摘 要

近几年桥梁、公路等交通建设发展越来越迅捷，为了获得桥梁用钢的各项性能要求，准确地获得大厚板焊接接头在静载荷和动载荷作用下的性能，本文从材料准备、预热、焊接过程的控制等方面开始着手，研究150mm的大厚板的焊缝区及焊缝熔合线外侧区域的综合力学性能，本实验以板厚为150mm的Q345qD为母材，工艺方法选用三丝埋弧焊，通过对焊缝进行弯曲试验和拉伸试验以及冲击试验来分析焊接线能量对焊缝金属强度和韧性的影响。并且观察了焊缝金属显微金相组织，通过金相显微镜以及焊缝弯曲试验、拉伸试验和低温冲击试验等手段，研究了大厚板的焊缝区和热影响区的组织和性能，并通过研究拉伸实验以及冲击实验的断口对更加直观和准确的对焊接接头的力学性能进行全面的评价，通过各项力学性能实验可以得出以下结论，Q345qD的焊接接头抗拉强度优于母材，且各个部分的弯曲实验时可以进行180°弯曲；在-20℃条件下焊缝区和热影响区具有优良的冲击韧性；本文的特色在于通过很少使用的三丝埋弧焊来焊接150mm低合金高强钢，并通过各项力学性能实验来获得较为全面的焊缝接头性能。

关键词：低合金高强钢；焊接接头性能；三丝埋弧焊；大厚板焊接；低温冲击韧性

Abstract

In recent years, the development of bridges and highways and other traffic construction has become more and more quick. In order to obtain the performance requirements of bridge steel, the performance of large-thickness welded joints under static load and dynamic load is obtained accurately. In the bridge construction industry，welding-induced distortion and tensile residual stresses have become a major concern in relation to the structural integrity of a welded structure. Particularly, the continuous increase in size of welded plates and joints needs special attention concerning welding induced residual stresses.Preheating, welding process control and other aspects of the start to study the 150mm thick plate of the weld area and the weld outside the area of the comprehensive mechanical properties, the experiment to thickness of 150mm Q345qD for the base material, process selection Three-wire submerged arc welding, through the weld of the bending test and tensile test and impact test to analyze the welding line energy on the weld metal strength and toughness of the impact. The microstructures and properties of the weld zone and the heat affected zone of the slab were studied by means of metallographic microscope and weld bending test, tensile test and low temperature impact test. And the mechanical properties of the welded joints were evaluated comprehensively by studying the tensile test and the fracture of the impact experiment. The following conclusions can be drawn from the mechanical performance experiments. The tensile strength of the welded joints of Q345qD is better than that of the mother The weld zone and the heat affected zone have excellent impact toughness at -20 ° C. The characteristic of this paper is that it is welded by a small number of three-wire submerged arc welding. 150mm low alloy high strength steel, and through the mechanical properties of the experiment to get a more comprehensive weld joint performance.

Key Words：high strength bridge steel, welded joints,, welding heat-affected zone

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 桥梁钢Q345qD的性质和应用 1

1.2 Q345qD的材料焊接性 1

1.3 焊接后材料的组织与性能 2

第二章 实验材料和焊接工艺 3

2.1焊接材料 3

2.2焊接材料准备 4

2.3焊接工艺的制定 5

2.4焊接工艺参数 6

第三章 实验结果及分析 6

3.1宏观金相观察 6

3.2金相组织观察 6

3.3扫描电镜观察 7

3.4冲击试验 7

3.5拉伸试验 8

3.6弯曲试验 9

第四章 实验结果分析 9

4.1焊接接头宏观金相图 9

4.2焊接接头焊缝区金相组织分析 10

4.3焊接接头弯曲工艺分析 12

4.4焊接接头拉伸试验分析 12

4.5焊接接头冲击结果分析 12

4.6焊接接头冲击断口分析 13

第五章 结论与展望 15

5.1结论 15

5.2不足与展望 15

参考文献 16

致谢 17

第一章 前言

1.1 桥梁钢Q345qD的性质和应用

随着国家经济和基建的不断快速，国家公路和桥梁的数量逐渐增多，在施工过程中，性能和质量的控制是重中之重，对加速社会发展也起到很大的作用。近几年来，随着像杭州湾跨海大桥、珠江黄埔大桥、上海长江大桥等这些大跨度的钢结构桥梁不断的建成，对桥梁的质量尤其是桥梁用钢的性能有了更高的要求。^【15】随着桥梁建造要求的提高以及工业制造技术的发展，材料的种类和功能也日新月异。

我国的公路桥梁发展由原先的量大面广的一般桥梁，如今可以建设跨江、跨海的特大型桥梁建设也显示出我国制造行业的快速发展。在阅读近几年的文献中可以看出，桥梁建造逐渐由全焊接结构转向大跨度栓接的方向发展，生产方式已经普遍为车间化作业，不仅可以改善工况提高生产效率，还有利于组装和焊接工作的开展，保障了桥梁的质量和安全。^【13】而且逐渐开始普遍使用组合结构，相比起单独的钢筋混凝土结构，组合结构能明显减轻结构自重，减少结构的截面尺寸，增强延性，减轻地震作用力，增强缩短施工工期，降低施工造价。而桥梁中一般来说都是预应力混凝土结构而且是全预应力结构。而全预应力结构要求结构不允许出现拉应力，更不允许开裂。随着国内交通运输的快速发展和大型钢结构桥大跨度、高参数、全焊结构以及梁向栓焊方面发展，对桥梁用钢的性能和高效化的焊接技术提出了更高的要求。

特别是焊接尺寸不断增加板和接头需要特别注意焊接引起的残余应力。 这些压力有一个对焊接接头的完整性产生负面影响，因为它们会促进变形，减少疲劳寿命并有助于腐蚀开裂和焊接部件过早失效。钢桥制造过程中整个桥梁的质量除了材料的性能外，焊接接头性能的好坏也有很大的影响。材料的抗拉强度和表示韧性的冲击功便是检测焊接接头性能的主要要求，对于钢桥焊接结构的研究方向主要是高效率的焊接方法、稳定的焊接工艺、综合全面的焊接质量控制与检验、保障疲劳寿命等方面，特别是焊接工艺参数的设定影响着桥梁的服役时间，尤其对焊接裂纹和接头疲劳性能有着很大作用。