[发明专利]一种金属材料焊接接头疲劳强度评估方法

权利要求书

1.一种金属材料焊接接头疲劳强度评估方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

(1)对某种金属材料进行平面对接焊接处理，获得带有焊接余高和不均匀组织及性能梯度的焊接接头，并进行去应力退火处理；然后，制备显微硬度试样、垂直于焊接方向的板状焊接疲劳试样和表面形貌表征试样等；

(2)对焊接接头垂直于焊接方向截面上的表层显微硬度进行测试，测得显微硬度HV分布曲线；测试去除余高的光滑焊接接头的高周疲劳性能，并绘制应力-寿命S-N曲线，测得光滑焊接接头的疲劳强度σ_{-1光滑接头}；根据焊接接头的表面几何形态变化和缺陷等可以得到应力集中系数K_t分布曲线；

(3)根据材料疲劳本质上是外部载荷σ_E(外因)和材料性能σ_I(内因)之间竞争的结果，结合材料表面的局部应力集中系数K_t可以得到疲劳风险因子R_f模型，如公式(1)所示；

公式(1)中，σ_I为材料强度；

(4)结合步骤(3)中的公式(1)和步骤(2)获得的各参数曲线，绘制整体焊接接头的疲劳风险因子R_f曲线和最大疲劳风险因子R_{f max}，R_{f max}的位置即最容易发生疲劳断裂的疲劳源；

(5)根据步骤(3)和步骤(4)中的定义和计算，带焊趾的一般焊接接头的最大疲劳风险因子位置一般位于焊趾缺陷处，那么就能够得到焊接接头的最大疲劳风险因子R_{f max焊接接头}；令一般焊接接头的最大疲劳风险因子R_{f max焊接接头}达到光滑焊接接头的最大疲劳风险因子R_{f max光滑接头}，则可以得到带焊趾的一般焊接接头的疲劳强度σ_{-1焊接接头}与光滑焊接接头的疲劳强度σ_{-1光滑接头}的关系；

(6)根据测试光滑焊接接头的疲劳风险因子R_f曲线和最大疲劳风险因子R_{f max}等疲劳风险因子模型的方法，结合焊接接头的显微硬度分布和焊趾处应力集中系数可以预测带有焊趾的一般焊接接头在疲劳风险因子达到R_{f max}时的循环应力，即此焊接接头的疲劳强度。

2.根据权利要求1所述的金属材料焊接接头疲劳强度评估方法，其特征在于：步骤(2)中获得的显微硬度HV分布曲线通过公式(2)关系换算可以得到材料强度σ_I分布曲线；

3.根据权利要求1所述的金属材料焊接接头疲劳强度评估方法，其特征在于：将步骤(2)中获得的光滑焊接接头的疲劳强度σ_{-1光滑接头}代入公式(3)得到外部应力σ_{E光滑接头}分布曲线；

σ_{E光滑接头}＝2σ_{-1光滑接头} (3)。

4.根据权利要求1所述的金属材料焊接接头疲劳强度评估方法，其特征在于：步骤(2)中获得的应力集中系数K_t分布曲线，对于光滑焊接接头，表面应力集中系数恒等于1，对于带焊趾的一般焊接接头，表面应力集中系数在焊趾和表面缺陷处具有突变性，可通过表面形貌表征计算平均值。

5.根据权利要求1所述的金属材料焊接接头疲劳强度评估方法，其特征在于：步骤(4)中获得的R_{f max}位置特征和光滑表面的K_t恒等于1，可以发现疲劳源的位置即显微硬度最低HV_min的位置，那么光滑焊接接头的最大疲劳风险因子R_{f max光滑接头}可以表示为公式(4)：

公式(4)中，HV_min为最小显微硬度。