【摘要】：在傳統(tǒng)的認知中,材料在某一應力作用下達到107周次仍然不會斷裂,則稱材料有無限壽命。但在最新的研究中,在應力循環(huán)周次大于107周次時,焊接接頭仍會發(fā)生斷裂,不存在傳統(tǒng)意義上的疲勞極限。綜述了近年來對于結構鋼焊接接頭的超高周疲勞性能的研究成果,包括S-N曲線的特征,斷口特征與裂紋的萌生機理,超聲沖擊處理對焊接接頭超高周疲勞性能的影響,最后給出了需要進一步的研究方向。
【圖文】：

HotWorkingTechnology2017,Vol.46,No.21(a)(b)(c)圖3圓柱狀接頭和板狀十字接頭的斷口宏觀形貌[18]Fig.3Fracturemorphologiesofcylindricalbuttjointandplatecruciformjoint[18]近年來結構鋼焊接接頭超高周疲勞的研究成果進行了總結。1結構鋼焊接接頭的超高周疲勞行為特征1.1S-N曲線S-N曲線表示材料的疲勞性能，反映了材料疲勞斷裂的情況。根據文獻[13-17]研究結構鋼焊接接頭的超高周疲勞性能時發(fā)現母材和焊接接頭不存在無限壽命，S-N曲線是連續(xù)下降的，在107周次沒有出現水平平臺；當母材和焊接接頭服役超過107周次后，試樣還是會發(fā)生斷裂，如圖1所示。從圖1中還可以發(fā)現焊接接頭的疲勞性能遠低于母材。在5×106循環(huán)周次時，焊接接頭的疲勞強度只是母材的47.4%。劉永杰[18]等人研究發(fā)現圓形對接焊接接頭的S-N曲線是連續(xù)下降的，在107周次沒有出現水平平臺，當母材和焊接接頭服役超過107周次以后，試樣會發(fā)生斷裂；板狀十字焊接接頭的S-N曲線有兩個階段，第一階段是小于107周次，曲線呈現快速下降的狀態(tài)；第二階段是大于107周次，曲線下降緩慢，幾乎呈現水平平臺，可以近似認為板狀十字焊接接頭存在無線壽命，即疲勞極限。1.2超高周疲勞失效的斷口特征及裂紋的萌生斷口是零件發(fā)生斷裂形成相互匹配的表面[19]。斷口包含裂紋的萌生、擴展和完全斷裂過程的形貌。一般情況下，可以通過分析斷口來獲得零件斷裂的性質、路徑、過程等。疲勞斷裂的過程可以簡單地描述為：在循環(huán)載荷的作用下，主要受力區(qū)首先發(fā)生塑性變形，隨著應力的增大，，有微小的裂紋萌生于薄弱區(qū)，裂紋進而逐漸擴展，形成清晰可見的宏觀裂紋直至斷裂[20]。疲勞斷口可以分成裂紋源區(qū)、裂紋擴展區(qū)、瞬斷區(qū)[2

材有更多的孔隙和缺陷，這是由于在焊接過程中受到高溫的影響造成的。用SEM（掃描電鏡）觀察未進行疲勞試驗的焊接接頭焊縫，在焊縫內部存在單個或成堆的氣孔，觀察焊縫的高倍組織可以發(fā)現沿著垂直于散熱面方向反向生長的晶粒，大部分是柱狀晶，晶粒粗大，而且晶粒之間有間隙。試樣在承受載荷時，氣孔會使其有效截面面積減少，截面應力會增大，使得焊接接頭的疲勞強度下降。晶粒間的間隙有可能造成應力集中，成為疲勞裂紋源。通過SEM對斷裂試樣的斷口進行觀察分析，焊接接頭試樣在低周疲勞區(qū)大多在焊接接頭結合處發(fā)圖1Q345qC鋼及其焊接接頭的S-N曲線[13]Fig.1S-NcurvesofQ345qCsteelanditsweldedjoint[13]450400350300250200150105106107108109失效循環(huán)數N應力σ/MPa焊接接頭試驗數據母材S-N曲線(50%存活率)焊接接頭S-N曲線(50%存活率)母材試驗數據300250200150100500圖2圓柱狀對接接頭和板狀十字接頭S-N曲線[18]Fig.2S-Ncurvesofcylindricalbuttjointandplatecruciformjoint[18]105106107108109失效循環(huán)數N應力范圍/MPa圓形接頭十字接頭6

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