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申请/专利权人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所

摘要：本发明涉及一种锅炉特殊焊接结构疲劳裂纹萌生的试验测量方法，属于材料技术领域，在位移模式控制下，疲劳裂纹萌生和扩展时载荷会持续下降，通过事先人为制造不同尺度的裂纹，标定不同尺度裂纹和所对应下降载荷的关系，从而实现在疲劳试验过程中，通过监测循环载荷峰值的降低量预测疲劳裂纹萌生长度和疲劳裂纹萌生寿命。本发明提出的一种锅炉特殊焊接结构疲劳裂纹萌生的试验测量方法，可为锅炉特殊焊接结构及工程上相似的焊接结构全寿命评估提供依据。

主权项：1.一种锅炉特殊焊接结构疲劳裂纹萌生的试验测量方法，其特征在于：在位移模式控制下，疲劳裂纹萌生和扩展时载荷会持续下降，通过事先人为制造不同尺度的裂纹，标定不同尺度裂纹和所对应下降载荷的关系，建立焊接结构处不同裂纹长度对应的循环载荷峰值降低量；在试验过程中，通过监测循环载荷峰值的降低量预测疲劳裂纹萌生长度和疲劳裂纹萌生寿命，具体包括以下步骤：步骤一、试验参数的确定：所述试验参数是指作为控制参量的位移幅及相应的试验频率；焊接结构靠近小管径一侧的焊趾附近表面的最大弯曲正应力按下式1计算： 式中，S-应力，MPa；M-弯矩，N·mm；W-抗弯截面模量，mm3；P-试验载荷，N；L-力臂的长度，mm；d-受力杆外径，mm；d0-受力杆内径，mm；所施加的最大位移幅，应确保在焊接结构靠近小管径一侧的焊趾附近最大正应力满足式2：S＜Rp0.22式中，Rp0.2-细管的屈服强度，MPa；步骤二、疲劳裂纹萌生长度与循环载荷峰值降低量的标定方法：采用机加工的方法，在模拟锅炉水汽系统的管座角焊缝焊接结构试件靠近小管径一侧的焊趾处，人为加工一系列垂直于小管长度方向不同长度的细裂纹；然后，通过疲劳试验机，在某一位移幅ΔD控制及某一试验频率下，测量并采集不同制造裂纹长度下的循环载荷峰值数据；最后，对系列裂纹长度值及采集到的相应循环载荷峰值数据进行处理，建立裂纹长度增长量Δa与相应循环载荷峰值降低量ΔP之间的对应关系，即Δa＝ai-a0＝fΔPi＝0，1，2，3……；步骤三、试验程序：a、确定试验载荷：按照步骤一中的公式1和公式2，计算管座角焊缝焊接结构靠近小管径一侧的焊趾处最大弯曲正应力所对应的最大试验载荷，从而选择某一试验载荷，所选择的试验载荷不得超过最大试验载荷；b、确定试验位移幅：标定试件施力点处的位移和载荷的关系，确保所施加的位移幅不能超过相应载荷而使得小管径一侧的焊趾处最大弯曲正应力超过材料的屈服强度；c、确定试验频率：确定位移幅后，确定不使位移幅失真的最高试验频率—临界试验频率；试验频率不得超过临界试验频率；d、标定疲劳裂纹萌生长度和循环载荷峰值降低量的关系：按照步骤二所述的标定方法，在某一位移幅控制和某一试验频率下，标定裂纹萌生长度和循环载荷峰值降低量的关系；e、正式试验：将试件安装到试验机上，采用前述步骤中确定的位移幅和试验频率，启动试验机，开始试验；f、观察并记录循环载荷峰值的降低量：根据事先标定的循环载荷峰值降低量与裂纹萌生的关系，即可确定疲劳裂纹萌生长度，相应的疲劳寿命即为疲劳裂纹萌生寿命；将试件彻底做到断裂失效，记录整个疲劳寿命，根据裂纹萌生寿命，推算出裂纹扩展寿命。

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