超声频分量双周疲劳载荷作用下焊接接头的疲劳性能

【摘要】：许多重要焊接工程结构同时承受低周疲劳(LCF)和高周疲劳(HCF)的作用，从而产生双周疲劳(CCF)的问题。本文研究双周疲劳载荷作用下Q345和Q235B钢焊接接头的疲劳性能。 为模拟双周疲劳载荷本文研制出能提供低频-超声频复合载荷的双周疲劳试验装置。超声频载荷由一套基于DSP控制的超声疲劳试验装置提供。 利用超声疲劳装置对Q345和Q235B母材及焊接接头试件进行应力比为-1的超声疲劳试验。结果发现无论母材还是焊接接头，其S-N曲线都是一条连续下降的曲线；在10~7～10~9循环周次范围内焊接接头不存在传统概念上的疲劳极限，载荷循环周次超过10~7甚至10~9以后，试件依然发生疲劳断裂。在超长寿命区间，焊接接头疲劳强度远低于母材的疲劳强度。 不论是Q345还是Q235B，它们的母材和焊接试件试件疲劳源都位于试件表面或次表面；未发现有裂纹起源于试件的内部夹杂物。 利用双周疲劳试验装置对Q345及Q235B薄板对接试件进行纯低周、纯高周及双周疲劳试验。结果发现在应力比R=0.5或者最大应力值max=420MPa条件下，双周疲劳载荷对Q345及Q235B薄板对接试件的疲劳寿命有很不利的影响。随着高周分量比例的提高，焊接接头的疲劳寿命明显缩短。 使用超声冲击处理焊接试件焊趾部位。结果发现经过超声冲击处理的Q345薄板对接试件，其双周疲劳强度明显高于焊态试件的双周疲劳强度。 通过扫描电镜观察双周疲劳试件的断口，发现裂纹扩展区存在明显的二次裂纹和疲劳台阶。断口呈现以河流花样为主的疲劳条纹。 使用线性累积损伤理论分析双周疲劳载荷作用下焊接接头的疲劳寿命，发现使用Miner法则会低估两个分量载荷之间强烈的耦合作用。耦合作用的大小与高低周振幅比关系很大。