焊接作为复杂结构制造不可或缺的手段之一，焊接接头的几何、材料和应力不连续性使其成为结构的最薄弱环节之一。面对当今火电机组部件正承受频繁开停车以及与新能源并网所引起的复杂载荷特点，研究机组关键材料焊接接头的低周疲劳以及蠕变-疲劳损伤与断裂行为具有重要的学术价值和工程意义。
近年来，人们对焊接接头蠕变的IV型失效问题研究发现，焊接接头严重削弱了母材的使用寿命。然而，热影响区的尺寸限制了传统力学测量方法的应用，导致焊接接头常被简化为均质材料，很难获得准确的力学参量。焊接接头的局部损伤行为预测一直是研究的热点和难点之一。
本研究以P92钢焊接接头为研究对象，开展了600°C时的低周疲劳和蠕变-疲劳试验研究。通过热模拟方法制备出热影响区中细晶区与粗晶区材料，测试获得了各微区的力学性能参数，实现了焊接接头在低周疲劳和蠕变-疲劳载荷下的局部变形与断裂位置的数值预测，并与试验结果进行比较。研究结论如下：
(1) 低周疲劳的循环软化率随应变幅值增加而增加，过高的应变幅值使软化率趋于饱和；蠕变-疲劳载荷下，拉伸保载明显增加软化率，且高于压缩保载。
(2) 结合焊接温度场的模拟与试验分析结果，获得了焊接接头细晶区和粗晶区的热处理工艺，基于热模拟材料，得到细晶区和粗晶区的统一粘塑性模型参数。
(3) 有限元结果表明，蠕变-疲劳载荷作用下焊接接头的失效位置为细晶区，与蠕变-疲劳试样的试验结果一致。该数值模拟方法可以推广用于复杂焊接结构的断裂位置预测。
论文信息：Xiaowei Wang, Wei Zhang, Jianming Gong, Yong Jiang. Experimental and numerical characterization of low cycle fatigue and creep fatigue behaviour of P92 steel welded joint. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2017, DOI: 10.1111/ffe.12722.
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