非标准箱型试件焊缝处疲劳裂纹扩展实验研究

尚金瑞

摘 要：针对港口起重机金属结构的受力方式及裂纹特性和国内甚少研究Q345B钢材质焊缝处疲劳裂纹扩展规律的现状，制作了Q345B的非标准箱型试件，并在焊缝处预制初始裂纹，将试件置于MTS810材料试验机上开展疲劳裂纹扩展实验，所获实验数据可用于Q345B焊缝处裂纹疲劳扩展参数的确定，填补了我国在这一研究领域的空白。

关键词：非标准箱型试件 焊缝裂纹 疲劳扩展 实验 数据

实验目的

疲劳裂纹扩展实验是研究裂纹扩展规律以及获取材料疲劳扩展参数和断裂参量的重要途径。长期以来，许多学者通过疲劳裂纹扩展实验对港口起重机常用钢材Q235和Q345B的疲劳扩展特性进行了深入研究，这些研究一般均是针对Q235和Q345B母材的疲劳裂纹扩展特性进行探讨，当裂纹出现在焊缝处或近焊缝区域时，传统上也以母材的疲劳特性参数对裂纹的安全性和疲劳寿命进行评估。然而，由于焊条和母材的熔融，焊缝区域的材质已经与单独的母材有所区别，仅仅用母材的疲劳扩展参量代替焊缝区域的疲劳特性是不够准确的，因此，有必要对焊缝区域裂纹的疲劳扩展规律开展实验研究，以获得更为准确的疲劳扩展参量。

从图上可以看出，疲劳裂纹扩展可分为以下三个阶段：区域Ⅰ：裂纹萌生阶段；区域Ⅱ：裂纹稳态扩展阶段；区域Ⅲ：裂纹失稳扩展阶段。

断裂力学中用经验公式对裂纹扩展特性进行描述，常用的疲劳裂纹扩展速率公式有Paris幂函数式、Forman公式、Walker公式等，其中Paris幂函数式表达式如下：