摘要：焊接接头中不可避开地会有着各种形式的焊接缺陷,使焊接接头成为整个焊接结构中最薄弱部位,易产生裂纹起裂、扩展甚至失稳断裂。焊接接头的疲劳断裂性能是焊接结构损伤容限浅析、保证结构安全可靠运转,以及抗断裂设计的重要依据。新型低碳贝氏体钢是采取微合金化控轧控冷工艺生产的新一代焊接无裂纹低合金高强度结构钢,被称为当今“绿色钢材”。合金结构钢的进展方向越来越注重提升其利用的可靠性和经济性,即在满足结构强度要求的前提下提升安全性和寿命。由此,对新一代低碳贝氏体钢焊接接头疲劳裂纹扩展可靠性探讨具有重要的论述作用和运用价值。本论文对新型低碳贝氏体焊接接头进行了常规力学性能及其微观金相试验探讨、焊接缺陷及其尺寸分布探讨、疲劳裂纹扩展试验及其可靠性浅析探讨。本论文的主要工作有：以常规力学性能和金相试验角度对新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接工艺进行试验探讨。采取不同的焊接策略和不同的焊接工艺参数对新型焊接无裂纹低碳贝氏体钢B610CF、ADB610和WDB620钢焊接接头进行焊接,对焊接接头进行常规力学性能和金相试验。对试验结果进行浅析发现：采取合适的焊接工艺参数,焊接接头中不容易产生裂纹,焊接接头的抗裂性能优良,可以得到具有优良综合机械性能的焊接接头；焊接工艺参数对焊接接头抗拉强度、塑性以及对热影响区的组织和常规力学性能的影响不显著,但大的焊接工艺参数会使焊缝区的组织发生变化,冲击韧性显著降低。对新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接缺陷及尺寸概率分布模型进行探讨。通过对焊接缺陷在焊缝长度区间上产生的缺陷数符合泊松分布历程、焊接缺陷在一定的焊缝长度内缺陷产生的比率为常数的物理背景,推导建立了焊接缺陷尺寸的概率模型为指数分布。随机抽取ADB610钢焊接接头X射线检测出的焊接缺陷,进行概率分布拟合检验探讨,发现：焊接缺陷尺寸以服以指数分布为最佳,以实验数据上验证了焊接缺陷尺寸较好地服以指数分布。通过排列图的绘制与浅析,ADB610钢和WDB620钢焊接接头绝大多数焊接缺陷是气孔和夹渣,焊接接头中产生的裂纹缺陷很少。提出了基于两步七点递增加项式的成组计算策略(本论文简称为成组法)用于疲劳裂纹扩展试验数据的计算,在多试样疲劳裂纹扩展试验历程中各个试样数据记录的裂纹长度不相同时,可以计算相同裂纹长度下各个试样的裂纹扩展速率和同组试样不同存活率下的裂纹扩展速率。针对ADB610钢焊接接头母材区、热影响区和焊缝区进行多试样疲劳裂纹扩展试验,并采取成组法计算三区域不同存活率下的裂纹扩展速率和基于Paris公式的裂纹扩展速率表达式,以可靠性角度探讨焊接接头疲劳裂纹扩展性能。在常规力学性能和金相试验以及焊接缺陷探讨基础上,选用CHE62CFLH焊条,采取手工电弧焊对ADB610钢进行焊接,在对焊接接头三区域取多试样进行了裂纹扩展试验的基础上,采取本论文提出的成组法,计算各区域存活率为50%、90%、95%、99%和99.9%下的裂纹扩展速率,分别与应力强度因子范围△K拟合,得到不同存活率下Paris公式。对三区域考虑存活率条件下的裂纹扩展速率表达式Paris公式进行浅析,发现：在相同存活率下,母材区参数C最大,焊缝区的C最小；而母材区参数m最小,焊缝区m最大。随着存活率的增大,母材区参数C呈递减、m呈递增走势,热影响区和焊缝区参数C呈递增、m呈递减的走势；而且母材区C递减速度最小,热影响区C递增速度最快；热影响区m递减速度最快,母材区m递增速度与焊缝区m递减的速度相差不大。对考虑存活率下三区域裂纹扩展速率及计算的相对差值进行浅析,发现：三区域裂纹扩展速率分散性有显著差别,基本上母材区的最小,焊缝区的最大。在相同存活率下,裂纹扩展前期母材区裂纹扩展显著最快,焊缝区的显著最慢,母材区与热影响区的裂纹扩展差别显著比热影响区与焊缝区的差别大；在裂纹扩展中后期,三个区域的裂纹扩展快慢差别相对较小。随着存活率的增大,基本上母材区与热影响区、母材区与焊缝区裂纹扩展快慢相对差别逐渐递减,在裂纹扩展前期递减显著,裂纹扩展中后期递减相对前期不显著；热影响区与焊缝区裂纹扩展快慢相对差别变化不显著。采取统计检测设检验策略对三区域对数裂纹扩展速率的数字特点进行浅析,发现：三区域的对数裂纹扩展速率方差(即分散性)有显著性差别,基本上母材区的最小,焊缝区的最大。在裂纹扩展速率均值方面：基本上,在裂纹扩展中前期,母材区的显著大于热影响区和焊缝区的,裂纹扩展后期母材区与热影响区和焊缝区的相当,没有显著性差别；对于热影响区与焊缝区,裂纹扩展前期热影响区的显著大于焊缝区的,但裂纹扩展中期后两区域的相当。以金相组织角度对ADB610钢焊接接头母材区、热影响区和焊缝区裂纹扩展机理进行探讨,发现：在裂纹扩展的中前期,晶界间的阻力提升疲劳裂纹扩展的抗力,由此在裂纹扩展中前期,晶粒细小的焊缝区和有网状组织的热影响区的裂纹扩展慢于晶粒粗大的母材区的,焊缝区的慢于热影响区；在裂纹扩展中后期,晶界间阻力的影响逐渐减小后,三个区域之间的裂纹扩展速率差别相比前期较小。而且相对于热影响区和焊缝区而言,母材区各部位的金相组织差别性较小。采取基于ΔK-da/dN一次七点递增加项式的策略(本论文简称为单试样法)计算ADB610钢焊接接头考虑存活率的裂纹扩展速率及Paris公式,并采取直观浅析和统计比较浅析策略,与采取成组法得到的结果进行误差浅析,发现相同区域之间采取单试样法计算的结果误差大,得到的焊接接头不同区域之间裂纹扩展快慢的规律也与采取成组法的不相一致。单试样法是在单独地、各个试样之间互不相关地计算出每个试样的Paris公式后,然后取一系列的△K带入每个试样的Paris公式中,计算每个试样在相同△K下的裂纹扩展速率后,再计算同组试样不同存活率下的裂纹扩展速率和Paris公式来探讨裂纹扩展的可靠性不足。认为基于一次七点递增加项式的单试样法以物理作用上不符合根据裂纹扩展试验数据的分散性来浅析材料固有的分散性不足。本论文的主要革新点：(1)在计算策略方面提出了采取两步七点递增加项式的专用于疲劳裂纹扩展速率可靠性浅析的成组策略,并指出运用一次七点递增加项式的单试样法在裂纹扩展可靠性浅析中具有较大的计算误差。(2)在统计作用上发现了ADB610钢焊接接头三个区域(母材区、热影响区和焊缝区)疲劳裂纹扩展速率数字特点的差别性,并以焊接接头金相组织的机理上解释了这种统计现象。(3)在探讨成果方面得到了ADB610钢焊接接头不同存活率下基于Paris公式的疲劳裂纹扩展速率表达式,并发现了ADB610钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率Paris公式的两个参数(C和m)随存活率转变而变化的规律。(4)在数学模型方面以泊松历程出发进行了论述推导,建立了新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接缺陷尺寸分布的概率模型,并进一步通过ADB610钢焊接接头x射线检测的缺陷尺寸数据的分布拟合,实验数据验证了这个数学模型的合理性。关键词：低碳贝氏体钢论文焊接接头论文裂纹扩展论文可靠性论文成组法论文
摘要3-6
ABSTRACT6-13
主要符号清单13-14
第一章 绪论14-32
1.1 课题探讨背景14-16
1.2 国内外探讨近况及有着的不足16-29
1.2.1 国内外探讨近况16-25
1.2.2 有着的主要不足25-29
1.3 课题探讨主要内容及作用29-31
1.3.1 探讨的主要内容29-30
1.3.2 课题探讨的作用30-31
1.4 论文的整体结构31-32
第二章 新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接工艺试验探讨32-52
2.1 引言32
2.2 焊接工艺试验案例32-33
2.3 B610CF钢焊接接头焊接工艺试验探讨33-42
2.3.1 试验材料及试板焊接33-36
2.3.2 常规力学性能和金相试验36-40
2.3.3 试验结果浅析40-42
2.4 ADB610钢焊接接头焊接工艺试验探讨42-46
2.4.1 试验材料及试板焊接42-44
2.4.2 常规力学性能试验和金相试验44-45
2.4.3 试验结果浅析45-46
2.5 WDB620钢焊接接头焊接工艺试验探讨46-51
2.5.1 试验材料及试板焊接46-48
2.5.2 常规力学性能试验和金相试验48-50
2.5.3 试验结果浅析50-51
2.6 小结51-52
第三章 焊接接头焊接缺陷及分布模型探讨52-68
3.1 引言52
3.2 焊接缺陷尺寸分布模型的建立52-55
3.2.1 根据泊松历程建立焊接缺陷尺寸分布模型52-53
3.2.2 根据故障率探讨焊接缺陷尺寸分布模型53-55
3.3 以统计角度探讨焊接缺陷尺寸分布模型55-61
3.3.1 焊接工艺参数55
3.3.2 X射线检测焊接缺陷及数据55-57
3.3.3 焊接缺陷尺寸分布拟合探讨57-61
3.4 新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接缺陷的探讨61-66
3.4.1 ADB610钢焊接接头焊接缺陷的浅析探讨61-63
3.4.2 WDB620钢焊接接头焊接缺陷的浅析探讨63-66
3.6 小结66-68
第四章 ADB610钢焊接接头疲劳裂纹扩展试验68-80
4.1 引言68
4.2 疲劳裂纹扩展实验案例68-69
4.3 试样准备及试验策略69-74
4.3.1 试验材料及试板焊接69-70
4.3.2 无损检测70-71
4.3.3 试样准备71-72
4.3.4 试验设备及试验策略72-74
4.4 焊接接头三区域的裂纹扩展试验数据74-78
4.5 小结78-80
第五章 基于成组法的ADB610钢焊接接头裂纹扩展可靠性浅析80-113
5.1 引言80-81
5.2 基于两步七点拟合的成组法探讨81-84
5.2.1 基于两步七点拟合成组法计算裂纹扩展速率的基本思路81-82
5.2.2 基于两步七点拟合成组法的裂纹扩展可靠性浅析的基本思路82-84
5.3 基于成组法ADB610钢焊接接头裂纹扩展速率计算84-89
5.3.1 母材区裂纹扩展速率的计算84-87
5.3.2 热影响区裂纹扩展速率的计算87-88
5.3.3 焊缝区裂纹扩展速率的计算88-89
5.4 不同存活率的ADB610钢焊接接头裂纹扩展速率及Paris公式探讨89-95
5.4.1 不同存活率条件下焊接接头裂纹扩展速率及Paris公式计算89-94
5.4.2 不同存活率条件下焊接接头Paris公式中参数变化规律浅析94-95
5.5 ADB610钢焊接接头三区域裂纹扩展速率变化浅析探讨95-110
5.5.1 ADB610钢焊接接头三区域裂纹扩展速率变化的直观浅析95-104
5.5.2 ADB610钢焊接接头三区域裂纹扩展速率数字特点的统计浅析104-108
5.5.3 ADB610钢焊接接头三区域裂纹扩展速率变化的机理浅析探讨108-110
5.6 小结110-113
第六章 基于单试样法的ADB610钢焊接接头裂纹扩展可靠性估算浅析探讨113-139
6.1 引言113
6.2 基于一次七点拟合的单试样法及其计算浅析113-123
6.2.1 基于一次七点拟合单试样法的基本思路113-114
6.2.2 基于单试样法焊接接头各试样裂纹扩展速率Paris公式计算114-117
6.2.3 单试样法不同存活率焊接接头裂纹扩展速率及Paris公式计算117-119
6.2.4 基于单试样法的焊接接头不同区域裂纹扩展速率比较浅析探讨119-123
6.3 基于单试样法考虑存活率裂纹扩展速率及Paris公式误差探讨123-135
6.3.1 相同存活率焊接接头相同区域裂纹扩展速率误差浅析123-126
6.3.2 相同区域裂纹扩展速率数字特点统计检验差别浅析126-127
6.3.3 相同存活率焊接接头不同区域裂纹扩展速率误差浅析127-132
6.3.4 考虑存活率焊接接头Paris公式差别浅析132-135
6.4 两种策略计算的裂纹扩展速率浅析结果讨论135-137
6.5 小结137-139
第七章 结束语139-143
7.1 结论139-141
7.2 主要革新点141-142
7.3 展望142-143
致谢143-145
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