超高周范围q235钢焊接接头疲劳性能研究

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1、摘要现代工业机械设备中，许多零部件在低应力超长寿命条件下工作，服役期内需要承受循环载荷的作用高达109—1010循环周次。目前通用的疲劳强度设计规范一般都建立在107循环周次以下的疲劳试验数据基础上。为提高超长寿命条件下零部件强度设计的可靠性和精确性，保障结构运行的安全，有关材料在109循环周次以上的疲劳性能和疲劳破坏行为的研究己引起工程界的高度重视。用现有的常规疲劳试验方法完成109—1010超高周范围内疲劳试验要耗费大量的时间和费用，为此，在超声疲劳试验系统研究和开发的基础上，本文采用超声疲劳试验方法，对Q235母材和焊接接头试件进行超长寿命疲劳测试，并结合扫描电镜进行断

2、口形貌的微观分析。在超声疲劳试验中，疲劳试件必须满足谐振条件。为了缩短试件长度并加速疲劳试验，试件通常设计为狗骨形，这样不仅使试件获得很大的应力放大系数，还使其中部产生最大应力。本文中对超声疲劳试件的设计，主要有共振长度的设计及不同几何外形试件的位移、应力分布情况。对Q235试件的超声疲劳S-N曲线的测定结果显示：无论母材还是焊接接头试件，在106—1010循环周次范围内，疲劳S-N曲线呈现“连续下降形”，且在107循环周次附近不存在传统意义上的疲劳极限，超过107(甚至109)循环周次后，试件依然发生疲劳断裂；疲劳裂纹大多位于试件中部最大应力的截面处，而且焊接接头试件都是从

3、焊趾位置开裂；焊接接头试件疲劳强度远低于母材试件，焊缝处缺陷及应力集中严重影响焊接接头的疲劳强度。因此只用107以内的疲劳数据进行疲劳强度设计是很危险的。疲劳断口形貌分析看出，在超高周次(107—1010)循环载荷作用下，母材疲劳裂纹萌生于材料内部或次表面夹杂等缺陷处，而焊接接头试件疲劳裂纹萌生于材料次表面或表面处夹杂。关键词：超声疲劳S-N曲线焊接接头狗骨形试件疲劳裂纹裂纹内部萌生ABSTRACTWi也technicaldevelopmentinmodemindustry，inmanyapplications，thelifetimeofmechanicalcomponent

4、shavetoendureupto1091010cyclesofloadingwithoutfailure．Anumberofrecentstudies，extendingintotheultra—high—cyclefatigue(UHCF)orgigacyclefatiguerange，showclearlyfordifferentsteelandothermetallicmaterialsthatevenatstressamplitudesbelowtheclassicalfatiguelimit,fatiguelifeisfinite．Sothefatiguelimi

5、tdeterminedbytheconventionalfatiguetestscannotprovidethesafetydesigndataofthemechanicalstructures．ThusthefatiguepropertyofmetallicmaterialsintheUHCFrangetendstobeallimportantsubjectinthemechanicaldesigntoensurethelongtermsafetyofthemechanicalstructures．Sinceperformingexperimentsoftheultra—h

6、igh-cycleregimeintherangeof1091010cyclesusingaconventionalfatiguetestingmethodisverytimeconsumingandexpensive，SOwestudiedanddevelopedtheultrasonicfatiguetestingsystemtoacceleratefatiguetest．Inthispaper,basedontheultrasonicfatiguetestingsystem，thefatiguebehaviorofQ235includingsmoothandweldin

7、gjointspecimenwasstudied，andthefracturesurfaceoffatiguespecimenwasexaminedbyscanningelectronmicroscopy(SEM)．Specimendesigniscriticalforoptimumultrasonicfatiguetesting，dog．．bone．．shapedspecimenisusuallydesignedinultrasonicfatiguetesting．Ananalysiswascarri