钢结构厚板的低温断裂韧性试验

针对钢结构厚板工程中脆性裂纹事故时有发生的问题,研究了钢材厚度与断裂韧性的关系.采用三点弯曲试样,利用厚板钢材Q345B在低温下对结构进行了裂纹尖端张开位移(CTOD)试验,试验选取了不同的钢板厚度、不同的试验温度和沿厚度方向不同的取样位置,分析了断裂韧性随钢板厚度、试验温度与取样位置的变化规律,并采用Boltzmann函数对断裂韧性随温度变化曲线进行了拟合,分析了各厚度钢板的韧脆转变温度.试验结果表明:厚板的断裂韧性随温度的降低而减小; 厚度较大的钢板其断裂韧性相对更差; 沿厚度方向从表面到中心位置,断裂韧性逐渐降低.     

钢结构厚板及其对接焊缝Z向性能试验

为了研究钢结构厚板及其对接焊缝Z向的拉伸性能和冲击韧性,对4种不同厚度的钢厚板,采用V形缺口对接连接,沿钢板母材、焊缝及热影响区的X向和Z向分别进行取样,进行单轴拉伸和冲击试验。试验表明,随着板厚的增加,材料的拉伸性能和冲击韧性变差;热影响区的拉伸及冲击性能比母材要差;焊缝金属的脆性比母材X向的明显。所以,在钢结构厚板的工程实践中,应特别注意厚板由于对接焊缝引起的Z向性能不足。     

钢结构厚板力学性能的低温试验研究

厚板钢材在高层建筑和大跨结构中得到了广泛应用,然而厚度的增加会引起钢板力学性能的变化,特别是厚度方向的性能。采用圆棒拉伸试样,对厚度为60～150mm的建筑结构用厚板Q345B进行了低温力学性能试验,试样分为垂直轧制方向的横向试样和贯穿厚度方向的Z向试样。试验获得了4种厚度钢板的屈服强度fy、抗拉强度fu和断面收缩率函等指标及其随温度和取样位置的变化关系,并测得4种厚度钢板Z向性能的相应指标。试验结果表明,随温度的降低,厚板的屈服强度和抗拉强度增大而断面收缩率减小;由钢板表面至中心,横向试样的断面收缩率呈下降趋势;随钢板厚度的增加,Z向试样的断面收缩率逐渐减小,且小于横向试样的断面收缩率。     

高强度钢材Q460C断裂韧性低温试验

研究了高强度结构钢材低温下的断裂韧性特征。对厚度为14mm的Q460C建筑钢材进行了裂纹尖端张开位移δm低温下的试验研究,并进行了试件断口电镜微观分析。结果表明-40℃下的Q460C三点弯曲试件断口呈明显的脆性断裂机制。Q460C钢材的δm值随温度降低呈下降趋势,与Q235、Q345、Q390钢材低温下的δm值比较,Q460C的值最低,即断裂韧性相对较差。同时,还对试验结果进行了Boltzmann函数拟合分析,得到其韧脆转变温度及变化规律。结果表明:Q460C高强度建筑钢材的低温冷脆特征明显。     

金属焊缝CTOD试样疲劳裂纹前沿平直度研究

在金属厚板焊缝CTOD试样中预测前沿平直的疲劳裂纹，是CTOD试验的一个关键难题。通过实验，研究了疲劳裂纹前沿平直度St与疲劳载荷比f之间的关系，发现两者高度正相关，为预制具有平直裂纹前沿的疲劳裂纹提供了有效的途径和方法。     

钢板对接焊接残余应力的数值分析与试验测定

对采用对接焊缝拼接钢板的焊接过程进行数值模拟,确定焊接残余应力,分别采用盲孔法与切条法对对接焊缝拼接钢板的焊接残余应力进行试验测定,以切条法试验测定结果为标准,对数值分析方法及盲孔法测定结果的精度进行了评价.分析结果表明:数值分析得到的对接焊缝拼接钢板的焊接残余应力分布和大小均与切条法测定结果基本一致,验证了钢结构焊接残余应力数值分析方法的适用性;盲孔法测定的钢板焊接残余应力分布规律与切条法基本一致,但由于盲孔法钻孔精度不易控制,盲孔法测定的焊接残余应力数值误差较大.     

400MPa级超细晶粒钢焊接接头的低温韧性

利用CO2+Ar气体保护焊,分别采用单道焊接和双道焊接工艺对厚度为8 mm的400 MPa级超细晶粒钢钢板进行了焊接,采用系列冲击试验方法对焊接接头的低温韧性进行了研究。试验结果表明,在焊接接头中,焊逢位置低温韧性较差。由于双道焊较小的热输入,减小了焊缝及热影响区组织粗化,其焊接接头的低温韧性好于单道焊,并使热影响区面积变小。     

焊接接头力学不均匀体断裂力学参量的数值分析

应用ＭＡＲＣ有限元分析软件对平板拉伸和三点弯曲试样焊接接头力学不均匀体的断裂参量──Ｊ积分进行了数值分析．考察了焊接接头不均匀裂纹体Ｊ积分的守恒性,以及不同裂纹长度、强度匹配和焊缝宽度在加载过程中对Ｊ积分及塑性区发展规律的影响．结果表明：焊接接头Ｊ积分具有守恒性,裂纹越浅,加载时塑性区越大,断裂韧性值越高．高匹配焊缝中的裂纹更容易进入浅裂纹状态,从而使高匹配焊缝具有较好的抗断性能．焊接接头强度匹配因子Ｍ对Ｊ积分值有很大的影响．焊缝宽度对Ｊ积分值也有影响．     

2219铝合金搅拌摩擦焊接头裂纹尖端张开位移（CTOD）试验研究

采用裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)试验研究了2219铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding,FSW)接头各区域的断裂性能,分析了搅拌摩擦焊接头组织结构对接头断裂性能的影响.研究结果表明,2219铝合金搅拌摩擦焊接头的断裂呈韧性,但接头各区域韧性分布呈现明显的不均匀性,焊核区断裂韧性最好,热机影响区和热影响区次之,但均高于母材的断裂韧性.     

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术

为了探究控制钢结构焊接过程变形策略,通过钢板对接方法研究了焊接残余应力及焊接变形.以两块同料、同尺寸钢板对接解析焊接工艺过程,设定常态焊接工艺参数,在焊接钢板上进行焊接横向及纵向残余应力计算,并在焊接过程构建温度场,建立有限元模型,绘制其温度曲线图,探究残余应力变化趋势及分布情况.结果表明,对接焊接钢结构焊缝附近部分残余应力较大,结构残余应力在初始加热时期会呈现较快下降趋势,后逐渐趋于平缓,钢板对接焊接变形主要原因是纵向残余应力过大,可通过平行加热处理降低纵向残余应力的影响.     

用奥氏体焊条焊接9%Ni钢马氏体层组织及接头的断裂韧性

采用光学金相显微镜和透射电子显微镜分析了用奥氏体焊条OK69.45焊接的9％Ni钢接头熔合区和HAZ的组织;设计了特殊的试样测试了熔合区和HAZ过热区的断裂韧性COD值,并对断口进行了分析。结果表明:熔合区马氏体层的组织为板条状马氏体;熔合区的断裂韧性COD值与HAZ过热区COD值相差不大,马氏体层的存在并没有恶化接头的断裂韧性。     

07MnNiCrMoVDR钢焊缝组织与低温冲击韧性分析

采用SMAW焊接工艺焊接低合金高强度07MnNiCrMoVDR钢获得焊接接头,通过焊缝显微组织观察、冲击断口分析、焊缝低温冲击试验,研究了07MnNiCrMoVDR钢焊缝组织与低温冲击韧性。结果表明,焊缝组织由沿晶界分布的先共析铁素体、晶内的针状铁素体和粒状贝氏体构成,针状铁素体以微夹杂物为核心生长。温度为－40 ℃时,不同部位焊缝冲击吸收功随试样截取深度的增大而减小;与近表面处相比,1/2厚度处焊缝冲击吸收功损失约67%,在1/4厚度处,焊缝冲击吸收功随着温度的降低而降低;焊缝的低温冲击韧性符合要求。焊缝冲击断口的表面由凹凸不平变得比较平整,断口的微观形貌由韧窝花样变成解理河流花样。     

Twin-wire Submerged Arc Welding Process of a High-strength Low-alloy Steel

The measurement of thermal cycle curves of a high-strength low-alloy steel (HSLA) subjected twin-wire submerged arc welding (SAW) was introduced. The thermal simulation test was performed by using the obtained curves. The impact toughness at -50 ℃ temperature of the simulated samples was also tested. OM, SEM and TEM of the heat-affected zone (HAZ) of some simulation specimens were investigated. The results showed that the HSLA endured the twin-wire welding thermal cycle, generally, the low-temperature toughness values of each part of HAZ was lower than that of the parent materials, and the microstructure of coarse-grained zone(CGHAZ) mainly made up of granular bainite is the reason of the toughness serious deterioration. Coarse grain, grain boundary carbide extract and M-A island with large size and irregular polygon, along the grain boundary distribution, are the reasons for the toughness deterioration of CGHAZ. The research also showed that selected parameters of twin-wire SAW can meet the requirements to weld the test steel.     

基于夏比试验确定船用钢板断裂韧性

为了寻求材料的冲击韧性和断裂韧性之间的对应关系,根据已有的夏比V型缺口冲击试验数据,建立了冲击试验吸收能与试验温度和韧脆转变温度之间的曲线关系,提出了不同强度不同质量等级船用钢板厚度、使用温度和断裂韧性三者之间函数关系,并结合PSN曲线的思想,引入了可靠度的概念,实现了确定任意可靠度下不同板厚和使用温度所对应的钢板断裂韧性的方法,为含裂纹损伤结构的安全状态评估提供依据．     

厚板柱钢框架梁柱节点对断裂韧性的要求

为了研究厚板柱钢框架梁柱节点对材料断裂韧性的要求,进行了三维弹性和弹塑性断裂力学有限元计算.以裂纹尖端的应力强度因子KI和JI为评价指标,分析了焊接工艺孔形式、梁翼缘削弱或加强和初始裂纹位置等因素对梁柱节点断裂韧性的不同要求.结果表明：美国北岭地震后改进的焊接孔B对断裂韧性的要求最低,而我国《建筑抗震设计规范》规定的焊接孔D对断裂韧性的要求相对较高;与标准型节点相比,梁翼缘削弱或加强型节点能显著降低对断裂韧性的要求;当焊接高匹配时,热影响区裂纹比焊根裂纹更易于扩展,并导致节点的断裂破坏.钢框架梁柱节点断裂评估定量方法为节点防断设计中钢材与焊材的选材、焊接孔与节点形式的选用提供了参考.     

应力状态对 16Mn 钢焊接接头断裂行为的影响

利用光滑、缺口试件拉伸试验及电子显微技术研究了１６Ｍｎ钢焊接接头在不同应力状态下的强度、塑性特征,裂纹起始、扩展特性及各特征区的断裂韧性ＶＧＣ,讨论了应力状态对接头断裂行为的影响．结果表明：随着应力三轴度的增加,接头由韧性向脆性断裂方式转变,断口形貌则由韧窝向准解理、解理转化,断裂应变急剧下降．母材的ＶＧＣ值最高,熔合区、焊缝次之,过热区的ＶＧＣ值最低．