Q500D厚鋼板及其焊接接頭疲勞裂紋擴展速率試驗對比研究

賈朋剛，霍 巖，侯世璞，趙 鵬

(哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040)

0 引言

“碳達峰、碳中和”對能源工業提出了新的要求，抽水蓄能等水電站建設成為我國重點和規模發展的能源領域。高水頭的抽蓄機組座環、蝸殼等部件采用Q500D大厚度鋼板，其抗撕裂性能及焊接技術已基本被攻克[1]。在進行座環、蝸殼等部件的斷裂力學分析時，需考慮裂紋是否會發生斷裂，是否會發生擴展及裂紋發生擴展后的速率大小，涉及到幾個關鍵計算參數，包括Q500D厚鋼板及其焊接接頭的裂紋擴展速率da/dN和裂紋門檻值ΔKth，現階段這些關鍵參數值在國內外文獻中未見報道，工程中只能采用其它材料的參數完成計算，因此目前還無法對抽水蓄能機組座環、蝸殼等部件進行精確的壽命計算[2]。為抽蓄機組深入挖掘Q500D厚鋼板材料潛能，提高機組的壽命計算能力，本文對比分析了Q500D厚鋼板及其焊接接頭的疲勞裂紋擴展速率，并測試研究了Q500D厚鋼板焊縫的裂紋擴展門檻值。

1 試驗概況

1．1 試樣

如圖1所示，本測試采用標準的C(T)試樣，B=12.5 mm，W=50 mm，根據GB/T 6398對于C(T)試樣厚度應符合式(1)，本測試試樣滿足此要求。

圖1 疲勞裂紋擴展及門檻值試樣圖

(1)

1．2 試驗材料

試驗材料為210 mm厚Q500D鋼板，其供貨態熱處理為調質。焊接材料為HS-60NiMo，規格φ1.2 mm，焊接材料的化學成分典型值見表1，力學性能典型值見表2。焊接方法為熔化極氣體保護焊，采用平焊位置焊接，保護氣體為80%Ar+20%CO2富氬混合氣體，預熱溫度不低于100 ℃，層間溫度不高于260 ℃，最大焊道擺寬<16 mm，焊接工藝參數見表3。對焊接接頭進行退火處理，退火工藝為隨爐升溫至(590±10)℃保溫10 h，之后隨爐冷卻至150 ℃以下空冷。

表1 HS-60NiMo焊絲化學……