核反应堆关键焊接结构应力腐蚀裂纹失效评估

以沸水堆堆芯围板焊接热影响区应力腐蚀开裂为例进行了裂纹扩展评估研究.采用有限元模拟与试验检测数据验证相结合的方法对焊接热影响区焊接残余应力场及应力腐蚀开裂扩展过程进行模拟.通过有限元方法计算了应力腐蚀开裂裂纹尖端应力强度因子,再根据应力腐蚀裂纹扩展试验数据获得裂纹尖端应力强度因子与裂纹扩展速率的关系,最终预测了沸水堆堆芯围板的使用寿命,解决了重大构件基于应力腐蚀开裂失效的安全评估问题.该研究过程为重大构件的腐蚀疲劳裂纹失效的安全使用提供了可借鉴的方法.     

X80管线钢焊接热模拟热影响区疲劳裂纹扩展行为的分析及预测

通过焊接热模拟方法对X80双相管线钢不同焊接热影响区疲劳裂纹扩展行为进行了研究,并分析实际焊接试样与焊接热模拟试样的热影响区疲劳裂纹扩展行为的差异,讨论了焊接热模拟技术应用于疲劳裂纹扩展寿命预测的可行性。结果表明,当裂纹在粗晶热影响区(CGHAZ)和临界热影响区(ICHAZ)上扩展时,由实际焊接试样与焊接热模拟试样热影响区所测得的疲劳裂纹扩展速率曲线(da/dN-DK曲线)存在明显差异,其原因与显微组织变化引起的裂纹扩展阻力大小不同有关。因此,建议采用实际焊接试样完整的热影响区所测得的da/dN-DK曲线来评估疲劳裂纹扩展寿命。     

不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为

通过腐蚀疲劳试验研究了在H₂S环境中不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳行为及机理，对试样的微观组织、断口和裂纹扩展路径进行了观察.结果表明，X65管线钢焊接接头焊缝的微观组织主要由先共析铁素体、粒状贝氏体和M/A组元构成，M/A组元增大了焊缝的脆性.粗晶热影响区主要由板条贝氏体和粒状贝氏体组成，焊缝和粗晶热影响区的硬度较高，韧性较差.在不同应力幅下X65管线钢焊接接头的腐蚀疲劳机理均为阳极溶解+氢脆混合机制，但低应力幅下腐蚀作用带来的损伤更加显著.随着应力幅的增大，试样的腐蚀疲劳寿命显著降低，裂纹扩展的速率也越快.此外，二次裂纹主要沿着贝氏体板条束的晶界扩展，裂纹尖端在针状铁素体和先共析铁素体处产生了钝化现象，这两类组织有着良好的抗氢脆能力.     

焊接力学不均匀性对316L焊缝扩展裂纹端部场的影响

由于接头组织和材料力学特性的不均匀,特别是当焊接热影响区的硬化对应力腐蚀破裂有重要的促进作用时,核电一回路316L管道焊接接头的应力腐蚀裂纹更容易扩展。考虑到焊接力学不均匀性,本文分析了恒应力强度因子(KI)和恒载荷条件下316L管道焊缝扩展裂纹尖端的局部应力应变场。研究结果表明,由于焊接力学不均匀性和裂纹长度的影响,恒KI和恒载荷条件下,扩展裂纹端部力学场有很大差异;恒载荷对扩展裂纹尖端应力应变的影响比恒KI要大得多。     

Q960E热影响粗晶区疲劳寿命与ΔKth值的关系分析

基于模拟焊接热循环试验及疲劳裂纹扩展试验,对动载结构用高强钢Q960E热影响粗晶区进行了多种应力幅值作用下的疲劳寿命研究.通过得到Paris方程建立了不同焊接热模拟工艺下疲劳裂纹扩展门槛值（ΔK_th）随不同交变载荷下疲劳寿命值的近似线性关系.利用场发射扫描电镜中背散射衍射功能（EBSD）对疲劳裂纹扩展试样中的裂纹尖端进行了晶体学取向分析及扩展机制讨论.结果表明,在应力幅值ΔP固化后,疲劳寿命N随ΔK_th的增大而增加,其延寿微观机理在于组织中的亚结构取向存在差异,所形成的大角度晶界（≥15°）可有效迫使裂纹转向,从而提高材料的疲劳寿命.     

E690高强低合金钢焊接热影响区典型组织在含SO2海洋环境中的应力腐蚀行为对比研究

采用U形弯试样干湿交替腐蚀的实验方法,结合电化学测试和裂纹扩展行为分析,对比研究了E690钢焊接热影响区热模拟组织在模拟含SO_2海洋薄液环境中的应力腐蚀行为及机理。结果表明,E690钢焊接热影响区组织在含SO_2海洋薄液环境中具有较高的应力腐蚀敏感性,其中细晶热影响区组织与母材的应力腐蚀敏感性相对较低,粗晶和临界热影响区组织在该环境中应力腐蚀敏感性很高,裂纹扩展速率较快,且呈加速扩展之势。不同组织U形弯试样经过5 d干湿交替腐蚀实验后均形成应力腐蚀微裂纹,裂纹萌生于马氏体-奥氏体(M-A)组元与铁素体基体之间微电偶腐蚀形成的点蚀坑处。     

坡口形状对GH536焊接接头组织及力学性能的影响

为探讨不同坡口角度对GH536镍基高温合金焊接接头组织及性能的影响,研究了其焊缝中心及热影响区组织、硬度及疲劳裂纹扩展速率。结果表明:随着坡口角度的减小,焊缝尺寸变大,热影响区范围扩大,焊缝中心的组织发生改变,硬度逐渐提高;相同应力强度因子幅条件下,GH536高温合金大角度坡口焊接接头具有较高的疲劳裂纹扩展速率,但小角度坡口的焊接接头疲劳裂纹扩展速率增加相对较快;在设计GH536镍基高温合金焊接坡口时,要综合考虑焊缝开裂的难易程度及疲劳裂纹扩展速率。     

多次补焊对A6N01铝合金焊接接头疲劳性能的影响

通过对多次补焊条件下A6N01铝合金焊接接头进行疲劳试验,获得了不同补焊条件下焊接接头的条件疲劳极限值以及不同区域的裂纹扩展速率,并分析其疲劳断口形貌。结果表明,随着补焊次数增加,接头疲劳极限值减小,三次补焊后其由98.8 MPa下降到89.7 MPa,仍然满足使用要求;焊缝区和热影响区裂纹扩展速率均增大,但热影响区抵抗裂纹疲劳扩展能力优于焊缝区。随补焊次数增加,焊缝区气孔缺陷增多以及热影响区过时效现象加剧是造成焊接接头疲劳性能下降的主要原因。     

力学失配对电子束焊接接头疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了高温合金电子束焊接接头区的疲劳裂纹扩展行为,深入分析了接头区力学失配对疲劳裂纹扩展方向及疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,由于力学不均匀性的影响,电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展具有不稳定性,位于高匹配焊接区的疲劳裂纹偏离原裂纹扩展方向,跨越焊接区与母材,呈复合型扩展;焊接区疲劳裂纹的集团使得裂纹尖端有效应力强度因子减小,因而焊缝区裂尖局部有效裂纹扩展驱动力下降,导致接头的疲劳裂纹扩展速率下     

EH36钢焊接接头海水腐蚀疲劳性能及断裂机制

以EH36钢焊接接头为研究对象,研究了其在南海实际海水环境下不同应力范围的腐蚀疲劳寿命及腐蚀疲劳断裂机制。根据DNV-RP-C203标准中规定修正实际海水环境腐蚀疲劳试验结果,修正后的S-N曲线方程为lg N=15.414-4.005lg Δσ。从S-N曲线上可看出,EH36钢焊接接头在实际海水中寿命随着疲劳应力范围的增大而显著降低,其腐蚀疲劳性能优于DNV-RP-C203标准模拟海水环境下的焊接接头的腐蚀疲劳性能。采用扫描电镜观察焊接接头腐蚀疲劳断裂面发现,腐蚀疲劳裂纹源区主要发生在焊接接头表面,分析原因为焊接接头表面产生的腐蚀坑周围具有显著的应力集中,导致裂纹萌生。腐蚀疲劳裂纹扩展区宏观上较为平坦,焊接接头表面多处裂纹源区产生的撕裂棱在此区域汇合成一条撕裂棱;微观上裂纹扩展区出现了明显的疲劳台阶和二次裂纹,裂纹扩展方式主要为穿晶;腐蚀疲劳瞬间断裂区主要形貌为韧窝,断裂形式主要为塑性断裂。 创新点： 基于成组法疲劳寿命预测理论,得出EH36钢在南海海水环境下的焊接接头的S-N曲线。同时结合微观分析方法研究焊接接头腐蚀疲劳断裂面微观特征,揭示实际海水自由腐蚀环境下EH36钢焊接接头腐蚀疲劳机制。     

不同疲劳载荷下工业纯钛再结晶热处理对疲劳裂纹扩展行为影响

本文开展热处理后工业纯钛TA2不同载荷水平下疲劳裂纹扩展实验,考虑裂尖塑性变形程度,研究疲劳裂纹扩展规律以及热处理状态对疲劳裂纹扩展不同阶段的适应性。结果表明,不同疲劳载荷下热处理对疲劳扩展速率产生不同的影响。A类加载热处理后的疲劳裂纹扩展速率下降是由于近门槛区有效载荷的降低,以及近门槛值的提高。B类加载下热处理对有效载荷以及裂尖塑性变形几乎没有什么影响。C类与D类加载下热处理后裂尖塑性变形受到限制,而导致疲劳裂纹扩展速率下降。     

Nb对ZG35Cr25Ni12性能的影响

研究了铌对ZG35Cr25Ni12的热疲劳性能的影响,并对裂纹的扩展进行了分析,结果表明:适量的铌可以明显降低耐热钢在20～900℃循环条件下裂纹扩展速率.     

8090Al—Li合金的疲劳裂纹扩展

研究了8090型Al—Li合?疲劳裂纹扩展行为以及组织结构和环境的影响,结果表明,在空气中,自然时效和欠时效?现出最好的疲劳裂纹扩展阻力,其次是峰时效状态,而过时效状态的疲劳裂纹扩展阻力最低,在3.5%NaCl水溶液中,时效状态对疲劳裂纹扩展行为有着同空气中相同的影响规律,但在同样的时效条件下,在3.5%NaCl水溶液中的疲劳裂纹扩展阻力要比空气中的低,在相同的应力强度因子范围△K作用下,缺口短裂纹和物理短裂纹均表现出比长裂纹高的扩展速率,用位错的平面滑移性和循环滑移可逆性解释了时效的影响,用裂纹的闭合效应和裂纹尖端塑性区尺寸说明了长短裂纹扩展行为的差别。     

FATIGUE CRACK PROPAGATION IN Al-Li ALLOY 8090

Fatigue crack growth rates of Al-Li alloy 8090 in air were found to be strongly dependent up-on the aging conditions.The naturally aged and underaged specimens showed the highest re-sistance to the fatigue crack propagation.The fatigue crack growth resistance of the overagedspecimen is the lowest and that of the peakaged specimen in between.As compared to air,3.5% NaCl solution does not change the effect of aging conditions on the fatigue crackgrowth,but causes a decrease of the resistance to the fatigue crack growth under the same ag-ing condition.Both short cracks from notch and physically short cracks showed much higherrates of fatigue crack propagation in comparison with long cracks under the same aging condi-tion and stress intensity level.The growth behavior of the short crack depends on its type.Thegrowth rate of short crack from notch decreases first to a minimum and then increases with in-creasing △K.However,the physically short crack grows at a progressively increasing rate.The effects of aging conditions are explained in terms of the slip planarity of dislocations andthe cyclic slip reversibility.The observed short crack behavior is considered to be dependent onthe crack closure and the local plasticity near the crack tip.     

热不匹配应力对热障涂层表面裂纹扩展的影响

本文采用扩展有限元方（XFEM）法研究了高温下热失配应力对热障涂层表面裂纹扩展的影响。结果表明在热失配应力的影响下,表面裂纹的位置、倾斜角度和长度对裂纹扩展的长度、能量释放率和裂尖的应力水平有着显著的影响;对于初始长度相同的裂纹,界面波谷处裂纹扩展长度最长,能量释放率最大;倾斜角度越大,裂纹扩张长度越短,应变能越大;裂纹初始长度越大,裂纹的扩展长度越长且扩展速率越快,能量释放率越大。存在多条表面裂纹的情况下其裂纹扩展相互影响。     

EFFECT OF CREEP FRACTURE TOUGHNESS ON CRACK INITIATION AND PROPAGATION UNDER CREEP FATIGUE INTERACTION

本文研究了蠕变断裂韧性对三种低合金Cr-Mo-V钢在蠕变一疲劳交互作用下裂纹开裂和扩展的影响.试验表明,材料韧性对裂纹开裂和扩展起重要作用,脆性状态时,裂纹开裂时间比蠕变时短,二者间的裂纹扩展速度无明显差别;韧性状态时,裂纹开裂时间不仅比蠕变时短,而且其裂纹扩展速度比蠕变时大得多.此外,低合金Cr-Mo-V钢经蠕变一疲劳交互作用后有脆化倾向,其脆性程度取决于钢的原始韧性值.韧性状态时,蠕变-疲劳交互作用显著促使三种Cr-Mo-V钢由韧性向脆性转变;而在脆性状态时,这种脆性转变不明显。     

GH864合金蠕变/疲劳裂纹扩展速率及a-N曲线分析

研究了GH864合金不同保载时间下650℃蠕变/疲劳裂纹扩展行为,分析了裂纹扩展过程中蠕变和氧化的作用,以及a-N曲线的转折点含义。结果表明:保载5s时GH864合金以穿晶断裂为主,疲劳作用占主导;保载90s时GH864合金以沿晶断裂为主,蠕变作用占主导。利用Saxena模型可较好地表征本实验条件下650℃蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展速率曲线,可估算较高应力强度因子和较低应力强度因子的裂纹扩展速率。另外,用Saxena模型可求出蠕变和疲劳的表达式,对比分析高温蠕变/疲劳交互作用的裂纹扩展过程中蠕变和疲劳的作用及所占的比例。最后针对a-Ni/Nf、da/dN-a曲线及da/dN-N曲线变换中出现的拐点,结合断口形貌分析了转折点对应的含义。高温合金及其它材料的裂纹扩展速率曲线也适用于以上曲线分析方法。     

环境诱导氢致断裂的非比例过载效应

研究连续充氢条件下短时非比例过载对４２ＣｒＭｏ钢／０．５ｍｏｌ／Ｌ Ｈ２ＳＯ４体系氢致断裂寿命的影响。结果表明；短时非比例过载对于ＨＩＦ的影响较之比例过载更为严重     

Corrosion fatigue behavior of dissimilar metal weldments under nominal constant ΔK loading mode in a simulated BWR coolant environment

Corrosion fatigue behavior of the dissimilar metal weldment, Alloy 52-A508, under a simulated BWR coolant condition was studied. Corrosion fatigue crack growth rates of the dissimilar metal weldments were observed to increase with crack extension under the nominal constant ΔK loading mode. It could be accounted for by a decrease in the Cr and Ni contents and the crack closure effect with the weld depth. Finite element analysis on the welding residual stress was performed. The trend of analytical results agreed well with that of the residual stress measurements obtained by a hole-drilling strain gauge method.     

AlLY12爆炸焊接界面疲劳裂纹的扩展行为

采用纯铝／硬铝（Al/LY12)爆炸复合板通过电子束焊接制得界面裂纹四点弯曲试样,由于强度错配,Al/LY12界面裂纹顶端局部的变形是锐化与钝化的复合型,但在疲劳载荷下其整体裂端应力应变场仍然可由纯1型应力强度因子主导,可以采用和单材料试样相同的方式进行界面裂纹的疲劳扩展行为研究,界面裂纹可在较低的外载水平下启努扩展,但爆炸焊接界面存在的波纹使得界面裂纹的扩展速率出现波动,并且阻碍裂纹的扩展,相同外载下Al/LY12界面裂纹的疲劳扩展速率低于单材料LY12的疲劳扩展速率。