桥梁钢Q345qD卷板低温焊接疲劳影响

在焊接钢桥不断推广和铁路运输大幅提速的背景下,既有或待建焊接钢桥在低温环境中的防断设计尤为重要,目前疲劳破坏领域的研究主要集中在常温环境。

从综述中可以得出钢结构及其焊缝连接在低温环境中强度指标、塑性指标、断裂韧性指标和冲击韧性指标等均可能发生明显变化,而对于低温疲劳性能目前仅在特定条件下进行了少量试验。

既不能满足疲劳试验最少试件量的要求,也缺乏具有较强适用性的基础数据,其中某些研究结论甚至相互矛盾,钢结构及其焊缝连接的疲劳性能在低温环境中究竟如何变化还有待进一步研究。

桥梁钢QqD卷板力学性能

桥梁钢QqD卷板力学性能

进行桥梁钢QqD卷板及其对接焊缝低温环境中的基本力学性能和材料层面的低温疲劳性能试验,主要包括以下五部分:

①桥梁钢QqD卷板母材、对接焊缝及焊接接头低温力学性能试验。在+20、0、-20、-40、-60℃环境温度中完成了23次母材拉伸试验、11次对接焊缝拉伸试验及21次焊接接头拉伸试验,得到了上述5个温度点中三类取样试件的强度指标、塑性指标、弹性模量及韧性指标等数据,研究了温度变化对不同材性指标带来的影响。

②桥梁钢QqD卷板母材、对接焊缝及热影响区低温冲击韧性试验。在+20、0、-20、-40、-60℃环境温度中完成了22次母材冲击试验、20次对接焊缝冲击试验及21次热影响区冲击试验,得到了上述5个温度点中三类取样试件的冲击韧性,研究了冲击韧性随环境温度的变化规律,标定了三类试件的韧脆转变温度。

③桥梁钢QqD卷板母材及其对接焊缝常温疲劳性能试验。在常温环境中总共完成43次母材疲劳试验,覆盖8个有效应力水平等级,完成26次对接焊缝疲劳试验,覆盖6个有效应力水平等级,得到母材及焊缝的S-N曲线。

引入置信度和单侧容限因子,得到置信度γ=90%下的P-S-N疲劳设计曲线簇,方便工程应用。选用典型疲劳断裂试件进行了电镜扫描试验,探究母材和焊缝疲劳断裂的微观机理。

④测定桥梁钢QqD卷板母材及其对接焊缝常温疲劳极限。采用升降法,在材料疲劳极限附近使用18个QqD卷板母材试件和13个QqD卷板对接焊缝试件测定QqD卷板母材及其对接焊缝万次循环荷载下的条件疲劳极限。

⑤桥梁钢QqD卷板母材及其对接焊缝低温疲劳性能试验。在0、-20、-40、-60℃低温环境中完成了87次母材低温疲劳试验和72次对接焊缝低温疲劳试验,每组(共4×2组)低温疲劳试验至少保证4个均匀分布的有效应力水平等级,每个等级至少得到3个有效试验数据。

QqD卷板桥梁钢由河南安阳钢铁公司生产,交付板件为5mm厚的热轧钢板,实测厚度为5.2mm,交付条件满足《桥梁用结构钢》。

桥梁钢QqD卷板钢板碳当量CEV=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15=0.37%。满足规范不超过0.42%的要求,钢材可焊性良好。

桥梁钢QqD卷板母材和ER50-6焊材在高温高压条件下融合在一起形成对接焊接接头,由于两种材料组织不同、不同部位热输入及冷却过程差异,接头不同区域在组织结构、化学成分存在不连续,在力学性能上表现出明显的非匀质性,导致断裂裂纹萌生部位更加难以确定,为便于后续拉伸、冲击及疲劳试验取材部位的选取,从原始QqD钢板对接焊缝部位垂直于焊缝中线对称截取50×30×25试块,进行研磨抛光和专用溶液侵蚀(4%硝酸酒精),使用MH-3显微硬度计测量QqD卷板对接焊缝接头各部位的维氏硬度。

通过施加g大小的试验力将仪器压头顶端正四棱锥金刚石压入QqD卷板焊接接头试件表面,保持荷载10s后卸除,通过显微镜测量试件表面压痕对角线长度即可得到该点的维氏硬度,依据试验标准《焊接接头硬度试验方法》(GB/T-),采用标线测定方法,得到桥梁钢QqD卷板对接焊缝附近各区域硬度分布情况。

桥梁卷板  QqD  4  1  C  60吨  安阳  安钢

桥梁卷板  QqD  6  1  C  60吨  安阳  安钢

桥梁卷板  QqD  10  1  C  95吨  安阳  安钢




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