[发明专利]一种含埋藏裂纹焊接结构的剩余寿命评估方法

说明书

本发明提供了一种含埋藏裂纹焊接结构的剩余寿命评估方法，将焊接结构中实际的埋藏裂纹尺寸通过等疲劳强度法等效成无限长裂纹尺寸，通过确定无限长裂纹的疲劳等级来确定焊接结构实际的疲劳等级，通过焊接结构所需的疲劳等级与实际的疲劳等级的比较，实现了含埋藏裂纹焊接结构的快速评定；该疲劳等级方法评定过程相对简单，实现了快速评定，且评定结果偏于保守。

技术领域

本发明属于焊接结构剩余寿命评估领域，涉及一种含埋藏裂纹焊接结构的剩余寿命评估方法。

背景技术

焊接技术凭借其精确、可靠、低成本和高效连接的特性被广泛应用于工业生产的各个领域。由于焊接结构在材料及几何上的不连续性，加之焊接本身是一个复杂的热物理化学冶金过程，这些因素造成了焊接接头部位材料和力学性能的不均匀性，因此，焊接结构容易发生断裂。在这些事故中，疲劳破坏占90％，而焊接接头更是容易发生疲劳破坏的薄弱部位。

焊接结构在焊接过程中难免会产生各种裂纹，如表面裂纹、埋藏裂纹、穿透裂纹等。当含有裂纹的焊接接头受到外载荷作用时裂纹尖端会产生应力集中，这种应力集中会严重降低焊接接头整体的力学性能，甚至会发生突然断裂的情况。此外，焊接接头中微小的裂纹在应力循环作用下不断扩展，达到临界裂纹尺寸后造成结构失效。

埋藏裂纹因其先天性、后发性、隐蔽性、突显性的特点，是焊接结构中较大的安全隐患。因而对含有埋藏裂纹的焊接结构进行科学合理的疲劳评定是必要的。

目前对含埋藏裂纹焊接结构进行剩余寿命评估多采用断裂力学评定方法，而断裂力学需要进行应力强度因子的计算、疲劳裂纹扩展分析等工作，所要求的工作量比较大，不方便实现对焊接结构疲劳寿命的快速评价。

因此本发明提出的含埋藏裂纹焊接结构的剩余寿命评估方法将实现对含典型埋藏裂纹的焊接结构实现快速评定。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对上述现有技术的不足提供了一种含埋藏裂纹焊接结构的剩余寿命评估方法，采用疲劳等级法评定实现了焊接结构的快速评定，便于对工程问题做出及时快速的决策。

本发明上述解决的技术问题是通过下面的技术方案得以实现的：

本发明提供了一种含埋藏裂纹焊接结构的剩余寿命评估方法，将焊接结构中实际的埋藏裂纹尺寸通过等疲劳强度法等效成无限长裂纹尺寸，通过确定无限长裂纹的疲劳等级来确定焊接结构实际的疲劳等级，通过焊接结构所需的疲劳等级与实际的疲劳等级的比较，实现了含埋藏裂纹焊接结构的快速评定。

一种含埋藏裂纹焊接结构的剩余寿命评估方法，包括以下步骤：

由Paris公式变换，其中a为裂纹深度，N为应力循环数，A、m是应力材料常数，对钢在非腐蚀环境且温度低于100℃条件下A＝5.21x10-13，m＝3；ΔK为应力强度因子范围，其中将其代入Paris公式变换两边积分可得：

其中Y为形状系数，Δσ为应力范围，a_i为初始裂纹深度，即裂纹实际尺寸深度，a_f为临界裂纹深度；采用S-N曲线法，将Paris公式变换式右边项积分得到一个常数，将这个常数划分为10个疲劳等级。

进一步地，通过控制寿命下的等疲劳强度法对各种尺寸的埋藏裂纹进行等效计算，采用等疲劳强度等效时，首先需确定一个寿命，根据裂纹实际尺寸通过Paris变换式可以计算结构失效时埋藏裂纹的强度；根据求出的疲劳强度和寿命再利用公式求出无限长裂纹的强度，获得埋藏裂纹初始深度对应的无限长裂纹深度，即为埋藏裂纹的等效深度；用下列公式：

求解形状系数Y，并用于前述步骤中；基于上述步骤求出的数据绘制埋藏裂纹尺寸等效图和疲劳等级图。