CN112945769B - 一种焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法 - Google Patents
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Abstract
一种焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法，在处理后的标准紧凑拉伸试样上施加交变载荷以预制疲劳裂纹；在疲劳裂纹尖端的应力强度因子恒定条件下，进行低周疲劳裂纹扩展试验，绘制疲劳裂纹扩展速率与疲劳裂纹长度的曲线；将裂纹长度与微区对应，获得裂纹长度‑接头微区的对应关系，得到焊接接头中焊缝区‑热影响区‑母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线，从而评价焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区。本发明能够保证焊接接头完整性的同时，保证焊接接头的疲劳裂纹扩展主要受各微区残余应力、显微组织结构梯度、材料内部及表面缺陷等内部因素的影响，可作为金属焊接结构及金属梯度材料的低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价。
Description
技术领域
本发明属于焊接接头领域，具体涉及一种焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法。
背景技术
疲劳断裂是焊接结构失效的一种主要形式，约占失效结构的90％，而疲劳断裂是由于焊接结构在循环载荷的作用下，由于应力集中等原因，引起疲劳强度降低而产生裂纹，最终由裂纹的扩展而导致结构失效。疲劳裂纹在扩展过程中分为三个阶段：近门槛值阶段(裂纹形核)、高速扩展阶段(Paris区)(稳态扩展)和最终断裂阶段(失稳扩展)，其中裂纹扩展寿命主要决定于高速扩展阶段，随着应力强度因子范围-△K的提高，裂纹扩展速率升高，当疲劳循环的最大应力强度因子Kmax接近材料的KⅠc时(失稳扩展)，裂纹扩展速率急剧增加导致构件断裂。
焊接结构的焊接接头具有成分、组织及力学性能方面的不均匀性，焊接接头不同微区的裂纹的敏感性(裂纹扩展寿命)有所不同，整个焊接结构的低周疲劳裂纹扩展寿命主要取决于焊接接头的低周疲劳裂纹扩展寿命的薄弱区。疲劳裂纹扩展通常与内部因素(接头的残余应力、显微组织结构、材料内部及表面缺陷)与外部因素(裂纹长度、形状、位置及加载状况、试样的几何形状等)有关。考虑到外部因素对裂纹扩展的影响，传统上采用单独微区试样检测法来评价焊接接头各微区的内部因素对裂纹扩展的影响，分别检测焊缝区(WZ)、热影响区(HAZ)及母材区(BM)的裂纹扩展寿命，然后进行比对，从而评价出焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能的薄弱微区。但对于微区尺寸较小的焊接接头很难截取出独立微区的标准紧凑拉伸C(T)试样，同时破坏了接头中的残余应力分布。因此，为更准确地对焊接接头的低周疲劳性能薄弱微区进行评估，开发出一种新的能够保证焊接接头完整性的评估方法是必要的。
发明内容
本发明的目的提供一种焊接接头的低周疲劳性能薄弱微区的评价方法，该工艺能够保证焊接接头完整性的同时，排除裂纹扩展到接头不同微区中裂纹长度、形状、位置及加载状况、试样的几何形状等外部因素对裂纹尖端的应力强度因子的影响，保证焊接接头的疲劳裂纹扩展主要受残余应力变化、显微组织结构梯度、材料内部及表面缺陷等各微区内部因素的影响，满足准确评估焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的需求。
为达到本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：
一种焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法，包括以下步骤：
S1、按照疲劳裂纹扩展速率的试验标准，在焊接接头板中切取试样，并加工标准紧凑拉伸试样，并对标准紧凑拉伸试样前和后表面进行厚度减薄处理；
S2、在处理后的标准紧凑拉伸试样上施加交变载荷以预制疲劳裂纹；
S3、在疲劳裂纹尖端的应力强度因子恒定条件下，进行低周疲劳裂纹扩展试验，采集裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点，绘制疲劳裂纹扩展速率与疲劳裂纹长度的曲线；
S4、根据所得疲劳裂纹扩展速率与裂纹长度的曲线关系，将裂纹长度与微区对应，获得裂纹长度-接头微区的对应关系，得到结合疲劳裂纹扩展速率-裂纹长度的数据结果，从而得到焊接接头中焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线，从而评价焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，标准紧凑拉伸试样切口方向垂直于焊缝方向。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，切口尖端位于焊缝内侧，且距离焊缝中心线大于0.1B和切口宽度h。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，所述焊接接头中焊缝的宽度大于4mm。
本发明进一步的改进在于，步骤S1中，焊接接头中的焊缝横截面的上端和下端的宽度相同。
本发明进一步的改进在于，步骤S2中，采用大于疲劳裂纹扩展试验最大力值的力产生疲劳裂纹，并将该力分级降到试验最大力值，每级下降率不大于20％。
本发明进一步的改进在于，步骤S3中，应力强度因子的恒定控制值选取钛合金在高速扩展阶段的12-26MPa m1/2范围内。
本发明进一步的改进在于，步骤S3中，采用柔度法测量疲劳裂纹的长度；采用2kN的最大载荷，10Hz的加载频率，载荷波形为正弦波，R＝0.1的应力比进行低周疲劳裂纹扩展试验。
本发明进一步的改进在于，步骤S4中，微区通过以下过程确定：采用砂纸由低到高粒度进行标准紧凑拉伸试样表面打磨，并抛光，然后采用Kroll试剂进行腐蚀，最后通过光学显微镜拍摄宏观裂纹形貌并记录裂纹所在各微区位置。
本发明进一步的改进在于，步骤S4中，通过image-j测量焊接接头各微区内的裂纹长度。
与现有焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能微区的评价技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过控制裂纹尖端的恒定△K的方法，实现了通过整个接头中裂纹扩展速率的变化来判定焊接接头中低周疲劳性能的薄弱微区。焊接接头中低周疲劳裂纹扩展性能的薄弱微区为疲劳裂纹扩展速率陡然增大的微区。本发明的评价方法能够保证焊接接头完整性的同时，保证焊接接头的疲劳裂纹扩展主要受各微区残余应力、显微组织结构梯度、材料内部及表面缺陷等内部因素的影响，可作为各种焊接方法制备的金属焊接结构及金属梯度材料的低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价，为提高梯度金属材料疲劳裂纹敏感性提供参考。本发明的低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法适用于但不限于各种焊接方法制备的焊接接头中，可延伸使用于各种梯度金属材料。
进一步的，步骤S1中，为保证焊接接头的完整性及对焊接接头各微区的低周疲劳性能的比对，所述C(T)试样取向为C(T)试样切口方向垂直于焊缝方向，保证疲劳裂纹沿焊缝横截面进行扩展。
进一步的，步骤S1中，为保证预制的疲劳裂纹坐落在焊缝中心线处，所述焊接接头中焊缝的宽度大于4mm。
进一步的，步骤S1中，焊接接头中的焊缝横截面的上和下端的宽度相同，以排除焊缝横截面的前/后端面尺寸差异对裂纹扩展速率的影响因素。采用车削+磨削的方法对C(T)试样前和后表面进行减薄加工。
进一步的，步骤S2中，为保证预制裂纹后疲劳裂纹在焊接接头中扩展速率测试结果的稳定性，需使所述预制疲劳裂纹最后一级的最大力值不超过开始记录疲劳裂纹扩展试验数据时的最大力值。
进一步的，步骤S3中，所述裂纹扩展试验过程中，控制疲劳裂纹尖端的应力强度因子(△K)恒定，应力强度因子△K的恒定控制值可选取钛合金在高速扩展阶段的12-26MPam1/2范围内。
附图说明
图1为C(T)试样取样示意图，其中，(a)为C(T)试样的取样方向，(b)为C(T)试样横截面的磨削量示意图，其中，黑色虚线方框为磨削后试样的厚度(C(T)试样前/后两表面的焊缝宽度几近相等)。
图2为不同应力强度因子下的TC4裂纹扩展速率。
图3为裂纹形貌与微区坐标测量对应图。
图4为实施例1、实施例2、实施例3激光焊接得到的TC4接头的低周疲劳裂纹扩展速率-裂纹长度/WZ到HAZ距离的分布数据图。其中，1#为实施例1，2#为实施例2，3#为实施例3。
具体实施方式
根据本发明的精神，结合具体实施例将本发明做进一步的详细说明。
本发明提供一种焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法，区别于传统的独立微区的低周疲劳裂纹扩展性能的测试评价，本发明通过控制疲劳裂纹尖端ΔK的恒定，对完整焊接接头横截面进行各微区疲劳裂纹扩展性能的表征，实现了对完整焊接接头的裂纹扩展敏感微区的评价。具体包括以下步骤：
S1、标准紧凑拉伸C(T)试样准备：在焊接接头板中切取试样，包括以下步骤：
1)试样轮廓位置加工：根据焊接接头组织沿横截面呈梯度变化的特征，按照疲劳裂纹扩展速率的试验标准，加工标准紧凑拉伸C(T)试样。试样取向为C(T)试样切口方向垂直于焊缝方向。利用焊接接头横截面组织及力学性能的对称结构，对横截面半个焊接接头进行疲劳裂纹扩展速率测试，需保证C(T)试样切口切入焊缝中。采用的C(T)试样切口从母材/热影响区/焊缝一端切入接头，需使切口尖端位于焊缝内侧，距离焊缝中心线应大于0.1B和切口宽度h，不能小于1mm，通常可选2mm的尺寸。
2)试样截面位置加工：采用车削与磨削的方法对C(T)试样前和后表面进行厚度减薄处理，去掉前和后表面一定厚度的金属，。
S2、预制疲劳裂纹：在所述试件上施加交变载荷以预制疲劳裂纹。采用比疲劳裂纹扩展试验最大力值更高的力产生疲劳裂纹，并把这个力分级降到试验最大力值，每级下降率不得大于20％。采用柔度法测量疲劳裂纹的长度，预制裂纹长度为2mm。
S3、疲劳裂纹扩展试验：采用柔度法测量疲劳裂纹的长度，记录裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点。具体的，采用2kN的最大载荷，10Hz的加载频率，载荷波形为正弦波，R＝0.1的应力比进行低周疲劳裂纹扩展试验。当裂纹扩展进入母材区，裂纹扩展速率变得稳定后，停止试验。裂纹扩展试验过程中，控制疲劳裂纹尖端的应力强度因子范围(△K)恒定，即疲劳裂纹长度范围内裂纹尖端的应力强度因子范围ΔK保持恒定。采用柔度法测量疲劳裂纹的长度，记录裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点，采集裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点，绘制疲劳裂纹扩展速率与疲劳裂纹长度的曲线；
S4、疲劳裂纹坐落微区标定：采用金相制备法对低周疲劳裂纹扩展速率测试后的C(T)试样进行磨样、抛光、腐蚀，保证清晰分辨包含疲劳裂纹形貌的焊接接头各微区所在位置。采用光学显微镜拍摄宏观裂纹形貌并记录裂纹所在各微区位置。
S5、焊接接头各微区疲劳裂纹扩展速率结果：将裂纹长度与微区对应，获得裂纹长度-接头微区的对应关系，得到结合疲劳裂纹扩展速率-裂纹长度的数据结果，从而得到焊接接头中焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线；
S6、焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价：根据焊接接头中焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线的结果，评价焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区。在焊接接头各微区低周疲劳裂纹扩展速率测定的试验中，所测得的整个接头中疲劳裂纹扩展速率是连续变化的，裂纹扩展速率出现陡然增大的坐标点所在微区便是焊接接头中低周疲劳性能的薄弱微区。
上述步骤S1中，为保证焊接接头的完整性及对焊接接头各微区的低周疲劳性能的比对，所述C(T)试样取向为C(T)试样切口方向垂直于焊缝方向，如图1中()a所示。保证疲劳裂纹沿焊缝横截面进行扩展。
为保证预制的疲劳裂纹坐落在焊缝中心线处，所述焊接接头中焊缝的宽度需大于4mm。
步骤S1中，所述焊接接头中的焊缝横截面的上和下端的宽度几近相同，如图1b所示。以排除焊缝横截面的前/后端面尺寸差异对裂纹扩展速率的影响因素。采用车削+磨削的方法对C(T)试样前/后表面进行减薄加工。
上述步骤S2中，为保证预制裂纹后疲劳裂纹在焊接接头中扩展速率测试结果的稳定性，需使所述预制疲劳裂纹最后一级的最大力值不超过开始记录疲劳裂纹扩展试验数据时的最大力值。预制裂纹长度为2mm，通常预制2mm的疲劳裂纹。
上述步骤S3中，所述裂纹扩展试验过程中，控制疲劳裂纹尖端的应力强度因子(△K)恒定，应力强度因子△K的恒定控制值可选取钛合金在高速扩展阶段的12-26MPa m1/2范围内，如图2所示。
并采用柔度法测量疲劳裂纹的长度，采集裂纹扩展速率(da/dN)与裂纹长度(a)的坐标点，绘制疲劳裂纹扩展速率与裂纹长度的da/dN-a曲线。
上述步骤S4中，为了把疲劳裂纹长度与焊接接头的微区坐标对应起来，采用砂纸由低到高粒度进行C(T)试样表面打磨，并抛光，采用Kroll试剂：1～3％氢氟酸混合2～6％HNO3水溶液对抛光后的C(T)试样进行腐蚀，以显示C(T)试样焊接接头处的微区位置。
所述记录裂纹所在各微区位置便于将疲劳裂纹长度与焊接接头的微区坐标对应关系，如图3所示。
上述步骤S5中，通过image-j测量焊接接头各微区内的裂纹长度结合柔度法测得的疲劳裂纹扩展速率-裂纹长度的数据结果得到所述焊接接头中焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率曲线分布的结果，如图4所示。
上述步骤S6中，所述控制钛合金同质焊接接头中裂纹尖端的恒定△K为14.2MPam1/2，焊接接头中低周疲劳裂纹扩展性能的薄弱微区出现在热影响区(HAZ)，且各微区疲劳裂纹扩展性能优劣的次序依次为：FZ>BM>HAZ，如图4所示。
通过控制裂纹尖端的恒定△K的方法，实现了通过整个接头中裂纹扩展速率的变化来判定焊接接头中低周疲劳性能的薄弱微区。焊接接头中低周疲劳裂纹扩展性能的薄弱微区为疲劳裂纹扩展速率陡然增大的微区。
步骤S1-S6中，这种低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法适用于但不限于各种焊接方法制备的焊接接头中，可延伸使用于各种梯度金属材料。
本发明提出基于焊接接头各微区残余应力、显微组织结构梯度、材料内部及表面缺陷等内部因素对疲劳裂纹扩展敏感性的不同，采用裂纹尖端恒定△K的控制，以焊接接头中横截面不同微区的疲劳裂纹扩展速率的大小评价焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能的薄弱微区。
下面为具体实施例。
实施例1
S1、采用激光焊对TC4同质合金进行焊接，焊接工艺参数为：功率P＝5kW，焊接速率v＝1m/min，激光光斑直径D＝0.8mm，离焦量f＝-2mm。在焊态激光焊接头板中切取标准紧凑拉伸C(T)试样，包括以下步骤：
1)按照疲劳裂纹扩展速率的试验标准，加工标准紧凑拉伸C(T)试样，试样取向为C(T)试样切口方向垂直于焊缝方向，如图1中(a)所示。C(T)试样切口从母材/热影响区/焊缝一端切入接头，切口尖端位于焊缝内侧距离焊缝中心线大约2mm处。
2)采用车削与磨削的方法对C(T)试样前/后表面进行厚度减薄处理，去掉前/后表面一定厚度的金属，使焊缝横截面的上/下端的宽度几近相同，如图1中(b)所示。
S2、在所述试件上施加交变载荷以预制疲劳裂纹，采用2kN的最大载荷，10Hz的加载频率，载荷波形为正弦波，R＝0.1的应力比预制裂纹。采用2.258kN的力产生疲劳裂纹，实际预制裂纹最后一个循环最大载荷1.207kN，按照每级下降率15％的下降率将力分级降到1.207kN。预制疲劳裂纹长度为2mm。
S3、采用柔度法测量疲劳裂纹的长度，记录裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点数据(da/dN-a)。控制焊接接头中裂纹尖端的恒定△K为14.2MPa m1/2，当裂纹扩展进入母材区，裂纹扩展速率稳定在1.0e-4～1.5e-4mm/cycle范围内时，停止试验。
S4、对疲劳裂纹扩展速率测试后的C(T)试样进行磨样、抛光，并采用Kroll试剂：1～3％HF混合2～6％HNO3水溶液进行腐蚀，采用光学显微镜拍摄并测量宏观裂纹长度记录裂纹所在各微区的位置坐标点。
S5、结合柔度法采集的裂纹长度-疲劳裂纹扩展速率的数据结果，根据裂纹长度-微区的坐标点，可以得到焊接接头微区位置坐标点-裂纹扩展速率的结果。即焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线结果，如图4中1#所示。
S6、测得的整个接头中疲劳裂纹扩展速率是连续变化的，裂纹扩展速率出现陡然增大的坐标点所在微区便是焊接接头中低周疲劳性能的薄弱微区，如图4中1#所示，在HAZ出现裂纹扩展速率从1.0e-4mm/cycle到2.2e-4mm/cycle的陡然增大，HAZ是TC4激光焊接头的低周疲劳薄弱微区，且各微区疲劳裂纹敏感性依次排序为：HAZ>BM>FZ。
实施例2
S1、采用激光焊对TC4同质合金进行焊接，焊接工艺参数为：功率P＝5kW，焊接速率v＝2m/min，激光光斑直径D＝0.8mm，离焦量f＝-2mm。在焊态激光焊接头板中切取标准紧凑拉伸C(T)试样，包括以下步骤：
1)按照疲劳裂纹扩展速率的试验标准，加工标准紧凑拉伸C(T)试样，试样取向为C(T)试样切口方向垂直于焊缝方向，如图1a所示。C(T)试样切口从母材/热影响区/焊缝一端切入接头，切口尖端位于焊缝内侧距离焊缝中心线大约2mm处。
2)采用车削与磨削的方法对C(T)试样前/后表面进行厚度减薄处理，去掉前/后表面一定厚度的金属，使焊缝横截面的上/下端的宽度几近相同，如图1b所示。
S2、在所述试件上施加交变载荷以预制疲劳裂纹，采用2kN的最大载荷，10Hz的加载频率，载荷波形为正弦波，R＝0.1的应力比预制裂纹。采用2.258kN的力产生疲劳裂纹，实际预制裂纹最后一个循环最大载荷1.207kN，按照每级下降率15％的下降率将力分级降到1.207kN。预制疲劳裂纹长度为2mm。
S3、采用柔度法测量疲劳裂纹的长度，记录裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点数据(da/dN-a)。控制焊接接头中裂纹尖端的恒定△K为14.2MPa m1/2，当裂纹扩展进入母材区，裂纹扩展速率稳定在1.0e-4～1.5e-4mm/cycle范围内时，停止试验。
S4、对疲劳裂纹扩展速率测试后的C(T)试样进行磨样、抛光，并采用Kroll试剂：1～3％HF混合2～6％HNO3水溶液进行腐蚀，采用光学显微镜拍摄并测量宏观裂纹长度记录裂纹所在各微区的位置坐标点。
S5、结合柔度法采集的裂纹长度-疲劳裂纹扩展速率的数据结果，根据裂纹长度-微区的坐标点，可以得到焊接接头微区位置坐标点-裂纹扩展速率的结果。即焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线结果，如图4中2#所示。
S6、测得的整个接头中疲劳裂纹扩展速率是连续变化的，裂纹扩展速率出现陡然增大的坐标点所在微区便是焊接接头中低周疲劳性能的薄弱微区，如图4中2#所示，在HAZ出现裂纹扩展速率从0.8e-4mm/cycle到1.8e-4mm/cycle的陡然增大，HAZ是TC4激光焊接头的低周疲劳薄弱微区，且各微区疲劳裂纹敏感性依次排序为：HAZ>BM>FZ。
实施例3
S1、采用激光焊对TC4同质合金进行焊接，焊接工艺参数为：功率P＝5kW，焊接速率v＝3m/min，激光光斑直径D＝0.8mm，离焦量f＝-2mm。在焊态激光焊接头板中切取标准紧凑拉伸C(T)试样，包括以下步骤：
1)按照疲劳裂纹扩展速率的试验标准，加工标准紧凑拉伸C(T)试样，试样取向为C(T)试样切口方向垂直于焊缝方向，如图1a所示。C(T)试样切口从母材/热影响区/焊缝一端切入接头，切口尖端位于焊缝内侧距离焊缝中心线大约2mm处。
2)采用车削与磨削的方法对C(T)试样前/后表面进行厚度减薄处理，去掉前/后表面一定厚度的金属，使焊缝横截面的上/下端的宽度几近相同，如图1b所示。
S2、在所述试件上施加交变载荷以预制疲劳裂纹，采用2kN的最大载荷，10Hz的加载频率，载荷波形为正弦波，R＝0.1的应力比预制裂纹。采用2.258kN的力产生疲劳裂纹，实际预制裂纹最后一个循环最大载荷1.207kN，按照每级下降率15％的下降率将力分级降到1.207kN。预制疲劳裂纹长度为2mm。
S3、采用柔度法测量疲劳裂纹的长度，记录裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点数据(da/dN-a)。控制焊接接头中裂纹尖端的恒定△K为14.2MPa m1/2，当裂纹扩展进入母材区，裂纹扩展速率稳定在1.0e-4～1.5e-4mm/cycle范围内时，停止试验。
S4、对疲劳裂纹扩展速率测试后的C(T)试样进行磨样、抛光，并采用Kroll试剂：1～3％HF混合2～6％HNO3水溶液进行腐蚀，采用光学显微镜拍摄并测量宏观裂纹长度记录裂纹所在各微区的位置坐标点。
S5、结合柔度法采集的裂纹长度-疲劳裂纹扩展速率的数据结果，根据裂纹长度-微区的坐标点，可以得到焊接接头微区位置坐标点-裂纹扩展速率的结果。即焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线结果，如图4中3#所示。
S6、测得的整个接头中疲劳裂纹扩展速率是连续变化的，裂纹扩展速率出现陡然增大的坐标点所在微区便是焊接接头中低周疲劳性能的薄弱微区，如图4中3#所示，在HAZ出现裂纹扩展速率从1.1e-4mm/cycle到1.7e-4mm/cycle的陡然增大，HAZ是TC4激光焊接头的低周疲劳薄弱微区，且各微区疲劳裂纹敏感性依次排序为：HAZ>BM>FZ。
根据图3的图像，利用image-j测量焊接接头各微区内的裂纹长度，可以计算出裂纹长度除以WZ到HAZ距离的横坐标比值。结合柔度法采集的裂纹扩展速率-裂纹长度的数据，可以得到图4的裂纹扩展速率-裂纹长度/WZ到HAZ距离的数据图。
从图4可以看出，实施例1、实施例2、实施例3的3种焊接接头中，在横坐标为1.0时疲劳裂纹扩展速率开始出现波动，在1.2处开始逐渐趋于稳定，结合图3可知，裂纹突变区间坐落于HAZ内，即HAZ为焊接接头疲劳裂纹扩展性能薄弱微区。
本发明基于焊接接头各微区残余应力、显微组织结构梯度、材料内部及表面缺陷等内部因素对疲劳裂纹扩展敏感性的不同，通过断裂力学的疲劳裂纹尖端△K的恒定控制，实现完整焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能的薄弱微区的评定。可延伸使用于各种金属梯度材料低周疲劳裂纹扩展性能的薄弱微区评价。
本实施例仅用以说明本发明方法，并非限定方法所涉及的对象、参数范围，本领域工作人员对本发明的做的其它修改或同等替换，只要不脱离本发明的精神范围，均应涵盖在本发明的专利的权利要求范围之中。
Claims (1)
1.一种焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按照疲劳裂纹扩展速率的试验标准，在焊接接头板中切取加工标准紧凑拉伸试样，并对标准紧凑拉伸试样前和后表面进行厚度减薄处理；
S2、在处理后的标准紧凑拉伸试样上施加交变载荷以预制疲劳裂纹；
S3、在疲劳裂纹尖端的应力强度因子恒定条件下，进行低周疲劳裂纹扩展试验，采集裂纹扩展速率与裂纹长度的坐标点，绘制疲劳裂纹扩展速率与疲劳裂纹长度的曲线；
S4、根据所得疲劳裂纹扩展速率与裂纹长度的曲线关系，将裂纹长度与微区对应，获得裂纹长度-接头微区的对应关系，得到结合疲劳裂纹扩展速率-裂纹长度的数据结果，从而得到焊接接头中焊缝区-热影响区-母材区的疲劳裂纹扩展速率分布曲线，从而评价焊接接头低周疲劳裂纹扩展性能薄弱微区；
步骤S1中，标准紧凑拉伸试样切口方向垂直于焊缝方向；
步骤S1中，切口尖端位于焊缝内侧，且距离焊缝中心线不能小于1mm；
步骤S1中，所述焊接接头中焊缝的宽度大于4mm；
步骤S1中，焊接接头中的焊缝横截面的上端和下端的宽度相同；
步骤S2中，采用大于疲劳裂纹扩展试验最大力值的力产生疲劳裂纹，并将该力分级降到试验最大力值，每级下降率不大于20%；
步骤S3中，应力强度因子的恒定控制值选取钛合金在高速扩展阶段的12-26 MPa m1/2范围内；
步骤S3中，采用柔度法测量疲劳裂纹的长度；采用2kN的最大载荷，10 Hz的加载频率，载荷波形为正弦波，R=0.1的应力比进行低周疲劳裂纹扩展试验；
步骤S4中，微区通过以下过程确定：采用砂纸由低到高粒度进行标准紧凑拉伸试样表面打磨，并抛光，然后采用Kroll试剂进行腐蚀，最后通过光学显微镜拍摄宏观裂纹形貌并记录裂纹所在微区位置；
步骤S4中，通过image-j测量焊接接头各微区内的裂纹长度。
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