[發明專利]高強鋼焊接接頭斷裂試樣疲勞裂紋預制方法

有效

• 申請號: 201310086893.1
• 申請日: 2013-03-18
• 公開（公告）號: CN103323297A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 張華軍;吳世品;沈大明;杜渝
• 申請（專利權）人: 上海振華重工(集團)股份有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陸嘉

技術領域

本發明涉及高強鋼的斷裂韌性測試，尤其涉及一種高強鋼焊接接頭斷裂試樣疲勞裂紋預制方法。

背景技術

隨著海洋資源的不斷開發，海洋鋼結構和海洋裝備日益重要。海洋鋼結構在低溫、海浪等惡劣的環境條件下，易發生低應力突然破壞，破壞之前難以發現及預防，后果非常嚴重。

海洋鋼結構是典型的大型焊接結構，多采用大厚板，在大厚板多層多道焊的生產制造及服役期間中焊接接頭處最易產生脆性斷裂。因此，海洋鋼結構大厚板焊接接頭除了要求具有足夠高的強度和良好的耐腐蝕性外，還需要具有良好的韌性。近年來，隨著斷裂力學在海洋工程中的應用，大厚板焊接接頭斷裂韌性的重要性日益凸顯。

海洋鋼結構用鋼強度越來越高，厚度越來越大，大厚板超高強鋼焊接接頭的斷裂韌性測試問題日益突出。目前，焊接接頭斷裂韌性測試方法多采用標準BS7448part1和BS7448part2《KIC、臨界CTOD、臨界J積分測試方法》，以及ISO12135和ISO15653《斷裂韌性測試方法》。然而大厚板焊接接頭一般采用多層多道焊，其沿厚度方向的橫向殘余應力分布在中心是壓應力，靠近表面的區域是拉應力。因此,焊縫斷裂韌度試樣在預制疲勞裂紋時,靠近表面的區域疲勞裂紋擴展較快，而近中心部位的疲勞裂紋擴展較慢，有時甚至不擴展，其結果是試樣上的疲勞預制裂紋前沿平直度很低，難以滿足試驗規范的要求，制備試樣的合格率很低，這已成為大厚板焊接接頭斷裂韌性測試中的關鍵性難題。

盡管目前的標準中關于焊接接頭斷裂試樣疲勞裂紋預制方法，提供了局部壓縮、復合應力循環特性法、反向彎曲的方法消除焊接殘余應力對預制疲勞裂紋的影響，然而在大厚板Q690高強鋼焊接接頭預制疲勞裂紋的過程中，仍難以保證疲勞裂紋尖端平直。

因此，為了保證大厚板高強鋼Q690Mpa焊縫斷裂試樣獲得平直的疲勞預制裂紋，提高制備焊縫試樣的合格率，需要一種新的疲勞裂紋預制方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種高強鋼焊接接頭斷裂試樣疲勞裂紋預制方法，能夠有效地保證疲勞裂紋前沿平直，從而保證制備試樣的合格率。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種高強鋼焊接接頭斷裂試樣疲勞裂紋預制方法，包括：

步驟一，提供具有長度、寬度和厚度的試樣，其中由所述長度和厚度所界定的第一試樣表面上開設有機械缺口，該機械缺口沿所述厚度的方向貫穿該試樣，該機械缺口的尖端沿所述寬度的方向深入所述試樣；

步驟二，在所述機械缺口的尖端進行局部壓縮，所述局部壓縮中加載的載荷沿所述厚度的方向；

步驟三，對所述試樣進行疲勞試驗加載，至所述機械缺口的尖端出現疲勞裂紋；

步驟四，對所述試樣進行反向彎曲加載；

步驟五，再次對所述機械缺口的尖端進行局部壓縮，并再次對所述試樣進行疲勞試驗加載至所述疲勞裂紋擴展第一預設長度，再次對所述試樣進行反向彎曲加載；

步驟六，重復所述步驟五多次，至所述疲勞裂紋的總長度擴展至第二預設長度。

根據本發明的一個實施例，前兩次執行步驟五時，所述局部壓縮中加載的載荷相對于步驟二逐次遞減80-100kN，后續執行步驟五時，局部壓縮中加載的載荷保持遞減后的載荷不變。

根據本發明的一個實施例，所述步驟二中的疲勞試驗加載中加載的載荷為700-750kN。

根據本發明的一個實施例，對所述試樣進行疲勞試驗加載包括：在所述機械缺口兩側的第一試樣表面以及第二試樣表面上正對該機械缺口的位置處分別加載載荷，所述第二試樣表面位于所述第一試樣表面的背面。

根據本發明的一個實施例，使用輥輪在所述機械缺口兩側的第一試樣表面以及所述第二試樣表面上正對該機械缺口的位置處分別加載載荷，其中在所述第二試樣表面上正對該機械缺口的位置處加載載荷的輥輪長度為所述試樣厚度的3/4。

根據本發明的一個實施例，對所述試樣進行反向彎曲加載包括：在所述第一試樣表面上所述機械缺口處以及第二試樣表面上該機械缺口的兩側分別加載載荷，所述第二試樣表面位于所述第一試樣表面的背面。

根據本發明的一個實施例，使用輥輪在所述第一試樣表面上所述機械缺口處以及所述第二試樣表面上該機械缺口的兩側分別加載載荷，其中在所述第一試樣表面上所述機械缺口處加載載荷的輥輪與所述機械缺口之間設置有墊塊。

根據本發明的一個實施例，所述反向彎曲加載中加載的載荷為700-900kN，保載10-20s。