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汽轮机转子长期服役过程中难免出现局部损伤或结构破坏,替换整个转子不仅技术上复杂,也会造成巨大的经济损失,采用堆焊技术对汽轮机转子进行局部修复是一种可行的方法。25Cr2Ni2MoV钢是一种常用转子钢材料,由于焊接接头是整个焊接转子抗疲劳性能最弱的部位,研究其堆焊焊接接头的疲劳特性对评价汽轮机转子的堆焊工艺及抗疲劳性能至关重要。本文以25Cr2Ni2MoV钢堆焊焊接接头为研究对象,开展了高周疲劳行为和疲劳门槛值试验研究。主要研究内容及结论如下:(1)研究了 550℃×20h和580℃×20h两种热处理和三个应力比R=-1、0.1和0.8对25Cr2Ni2MoV钢堆焊焊接接头高周疲劳行为影响及作用机理。结果表明,随R增大,疲劳强度明显下降,而同一R下热处理影响不大;随疲劳寿命增大,裂纹萌生位置由试样表面逐渐转移到试样内部,断裂位置由母材转移到焊缝;短寿命试样起裂源主要为母材小尺寸锻造缺陷,而长寿命试样起裂源主要为焊缝大尺寸焊接缺陷。热处理和R通过影响裂纹萌生形式和位置进而影响疲劳寿命。(2)研究了 550℃×20h和580℃×20h两种热处理和五个应力比R=0.1、0.3、0.5、0.7和0.9对25Cr2Ni2MoV钢堆焊焊接接头疲劳裂纹扩展行为的影响及裂纹扩展机理。结果表明,随R增大,母材、热影响区和焊缝均表现为da/dN增大,疲劳门槛值△Kth减小;母材在R为0.1和0.7时受热处理的影响不明显,R为0.3和0.5时580℃×20h热处理下抗疲劳性能比550℃×20h热处理好;焊缝在各R下受热处理影响均较小;热影响区受热处理影响情况复杂。低R下,母材近门槛值区的断面出现面型断裂形貌,存在裂纹闭合,此时的△Kth不是材料真正的△Kth;当R≥0.7,面型断裂形貌消失,裂纹闭合较小,对应的△Kth可以认为是材料的固有属性,并建立了估算式。(3)基于所获的堆焊焊接接头不同区域的裂纹扩展速率数据,对比研究了两种用于预测不同R下疲劳裂纹扩展行为的裂纹闭合-裂纹扩展驱动力统一模型的适用性和准确性。简要介绍了 Zhu模型和Kwofie-Zhu模型的基本内容,并采用25Cr2Ni2MoV钢的疲劳裂纹扩展试验数据进行模型验证。结果表明,Kwofie-Zhu模型预测结果更准确,但应用过程涉及参数求解,过程较复杂;Zhu模型应用过程较简单,对CrMoV类钢具有普适性,在预测准确性上弱于Kwofie-Zhu模型。两种模型均在25Cr2Ni2MoV钢堆焊接头近门槛值区和Paris区疲劳裂纹扩展展现出良好的预测结果,验证了将裂纹闭合机制和扩展驱动力机制统一起来去研究疲劳裂纹扩展行为的应力比相关性是合理可行的。