压力容器和压力管道等特种设备中的焊接缺陷对设备的安全运行存有重大安全隐患,各国也已制定了含缺陷结构的相关安全性评估标准或规范。随着我国承压设备向大型化、高参数化方向发展及相应检验要求的提高,在某些紧急情况下需对检出缺陷快速做出评价,而目前国内评价方法尚未达到这一要求。英国BS 7910标准在合于使用原则下基于质量等级法能够实现含缺陷结构快速评估,但标准中关于质量等级法适用于裂纹缺陷的理论基础及裂纹等效原理尚缺乏系统的论述。本文针对裂纹类缺陷的疲劳问题,探讨质量等级法的理论基础,并对其中的等效方法、影响因素进行分析讨论,为我国相关标准的制定提供理论基础;Q420R钢作为新纳入承压设备中强度级别较高的材料,其应用范围日渐广泛,尤其适用于移动式压力容器设备,该材料基于质量等级法的快速评价适用性值得研究,因而本文也通过对Q420R材料进行接头疲劳试验,分析研究新材料的相关疲劳性能及其带缺陷结构的基于质量等级疲劳快速评定的适用性。首先,本文以轴向力作用下的表面半椭圆形裂纹为研究对象,研究了表面半椭圆形裂纹等效为无限长裂纹的理论基础,提出了等疲劳寿命和等疲劳强度两种裂纹等效方法。基于这两种等效方法,对不同参数尺寸下的表面裂纹进行疲劳扩展计算,并将结果与英国BS 7910标准进行比较分析;绘制了表面半椭圆形裂纹的缺陷尺寸等效图和缺陷质量等级图。研究结果表明,基于等疲劳寿命和等疲劳强度这两种等效方法计算的缺陷尺寸等效值基本一致,且与BS 7910中标准值的相对误差均较小,在10%以内,这两种等效方法能够比较准确地反映BS 7910中绘制缺陷尺寸等效图的基本原理。根据提出的裂纹等效方法对不同形态和不同载荷下的裂纹进行疲劳扩展等效计算,绘制了相应的缺陷尺寸等效图和质量等级图。研究结果表明,弯曲应力下的表面半椭圆裂纹和轴向力下的中心埋藏裂纹计算结果较好,误差在合理的范围内,而关于轴向力下的偏心埋藏裂纹扩展模式的原理探讨难度较大,计算结果与BS 7910中标准值之间尚存在一定差距;在对不同形态和不同载荷下的裂纹进行疲劳扩展等效计算过程中,等疲劳寿命与等疲劳强度两种等效方法相比,等疲劳强度法在准确度和稳定性上均要比等疲劳寿命法更据优势,所以等疲劳强度法作为裂纹间的等效方法更适合。最后,通过对Q420R钢对接接头按照成组法进行疲劳试验验证该材料焊接接头的质量级别,绘制出其高存活率、高置信度下的P-S-N曲线,并与双对数坐标下的质量等级曲线进行对比分析;同时对疲劳断口的宏观形貌与微观结构进行观察,分析各区的疲劳特征。试验结果表明,存活率P=97.7%,置信度γ=95%下的P-S-N曲线与Q1等级线基本重合。符合Q1等级对应对接接头的细节类型要求,反映出该种接头应力流线较好,抗疲劳能力较佳;同时也可从侧面反映出Q420R材料疲劳性能较好,满足该材料的一般焊接结构适用于快速评价要求;从断口的宏观形貌与微观结构中都能发现比较符合疲劳断裂的典型断口特征。