高强度焊接结构的疲劳定寿、延寿及可靠性评估

针对低合金高强钢接头非均匀性强、疲劳性能下降严重的共性问题，本项目 通过引入缓冲层“包裹”焊接材料使之与母材完全隔离，发展了具有双金属焊缝 的新型接头；基于缓冲层提出了残余应力和强韧均衡双重调控的接头设计方法， 为解决高强钢焊接性与接头强度匹配矛盾的难题提供了新思路。试验结果表明， 新型接头的疲劳裂纹扩展寿命明显优于传统接头，恒幅疲劳载荷条件下接头最薄 弱区域的疲劳抗力达到了母材水平。另外，发展了预置残余应力与接头强韧搭配 双重调控的接头设计方法，试验结果表明，改进接头的疲劳扩展寿命明显优于常 规接头，为超载工况下接头设计提供了启发。含缓冲层接头的疲劳性能明显优于 常规接头，在超载工况下的疲劳寿命可提高6倍以上。 通过科学描述微观组织和力学性能的渐变特征，揭示了塑性应变和裂纹长度 共同作用下的残余应力演化机理，发展一种物理意义明确的裂纹扩展速率预测概 率模型。研究成果显著提高了裂纹扩展速率的预测精度，可为高端装备的疲劳寿 命预测及安全可靠性评估提供理论支撑。 性能指标： 1. 通过引入缓冲层“包裹”焊接材料使之与母材完全隔离，发展了具有双 金属焊缝的新型接头。试验结果表明，新型接头的疲劳裂纹扩展寿命明显优于传 统接头，恒幅疲劳载荷条件下接头最薄弱区域的疲劳抗力达到了母材水平。 2. 针对随机疲劳载荷条件，提出了超载参量和材料属性共同决定的 I、II、 III型超载模式，发展了预置残余应力与接头强韧搭配双重调控的接头设计方法。 世界科研网 Phys.org、澳大利亚科学网 Science Network WA 对该研究的专题报 道：含缓冲层接头的疲劳性能明显优于常规接头，在超载工况下的疲劳寿命可提 高6倍以上。