图 1-4 电站水冷壁管外壁疲劳裂纹 

图 1-5 电站汽包内壁热疲劳裂纹 

因为以上的各种原因，考虑温度波动条件下工作部件的疲劳性能标准规范是十分 必要的。虽然现阶段热疲劳现象已得到广泛关注，国内和国外许多研究已经做了热疲 劳试验方法，并有一些实验标准已经被制定下来，但是有一个问题还没有得到解决， 即到今天为止国际上并没有达成一致的标准测试方法。在我们国家，没有国家标准统 一的的热疲劳规范的测试方法。也因为这，导致热疲劳的研究有各种各样的规范，但 它们并没有被一致接受。定性比较法是现代比较常用的一个热疲劳测试的方法。即从 主裂纹扩展到一定长度或指定数量的周期，裂纹的总长度参数被用来作为一个标准来 衡量材料的热疲劳抗力。在国外，比较常用的设备是液体床。但在我们国家，比较缺 乏对热疲劳的研究，因此会出现不一样的试验设施和方案。冷却方式也不一样，有的 在加热炉上直接加热，直接用冷却水进行冷却，这种方法有很多人为因素，很难保证 试验结果的精度。 

焊接接头在工作时承受激冷激热，因此其主要失效形式之一是热疲劳。现在焊接 接头热疲劳试验主要采用高频感应快速加热，高压水流快速冷却的方法。这样能准确 地模拟焊接接头在实际工作中的状况。热疲劳性能的评价也从定性向定量方向发展，今后发展趋势不再是简单测量裂纹数量、长度、宽度 、深度，而是通过测量试样在加 热或冷却过程中应变和应力的变化，得到试样在一个循环周期内应力应变的滞后回线。 通过对曲线的分析，从而更加客观分析焊接接头在热疲劳循环过程中变形情况，这样 才能更准确地预测焊接接头的使用寿命。在影响焊接接头热疲劳性能的因素中，外部 因素只是测试条件的影响，焊接接头的热疲劳抗力主要取决于其组织形态。因而通过 成分设计和热处理工艺可改变焊接接头组织，从而改善热疲劳性能。一方面通过使用 计算机软件如 Thermo-calc 等设计焊接接头合金成分，优化组织使新型焊接接头具有 微细的显微组织和较高的强韧性配合，可提高合金的热疲劳抗力。另一方面，通过焊 接接头表面进行多次处理，可以提高焊接接头的热疲劳性能。采用一种涂层对提高焊 接接头的热疲劳性能效果不是十分明显，如果采用双涂层或多涂层技术，可使合金热 疲劳抗力进一步提高。 

最后，可以通过计算机模拟焊接接头在热疲劳过程中应力变化及其热疲劳裂纹萌 生和扩展情况，并预测其使用寿命，对于提高焊接接头的热疲劳抗力及其使用寿命具 有重要的意义。 

1。2。3 热疲劳性能 

如果温差是周期性变化的，热应力也将随之变化，同时伴随弹性、塑性变形的循 环，塑性变形逐渐积累引起损伤，最后导致破裂。这种因经受多次周期性热应力作用 而遭到的破坏，称热疲劳破坏。焊接时的热疲劳会产生热疲劳裂纹，在焊接接头热应 变最大区域，热疲劳裂纹形成，一般不止一个疲劳裂纹源，而是有几个，裂纹扩展的 方向是沿表面垂直受热方向，并且发展方向是向表面内纵深方向。工作部件的循环温 差、焊缝表面状态以及材料是焊接热疲劳裂纹产生的重要因素。并且周期温差越大， 裂纹越容易形成。金属零件表面是热疲劳裂纹产生的主要区域，并且外表多呈现出龟 裂状。锅炉的过热器、再热器、汽包，汽轮机的汽缸、隔板，都有可能出现热疲劳裂 纹。

由于高温，在热疲劳产生的阶段，材料的基体组织发生结构改变，导致在焊接位 置上热疲劳抗力下降；由于温度过高，导致了表面以及焊接位置裂纹的尖端氧化，甚 至部分熔融加速热疲劳损伤；温度梯度存在于焊接接头的截面上，引起塑性应变最大 温度梯度，促进热疲劳损伤的发生。金属材料的热疲劳抗力不仅与材料的导热系数和比热等热力学性质有关，而且与弹性接触电子、屈服极限的标准差等力学性能有必然 关系。