Q345qD桥梁钢焊接接头组织与疲劳行为的研究

发布时间：2017-07-15 06:55

  本文关键词：Q345qD桥梁钢焊接接头组织与疲劳行为的研究

  更多相关文章： 高强度桥梁钢 焊接接头 焊接疲劳性能 焊接热影响区

【摘要】：为了优化焊接接头的综合力学性能以及研究裂纹在焊接接头附近的扩展问题,借助金相显微镜和扫描电镜等手段,研究了不同焊接工艺下焊缝区和热影响区组织的变化规律;通过常温拉伸、冲击韧性、弯曲和显微硬度试验,对各焊接工艺参数下的力学性能进行了综合评价,并利用扫描电镜对其断口进行微观形貌分析;通过热模拟试验,对焊接接头的热影响区的组织和性能进行了综合评价;研究了焊接工艺参数对焊接接头轴向疲劳性能的影响,得出S-N曲线;通过研究疲劳裂纹在焊缝区、热影响区和母材区域的扩展,并以此为基础得出了不同焊接热输入下的疲劳裂纹扩展门槛值△Kth。研究表明,焊接工艺参数对焊缝区组织的影响规律如下:随着焊接热输入量的增加,柱状晶比例逐渐变少,等轴晶比例却有所增加,沿奥氏体晶界析出的先共析铁素体的数量明显增加,向晶内生长的板条铁素体数量降低。在奥氏体晶粒内部,无序状的针状组织含量先增加后减少;而随着焊接工艺参数的变化,热影响区的组织受其影响最大的是热影响区的粗晶区,热影响区的相变重结晶区和不完全相变重结晶区受焊接工艺参数的影响不是很大。力学性能测试结果表明,高强度桥梁钢的焊接接头强度大部分高于母材强度;-40℃~20℃条件下焊缝区、熔合线上和热影响区具有优良的冲击韧性;焊接接头显微硬度母材区域最低,热影响区靠近焊缝侧的硬度是整个焊接接头硬度最高的地方。热模拟试验结果表明:在峰值温度800℃时,试样的显微组织体现为大小不均匀铁素体和珠光体组织;在900℃时,组织为比较细小均匀的铁素体和珠光体组织;随着峰值温度的进一步升高,晶粒不断粗化。在1200℃时,晶粒长大严重,在晶界上有魏氏组织产生;在800℃~900℃时,其综合力学性能呈现变好的趋势,但900℃以后,综合力学性能就逐渐变差,到1200℃时,基本完全呈现脆性状态。焊接接头的轴向疲劳试验表明,热输入量为16k J·cm-1和20 k J·cm-1条件下的疲劳极限强度都为376MPa左右,而36 k J·cm-1条件下的疲劳极限强度为355MPa左右。通过疲劳裂纹的扩展试验,推导出da/d N-△K和lgda/d Nlg△K曲线和方程,并得出母材区△Kth=35.24MPa·m1/2,热影响区△Kth=42.85MPa·m1/2,焊缝区△Kth=MPa·m1/2,疲劳裂纹的扩展速率焊缝区低于热影响区和母材。
【关键词】：高强度桥梁钢 焊接接头 焊接疲劳性能 焊接热影响区
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U445.583;TG457.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义10-12
• 1.2 桥梁钢Q345qD的焊接研究现状与进展12-16
• 1.2.1 桥梁用钢和焊接方法13-14
• 1.2.2 Q345qD材料焊接特点14
• 1.2.3 Q345qD材料焊接接头力学性能14-15
• 1.2.4 Q345qD材料焊接接头的组织15-16
• 1.3 结构钢焊接接头疲劳研究现状与进展16-21
• 1.3.1 疲劳破坏机理17-18
• 1.3.2 疲劳裂纹扩展行为与机理18-19
• 1.3.3 目前主要的疲劳评定方法19
• 1.3.4 焊接接头疲劳研究现状19-21
• 1.4 主要研究内容21-23
• 第2章 试验材料和研究方法23-32
• 2.1 试验材料23-24
• 2.2 研究方案24
• 2.3 显微组织观察与表征24-25
• 2.3.1 宏观金相观察24
• 2.3.2 金相组织观察24
• 2.3.3 扫描电镜观察24-25
• 2.4 力学性能测试25-26
• 2.4.1 焊接接头横向拉伸试验25
• 2.4.2 焊接接头纵向拉伸试验25-26
• 2.5 焊接接头弯曲性能测试26-27
• 2.6 焊接接头冲击性能测试27-28
• 2.7 焊接接头硬度性能测试28
• 2.8 热影响区性能模拟试验28-29
• 2.8.1 热影响区模拟试验方法28
• 2.8.2 热影响区模拟试件金相组织28
• 2.8.3 热影响区模拟试件拉伸试验28-29
• 2.8.4 热影响区模拟试件冲击试验29
• 2.8.5 热影响区模拟试件显微硬度试验29
• 2.9 疲劳性能测试29-32
• 2.9.1 焊接接头疲劳试验29-30
• 2.9.2 焊接接头疲劳裂纹扩展试验30-32
• 第3章 焊接工艺参数对Q345qD桥梁钢组织和静载力学性能影响32-56
• 3.1 引言32
• 3.2 显微组织分析32-43
• 3.2.1 焊接接头宏观金相32-33
• 3.2.2 焊接接头焊缝区金相组织分析33-37
• 3.2.3 热影响区金相组织分析37-43
• 3.3 焊接接头拉伸试验分析43-45
• 3.3.1 接头拉伸试验分析43-44
• 3.3.2 焊缝金属拉伸试验分析44-45
• 3.4 焊接接头硬度试验结果分析45-50
• 3.5 焊接接头弯曲工艺分析50
• 3.6 焊接接头热影响区模拟试验50-54
• 3.6.1 Q345qD在不同模拟温度下组织51-52
• 3.6.2 热影响区模拟试件拉伸试验52-54
• 3.6.3 热影响区模拟试件硬度试验54
• 3.7 本章小结54-56
• 第4章 焊接工艺参数对Q345qD钢动载力学性能影响56-83
• 4.1 引言56-57
• 4.2 焊接接头冲击试验结果分析57-66
• 4.2.1 焊接接头冲击结果分析57-60
• 4.2.2 焊接接头冲击断口分析60-66
• 4.3 热影响区模拟试件冲击试验结果分析66-69
• 4.4 焊接接头应力疲劳行为69-76
• 4.4.1 焊接接头S-N曲线69-71
• 4.4.2 焊接接头疲劳方程71-73
• 4.4.3 焊接接头疲劳断口分析73-76
• 4.5 焊接接头疲劳裂纹扩展76-81
• 4.5.1 疲劳裂纹扩展曲线76-77
• 4.5.2 疲劳裂纹扩展速率77-79
• 4.5.3 疲劳剩余寿命估计79
• 4.5.4 疲劳裂纹扩展微观断口分析79-81
• 4.6 本章小结81-83
• 结论83-84
• 参考文献84-88
• 附录88-95
• 致谢95-96
• 个人简历96

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 崔仕明;王睿东;游翔;刘永杰;王清远;;Q345低周疲劳性能与疲劳寿命预测分析[J];实验力学;2014年05期

2 王艳君;;论公路桥梁箱梁结构的施工技术与管理[J];民营科技;2014年09期

3 朱劲松;郭耀华;;正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展机理及数值模拟研究[J];振动与冲击;2014年14期

4 马建;孙守增;杨琦;赵文义;王磊;马勇;刘辉;张伟伟;陈红燕;陈磊;康军;;中国桥梁工程学术研究综述·2014[J];中国公路学报;2014年05期

5 王春林;李朝兵;华奕;杨伟伟;;埋弧焊线能量对Q345qD钢焊接接头性能的影响[J];江苏建筑;2014年02期

6 刘刚;唐柳伦;黄一;;基于场强法的焊接接头疲劳寿命影响因素研究[J];船舶力学;2014年Z1期

7 张贤安;郑三龙;;Q345R钢厚板焊接接头断裂疲劳性能试验研究[J];石油化工设备;2014年01期

8 张建金;鞠志萍;;铁路桥梁用321-Q345q-D复合钢板焊接工艺研究[J];钢结构;2012年11期

9 邓扬;丁幼亮;李爱群;林日长;;钢箱梁桥焊接细节的疲劳断裂可靠性分析[J];工程力学;2012年10期

10 王坤茜;张天会;陈运春;徐人平;;焊接热输入对ADB610钢焊接接头组织性能的影响[J];热加工工艺;2012年19期

，

本文编号：542760