Vol 34 Na4
2000年.4月
JOURNAL OF XIAN UNVERSITY
Apr.2000
文章编号:0523-987X(2000)04-0071-04
16MnR压力容器用钢断裂韧性的概率模型
段权,程光旭,姜培正
(西安交通人学,710049,西安)
摘要:以裂纹张开位移为断裂参数,研究了16MnR爪力容器用钢断裂切性的统计分布特性.将焊
接接头部位划分为付材、焊缝和热影响区3个独立.区域,分別测量3个区的裂纹张开位移,得到正
怒分布、对数正谷分布及两参数威布尔分布的3种概率密度所数,并用柯尔莫計洛大斯米尔诺夫
方法(KS方法)檢验了参数的适用性.研究结果表明,这3种分布对裂纹张开位移分布规律的描述
是接近的,所以根据曲线的趋势以及分布函数的普遍性,推荐使用两参数威布尔分布
关键词:断裂切性;概率密度数;威布尔分布
中图分类号:1B302.3;文献标识码:A
Proba bilistic Model of Fracture Toughness for
Pressure Vessel Steel 16MNR
Duan Quan, Cheng (angxu, iang Peizheng
(Xian Jiaotong []niversity, Xi an 710049, China)
Abstract: Pro babilistic characteristics of fracture toughness are studied for welded joint of 16MNR
pressure vessel steel. The joint was divided into three independent Zones, i. e. base material, weld
metal and heat affect zone. The crack opening displacement of each zone were measured and the
pro bability density functions were obtained. Gaussian distribution, lo normal distribution and Weibull
distribution were taken into account. Using the K-S examination method, these three distributions
were used to describe the scatter of dc. The Weibull distribution appears to be the best one
Key words: fracture toughness, probability density function, Weibull disi ribution
在压力容器制造工业中,普遍采用焊接工艺.巾工艺条件和操作者技能的不同都会影响焊接的质
于焊接过程本身具有温度高、加热冷却快、温度梯度量,并枚易产生诸如洞、夹渣、裂纹等缺陷.在治金
大等「ど特点,使焊接接头金属材料的组织结构产上,焊接接头存在着不连续性以放焊接残余应力利
生了一定的变化,导致力学性能也发生了变化.图1变形,因此焊接接头成为整个结构的薄弱环节
给出焊接接头的宏观☆相照片.根据材料微观结构第2次世界大战以后,美国在对用仝焊接方法制造
的差异,通常将焊接接头划分为焊缝区、热影响区和的“自山轮”断裂事故的大量调查中,发现40%的断
母材区.由于焊接接头在力学上的不均匀,所以焊接裂发生于焊接缺陷处,10%的断裂发源于热影响区
收稿日期:199908403.作者简介:段权、,男,1968年6月牛,化学程学院化机械与设备系,讲师
基金项目:西安交通大学跨止纪人オ基金资助项目:国家教育部留学国人员基金资動项目
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西安交通大学学报
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以及治金缺陷.50%的断裂起源」结构的不连续处
在对断裂切性分布规律的研究方法上,一般存
(如形状突变、应力集中处等)2.统讣数据说明,焊在两种方法:一种是根据测量结果直接做出相应的
接缺陷对断裂起着重要的作用,特別是在冷金不连累积分布函数或者概卒密度函数;另一种是先假设
续处及应力集中区的断裂韧性低,这些都是造成断
个统计分布,然后再进行拟合性检验.当符合拟合
裂的卞要原?.木文的卞要工作,是研究了反映性检验时,则接受该统计分布,不则则拒绝.対于前
压力容器焊接接头局部不均匀区断裂切性的统计分者,存在的题是对近似的数据,可能由于局部(特
布规律.
别是尾部)的不同,而导致不同形式的累积分布函数
热影响区
或者概率密度陌数,因此更多的研究者倾向于使用
后者.自1949年喘典工程师 Weibull根据最弱环现
象提出的 Weibull 4分布以米,人们提出了大量的统
计分布.例如,正态分布、对数正态分布、指数分和
极俏分布等,尽管使用理论分布可以给出相当好的
尾部近似,但是不同的研究者根据经验或者习惯的
同,可能対同一数据采用不同的分布规律进行拟
图116MnR压力容器用钢焊接接头宏观企相照片X5合,从而得到不同的结论.士宽福、 Sokolo vetal
等人认为,断裂切性Kc、。应服从 Weibull分布
1断裂韧性统计特性的常用模型
对不同材料,其统计参数的分散性较人.有的研究
人员0リ认为,断裂韧性应服从正态分布,且标准
大量实验结果表明,表示材料断裂性能的有关差为均值的10%~15%另一些研究者则认为,断
参数,比静强度指标表现出更大的分散性43.钢材裂切性服从对数正分布12.
的屈服强度的变异系数仪为3%~5%,而Kc与裂
如前所述,由」焊接接头具有不均匀性,笼统地
纹张开位移。的变异系数可高达10%~70%,即硏究母材或整个焊接接头断裂切性的统分布,其
使从同一材料的同部位上截取的试件,在严格控实际意义不大,所以进一步研究各个特征区域的统
制的头验条件下(例如对实验机、实验条件、测量手计特性,才具有重要的工程意义.为了更好地研究焊
段、仪器、买蝓人员的控制,以排除外部影响),其结接接头不均匀区断裂韧性的概率分布模型,我们将
果仍然相差很大.分散性主要源丁两个方面:其一称焊接接头的焊発(WM)、母材(BM)和热影响区
为内部分散性,如微观组织结构缺陷等?;另ー方(HAZ看作3个相互独立的区域,分別测量各个区
而称为外部分散性,如试样方位、加に方式、实验条域的断裂韧性,得剑了各个特征区域断裂韧性的概
件等.这一现象充分说明,宏观上均匀的材料巾率分布.
丁其内在的微观组织结构,例如晶粒尺寸、方位、微
观缺陷等诈多不可控制因素的客观存在,使得在其2试样制备及实验方法
中リ生微观裂纹的时间上随机性很大,因此也导敛
材料本身断裂韧性指标的变异稈度增大.对于焊接
采用半Y型接口,用埋弧自动焊方法得到焊接
接头这种局部宏观的非均匀结构,在焊接接头的不试样,其形状及尺寸见图2,焊接规范见表1.16MnR
可区域,其机械性能变化更大.如果按照经典设计理钢板的原始人寸为300mm×150mm×22mm,母
论,将焊接接头看作同母材一