详情

原文传递 U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接技术研究

论文题名：	U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接技术研究
关键词：	U形加劲桥面板;单面全熔透焊接;工艺参数;焊接残余应力
摘要：	U形加劲肋桥面板有着较强的优势和性价比，被广泛的应用于国内外各大桥梁中，而在U形加劲肋和面板的未熔透焊缝连接处容易发生疲劳破坏，工程师们为此提出了全熔透焊接技术，可以有效抑制疲劳破坏的发生，但目前常用的全熔透焊接方法存在焊接工艺复杂、焊道数量多、产生的焊接残余应力和焊接变形大、焊接成本高等弊端。针对这些问题，本文提出了一种使用U形加劲肋内衬支架的单面全熔透焊接技术，实现了U形加劲肋与面板在免开破口且一道焊缝焊接成形的条件下完成单面全熔透焊接连接，克服了传统单面全熔透焊接的漏焊和未熔透难题，提高了U形加劲肋桥面板的生产效率，并显著减低其生产成本。本文对提出的U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接技术进行如下研究：　　（1）对焊接数值模拟的基本理论和原理进行了阐述，得到了U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接温度场和应力场分析计算的方法和原理。　　（2）为了研究本文提出的 U 形加劲肋桥面板单面全熔透焊接技术在特定的焊接工艺下的熔透率的关系，并探究其焊接温度场、焊后应力场和焊后变形量的数值特征和分布规律，采用 ABAQUS 有限元分析软件对 U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接过程进行了数值分析。通过分析结果得到U形加劲肋桥面板在焊接电流为564A，焊接电压为35V，焊接速度为7mm/s的焊接工艺下，单面全熔透焊接连接的熔透情况以及焊接质量保证的措施，数值模拟了其与焊接温度场、焊后应力场和焊后变形量的定量关系。　　(3）为了验证提出的 U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接技术的可靠性和准确性，开展U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接试验。焊接试验表明该焊接技术在实际生产中可以实施，且焊缝光滑饱满，焊根处未出现漏焊现象，除起弧区域有少段焊缝未熔透外，其余区域全部达到100%熔透率。此外，试件的残余应力在远离焊缝的低应力区域基本与试验值吻合，靠近焊缝的高应力区域，试验值远远大于数值分析值，其主要原因是在高应力区盲孔法会发生孔边塑性效应使得残余应力测试结果有很大误差。针对这种误差，提出一种基于数值模拟修正、系数的残余应力迭代修正法，并将修正前后的残余应力值与真实值进行对比，本文提出的残余应力迭代修正法能够有效地解决高应力区盲孔法测试AB残余应力误差大的问题，且修正精度和效率高，修正结果唯一且收敛。最后，采用该修正法获得了焊接试件的五条典型测试路径的残余应力特征大小和分布规律。　　（4）为了证实本文提出的 U 形加劲肋桥面板单面全熔透焊接技术具有一定优越性的，本文以常用的双面全熔透焊接技术为参照对象，对U形加劲桥面板双面全熔透焊接过程进行了数值分析，并将两种焊接技术焊接的U形加劲肋桥面板焊后的三种力学行为进行了对比研究，研究表明：采用单面全熔透焊接的U形加劲肋桥面板比采用双面全熔透焊接的U形加劲肋桥面更具有优越性。　　通过对U形加劲肋桥面板单面全熔透焊接的研究，为U形加劲肋桥面板的生产制造提供了一种更好的全熔透焊接技术，不仅提高了其焊接质量、焊接效率以及焊件的抗疲劳强度，而且降低了其生产成本、焊接残余应力和焊接变形量，为U形加劲肋桥的发展提供了技术基础，为同时也为钢结构桥梁的发展奠定了理论支撑。
作者：	秦松林
专业：	土木工程
导师：	王圣保
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2023