钢桁结合梁整体节点及细节构造设计与研究

研究目的:(1) 研究确定腹杆与节点板间合理的连接方式,使腹杆与节点板间传力简捷明确,腹杆端部应力分布均匀,提高腹杆抗疲劳性能;(2) 研究确定横梁与弦杆间合理的连接方式,使横梁上翼缘接头构造满足结构疲劳性能要求,避免与之连接的下弦杆竖板发生层状撕裂破坏;(3) 研究确定钢桁结合梁桥整体节点细节构造,使受力复杂的整体节点传力简捷明确,避免应力集中,改善结构疲劳性能.研究结论:(1) 腹杆与节点板间采用全截面拼接,腹杆应力分布均匀,节点刚度大,杆件抗疲劳性能好.(2) 横梁上翼缘接头板与弦杆间采用大弧过渡及熔透焊缝,焊缝质量等级要求为Ⅰ级,焊缝端部要求打磨锤击处理,可满足此处焊接疲劳性能要求.弦杆与横梁相交处,弦杆竖板突出30 mm并采用Q370qE-Z25钢材,可避免此处弦杆竖板发生层状撕裂.(3) 在整体节点及其它钢结构设计细节中,贯彻大弧、缓坡、打磨、锤击等防裂、防断措施.可有效提高整体节点和其它细节构造的疲劳性能,满足结构抗疲劳性能要求.     

不锈钢车体板材搭接与对接激光焊接接头的拉伸断裂行为研究

用1.5mm厚、牌号为301L-DLT、301L-HT的不锈钢冷轧板分别制备搭接部分熔透、无填料对接的激光焊接试件以研究焊缝结构对断裂行为和机械性能的影响。试件激光焊缝的金属柱状晶直径为10~20μm,金相组织为γ奥氏体和少量δ铁素体;焊缝平均硬度为HV 215。实验结果显示:试件的热影响区很窄,晶粒尺寸为20~30μm;301L-HT板材的搭接接头断裂模式为外板拉伸断裂,对接接头为焊缝断裂,2种接头的断裂变形都较小;301L-DLT板材的搭接接头表现为焊缝拉-剪断裂,对接接头为板断裂,2种接头的断裂变形都很大;301LDLT板材焊件的断裂强度略高于301L-HT板材的同类焊件,同一板材的对接接头断裂强度高于搭接接头;301L板材的激光焊缝柱状晶金属的抗弯性能优异,抗拉强度超过800MPa。     

16MnDR钢中厚板激光-电弧复合焊接工艺研究

文章设计实验研究了12 mm厚16Mn DR钢板对接接头不同钝边尺寸条件下的激光-电弧复合焊接工艺,观察分析了不同打底方式下的焊缝微观组织,并测量了不同打底方式下焊缝的显微硬度。结果表明,在合适的焊接工艺条件下,能够获得成形良好的焊接接头,且与单激光自熔打底焊相比,激光-电弧复合焊硬度梯度小,焊接效率高。与传统弧焊工艺相比,激光-电弧复合焊的线能量降低39%,焊丝消耗量减少了76%,焊接效率提高220%,具有明显优势。     

高速动车组转向架自动焊接工艺研究

按照相关焊接工艺评定规程,采用带脉冲的数字逆变电源,对全熔透的对接接头、开坡口全熔透的T型接头和不开坡口的角焊缝接头进行了自动焊接工艺评定,为自动焊技术在高速动车组转向架制造中的全面推广应用提供试验依据.     

不锈钢车体非熔透激光搭接叠焊工艺研究

采用非熔透激光搭接叠焊方法对板厚组合分别为(0. 8+1. 5) mm和(1. 0+2. 0) mm的301L不锈钢板进行焊接,探究不同焊接工艺参数对焊缝形貌及力学性能的影响,结果表明:不锈钢搭接叠焊接头的拉剪强度随焊缝熔宽增大而增加;当焊缝熔宽固定时,拉剪强度随下板熔深增大缓慢增加,当下板熔深为下板厚度的约60%时达到最大值,之后随下板熔深增大缓慢减小;下板熔深对拉剪强度的影响不明显,但对下层板的热影响(氧化色)非常显著,下板熔深达到0. 3 mm就足以满足拉剪强度的要求,为了确保背面无热影响痕迹,当焊缝熔宽满足要求时,下板熔深对于拉剪力的影响可以忽略不计。     

焊接对钢板Z向性能的影响

以上海闵浦大桥下弦杆整体节点板与斜撑杆翼缘板之间的T形接头为工程背景,分别采用埋弧自动焊、实芯焊丝CO2气体保护焊和手工电弧焊三种方法各焊接2组十字全熔透焊接接头,按照有关规范进行Z向拉伸试验.结果表明,钢板的Z向抗拉强度与轧制方向的抗拉强度基本相当;焊接能使钢板的Z向抗拉强度提高1%～3%;分别采用埋弧自动焊、CO2气体保护焊和手工电弧焊时,钢板的Z向断面收缩率均小于母材,且减小的幅度依次增大;在计算层状撕裂敏感性指数时,可不考虑焊接方法的影响;推荐采用埋弧自动焊或CO2气体保护焊.     

钢轨闪光焊接头灰斑特性及成因分析

灰斑是钢轨闪光焊接头中常见的缺陷,对钢轨焊接接头质量有直接的影响.本文通过研究挤出瘤中的夹杂物组织及其形态,并在钢轨闪光焊完成预热烧化后终止焊接作业,取样分析,以探究灰斑的形成原因.结果表明:焊接过程中熔融金属与氧发生反应,各种成分通过扩散作用不断聚集,最终在焊缝局部区域形成硅酸盐夹杂物.受焊接工艺影响及夹杂物流动性差异,顶锻阶段少部分夹杂物未被挤出,从而在焊缝内部形成灰斑.     

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.     

GE柴油机曲轴平衡块焊接工艺分析与研究

GE机车柴油机曲轴平衡块采用焊接方式连接。通过对GE曲轴平衡块解剖试验分析表明:GE曲轴平衡块焊接接头形式为K型对接接头;焊缝未采用全焊透形式;采用强度等级低于母材的焊接材料;采用多层多道焊和先焊中间焊缝再焊端部焊缝等焊接工艺;焊后的热处理工艺为正火处理。根据解剖试验分析结果和焊接工艺分析,进行了焊接试验,试验结果表明,42CrMo与20~#异种钢焊接接头力学性能不低于母材(20~#钢)指标,焊接质量可达到预期要求,为引进、消化、吸收GE柴油机曲轴的制造技术打下了基础。     

A6N01S-T5铝合金激光-MIG复合焊接头的性能及疲劳寿命分析

采用激光-MIG(Metal-Inert Gas)复合焊对12 mm厚的A6N01S-T5铝合金进行焊接试验,并对焊接接头进行性能测试,结果表明:焊接接头成型良好,无明显气孔及未熔合等缺陷;焊缝组织为典型的树枝状晶的铸态组织,打底层焊缝宽度约2mm,热影响区宽度约9 mm,均明显比盖面层焊缝(约3 mm)和热影响区的宽度(约12 mm)窄,且接头有明显的软化现象;在等幅、等频率交变应力作用下,载荷应力比越大,焊接接头疲劳寿命也就越短。     

城市轨道交通客车异种钢焊接工艺性能研究

针对某城市轨道交通客车底架端部中枕梁组成(550W碳钢)与纵梁组成(301LN不锈钢)之间的异种钢焊接工艺性能,根据相关资料及标准,选择气体保护电弧焊(GMAW),使用ER309LSi焊丝进行焊接工艺试验.通过探伤检测、力学性能检测、低倍焊缝组织观察及硬度检测等方式,验证550W碳钢和301LN不锈钢之间的焊接工艺性能...     

滨北桥钢板及焊接接头质量标准研究

滨北线松花江公铁两用钢桁梁桥处严寒地区哈尔滨,设计最低温度为-43.1℃时,桥梁用结构钢Q370q E、Q420q E的各项力学性能指标在规范中没有规定,因此有必要开展钢板及焊接接头质量标准研究。根据断裂力学原理,以防断裂设计即结构材料所具有的断裂抗力Kc必须高于结构物所要求的最高断裂驱动力KI(KC≥KI)为理论依据,通过试验数据确定采用Q370q E、Q420q E高强度结构钢作为滨北桥的结构用钢,得出钢板焊缝的强度、韧性以及钢板的断裂抗力、焊缝冲击功等指标的设计限值及板厚与温度的变化关系,为确保滨北桥钢板及焊接接头技术指标的要求,提出焊缝的韧性与钢材强度的韧性相匹配原则。     

空气弹簧气室压力对地铁车辆转向架焊接构架疲劳强度的影响

针对焊接构架侧梁内腔作为空气弹簧附加气室的地铁转向架,运用国际铁路联盟给出的Goodman-Smith疲劳极限法,以转向架焊接构架上盖板单边角焊缝、下盖板和内部加强筋板双边角焊缝为研究对象,在EN 13749标准的主要运营工况下,分析考虑空气弹簧气室压力交变作用对焊接构架侧梁角焊缝焊趾疲劳强度的影响。结果表明:考虑空气弹簧气室压力的交变作用时,上盖板单边角焊缝疲劳特性相比于不考虑空气弹簧气室压力的交变作用会明显恶化,而下盖板和内部加强筋板双边角焊缝疲劳特性变化不明显。因此,针对焊接构架侧梁角焊缝进行疲劳强度评估时,需要考虑空气弹簧气室压力的影响更为合理。     

国内外不锈钢车体点焊、弧焊缝疲劳机理与评估研究

基于不锈钢车体的研发生产过程,分析阐述了疲劳中最为关键的点焊、弧焊缝的疲劳机理。对比分析了国外相关标准中点焊、弧焊缝疲劳评估方法,并依据标准阐述了具体接头类型的评估。     

转向架构架局部结构优化与轻量化研究

降低结构的应力集中效应、改变结构几何形状和减小结构几何尺寸是实现转向架焊接构架轻量化和提高疲劳强度的有效途径。文章以某转向架构架结构为例,基于DVS 1612标准的结构疲劳强度评估方法和规定的焊接接头质量等级,采用对结构高应力集中效应区域进行局部焊接接头优化和局部结构形状优化,将焊接构架抗侧滚扭杆安装座与侧梁下盖板连接焊缝的疲劳强度材料利用度由大于1.773分别降低到0.704和0.871,同时实现了侧梁下盖板、辅助纵梁内外立板板厚的减小以及横梁钢管壁厚的减小,满足疲劳强度的前提下,实现了构架轻量化与局部结构优化的目标。     

薄板点焊结构有限元建模方法研究

点焊是铁路不锈钢车体广泛采用的焊接技术,用于连接金属薄板结构或帽型结构。一个典型不锈钢车体包含约三万个点焊,在车体结构分析中详细创建每个点焊的有限元模型是不现实的,需要用简单的模型代替。文章介绍了薄板点焊结构有限元模型的七种创建方法,从动力学角度分析了试样各种有限元模型的振动特性,并与试验结果进行对比,旨在得出一种适合不锈钢点焊车体结构振动分析的点焊模型。     

砂卵石地层撕裂刀布置对刮刀磨损的影响研究

研究目的:砂卵石地层空间分布不均、磨蚀性强,盾构在该类地层中开挖时经常出现掘进效率低、刀具磨损严重的情况,为实现砂卵石地层盾构安全高效掘进,开展撕裂刀布置对刮刀的磨损影响研究。本文以北京新机场线"磁一"区间工程为背景,根据区间砂卵石地层分布特征及刀具磨损的保护需要,对撕裂刀及刮刀进行分区、分层布置设计,提出三种组合布置模式;开展盾构现场原位试验,利用现场观测断面及监测断面,对盾构掘进过程中刀具的磨损状态进行跟踪测试与分析。研究结论:(1) B模式刀具布置可以有效降低刮刀的磨损,刀具布置时应优先选用此模式;(2)撕裂刀对刮刀的保护作用随着距离的增加迅速减小,有效保护距离为单倍刀宽;(3)该研究结果可为砂卵石地层盾构刀具的布置提供理论依据及参考。     

高速不锈钢车体结构设计

基于不锈钢材料强度高、无涂装、免维修、耐腐蚀能力强及使用寿命长,但只适宜采用点焊工艺的特点,研究了高速不锈钢车体结构设计的关键问题是骨架连接接头的设计和侧墙外板的优化。参考日本轻型不锈钢车辆的技术设计了高速不锈钢车体结构,车体骨架的连接采用通用型连接接头,侧墙外板采用双薄板,并对其进行结构静力和模态分析。     

接头组对间隙对激光电弧复合焊背部成形的影响

以转向架构架常用材料S355作为试验材料,采用激光-MAG复合焊方法,研究了打底焊时接头组对间隙对背部焊缝成形的影响。通过0~1.2 mm范围的6组不同的组对间隙试验得出,在其他参数不变的情况下,组对间隙对背部焊缝成形具有显著影响。背部焊缝宽度的平均值随着组对间隙的增加先增大后减小,余高平均值随着接头组对间隙的增加而逐渐减小;间隙为0.4 mm、0.6 mm、0.8 mm时背部成形良好,且宽高比与接头间隙呈正相关。0~1.2 mm为可应用的接头组对间隙范围。