恒静载降K法测定焊缝疲劳裂纹扩展门槛值研究

摘要

焊接残余拉应力会显著降低焊接接头疲劳性能，因此，焊接结构疲劳寿命评估参数的测定应对焊接残余应力予以充分考虑.为测得考虑焊接残余应力影响条件下的疲劳裂纹扩展门槛值，本文提出通过设定恒定平均外载以等效残余应力作用，进而逐级降低裂尖应力强度因子范围(ΔK)测得焊缝疲劳裂纹扩展门槛值的方法，即恒静载降K法.通过与ASTME647-15等标准推荐测试方法所得结果对比，探究了恒静载降K法测量值适用性；通过扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)等手段观察，对比分析了不同测量方法近门槛值载荷下的裂尖材料疲劳断口和变形行为.结果表明：采用恒静载降K法测量焊缝疲劳裂纹扩展门槛值最低，采用恒最大应力强度因子(Kmax)降载法的测量值次之，采用恒应力比(R)降载法的测量值最高.对比不同裂纹尖端Kmax设定对门槛值测量的影响，发现随着Kmax增大，门槛值测量值先快速下降，随后趋于平稳；采用恒静载降K法测定过程中Kmax呈逐渐上升趋势，相应的门槛值测量值最低.疲劳断口显示，随着外加平均载荷增大，在近门槛值阶段断口形貌由疲劳辉纹转变为微区解理断裂；基于EBSD表征计算的裂尖材料几何必需位错密度表明，随着近门槛值外载的平均载荷增大，裂纹尖端位错密度增加.

关键词

焊缝 / 疲劳裂纹扩展门槛值 / 疲劳裂纹扩展速率 / 恒静载降K法

基金资助

国家高速列车技术创新中心研发计划资助项目(CXKY-02-06(2020)); 国家自然科学基金资助项目(51875402,51771135)