【摘 要】
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针对大型厚板桥梁钢构件焊接过程中存在工艺复杂、参数多变并极易产生焊接裂纹问题,优化焊接工艺及其参数、提升焊接质量、预防焊接裂纹成为这类大型钢构焊接研究的重点。本文基于浙江重点建设项目小舜江特大桥工程项目,以大型厚板桥梁型钢为研究对象,开展型钢结构的焊接工艺设计及其质量控制方法研究。具体研究内容如下:（1）基于项目所采用的大型厚板桥梁钢Q345qD的焊接需求,针对材料特性改进焊接工艺,明确以焊接电流
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针对大型厚板桥梁钢构件焊接过程中存在工艺复杂、参数多变并极易产生焊接裂纹问题,优化焊接工艺及其参数、提升焊接质量、预防焊接裂纹成为这类大型钢构焊接研究的重点。本文基于浙江重点建设项目小舜江特大桥工程项目,以大型厚板桥梁型钢为研究对象,开展型钢结构的焊接工艺设计及其质量控制方法研究。具体研究内容如下:（1）基于项目所采用的大型厚板桥梁钢Q345qD的焊接需求,针对材料特性改进焊接工艺,明确以焊接电流、焊接电压、焊接速度及焊接顺序等影响因素为核心关注点的仿真分析路线;结合焊接数值模拟特点,开展基于热-弹塑性法的热力耦合原理分析;根据焊接质量需求与焊接标准,设计焊接实验与试样检测验证分析路线;综合理论模拟与实验测试,提出了大型厚板件焊接质量方法及改善方案。（2）针对材料特性及焊接工艺优化需求,采用热-弹塑性法,构建焊缝平接三维模型,基于双椭球热源模型进行Fortran热源子程序的二次开发;根据实际焊接过程及焊接标准,预设置焊接工艺参数,建立焊接模型仿真分析步,采取网格过渡法细化焊缝区域网格,设置规范的边界条件及单元属性,结合生死单元实现完全热力耦合仿真。（3）根据焊接工艺仿真分析路线,开展先单道焊接工艺参数选优,后多道焊接顺序方案选优的仿真研究,获取焊接工艺参数、焊缝顺序安排对焊缝质量的影响规律。模拟结果表明焊接电流、电压对熔池深度、宽度的影响显著,焊接速度将影响焊接件的温度分布,焊接顺序将影响焊接件的应力应变分布。根据焊接工艺仿真结果,设计焊接工艺优化方案,并获得相应的焊接温度场、应力应变场,表明:模型无裂纹产生,前道焊接为后道焊接预热,冷却速度变慢;焊接起始端与焊缝区残余应力较为集中,其横向残余应力在焊缝中心最大,达到345MPa;纵向残余应力在起始端受压,焊缝区受拉,变化较小;应变由边缘到焊缝中心逐步增加,在中心处达到最大值为0.52mm,小于规定误差值,满足焊接设计要求。（4）结合焊接优化方案模拟结果设计焊接实验,进行焊接样件试制,开展性能及质量检测,包括:拉伸强度、弯曲强度、硬度、低温冲击性能、熔池尺寸与金相显微组织。试验表明焊接板材无较大变形,最大变形量为0.6mm,与仿真结果误差极小;焊接接头无缺陷且融合较好,无裂纹;抗拉强度综合均值为565.5MPa,屈服强度综合均值为404MPa;焊接接头低温冲击脆性综合均值为139J,焊接热影响区的硬度最高为194.8HV;焊接接头组织无微观裂纹产生,其金相显微组织呈现针状铁素体晶粒,能改善位错率和塑韧性,实验熔池深度与仿真熔池深度吻合度高,整体机械性能与显微组织检测匹配性好,满足项目焊接方案设计要求。本文提出的焊接质量控制方法及优化方案,能有效提高焊接质量,预防焊接裂纹产生,满足项目焊接性能要求,具有较好的社会和经济效益,对厚板型钢焊接性能改善提供了具体的项目经验。
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