钢结构厚板母材及其焊接影响区的Z向冲击性能试验

作者:王元清;张元元;石永久 刊名:铁道科学与工程学报 上传者:张艳

【摘要】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60~165 mm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V形缺口冲击试验。分析冲击功的变化规律,并用Boltzman函数进行拟合并分析韧脆转变温度。对试样断口进行电镜扫描分析。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。

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近年来,随着高层、桥梁及海洋平台等重要建筑的发展,不得不越来越广泛的使用厚板钢结构,由于结构承载力的巨大及复杂性,连接及构造多样,钢材质量缺陷或者焊接不合理,环境温度过低,容易导致引起Z向破坏。Z向冲击韧性是衡量钢结构厚板Z向性能的一个重要指标,虽然未在有关规范中加以提出,但是,在实际工程中,由于结构经常受到动载或者冲击荷载,比如海洋平台及大型起重机械和巨型轮船,因而,考虑Z向冲击韧性是非常有必要的。Z向冲击韧性目前难以定量评价结构安全与否,但仍然可以用实验测得的Z向冲击韧性数据作为重要资料来估计厚板抵抗Z向冲击及断裂的能力,以后可能作为一个重要方面纳入规范中。各国规范没有明确说明Z向冲击韧性对于厚板Z向性能的重要性。但给出了常规纵向力学性能(包含冲击韧性)的要求,以此类推,当结构受到Z向冲击荷载时,有必要考虑Z向冲击韧性对结构承受Z向破坏的衡量作用。有关厚板冲击韧性的文献有:18mm板对接接头在不同焊接工艺下的焊缝金属及热影响区在-20及-50下的冲击功实验[1];20,30和50mm厚国产Z向钢钢板的横向及纵向取样在-80到20下的冲击韧性实验[2];12mm厚Q235B超级钢中厚板单焊道及双焊道对接接头的焊缝、熔合线、热影响区及母材的冲击韧度实验[3];国家体育场用100mm和110mm厚Q460E-Z35特厚板在-40下的焊缝,热影响区及熔合线的冲击韧性实验[4];441MPa级高强度低合金钢15MnVNq钢的板厚,焊接工艺及低温对冲击韧性的影响[5];150mm厚钢板对接焊缝的母材、热影响区及焊缝区沿不同厚度位置在不同温度下的冲击韧性试验[6]。但是,作为Z向冲击韧性实验,已有试验研究比较缺乏。Girenko等[7]比较了纵向、横向及Z向的厚钢板的冲击韧性。Granstron等进行了从厚度方向向轧制方向过渡的不同取样角度的冲击试验[8];文献[9]引用了Hodge等针对不同含硫量,不同温度下厚板3个取样方向的冲击韧性试验。本实验针对类似欧洲规范,日本规范,中国规范的Z向性能指标影响因素:板厚,焊接形式,焊缝厚度。在不同取样方向进行取样,在常温和低温下进行夏比V形缺口冲击试验,从而得到不同影响因素下冲击韧性变化规律,此规律可以综合拉伸试验及断裂试验结果统一分析钢结构厚板的Z向性能。1试验概述1.1试验规范及目的本实验参照的规范有:GB-T2292007《金属材料夏比摆锤冲击试验方法》,GBT127782008[10],GB/T29751998《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》[11]。试验采用夏比V形缺口冲击试样,将测得每个试样的冲击功,分析冲击功随板厚、焊缝尺寸、取样方法的变化规律;然后用规范GB-T127782008(《金属夏比冲击断口测定方法》)[10]对试样的断口进行分析。1.2试验材料,取样方法及试样尺寸试验所用钢材为舞阳钢铁厂生产的Q345B结构用钢,加工与焊接由二十二冶公司进行,焊接参数如下:焊接方法为二氧化碳气体保护焊,焊丝为ER50-6,直径为1.2mm,送丝速度为30~35cm/min。试验为在母材及十字连接影响下的母材内取样(十字连接采用T形接头K形坡口全熔透焊)。按照以下2个参数变化进行取样:(1)厚度分别为60,80,100,120和165mm5种。(2)取样方向及有无焊缝影响:母材X向(X),母材板厚中心Z向(Z),母材1/4厚度Z向(Z#);21,30,39和48mm焊缝影响下Z向(Z-T1,Z-T2,Z-T3和Z-T4)。取样位置及方法如图1和图2所示。图1母材X向及Z向取样Fig.1Sample

参考文献

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