钢管混凝土桁架拱桥板—管焊接节点热点应力集中系数研究

钢管混凝土桁架拱桥板—管焊接节点应力集中程度高,疲劳问题突出,是影响桥梁寿命的关键因素。基于国际焊接协会提出的热点应力计算方法,利用ANSYS软件建立精细有限元模型,研究各种典型荷载作用下板—管焊接节点焊趾处的热点正应力、热点剪应力集中系数。结果表明:热点正应力集中系数在约1/4焊缝长度处最大,外焊缝大于内焊缝,节点板焊趾大于钢管焊趾,内焊缝钢管焊趾处均为压应力;剪应力集中系数在焊缝两端最大,中间最小,内焊缝钢管焊趾剪应力流方向与外焊缝相反;节点板两端直角构造改为圆弧构造,能显著降低端焊缝热点正应力集中程度;板—管焊接节点处于拉—剪联合作用复杂应力场,应综合考虑正应力、剪应力集中,焊缝端点和约1/4焊缝长度处应力集中程度最高,建议作为疲劳设计的"热点"。     

焊趾TIG重熔层激冷处理后残余应力场有限元分析

用有限元法计算了焊趾TIG重熔及激冷处理后对接接头的残余应力场,并采用盲孔法测试了焊趾部位的残余应力值.计算和测试结果表明:焊态下及焊趾TIG重熔后,焊趾处均为残余拉应力,而对TIG重熔层进行喷淋激冷处理后,则形成残余压应力场.从而可通过改进焊趾TIG重熔工艺,来进一步提高机车车辆转向架等焊接结构的疲劳强度.     

转向架用SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的影响因素

对转向架用SMA490BW钢焊接试样,采用冲击电流为1.5A、冲击时间分别为5,10,15或20min的超声冲击、低温热处理、机械打磨(磨平焊缝余高、打磨焊趾)的处理方法,通过残余应力测试和超声疲劳试验,对比分析应力集中、晶粒细化、残余应力等因素单独作用时对焊接接头超高周疲劳性能的影响程度,并借助扫描电镜观察疲劳断口,分析焊接接头超声冲击前后的裂纹萌生位置变化及失效模式。结果表明:经超声冲击或机械打磨后,焊接试样的疲劳寿命均得到不同程度的提高;磨平焊缝余高对提高焊接接头疲劳寿命最为显著,较原始焊接试样其疲劳寿命可提高约86.4倍;改善应力集中、细化表层晶粒、引入残余压应力对延长焊接接头寿命的贡献比分别约为59%,28%和13%;焊态及冲击态试样的疲劳裂纹大多萌生于焊趾表面,部分冲击态试样的裂纹转而从表面的机械加工的缺陷处萌生,少数从材料内部缺陷处萌生并扩展至断裂失效。     

超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能

为提高转向架焊接构架焊接接头的超高周疲劳性能,分别采用不同冲击参数和冲击方式下的超声冲击和机械打磨,处理动车组转向架用SMA490BW钢的焊接接头,并利用超声疲劳试验系统测试处理前后焊接接头的超高周疲劳性能。通过残余应力测试、金相组织和断口形貌观察,分析用超声冲击和机械打磨提高SMA490BW钢焊接接头超高周疲劳性能的机理。结果表明:在330 MPa应力条件下原始焊态接头的平均疲劳寿命约为0.252×107周次,经机械打磨后疲劳寿命可提高至1.232×107周次,提高约5倍;在2.0A冲击电流下对焊趾及焊根处进行20min的局部超声冲击后,其疲劳寿命可达4.978×107周次,提高约20倍;残余压应力的引入、表层晶粒的细化和焊趾外形的修整是焊接接头疲劳性能得到提高的主要原因;焊接接头经过超声冲击强化后,疲劳裂纹的萌生位置可能从焊趾或焊根处转移到材料表面其他缺陷处。     

钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面焊接残余拉应力峰值位于焊缝附近区域,残余应力呈典型的拉-压分布趋势;内部横向残余应力在焊缝附近的分布状态为外拉内压,并且在上表层具有较大的应力梯度;内部纵向残余应力在焊缝附近为拉应力;随着距焊缝中心线距离的增加,纵横向残余应力皆开始逐渐减小,直至转变为压应力。     

焊前喷砂和焊后热处理对焊接残余应力的影响

用钻盲孔法,研究了转向架用低合金结构钢对接焊试板焊接残余应力的分布、焊前喷砂处理和焊后热处理对焊接残余应力松弛的影响.结果表明,在焊缝区及热影响区存在高焊接残余拉应力,且纵向应力远大于横向应力;焊前喷砂处理能使母材表面形成较大的残余压应力;焊后热处理能够显著降低焊接残余应力,纵向残余应力σx松弛率基本在75%～97%之...     

考虑焊接残余应力下的索梁锚固结构主焊缝受力性能分析

赣江特大桥主桥为跨度300 m的双塔混合结合梁斜拉桥,该桥型系首次在高速铁路上应用,主跨的钢混结合梁索梁锚固系统采用新型锚拉板式结构,其结构形式和施工工艺都进行了较大改进。索梁锚固结构采用焊接工艺,锚固位置受力较为复杂,施焊后焊接残余应力较大。为研究该区域主焊缝受力性能,采用有限元软件ANSYS分别建立锚拉板结构的节段模型和主要受拉焊缝的热-结构耦合模型,对该锚拉板结构连接部位进行考虑焊接残余应力下的受力性能分析。结果表明,焊缝中间区域的最大残余应力未达到屈服,其两侧区域的应力值较小而能够承担较大的外力,焊缝的整体处于弹性工作状态,具有一定的安全储备,但是在设计施工与后期运营中应予以特别重视。     

钢桁梁全焊桁片腹杆与节点焊接连接细节疲劳性能试验研究

为避免焊缝交叉,钢桁梁全焊桁片中,腹杆与节点连接采用带半圆过焊孔的焊接构造。为评估钢桁梁全焊桁片腹杆与整体节点焊接细节抗疲劳性能,对其进行有限元数值模拟及疲劳试验研究。根据实际焊接细节结构特点,基于应力场相似原则完成试验模型设计。利用ANSYS建立实桥结构及试验模型的有限元模型,对应力分布状态及应力集中系数进行比较分析。采用3组9个试件,完成不同应力幅下钢桁梁全焊桁片腹杆与节点连接构造典型焊接细节的疲劳试验,通过数据拟合得到该焊接细节的S-N曲线。结合其他既有疲劳试验数据及欧洲规范、日本规范对该焊接细节疲劳性能进行评估。结果表明:过焊孔与翼缘焊接部位存在较大的应力集中,对焊接节点的疲劳性能有较大削弱;反复荷载作用下,过焊孔与翼缘板交接焊趾处首先产生疲劳裂纹。     

焊接速度对铝合金多道焊焊接残余应力影响研究

采用有限元热弹塑性分析方法对焊接速度与铝合金多道焊焊接残余应力间的影响关系进行模拟。以高速列车中间车铝合金车体K-K端16V(对接6道焊)多道焊为对象,按实际加工工艺,基于有限元软件Sysweld,采用焊接热循环曲线方法对焊接残余应力进行数值仿真分析,然后通过X射线法对焊缝进行残余应力测试,结果表明,数值仿真结果与实验结果相符。参照原始工艺方案,将各道焊焊接速度上下浮动2mm/s,获得另外2个焊接加工方案。分别对3个方案进行数值计算,并分析比较其残余应力。结果表明:多道焊焊接速度越大,纵向残余应力越大,横向残余应力越小;焊接速度的改变对纵向残余应力的影响显著大于对横向残余应力的影响。     

焊补灰铸铁件裂纹时焊接方法对残余应力的影响

实践表明:在焊补箱形铸件上的裂纹时,残余应力水平不足以抵销其挠曲变形。残余应力水平取决于焊接技术,而其变化特性对于所有的焊接技术装备而言是同样的。焊缝的拉伸和剪切变形功取决于焊接方案,同时它也决定了靠近焊缝处是否会出现裂纹的可能性。     

基于UIC和JIS标准的焊接构架疲劳强度对比分析研究

运用UIC标准Goodman-Smith图法和JIS标准的疲劳评价方法,以地铁转向架构架的侧梁焊接结构为研究对象,使用有限元法对其疲劳强度进行对比研究。以JIS标准中的裂纹扩展法和名义应力法分别评估单边角焊缝和背面焊接位置角焊缝的焊根疲劳强度,以UIC标准中的结构应力法评估角焊缝的焊趾疲劳强度。结果表明,使用UIC标准考核构架侧梁焊缝的焊趾满足疲劳强度要求,而使用JIS标准考核构架侧梁焊缝的焊根不满足疲劳强度要求,因此对于焊接构架角焊缝应结合2个标准对其焊趾和焊根综合进行疲劳强度评估。     

天兴州桥正交异性板焊接部位疲劳性能研究

武汉天兴洲桥是特大型公铁两用斜拉桥，其公路桥面采用了正交异性板的构造形成。运用有限元分析软件ANSYS和焊接疲劳试验方法，对正交异性板关键焊接部位（槽型闭口肋嵌补段对接处及闭口肋与横梁焊接处）的疲劳性能进行研究。采用ANSYS建立模型，用公路荷载标准进行桥面板应力分析，确定最不利荷载位置，进而计算得到正交异性板槽型闭口肋嵌补段对接处及闭口肋与横梁焊接处的最大应力幅分别为28．6和39．66MPa。疲劳试验结果表明，焊缝的焊趾是薄弱环节。由疲劳试验得出的槽型闭口肋嵌补段对接焊缝及闭口肋与横梁或横隔板连接焊缝的疲劳容许应力幅分别为89．31和49．14MPa，大于有限元计算得到的最大应力幅，说明正交异性板关键部位的疲劳性能符合要求。     

多条焊缝组合应力场分布研究

对多条焊缝残余应力场分布进行测试研究,结果表明,多维残余应力场分布同多道焊的顺序、工艺等有关,相互之间应力的强弱直接决定着多维残余应力场的分布。焊缝部位残余应力最大,距离多维焊缝25 mm以上拉应力迅速降低接近于0 MPa,50 mm以上基本均为残余压应力。多维残余应力场分布中拉应力分布面积有限,且拉应力随着距焊缝距离的增加迅速衰减,试样端部残余应力均小于内部焊缝处残余应力。主焊缝或最后1道焊在消除残余应力时,应作为主要部位予以重点关注。     

超声波冲击消除钢结构桥梁焊接残余应力的试验研究

根据重庆市江津观音岩长江大桥各梁段和锚拉板的施工制作工艺,以足尺比例制作3个索梁锚固区域锚拉板与工字型截面主梁的连接试件,进行超声波冲击消除钢结构桥梁焊接残余应力的试验研究.结果表明:焊接后,各焊缝存在着相当大的焊接残余应力,很多焊缝平行焊缝长度方向的焊接残余应力在300 MPa(拉应力)以上.实施超声波冲击后,熔透角焊缝X方向的焊接残余应力平均下降50%以上,Y方向平均下降60%以上;丁字型接头焊缝X方向的焊接应力平均下降89.7%,Y方向平均下降96.5%;有些测点的焊接残余应力从拉应力变为压应力.可见,超声波冲击可大幅度削减焊缝的焊接残余应力的峰值(尤其是对高焊接残余应力的焊缝),并能使焊接应力的分布更趋合理化,明显改善锚拉板区域的受力状态,有利于提高焊缝的疲劳强度.     

超声冲击处理对铸钢件焊接残余应力的影响

以B级钢( ZG25 MnNi)焊接结构为对象,对混合气体保护焊焊缝进行了全覆盖超声冲击试验,研究了超声冲击处理对焊接残余应力的影响.焊接残余应力测量结果表明:焊后进行的焊缝全覆盖冲击可以在焊缝表面以下一定深度有效地引入有益的压应力层,从而改善焊接残余应力分布;超声冲击处理对焊接接头残余应力的改善效果强于采用焊前预热等处理工艺;焊前预热和焊后缓冷措施将在一定程度上降低超声冲击后的焊缝不同区域产生的残余压应力.     

铝合金牵缓结构焊接残余应力超声波法测试研究

采用超声波法和盲孔法分别对铝合金牵缓结构相应焊接工艺的对接焊、角接焊试件进行了焊接残余应力测试研究,通过对比,验证了超声波法测试焊接残余应力的可靠性;采用超声波法对牵缓结构关键部位焊接残余应力进行了测试,并对其焊接残余应力水平及分布规律进行了评估。     

钢桥对接焊缝残余应力及变形场数值分析与试验验证

为研究钢桥对接接头焊接残余应力及变形场的分布规律,基于ABAQUS软件建立16mm厚Q345qD钢板多层对接焊三维有限元模型,对焊接残余应力及变形场进行模拟预测,并对模拟结果进行试验验证。结果表明焊接残余应力和变形的数值模拟结果与试验实测值吻合较好。对接接头纵向焊接残余应力沿垂直于焊缝方向成拉-压分布状态,其最大值位于热影响区,约为350 MPa,接近材料的屈服强度;纵向残余应力在距焊缝中心60mm范围内为拉应力。横向焊接残余应力的应力水平相对较低,最大值约为100 MPa。焊接变形主要以平面外变形为主,变形模式为马鞍形,最大变形值发生在试板中部远离焊缝中心的外边缘。     

超声冲击技术消除转向架构架焊接残余应力试验方案分析

为消除转向架构架焊接接头残余应力,尝试应用超声冲击法消除焊接接头残余应力。给出了采用超声冲击测试转向架构架焊接接头残余应力试验方案,测试超声冲击前后工艺条件下,焊接接头残余应力的变化特征和规律。对超声冲击前后焊接接头的微观组织和常规力学性能进行了检查测试。结果表明,超声冲击后焊缝区强度有所提高。     

焊接转向架焊接接头疲劳性能的试验

研究了TIG重熔技术对改善焊接接头焊趾处的硬度和提高其疲劳强度的作用；介绍了车辆焊接转向架焊接接头疲劳性能的试验结果。     

高速动车转向架焊趾TIG熔修工艺研究

文章介绍了对高速动车转向架用耐侯钢SMA490BW对接接头焊趾进行TIG熔修及TIC熔修(退火),对其微观组织、机械性能及焊后残余应力进行对比分析,其结果表明,熔修后不但可以改善焊趾形状,实现焊缝与母材的圓滑过渡,而且可以改.善热影响区的金相组织,提高焊接接头的机械性能,TIG熔修(退火)后可显著降低焊趾处残余应力。