疲勞通常是指材料在受到變動(dòng)載荷作用下的行為。由于橋梁鋼應(yīng)用于公路和鐵路橋梁，要長期在變動(dòng)載荷狀態(tài)下工作，一旦形成裂紋源，裂紋易在變動(dòng)載荷下擴(kuò)展直至斷裂，因此研究橋梁鋼疲勞裂紋擴(kuò)展速率是十分必要的。焊接是橋梁鋼應(yīng)用于橋梁的主要連接手段，因此對于高強(qiáng)度橋梁鋼焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展速率的研究具有實(shí)際意義。本文利用高頻疲勞試驗(yàn)機(jī)對高強(qiáng)度橋梁鋼的母材、焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展速率進(jìn)行了測定，確定焊接接頭不同部位的Paris公式和疲勞裂紋門檻值。

實(shí)驗(yàn)鋼為高強(qiáng)度橋梁鋼，板厚20mm，其主要化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)為：0.12C、0.40Si、1.50Mn、0.0097P、0.0085S、0.042Nb、0.184Mo、0.012Ti、4×10-5N、余量Fe；力學(xué)性能Rel=480MPa、Rm=655MPa、Rel/Rm=0.73、δ=21.64%，組織組成為貝氏體、鐵素體和少量珠光體。

焊接試驗(yàn)將橋梁鋼板材加工成V型坡口，進(jìn)行CO2氣體保護(hù)自動(dòng)對接焊。焊接層間溫度為150～250℃，單面分三層焊接，單面坡口角度為22.5°，焊接電流270～350A，電壓36～39V，焊速9～11mm/s。焊接材料采用H08Mn2Si焊絲。

疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)備為PLG-100高頻試驗(yàn)機(jī)。根據(jù)GB/T6398-2000的規(guī)定，選取標(biāo)準(zhǔn)SE(B)試樣，跨距S取4W。缺口分別開在焊縫、HAZ及母材處，試驗(yàn)前將試樣表面磨光，然后從切口頂端開始畫出間距為1mm的刻度線，以便確定預(yù)制的疲勞裂紋長度和記錄裂紋擴(kuò)展性能。在試驗(yàn)過程中逐一記錄裂紋長度ai及相應(yīng)的載荷循環(huán)次數(shù)Ni，其中裂紋長度ai采用10倍放大鏡監(jiān)測，載荷循環(huán)次數(shù)Ni由試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)顯示。當(dāng)裂紋擴(kuò)展到（0.6～0.7）W時(shí)停止試驗(yàn)。綜合考慮試件疲勞裂紋開裂速度、一根疲勞試件試驗(yàn)的時(shí)間、試件應(yīng)力狀態(tài)及試驗(yàn)機(jī)工作狀態(tài)等因素，確定本次疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的加載：靜載荷Pm=6.2kN，動(dòng)載荷=5.8kN，加載頻率為80～85Hz。將裂紋長度a與循環(huán)數(shù)N的記錄值隨時(shí)標(biāo)在坐標(biāo)紙上。

經(jīng)過分析測定，高強(qiáng)度橋梁鋼焊縫的Paris公式為da/dN=2.5858E-09（△K）2.86276，疲勞裂紋門檻值為6.6822MPa·m1/2。熱影響區(qū)的Paris公式為da/dN=9.2487E-09（△K）2.77892，疲勞裂紋門檻值為5.2817MPa·m1/2。母材的Paris公式為da/dN=4.2036E-08（△K）2.15102；疲勞裂紋門檻值為4.8809MPa·m1/2。高強(qiáng)度橋梁鋼焊接接頭中焊縫抗裂紋擴(kuò)展能力最高，其次為熱影響區(qū)，最后為母材。焊縫的疲勞斷裂模式為穿晶斷裂為主，母材的斷裂模式以沿Z字形路徑擴(kuò)展的沿晶斷裂為主，熱影響區(qū)的斷裂模式介于兩者之間。（榕霖）