焊接结构的脆性断裂分析
第四章焊接结构的脆性断裂
于压力窗口的大型化、厚截面或超厚截面压力窗口增多以及化
工、石油工业中低温压力容器的使用，使脆断事故迭有发生。
这些事故引起世界各国的关注，推动了对脆性断裂问题的研究，
英、日本等国家成立专门机构对脆断事故进行分析和研究，并
提出了工程结构脆断防止措施。
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（一）
压力容器脆性断裂
•
压力容器断裂可能有塑性断裂、低应力脆性断裂和疲劳损坏等几种形式，特别是脆性断裂更引人注意。
很多． • (3)焊接结构刚性大，破坏一旦发生，瞬时就能扩展到结构整
体，所以脆断事故难以事先发现且往往造成较严重的后果。
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脆性断裂的影响因素
• 综合研究分析认为，一般脆断事故原因与以下几方面因素有关。 • (1）结构在低温下工作，低温使材料的性质变脆。 • (2)结构中存有一些焊后漏检缺陷，或在使用中发生延迟裂纹。 • (3)在许多情况下，焊接残余应力起到不良的作用，焊接过程引起的热应变脆化，使材质韧性下降。
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应力腐蚀裂纹
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4.2 焊接结构脆断事故分析
•
•
焊接结构广泛应用以来，曾发生过一些脆性断裂（简称脆断）事故。这些事故
无征兆，是突然发生的，一般都有灾难性后果，必须高度重视。引起焊接结构脆断的
原因是多方面的，它涉及材料选用、构造设计、制造质量和运行条件等。防止焊接结
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脆性断裂的宏观断口
• 从下图可看出，脆性断裂的宏观断口分为三个区：纤维区、放射区、剪切唇。
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宏观：根据人字纹路的走向和放射棱线汇聚方向确
焊接结构的脆性破坏
焊接结构的脆性破坏2010-08-21 23:22:33 作者：jql来源：浏览次数：597 网友评论0 条焊接结构广泛应用以来，曾发生过一些脆性断裂（简称脆断）事故。
这些事故无征兆，是突然发生的，一般都有灾难性后果，必须高度重视。
引起焊接结构脆断的原因是多方面的，它涉及材料选用、构造设计、制造质量和运行条焊接结构广泛应用以来，曾发生过一些脆性断裂（简称脆断）事故。
这些事故无征兆，是突然发生的，一般都有灾难性后果，必须高度重视。
引起焊接结构脆断的原因是多方面的，它涉及材料选用、构造设计、制造质量和运行条件等。
防止焊接结构脆断是一个系统工程，光靠个别试验或计算方法是不能确保安全使用的。
一、焊接结构脆断的基本现象和特点通过大量焊接结构脆断事故分析，发现焊接结构脆断有下述一些现象和特点：1）多数脆断是在环境温度或介质温度降低时发生，故称为低温脆断。
2）脆断的名义应力较低，通常低于材料的屈服点，往往还低于设计应力。
故又称为低应力脆性破坏。
3）破坏总是从焊接缺陷处或几何形状突变、应力和应变集中处开始的。
4）破坏时没有或极少有宏观塑性变形产生，一般都有断裂片散落在事故周围。
断口是脆性的平断口，宏观外貌呈人字纹和晶粒状，根据人字纹的尖端可以找到裂纹源。
微观上多为晶界断裂和解理断裂。
5）脆断时，裂纹传播速度极高，一般是声速的1/3左右，在钢中可达1200~ 1800m/s。
当裂纹扩展进入更低的应力区或材料的高韧性区时，裂纹就停止扩展。
6）若模拟断裂时的温度对断口附近材料做韧性能试验，则发现其韧性均很差，对离断口较远材料进行力学性能复验，其强度和伸长率往往仍符合原规范要求。
二、焊接结构脆断的原因对各种焊接结构脆断事故进行分析和研究，发现焊接结构发生脆断是材料（包括母材和焊材）、结构设计和制造工艺三方面因素综合作用的结果。
就材料而言，主要是在工作温度下韧性不足，就结构设计而言，主要是造成极为不利的应力状态，限制了材料塑性的发挥；就制造工艺而言，除了因焊接工艺缺陷造成严重应力集中外，还因为焊接热的作用改变了材质（如产生热影响区的脆化）和产生焊接残余应力与变形等。
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。
第二章 焊接结构的脆性断裂
造成脆性断裂的原因
材料选用不当 起源于焊接结构的不利因素 结构的构造越来越复杂 使用条件越来越恶劣（如低温、海洋环境等） 荷载、钢材强度、板厚等都越来越大 设计计算方法越来越先进精细，安全储备降低
二、金属材料脆性断裂的能量理论
（格里菲斯）Griffith裂纹理论
基点：材料中已存在裂纹 在裂纹尖端引起应力集中，在外加应力小于理 论断裂强度时裂纹扩展，实际断裂强度大大降低。 大量研究和试验表明，固体材料的实际断裂强度只 有它理论断裂强度的1/10~1/1000.
防止结构发生脆性破坏的两个设计准则
①
开裂控制（防止裂纹产生准则）
设计要求在焊接结构最薄弱的部位，即焊接接头 处具有抵抗脆性裂纹产生的能力，即抗裂能力。
②
扩展控制（止裂性能准则）
设计要求如果在这些部位产生了脆性小裂纹，其 周围材料应具有将其迅速止住的能力。
（二）断裂评定方法
金属材料的断裂除与材料本质特征有关外，还与 结构所处于的温度、加载速度、应力状态等外加因 素有关，其中温度是个主要因素。 对于一种材料有两个临界温度即开裂温度和 止裂温度。开裂、止裂温度的高低可以用来衡量材 料的抗裂性能和止裂性能。且开裂、止裂的温度越 低，材料的抗开裂性能和止裂性能就越好。
1、冷应变时效：材料经历切割、冷热成形（剪切、弯
曲、矫正）等工序使材料发生应变时效导致材料变脆。
2、热应变时效：在焊接时，近缝区某些加工时留下的刻
槽，即缺口尖端附近或多层焊道中已焊完焊道中的缺陷附 近，金属受到热循环和热塑变循环的作用，产生焊接应力-应 变集中，导致较大的塑性变形，引起应变时效。 解决措施：焊后经过550～650℃热处理可以消除两类应变时 效对低碳钢和一些合金结构钢的影响，恢复其韧性。
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。
焊接结构的脆性断裂
随厚度和应变速率增加
脆性 转变温度区
温度
延性-脆性转变温度和. 应变速率的关系
延性
5.2.2 影响金属脆断的主要因素
4 材料状态的影响
– 厚度
易成三轴应力状态 轧制的压延量-终轧温度-组织粗细程度
– 晶粒度
对低碳钢和低合金钢，d↓——Tk ↓
– 成分:
C、N、O、H、S 增加钢的脆性 Mn、Ni、Cr、V 适量可减少钢的脆性
.
典型的解理断口
.
解理断口典型特征
河流花样
– 裂纹扩展中解理（台）阶在图像上的表现 形式态。
– 裂源在河流的上游某处的晶界
舌状花样
– 主解理面与孪晶面相遇形成的短暂的二次 解理
.
Brittle Fracture 裂纹源
板件断口的人字纹
汇集的河流花样
.
解理花样，二次裂纹明显，并有空穴状形貌 M30×160大六角高强度螺栓，材质：42CrMo
韧窝的形成的两种机制
(a)微孔聚集模型
(b) 在第二相粒子处形核模型
.
ห้องสมุดไป่ตู้
三种基本韧窝形态
实际断口常常是混合型韧窝
等轴韧窝：在正应力的作用下,显微空洞周
边均匀增长,断裂之后形成近似圆形的等轴韧窝。
.
三种基本韧窝形态——撕裂韧窝：
在切应力作用下形成的,通常出现在拉伸或冲 击断口的剪切唇上,其形状呈抛物线形,匹配 断面上，抛物线的凸向相反。
上海市机械制造工艺研究所有限公司
.
准解理断口
• 介于解理断裂和塑性断裂之间的一种断裂 形式。
– 在电子显微镜中观察其断口时，既有韧窝花样， 但又较浅，显示塑性较低；既有平坦的小晶面， 但又不是沿结晶学平面断开的解理面，既有河 流花样，但又显得短而弯曲，而且又有显示发 生过局部一定塑性变形的撕裂棱。 ——准解理断口的特征
防止焊接钢结构脆性断裂的基本措施
二、防止焊接钢结构脆性断裂的基本措施一、焊接钢结构的脆性断裂1、影响焊接钢结构脆断的因素：(1)、化学成分1．碳(C)碳是形成钢材强度的主要成分。
钢的强度来自渗碳体与珠光体。
碳含量提高，则钢材强度提高，但同时钢材的塑性、韧性，冷弯性能，可焊性及抗锈蚀能力下降。
因此不能用含碳量高的钢材，以便保持其他的优良性能。
2．锰(Mn)锰是有益元素，它能显著提高钢材强度但不过多降低塑性和冲击韧性。
锰还能消除硫对钢的热脆影响。
锰可使钢材的可焊性降低，故含量有限制。
3．硅(Si)硅能使钢材的粒度变细，控制适量时可提高强度而不显著影响塑性、韧性、冷弯性能及可焊性。
4．钒(V)、铌(Nb)、钛(Ti)钒、铌、钛都能使钢材晶粒细化。
我国的低合金钢都含有这三种元素，作为锰以外的合金元素，既可提高钢材强度，又保持良好的塑性，韧性。
5．铝(Al)、铬(Cr)、镍(Ni)低合金钢的C、D及E级都规定铝含量不低于0．015％，以保证必要的低温韧性。
6．硫(S)当热加工及焊接使温度达800~1000℃时，可能出现裂纹，称为热脆。
硫还能降低钢的冲击韧性，同时影响疲劳性能与抗锈蚀性能。
7．磷(P)磷在低温下使钢变脆，这种现象称为冷脆。
在高温寸磷也能使钢减少塑性。
但磷能提高钢的强度和抗锈蚀能力。
8．氧(O)、氮(N)氧能使钢热脆，其作用比硫剧烈，氮能使钢冷脆，与磷相似。
(2)、内部组织(3)、板材厚度及多向应力当板厚较大时将会引起比较明显的三向应力，此时就不能忽略Z方向的应力σz。
由力学知识知道，三向同号应力且各应力数值接近时，材料不易屈服。
当为数值相等三向拉应力时，直到材料断裂也不屈服。
没有塑性变形的断裂是脆性断裂。
所以，三向应力的应力状态，使材料沿力作用方向塑性变形的发展受到很大约束，材料容易脆性破坏。
因此，对于厚钢材应该要求更高的韧性。
(4)、环境温度钢材对温度相当敏感，温度升高与降低都使钢材性能发生变化。
相比之下，低温性能更重要。
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。
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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。
工程上处理时，应注意两点：① 设计时?=σ估计的可靠性；② 检测中对于缺陷图像显示或描述的准确性如何？真实再现。
G E a a U =-=∂∂2σπ（)(2E a σπ-） －裂纹扩展力 e G aW ==∂∂γ2 裂纹扩展阻力 const aW ==∂∂γ2 给定材料为常数。
γσπ22≥-E a ，裂纹自动扩展 γσπ22≤-Ea ，裂纹不能自动扩展。
此时才知道材料有这么一种性能，我们通常称之为材料的断裂韧性（Fracture toughness ），理论⇒实际，E a U 22σπ=b δ、s σ⇒δ、ψ⇒k A 、k α⇒断裂韧性IC K 、COD 、c δ、IC J ，对于脆性材料，抵抗裂纹扩展主要是表面张力γ，对于具有一定塑性的材料，此时的阻力由两部分组成：① 表面张力γ；② 裂纹尖端附近区域在形成新表面前要产生一定的塑性变形而吸收能量，用P 表示：()0422=++-γπP Ea 对于金属材料γ>>P ，于是 0422=+-P E a π，a EP c πσ2=，22πσEP a = 由 Orowan 提出，在上述基础上，Irwin(美国)发展并确立了弹性断裂力学（1957年）（1950年，U.S.A Navy 北极星导弹）∆xyo a2图1 无限大平板中存在长度为a 2的Ⅰ型裂纹模型（Griffith ） 裂纹长度a 表面能γa W 4=整体能量WU E +-=弹性能释放能量E a U 22πσ-=-势能释放率aU G ∂∂=表面能/单位扩展aW∂∂=γ4+－裂纹长度*a 释放率γG a)b)图2 系统能量与裂纹扩展的关系四、脆性断裂的评定方法金属材料有两个重要的强度指标，即屈服强度σs 和断裂强度σf 。
温度降低，σs 上升速率大于σf 上升速率，两线交点对应温度Tk 称为韧脆转变温度，当T<Tk 时，σf<σs ，材料尚未达到屈服极限就已达到断裂强度，即材料无塑性变形而产生脆断。
σs 和σf 随温度变化图于是脆性断裂的评定主要就变为了转变温度的评定，有以下几种方法：1. 冲击试验分为夏比V 形缺口冲击试验和梅氏U 形缺口冲击试验夏比V 形缺口冲击试验评定：能量准则：以冲击断裂功αk 值降低到某一特定数值时的温度作为临界温度Tk 。
断口形貌准则：按断口中纤维状区域与结晶状区域某一相对面积对应的温度来确定临界温度Tk。
延性准则：按断口在缺口根部横向相对收缩变形急剧降低的温度来作为临界转变温度Tk。
2.威尔斯宽板试验在实验室里再现低应力脆性断裂的开裂情况，同时又能在板厚、焊接残余应力、焊接热循环方面模拟实际结构。
该试验脆性断裂有三种情况：①低应力产生裂纹并立即断裂;②低应力产生裂纹扩展一定长度后自行停止;③在较高温度下，要有高达屈服强度的应力才会产生裂纹，最后产生断裂。
威尔斯宽板拉伸试样K ⅠC 试验测得P-V 图 3.落锤实验测定厚度大于16mm 钢板的NDT(无塑性转变温度)的试验方法，可替代大型止裂试验研究材料的止裂性能，其缺点是试样尺寸不能反映大型焊接结构的尺寸效应和较大拘束效应，表面堆焊脆性焊道，对热敏感的合金材料难以使用。
4.动态撕裂试验确定材料断裂韧性的全范围的试验方法，属于大型冲击试验。
除了确定NDT 温度之外，还能确定最高塑性断裂温度及相应的冲击功。
适用于高强钢及厚板和特厚板焊接结构。
这类钢与低强度钢相比，各向异性受钢中杂质的影响，难以保证稳定的抗脆断性能；晶粒大小及碳化物金相组织的大小、分布等对显微裂纹的形成有较大的影响。
5. 断裂力学评定方法断裂力学是防止焊接结构脆断的得力研究手段，使结构的脆断研究由大量试验的经验总结上升到防止脆断的定量设计计算。
具体表现为①某些材料的脆性转变温度不明显；②转变温度方法的试验结果往往受板厚、材料的强度等级、冶金因素、载荷及加载速度的影响转变温度方法未能建立许用应力和缺陷尺寸之间可靠的定量关系。
应力强度因子K Ⅰ是描述裂纹前端应力强弱的力学参量，与裂纹及物体的大小、现状和外加应力等参数有关，如应力增大应力强度因子也会增大，临界应力强度因子K ⅠC 也称为断裂韧性，是评定材料阻止宏观裂纹扩展能力的一种机械性能指标，与裂纹的大小、现状和外加应力的大小无关，是材料本身的特性，是应力强度因子的临界值。
对于中、低强度钢，由于σs 低，而K ⅠC 又较高，此时塑性区域较大，甚至出现大范围屈服现象在这种情况下K ⅠC 已不适用。
线弹性条件下的COD ： 临界状态：五、焊接结构脆性断裂事故1.比利时的Hasselt 大桥断裂1938年3月14日，比利时 Albert 运河上,跨度74.52m 的Hasselt 大桥，使用14个月，载荷不大，20-=T ℃，断裂、倒塌。
不久，1940.1.19和1940.1.25另外两座大桥倒塌。
据统计1938年至1940年共计10余座桥梁倒塌。
至1943年40余座断裂。
材料为比利时当时生产的st-42钢（转炉钢）2.二次世界大战，美国EC2自由轮开裂1946年美国海军部资料，二战期间共生产EC2自由轮4697艘，二战结束后统计970艘1442处裂纹，24艘甲板全部横断，一艘船底完全断裂，8艘从中腰断为两半，4艘沉没，条件是风平浪静。
3.1944年10月20日，美国Ohio 煤气公司液化天然气贮存基地，3台内径4.17=R m 的球形容器，一台直径21.3m ，高12.8m 的圆筒形贮罐，在高度1/3～1/2处喷宽板试验残余应力的影响S G σπδ14=S C C G σπδ14=出气体和液体，20分钟后，1台球罐倒塌，灾情进一步扩大，造成128人死亡，损失680万美元。
4.1950年美国北极星导弹发动机壳在实验室发射时爆炸，材料为D6AC钢σkg/mm2=140s5.1971年西班牙马德里，1台5000m3的球形煤气贮罐进行水压试验，3处开裂破坏，死亡15人。
6.横贯美国大陆的瓦斯管，英国的大型贮罐，英国的“慧星”号喷气式飞机均发生过重大的脆性断裂事故。
六、脆性断裂产生的原因和影响因素1.材料中存在的缺陷和裂纹低应力脆性断裂破坏的根本原因是结构中存在着一定尺寸的各种缺陷和裂纹,这不仅显著地减小了材料的实际强度,还大大地降低了结构的抗断裂能力。
这些缺陷和裂纹一部分是在焊接结构的加工制造过程中产生的,如在钢材冶炼、轧制、锻压、热处理、机加工焊接中产生的偏析、气孔、划痕、咬边、未焊透、夹渣、裂纹等另一部分则往往是在使用过程中产生的,如在交变载荷下产生的疲劳裂纹和环境介质下出现的应力腐蚀裂纹等。
调查研究表明的脆断来自焊接缺陷,其中最严重的缺陷是焊接裂纹。
虽然随着焊接技术的发展,裂纹可以得到控制,但要完全避免各种焊接缺陷和裂纹还是比较困难的。
2.材料呈脆性当结构承载时,缺陷、裂纹尖端附近将产生应力集中,然而是否会导致断裂还将决定于材料的性质,即材料对缺陷的敏感程度。
如果是韧性材料,裂纹扩展前在裂纹尖端会产生较大的塑性变形,使应力充分松驰,从而避免脆性断裂相反,如果是对缺陷十分敏感的脆性材料,在裂纹扩展前,裂纹尖端不产生塑性区,就必然造成突然开裂的脆性断裂当然由于某些原因还会使材料局部强化,性能变脆。
如复杂的结构和厚度尺寸的加大都会较大地限制材料塑性变形区的发展在高速加载下会使材料的应变速率明显提高,大大降低材料的局部塑性。
绝大多数材料特别指钢铁对缺陷的敏感性随着温度的下降会有所增加,所以一些在常温下有一定韧性的材料,在低温下会变脆,结构会从塑性破坏转为脆性破坏,这个转变温度称之谓“脆性转变温度”,工程上常用此作为金属脆性敏感性的判据。
另外,长期经受中子辐照和腐蚀介质浸泡也会使材料脆化,裂纹尺寸过大也将促使脆断发生。