大型钢结构厚板对接焊接变形试验研究

针对国内外现有预测钢板对接焊接变形的经验公式不适用于大型钢结构厚板的现状,结合南京长江第三大桥钢塔的制造,开展厚板足尺模型对接焊接变形试验研究.结果表明:为了减小焊接变形,必须对厚板对接坡口尺寸进行优化,并采用合理的焊接顺序,对于非对称X形坡口,宜先焊大坡口侧,后焊小坡口侧,对于不同板厚应合理预设反变形;结构自承对焊接变形影响较大;厚板对接焊接的横向变形随板厚的增加而线性增大;纵向变形与焊缝面积成正比,且随着板厚增加而减小;角变形随板厚的增加呈指数趋势减小.依据试验结果,给出厚板对接焊接横向、纵向变形和角变形的预测经验公式.     

钢结构厚板母材及其焊接影响区的Z向冲击性能试验

为研究厚板及其焊缝在z向下的冲击性能,积累Z向冲击功的数据,为今后衡量评价z向性能提供实验依据,采用Q345B结构钢材,针对厚度60一165mm的板,在不同尺寸焊缝的十字形连接下沿轧制方向和板厚方向（z向）取样,在常温和低温下进行夏比y形缺1：2冲击试验。分析冲击功的变化规律,并用Bohzman函数进行拟合并分析韧脆转变温度。对试样断1：2进行电镜扫描分析。研究结果表明：z向取样,温度降低皆会对冲击韧性产生较大的影响,板厚及焊缝尺寸的增加也会对冲击韧性产生不利的影响,但相对较低。     

14MnNbq,16Mnq钢及其焊接冲击韧性CVN试验研究

为全面了解铁路钢桥用材料的冲击韧性,对常用桥梁钢14MnNbq和16Mnq钢各种板厚的母材以及焊缝、熔合线试样进行系列温度冲击试验。对702个CVN冲击试验数据应用对数数学分析模型进行回归,得到桥梁钢和焊缝的通用计算表达式。研究结果表明:两种钢材的冲击韧性为三个区域带,即14MnNbq钢母材、14MnNbq钢焊缝和熔合线、16Mnq母材和焊缝;三个带的转脆起始温度依次为-30℃,-10℃和10℃;冲击功上台阶依次约为200J,150J和100J。     

Q500qE高性能桥梁钢断裂韧性CTOD试验研究

针对不同厚度规格的Q500q E高性能桥梁钢母材和焊接接头,在不同温度条件下进行了断裂韧性CTOD试验,旨在系统研究Q500q E高性能桥梁钢母材及其焊接接头的断裂抗力随温度的变化规律。试验结果表明:随着温度的降低,32和44 mm板厚Q500q E母材的断裂韧性变化不大,但60 mm板厚Q500q E母材的断裂韧性在温度降至-40℃以下后,有较大幅度的降低;各种板厚的Q500q E焊缝的断裂韧性都比母材低;随着温度的下降,Q500q E焊缝的断裂韧性大幅降低,特别是44和60 mm板厚Q500q E焊缝。说明Q500q E焊缝的抗断性能,尤其是低温抗断性能比母材要差很多。评定结果表明:除60 mm板厚Q500q E母材-50℃时的CTOD值外,其它各种板厚Q500q E母材的CTOD值均在失效评定曲线FAD图的可接受区域内,其断裂韧性值是合格的;32,44,60 mm板厚的Q500q E焊缝,仅有常温及32 mm板厚在-20℃的断裂韧性是合格的,与母材相比,Q500q E焊缝的低温抗断性能较差。所以,对于Q500q E高性能桥梁钢需要进一步加强对焊缝性能的改善研究。     

沪通长江大桥Q500qE钢的适用性研究

为满足世界上跨度最大的公铁两用斜拉桥——沪通长江大桥的建造要求,从母材基本性能、工厂制造性能和设计参数3个方面研究Q500qE钢的拉伸、低温韧性和防断性能,切割、焊接和热矫形加工性能,以及结构安全储备、疲劳抗力和压杆稳定折减系数。结果表明:Q500qE钢在具有高屈服强度的同时还具有良好的塑性;16和32mm厚的Q500qE钢板在11~-50℃的环境温度下具有良好的防断能力,44和60 mm厚的Q500qE钢板在低于-40℃时低温防断性能有所降低;Q500qE钢的焰切和焊接工艺性良好,对接焊缝、熔透角焊缝、坡口角焊缝和T形角焊缝的表观和内部质量均能达到质量要求;Q500qE钢的焊接矫形温度不应超过750℃,而且在屈强比不大于0.86时具有与普通钢材相当的安全储备;Q500qE钢结构的疲劳设计可采用现有规范中的疲劳抗力设计指标。基于各国相关规范的研究思路和有限元计算结果给出了Q500qE钢压杆稳定折减系数的推荐值。     

重载铁路钢轨焊接接头磨耗特征研究

本文对重载线路钢轨焊接接头与母材相对磨耗进行了测量与分析,测量结果分析表明,热处理钢轨焊接接头相对磨耗明显大于热轧钢轨,且钢轨强度越高,磨耗越严重;铝热焊接头磨耗明显大于闪光焊.影响焊接接头不均匀磨耗的主要因素是接头部位的硬度;对接头磨耗与硬度关系的分析表明,钢轨焊接接头(含软化区)平均硬度与母材接近相等时,接头与母材磨耗量也大致相当,此时,接头热处理区(或焊缝及热影响区)硬度约为母材的1.05倍.建议在重载铁路条件下,对于高强度热处理钢轨的焊接应分情况处理:铝热焊应进一步提高焊缝硬度,闪光焊应进一步优化接头热处理工艺.     

钢桥面板对接焊缝表面多缺陷疲劳效应研究

为探明钢桥面板对接焊缝焊趾区域共面及异面表面多缺陷在裂纹扩展过程中的形态变化及相互作用机制,以钢桥面板U肋下翼缘对接焊缝简化后的基本焊接构造为研究对象,探明对接焊缝焊接区域的应力强度因子K_I分布,并在验证ABAQUS与FRANC3D数值模拟方法可靠性的基础上,对焊趾区域植入的共面或异面多裂纹进行多裂纹扩展分析。研究结果表明：含余高对接焊缝在轴拉荷载作用下,焊趾线附近存在应力强度因子K_I的峰值点;相邻共面裂纹在扩展至临界深度的过程中存在裂纹融合前、裂纹融合时及裂纹融合后3个典型的扩展阶段,不同阶段裂纹前沿形态及扩展速率da/dN变化可通过等效应力强度因子幅值ΔK_eff的分布来体现;共面裂纹融合前,单裂纹靠近另一裂纹长轴端点的裂纹相互作用比例因子随净间距s₁与裂纹深度a比值呈幂次负相关性;对接焊缝异面裂纹中焊趾处裂纹对热影响区裂纹存在抑制作用,并随着裂纹尺寸差异的累计增加,焊趾处裂纹对热影响区的抑制作用呈线性扩大,最终使得热影响区裂纹ΔK_eff低于门槛值ΔK_th     

QT400-18AL球铁细晶强韧化热处理工艺研究

采用正交试验分析了温度、保温时间和冷却速率对QT400-18AL低温冲击韧性和抗拉强度的影响,研究了Cr等强碳化物元素导致其低温冲击韧性下降的机理,并采用热处理技术降低晶界偏析并提高晶粒度等级,从而提升材料的低温冲击韧性和抗拉强度。结果表明:Cr等强碳化物形成元素超标,使韧性大幅降低。通过超高温均匀化退火,低温冲击韧性在提升的同时晶粒粗大导致抗拉强度有所下降。采用细晶强韧化热处理工艺可以同时提升抗拉强度和低温冲击韧性。     

和谐HX_D1型机车构架侧梁立板焊缝X射线探伤工艺的研究

分析了用现有探伤工艺透照HXD1型机车构架立板不等厚对接焊缝存在的问题,根据X射线管辐射侧倾效应,提出把射线焦点中心向厚板方向平移适当距离,并在普通透照电压的基础上适当提高管电压,用以增加透照厚度宽容度而不降低照相灵敏度的工艺方法。通过多次现场试验,探索出HXD1型机车构架立板不等厚对接焊缝的最佳工艺参数。     

14MnNbq钢焊接热影响区韧性研究

芜湖长江大桥14MnNbq钢梁实际焊接生产中，厚板焊接采用多层焊，这样热影响区（HAZ）的每个区域可能会承受多次加热，当采用较大线能量焊接时，多次受热后的HAZ有可能进一步脆化，为了便于研究。文中采用Gleeble-1500热模拟试验机模拟14MnNbq钢焊接热影响区各区域的热循环，形成一个单一均匀放大的区域进行试验。进而确定最脆区域及其韧性，针对焊接过热脆化问题，将14MnNbq钢与国外常用的桥梁钢SM490C进行了对比试验，通过在相同的加热及冷却条件下，不同峰值时模拟热影响区的组织及韧性分析，对比两种钢对过热脆化的敏感性，由试验结果表明，14MnNbq钢焊接HAZ最脆区出现在一次热循环的埋弧焊过热区及二次热循环的埋弧焊过热区＋不完全重结晶区；14MnNbq钢焊接HAZ最脆区出现在一次热循环的埋弧焊过热区及二次热循环的埋弧焊过热区＋不完全重结晶区；14MnNbq钢比SM490C钢有更强的过热脆化倾向，为确保焊接热影响区韧性，焊接时应适当控制焊接线能量。     

高速铁路钢桥的低温脆性断裂评估

基于断裂力学理论,提出采用损伤容限法的高速铁路钢桥低温脆性断裂评估方法。采用Euoro-code3确定正交异性板钢桥面的有效宽度和等效疲劳应力幅,应用断裂力学的Paris公式计算疲劳裂纹扩展速率,按照同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式确定设计应力强度因子,根据裂纹的长度、冲击功和转变温度确定含裂纹钢板在不同温度下的断裂韧性,并考虑板厚对冲击功的影响,桥梁结构中焊接残余应力、列车速度、钢板弯曲成型等因素对钢桥低温脆性断裂的影响。该方法适用于无试验条件确定含裂纹钢板低温断裂韧性情况下的低温脆性断裂评估,也可用于钢桥的疲劳强度降低程度、使用寿命内检查次数和焊缝修补次数的确定。应用此方法对欧洲某高铁钢桥的钢横梁下翼缘进行-40℃条件下的低温脆性断裂评估结果表明,当列车速度大于150km.h-1且钢横梁、钢吊杆等局部构件活载应力在70MPa以上时,等效降温已经达到-5℃以上,此时必须考虑列车速度对其脆性断裂的影响,而对应变速率小于0.002 5s-1的构件可以不考虑列车速度对脆性断裂的影响。     

钢材层状撕裂及抗层状撕裂焊接接头的设计

钢材层状撕裂是焊接钢桥中一种非常危险的缺陷,通常发生在角焊接头处。钢材中夹杂物的数量、分布和形态以及基体金属的塑性和韧性是影响层状撕裂的钢材因素。钢材中含硫量越多,夹杂物以片状形态大量密集于同一平面,发生层状撕裂的倾向就越大。钢材的刚度越大、板越厚,越容易产生层状撕裂。相同板厚、相同焊接方法条件下,焊缝断面越大,越易产生层状撕裂。角焊缝接头中选择贯通板,T型或十字型焊接接头中选择不熔透或部分熔透角焊缝,热加工时避开蓝脆温度和红脆温度,冷加工时确保一定的曲率半径(大于15倍板厚),改善隅角焊的坡口形式,用小线能量焊接取代大能量焊接,采用低强度焊道打底、焊前预热等,均可抑制层状撕裂的发生。同时,给出日本和Eurocode3的层状撕裂评定方法和Z向钢的选材标准,以便设计和制造人士准确把握。     

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。     

室温下高速车轮钢断裂韧性与冲击韧性的关系

通过紧凑拉伸(CT)实验,测试不同热处理条件下高速车轮钢的室温断裂韧性;在具有不同断裂韧性的CT试样上取样,制成标准夏比V型冲击试样,在室温下对冲击试样进行冲击实验,并对其断裂韧性、冲击试样的断口和显微组织进行观察和分析.结果表明:室温下该车轮钢的断裂韧性和冲击韧性呈线性关系,预裂纹加载断裂和缺口冲击断裂以解理断裂为主;车轮钢中的夹杂物主要为Ti (C,N),在室温条件下对该车轮钢的断裂韧性和冲击韧性基本没有影响.     

新一代货车车体用新钢种

介绍了俄罗斯铁路新一代货车甩的新钢种,以及板、型材焊接部件的静、动强度和低温冲击韧性试验结果。     

铁路桥梁用钢冲击韧性标准研究

研究应用裂纹尖端张开位移(CTOD)试验和冲击韧性试验结果,建立以断裂吸收功为介质的CTOD与冲击韧性的关系。指出制订防断韧性标准的控制因素为材料满足不发生脆断的最低吸收能量、试验温度与实桥温度和列车加载速率的温度移位。研究表明,达到CTOD某临界状态所需吸收功与温度无关。指出采用韧—脆破坏准则制定韧性标准更适合桥梁工程。根据我国地区温度范围,制定出不同板厚冲击韧性检验基本标准。经过比较认为该标准在国际上居中偏严。     

钢板剪力墙钢结构变形控制措施研究

钢板剪力墙结构体系作为新型抗侧力构件被应用到工程施工中,具有结构自重轻、施工速度快、抗震性能好、节约建筑空间等优点。本文结合萧政储出40号地块1标段塔楼钢板剪力墙施工实例,对钢板剪力墙产生变形的原因进行研究,最终采用缩短竖向安装单元尺寸、工厂整体制作安装单元、水平焊缝影响区设置加强角钢、相邻钢板墙之间设置工艺梁等措施,解决了导致剪力墙钢结构安装变形的主要问题,使钢板剪力墙钢结构安装偏差从根本上得到改善,并且平均每层缩短工期5 d。     

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。     

纤维种类与尺寸对喷射混凝土弯曲韧性的影响

选取不同种类与尺寸的4种型号的纤维,分别以0.7%和1.0%的体积掺量制成混凝土试件进行预切口三点弯曲试验,由混凝土弯曲荷载与跨中挠度的关系曲线计算出纤维喷射混凝土的弯曲韧性指数,进而分析研究纤维种类、几何尺寸及掺量对纤维喷射混凝土弯曲韧性的影响。结果表明:纤维掺量和形状相同时,纤维长度越长混凝土的弯曲韧性提升效果越显著,但纤维长度的确定需考虑对混凝土工作性的影响;对于钢纤维和有机纤维,端部弯钩或表面压痕均可增大纤维与基材之间的黏结力,提高弯曲韧性;与钢纤维相比,有机纤维PP30-55对喷射混凝土弯曲韧性的提升效果更显著,体积掺量1.0%时弯曲韧性指数I5=13.10。