超細(xì)晶鋼焊接接頭的斷裂與疲勞研究.pdf

1、超細(xì)晶粒鋼是一種超潔凈度、超細(xì)晶粒、超均勻度、具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能的新一代鋼鐵材料，其焊接結(jié)構(gòu)斷裂、疲勞性能的研究對其開發(fā)研究的推廣應(yīng)用都具有重要的意義。 應(yīng)用數(shù)值分析方法，以軟件MARC作為求解器，對400MPa、800MPa級(jí)超細(xì)晶粒鋼母材及其脈沖熔化極混合氣體保護(hù)焊對接接頭的中心貫穿裂紋平板拉伸試驗(yàn)進(jìn)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(jié)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(rèn)定，焊接接頭的抗斷性能應(yīng)優(yōu)于全母材并與小寬板拉伸試驗(yàn)結(jié)果一致，這就為用數(shù)值方法評價(jià)焊接接頭抗斷性能提供了方法上的借鑒。 應(yīng)用試驗(yàn)和數(shù)值方法，對400MPa級(jí)超細(xì)晶粒鋼母材及其二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊對接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展進(jìn)行了研究。參照ASTME647-83，用CT試驗(yàn)方法測定了母材和焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，并擬合出了對應(yīng)的Pa

3、ris-Erdogan表達(dá)式。試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果表明，焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展速率低于全母材。采用MARC軟件，對CT試樣進(jìn)行了計(jì)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(jì)算結(jié)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(rèn)定，焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展速率低于母材

4、。與試驗(yàn)結(jié)論的一致，說明這是一種評價(jià)接頭組織不均勻性對疲勞裂紋擴(kuò)展影響的有效數(shù)值方法。 應(yīng)用試驗(yàn)和數(shù)值方法，對400MPa級(jí)超細(xì)晶粒鋼筋對接接頭的疲勞壽命進(jìn)行了研究。參照J(rèn)GJ/T27-2001，用試驗(yàn)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(yīng)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(qiáng)度級(jí)別。應(yīng)用疲勞分析

5、軟件MSC.Fatigue的S-N分析法，計(jì)算了鋼筋電渣對焊接頭在不同循環(huán)下的疲勞強(qiáng)度，參照ⅡW.DOC-ⅩⅢ-1539/XV-845-96，也得到了相應(yīng)的S-N曲線和FAT50的疲勞強(qiáng)度級(jí)別。與試驗(yàn)結(jié)果的吻合，表明用數(shù)值方法模擬焊接實(shí)際工程問題已經(jīng)成為可能。 應(yīng)用模擬裂紋擴(kuò)展軟件FRANC2D和FRANC3D，分別計(jì)算了丁字接頭、搭接接頭和鋼管對接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)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