含焊接缺陷构件的疲劳试验研究.pdf

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1、162化工机械2012年含焊接缺陷构件的疲劳试验研究刘曦+(广西大学机械工程学院)摘要对降栽勾线法作了适当的改进后用于含焊接缺陷构件的疲劳试验，获得了清晰的含焊接缺陷构件断口疲劳襞纹扩展图，在此基础上探讨了焊接缺陷对构件疲劳强度的影响规律。关键词焊接缺陷疲劳强度疲劳裂纹降载勾线法中图分类号TQ050．7文献标识码A文章编号0254-6094(2012)02-．0162-03焊接构件的破坏多数源于焊接缺陷，焊接缺陷对构件静载强度的影响低于对构件疲劳强度的影响¨’23，在缺陷总量较少时，可以将含焊接缺陷构件的疲劳强度作为评定构件承载时焊接缺陷对构件危害程度的主要指标。因此很有必要

2、对含焊接缺陷构件进行疲劳试验，并在试验的基础上归纳总结出焊接缺陷对构件疲劳强度的影响规律。1含焊接缺陷构件的疲劳实验焊接缺陷种类多、缺陷问的相互影响关系复杂，在试验时需要考虑两个技术关键。1．1试件的制备一般做含焊接缺陷试件的疲劳试验，是先在试件上制作模拟缺陷，而模拟缺陷与实际缺陷相比会有一定的失真。本试验不制作模拟缺陷，而是在焊接过程中自然形成焊接缺陷。钢材为普通低碳钢Q235(建筑结构钢牌号)，焊条E40，手工焊，焊后机加工成试件，试件焊缝横截面尺寸为42ram×14ramo1．2疲劳裂纹萌生和扩展过程的记录降载勾线法是将试件疲劳裂纹扩展过程记录下来的一种简单而有效的方法

3、口’41。然而只有在疲劳裂纹扩展阶段，才能在试件断面上留下勾线迹线。对于焊接过程中自然形成焊接缺陷的试件，很多情况下疲劳裂纹萌生于试件内部，何时进入疲劳裂纹扩展阶段，无法直接观察，用仪器间接判断也比较复杂，为此笔者对降载勾线法作了适当的改进，从疲劳试验一开始，每循环一定次数后，不论疲劳裂纹是否已经萌生，都作一次降载勾线，重复进行直至试件断裂。载荷谱图如图1所示，试验在MTS疲劳试验机上进行。虽然疲劳裂纹萌生阶段无法在试件上留下勾线迹线，但是适当调整图1载荷谱中N、乃、s的取值之后，在疲劳裂纹扩展阶段，就能在试件断面上留下清晰的勾线迹线。厶蓦谪靛魁图1试验栽荷谱图2焊接缺陷对构

4、件疲劳强度的影响规律探讨在试验的基础上，笔者对焊接缺陷对构件疲劳强度的影响规律进行了探讨，并相应提出了主疲劳源模型。主疲劳源模型的基本思想是：含非裂纹型焊接缺陷的构件在疲劳载荷的作用下，疲劳裂纹萌生于构件中应力集中系数最大的部位，}刘曦，男，1964年8月生，高级工程师。广西壮族自治区南宁市，630004。第39卷第2期化工机械163该部位对应的缺陷(缺陷群)成为主疲劳源，疲劳裂纹从主疲劳源萌生并扩展，直至构件断裂；作为主疲劳源的缺陷(缺陷群)，对构件的疲劳破坏起主要作用，其余缺陷对构件的疲劳破坏所起的作用较小。主疲劳源模型的基本思想与损伤局部化的思想”1是一致的。换言之，主

5、疲劳源模型的基本思想再次验证了损伤局部化的思想。举例说明如下：a．有的缺陷(缺陷群)可以简化为空间椭球体缺陷，对于空间椭球体缺陷，应力集中系数的最大值出现在空间椭球体的短轴方向，因此疲劳裂纹首先萌生于短轴方向，如图2a、b、c、d、f、i。b．有的缺陷(缺陷群)可以近似简化为空间球体缺陷，对于空间球体缺陷，周围各点的应力集中系数基本相同，因此疲劳裂纹扩展前沿接近圆形，如图2e、g、h。c．有的缺陷对构件的疲劳破坏所起作用较小。这在图2a、b中比较明显，在其他图中也有所体现，焊接结构中某一缺陷(缺陷群)一旦萌生为裂纹，进入裂纹的亚临界扩展阶段，此裂纹优先扩展，其它缺陷变得相对安

6、全，对构件的疲劳破坏所起作用较小。d．相距较近的两个缺陷(缺陷群)有相互干涉，但仍然是一个主缺陷(缺陷群)的影响最大，是主疲劳源，如图2a、c、e。e．如图2f，相距较远的两个缺陷(缺陷群)，相互干涉较小，且分别独自萌生裂纹并扩展，但由于两个缺陷(缺陷群)周围的应力集中系数不同，其中一个缺陷(缺陷群)周围的裂纹优先萌生优先扩展，而另一个周围的裂纹缓慢萌生缓慢扩展，其结果是优先萌生优先扩展的裂纹从缓慢萌生缓慢扩展的裂纹上压过去，仍然是一个主缺陷(缺陷群)的影响最大，是主疲劳源。一阪蠢。鼋j。，≮鍪；，，

7、、遗j：。’’J鬃；o‘?ji1642012年图2实验断口勾线迹线图3疲劳

8、裂纹萌生寿命的简化估算将试验断口上显示的勾线迹线数记作b．，将试验过程按图1载荷谱循环进行的降载次数记作b，，则疲劳裂纹萌生寿命占总寿命的比例k一(2b：一2b。+1)／2／b：。笔者的试验结果为k一20％一60％。缺陷(缺陷群)的形状越接近裂纹，k的近似值越小；缺陷(缺陷群)的形状越接近空间球体，k的近似值越大。因此，有的文献将焊接缺陷直接简化为裂纹(即忽略疲劳裂纹萌生阶段)是不妥的。尤其是对球形缺陷(如气孔)或接近球形的椭球形缺陷(缺陷群)更是如此。4结论4．1采用焊接过程中自然形成焊接缺陷的试件，