相关焊接接头疲劳行为研究

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1、第43卷第6期现代冶金Vo1．43No．62015年l2月ModernMetallurgyDec．2O15焊接接头疲劳行为研究许科华，张国珍(江苏法尔胜泓异集团有限公司，江苏江阴214446)摘要：为了研究焊接接头的疲劳行为和焊接疲劳裂纹在焊接接头不同区域的扩展规律，设计了焊接接头的轴向疲劳试验和疲劳裂纹扩展试验。通过轴向疲劳试验，得出了在不同条件下的S-N曲线和S—N方程；通过疲劳裂纹扩展试验，得出疲劳裂纹扩展的门槛值，以及从疲劳裂纹产生到失效的疲劳寿命。关键词：焊接接头；轴向疲劳；疲劳裂纹扩展中图分类号：TG405试验，分别绘制S—N曲线，并通过回

2、归分析得出它引言们的疲劳曲线方程，试验参数如表1所示；第二部分主要研究疲劳裂纹在焊缝区、热影响区和母材的扩现在的钢结构失效案例中，大多是因为疲劳问展规律，分别得出它们的Paris方程，并估算出构件题引起的。疲劳破坏都是在交变载荷的作用下产生的剩余寿命。的，它的整个过程包括裂纹的产生、裂纹的扩展及瞬盟表1疲。劳试验参数间破坏的过程[1]。桥梁钢桥面板是由桥梁钢焊接而d／MPa(d+d。)／MPa成的，对于整个焊接结构件来说，它的焊接接头就有24044024042O可能是整个构件中的薄弱环节，在日常的桥梁运行2404lO中，由于车流和风力等的作用，桥梁用钢

3、处于变动载／ad—一∞2∞11∞l∞1铊1∞11∞1240400荷下工作。而且由于车辆行驶部位的随机性，桥梁240390面板各个部位的受力状况在不断的变化而且是各不240382相同的。这种不断变化的应力相当于是在对桥梁结240380构进行疲劳破坏，随着时间的推移，在某些薄弱结240376240370构，如焊接接头处，就容易产生疲劳裂纹，并随着疲劳裂纹的扩展，最终导致桥梁的损坏。近年来，由于这种失效而导致的桥梁破坏比比皆是，造成了很大2焊接接头应力疲劳行为的经济损失。如1994年1O月21日，韩国圣水大桥随着疲劳试验研究的不断发展，有限寿命设计突然断裂，

4、断裂段塌入江中，导致了32人丧生的严已经成为一些大型构件包括大型桥梁的一个重要方重后果，这次事故的一个主要原因是设计工艺存在先天的缺陷，焊接接头全部被盖板盖住，影响了对焊法[2]，这就要求有可靠准确的疲劳性能数据。疲劳接接头疲劳裂纹的发现。强度一般包括疲劳极限强度和条件疲劳强度，试样抵抗无限多次的应力循环而不断裂的强度称为极限疲劳强度，而在经历规定多次的疲劳时试样不发生焊接接头疲劳试验疲劳破坏的强度，则称作条件疲劳强度，条件疲劳强焊接接头的疲劳试验，主要分两部分进行：第一度是在指定的疲劳寿命时通过S—N曲线方程确定部分在16kJ·cm_。，20kJ·c

5、m和36kJ·cm的，因而得出准确的S-N曲线并推导出疲劳曲线方三种热输入量条件下，针对不同应力载荷进行疲劳程具有很重要的意义。收稿日期：2015—08—13作者简介：许科华(1979一)，工程师。电话：13912456465；E-mail：35505038@qq．corn第4期许科华，等：焊接接头疲劳行为研究日＼备gb在应力幅为130MPa时，试件达到3000万次而没2．1焊接接头S—N曲线OOO舵O仉O∞OOO"OOO弘O有发生疲劳破坏，而热输入量为36kJ·cm矗1时，当表2是在三个不同热输入量下的疲劳试验数据应力幅为122MPa时在疲劳次数为9

6、944308次发和结果计算，通过这些数据绘制出不同热输入量下生疲劳破坏，继续降低应力幅，在应力幅为105MPa的S—N曲线如图1所示，根据这些可以看出时，试件达到3000万次而没有发生疲劳破坏，根据Q345qD的疲劳极限强度和焊接工艺中的热输入量S_N曲线，热输入量为16kJ·cm-1和2Okl·cm有一定的关系，在热输入量为16ld·cm叫和20条件下的疲劳极限强度都为376MPa，这个数值比kJ·cm-1时，当应力幅在140MPa时，试件的疲劳较接近屈服强度，而36kJ·cm条件下的疲劳极次数超过1000万次才发生断裂，继续降低应力幅，限强度为35

7、5MPa，与屈服强度相比有一定的下降。表2疲劳试验数据下式：16kJ·cm_。：S一612×(2N，)。。(4)20kJ·cm_。：S=643×(2N，)·。。¨(5)36kJ·cm_。：S一629×(2N，)·。。。(6)根据所得到的S—N方程，绘制lg(2N，)一lgS瞳线如图2所示。根据图2可以看出，在相同的应力水平下，热输入量为20kJ·cm_1所能承受的疲劳次数最多，而36kJ·cm所能承受的疲劳次数最少。图1S-N曲线2．2焊接接头疲劳方程对于S—N曲线，常规的通用表达式为S一×(2N，)(1)L为疲劳强度指数，为疲劳强度系数；N，为疲劳次

8、数；S为疲劳峰值应力。对式(1)两边取对数，得到下式的疲劳曲线方程lgS—lga，+Llg(2