超細晶鋼焊接接頭的斷裂與疲勞研究.pdf

1、超細晶粒鋼是一種超潔凈度、超細晶粒、超均勻度、具有優(yōu)良綜合力學性能的新一代鋼鐵材料，其焊接結構斷裂、疲勞性能的研究對其開發(fā)研究的推廣應用都具有重要的意義。 應用數(shù)值分析方法，以軟件MARC作為求解器，對400MPa、800MPa級超細晶粒鋼母材及其脈沖熔化極混合氣體保護焊對接接頭的中心貫穿裂紋平板拉伸試驗進行了模擬、分析。其中，焊接板的中心裂紋處于焊縫與熱影響區(qū)之間的熔合區(qū)，母材板的裂紋尺寸和位置、網(wǎng)格劃分、邊界條件等與焊接板完

2、全相同。研究結果表明，在一系列裂紋長度下，焊接接頭的CTOD值均低于同條件下的純母材，依據(jù)全面屈服理論認定，焊接接頭的抗斷性能應優(yōu)于全母材并與小寬板拉伸試驗結果一致，這就為用數(shù)值方法評價焊接接頭抗斷性能提供了方法上的借鑒。 應用試驗和數(shù)值方法，對400MPa級超細晶粒鋼母材及其二氧化碳氣體保護焊對接接頭的疲勞裂紋擴展進行了研究。參照ASTME647-83，用CT試驗方法測定了母材和焊接接頭的疲勞裂紋擴展速率，并擬合出了對應的Pa

3、ris-Erdogan表達式。試驗中，載荷為R=0.2的循環(huán)載荷，接頭試樣的疲勞裂紋分別處于焊縫區(qū)和熔合區(qū)。試驗結果表明，焊接接頭的疲勞裂紋擴展速率低于全母材。采用MARC軟件，對CT試樣進行了計算、分析。其中，焊接試樣的疲勞裂紋處于熔合區(qū)，母材試樣的裂紋尺寸、網(wǎng)格劃分、邊界條件等與焊接試樣完全相同。計算結果表明，在一系列載荷循環(huán)次數(shù)下，焊接接頭的CTOD值均低于同條件下的全母材，依據(jù)全面屈服理論認定，焊接接頭的疲勞裂紋擴展速率低于母材

4、。與試驗結論的一致，說明這是一種評價接頭組織不均勻性對疲勞裂紋擴展影響的有效數(shù)值方法。 應用試驗和數(shù)值方法，對400MPa級超細晶粒鋼筋對接接頭的疲勞壽命進行了研究。參照JGJ/T27-2001，用試驗測定了鋼筋閃光對焊、電渣堆焊接頭在不同載荷下的疲勞壽命，按ⅡW.DOC-ⅩⅢ-1539/XV-845-96推薦的方法，繪制了相應的S-N曲線，得到了鋼筋閃光對焊接頭是FAT75、電渣堆焊接頭為FAT48的疲勞強度級別。應用疲勞分析

5、軟件MSC.Fatigue的S-N分析法，計算了鋼筋電渣對焊接頭在不同循環(huán)下的疲勞強度，參照ⅡW.DOC-ⅩⅢ-1539/XV-845-96，也得到了相應的S-N曲線和FAT50的疲勞強度級別。與試驗結果的吻合，表明用數(shù)值方法模擬焊接實際工程問題已經成為可能。 應用模擬裂紋擴展軟件FRANC2D和FRANC3D，分別計算了丁字接頭、搭接接頭和鋼管對接接頭的疲勞裂紋擴展。分析、比較了未熔合尺寸、焊腳角度和尺寸及焊根形狀和尺寸對接頭