高强度汽车结构件

2024-07-03

高强度汽车结构件（精选9篇）

高强度汽车结构件篇1

当今全球的汽车制造业正推动汽车产品朝着绿色、低碳、节能、环保和安全的方向快速发展, 汽车轻量化是实现这一发展方向的关键环节之一。据国际权威部门统计, 汽车燃料约60%消耗于汽车自重, 汽车质量每减轻10%, 可降低油耗6%~8%。对空载而言, 约70%的油耗是用在车身质量上的, 而汽车车身覆盖件和结构件的质量居首位, 约占汽车总质量的30%以上。故汽车车身的轻量化对降低汽车整备质量, 提高燃油经济性从而实现节能环保具有至关重要的意义。

采用热冲压成形集成控制成套装备生产线生产的汽车结构件, 具有超高强度、高硬度、轻量化 (厚度比普通钢板减薄可达35%) 、几乎无回弹 (制造精度高) 等诸多优点, 技术优势十分明显。此外, 冷冲压中需要多套模具多次成形的冲压件可用热成形工艺一次成形, 从而减少模具数量和成形工序。由于该项技术需要在热成形的同时, 给予足够的冷却速度进行淬火, 因而对设备和模具方面都有特定的要求。

2011年, 在国家科技重大专项课题“超高强度汽车结构件热冲压技术和装备生产线”的支持下, 我公司与长春伟孚特汽车零部件有限公司合作开展了超高强度汽车结构件热冲压技术和装备生产线的技术攻关, 并采用国产关键设备自主开发了装备生产线, 打破了国外技术垄断, 填补了我国在热冲压成形生产线成套装备生产线上的空白, 现在生产线已成功得到应用。

本文介绍了国产汽车高强度结构件热冲压生产线, 分析了生产线的构成, 阐述了生产线的关键设备及性能指标, 对生产线的性能与国外同类产品水平进行了比较, 生产线的主要性能指标已达到发达国家先进产品的技术水平, 甚至在某些指标上已超过国外产品。

生产线构成

项目组对超高强度汽车结构件热冲压技术和装备生产线相关技术进行了创新性研究, 解决了有关共性关键技术问题, 研制出了具有自主知识产权的节能型环式转底防氧化加热炉、专用水冷模具和变速可调高速液压机的高速、高效、稳定可靠的中央控制自动化生产线, 如图1所示。整条生产线的开发, 集成了液压机、工业炉、热处理、自动传送设备、冲压模具、汽车冲压工艺、系统自控等多领域的专家与技术, 采用现场总线工业网络控制技术联调各个关键设备, 可按照生产节拍和工艺参数, 实现稳定、可靠的热成形件大批量生产, 产量达60万件/年。生产线具有完全自主知识产权, 并具有低成本优势, 可替代进口热冲压生产线。与国外同类技术和生产线相比, 节能近30%, 可对预成形件进行模内淬火, 解决了许多在高温状态下不能成形的复杂结构件的成形疑难问题, 从而扩大热冲压成形件的应用范围, 可满足汽车及航空航天等行业的市场需求。

关键设备及性能指标

生产线由防氧化连续加热炉、高速传送装置、高速热冲压液压机、水冷热冲压模具等关键设备组成, 其系统架构如图2所示。

1.防氧化加热炉2.高速传送装置3.高速液压机4.水冷热冲压模具

1.节能型环式转底加热炉

加热炉为电气混合环式转底方式加热, 采用膨胀率极低的耐高温特殊材料作为充有防氧化气体高温加热炉的核心主轴。炉体设计过程利用红外温度测试、热电偶温度测试等技术, 分析了加热炉内部的空载温度分布, 确保满载温度分布达到最优。为了保证加热炉的可靠性, 还针对炉内关键耐热部件的耐高温性能、热疲劳性能进行测试和验证, 同时进行加热炉整体运行状态下可靠性试验, 确保了加热炉在大批量生产线上的可靠性。加热炉内部结构如图3所示, 其主要性能指标见表1。

2.高速传送装置

高速传送装置 (见图4) 采用直线往复的复合运动机构, 简单、灵活、可靠, 更便于不同产品的更换。夹持器的控制系统采用高可靠、稳定的PLC设备, 对外关联设备均通过Modbus协议, 使用通信的方式进行控制与连锁。针对不同尺寸、形状和重量的汽车结构件, 设计和制造了耐高温的端拾器。该端拾器与高速智能传送装置相配合, 在满足工艺要求的前提下, 完成高温钢板的抓取和传送工序。为实现可靠的大批量生产, 在中央控制系统下, 建立了高速智能传送装置的控制系统, 以及附带于传送装置上的温度监测装置。此温度监测装置与模具温度监控装置等综合在一起, 形成生产线上的温度采集系统, 用于在生产的同时记录温度工艺参数, 从而便于根据实际生产数据进行工艺优化、钢板性能预测、模具疲劳性能预测等。

3.高速热冲压液压机

高速热冲压液压机主机结构利用计算机模拟分析, 对整机、模具和冲压件的之间的耦合刚度进行分析, 使主机能够在强度、刚性、寿命等方面充分满足要求。液压缸密封设计采用“斯特封—Y形圈—导向环”密封组合方式, 确保液压机在高速运转下密封效果, 压力保持平稳。液压系统采用块位置的精确闭环控制、压力闭环比例控制等控制技术, 实现了比例调压、四角比例调压、压边比例滑块四角调压、变压力控制等功能。利用速度比例控制技术, 有效减少了速度转换时的冲击。高速热冲压液压机可实现滑块的运动压力、位移、速度可任意设定, 具有数显、数控功能, 滑块运行的重复控制精度达到±0.1mm。高速热冲压液压机如图5所示, 其主要性能指标见表2, 其中特殊要求为, 送料机构是能够与加热炉料片出炉节拍匹配的高速运动智能控制送料机构。

4.热冲压成形专用水冷模具

依次对冷却速度与模面温度的关系特性, 批量生产中模具表面在冷热交变条件下的疲劳破坏机制, 提高模具使用寿命的制造工艺技术, 水冷模具材料研制以及水冷管系成型新技术进行了研究, 形成了具有内部冷却水道的热成形模具结构。对腔内壁的管路进行了优化设计, 如沿热冲压件形状均匀分布的冷却水道管系等。开发出了冷却管系成形的新技术, 可使管系制造成本降低, 模具寿命提高, 冷却水流通顺畅、温度场分布均匀, 模内淬火马氏体化均匀。热冲压成形模具材料采用导热率高、热稳定性好的材料, 模具型面冷却速度≥100℃/s, 寿命达20万次以上。

生产线水平对比

所开发的设备已在长春伟孚特汽车零部件有限公司进行了试用, 效果良好。与国外同类产品相比, 开发生产线主要性能指标已达到发达国家先进产品的技术水平, 甚至在某些指标上已超出国外产品。表3为本生产线与国外生产线的性能对比。

结语

本生产线可以胜任高强度汽车结构件的热冲压, 具有高效、安全、可靠、节能与环保的优点。生产线的研制打破了国外的技术垄断, 对振兴中国汽车制造业和零部件加工业, 替代进口, 拉动机床和模具行业的生产技能提升有着重要的意义。

高强度汽车结构件篇2

本文介绍了一种新型高强度螺栓连接副扭矩系数检测装置,叙述了该装置机械系统、微机控制系统的.设计原理和简要过程.该设计将为高强度螺栓连接副的成批检测提供更方便、更准确、更高效的检测设备.

作者：连香姣田丁宝平作者单位：连香姣,田(北京建筑工程学院)

丁宝平(机械科学研究院)

高强度汽车结构件篇3

【关键词】轻量化设计；有限元分析；叉车外门架；高强度钢

The use of high-strength structural steel engineering truck outside the door frame were lightweight design

Li Yong-mei

（Hebei Zhicheng Construction Co.， Ltd Handan Hebei 056000）

【Abstract】In this paper， a 3t internal combustion counterbalanced forklift mast outside static finite element analysis， statics calculation is based on the third strength theory external door frame， select meet the Q550 high-strength structural steel design requirements modeling， and light after quantitative model designed strength check. The results showed that the use of high-strength steel outer door frame design model to meet the performance needs， the outer door frame than the original truck weight loss of about 12%.

【Key words】Lightweight design；Finite element analysis；Truck outside door frame；High strength steel

1. 前言

（1）叉车是流动性装卸搬运机械，广泛应用于物料的装卸和搬运作业。叉车门架是主要的作业及承重机构。对叉车外门架开展轻量化设计，不但可以减少门架结构的自身质量，而且叉车配重也会随之减小。同时，研究叉车外门架的轻量化设计方法对于减轻门架系统及整机质量，提高门架系统强度具有实际意义。

（2）本文基于ANSYS WORKBENCH有限元分析软件对叉车外门架进行强度分析，并进一步采用新材料对外门架进行轻量化设计和强度校核，确保轻量化设计模型满足工作要求。

2. 外门架有限元分析

叉车装卸物料时，载荷通过货叉、叉架和内门架滚轮传递到外门架，因此外门架在作业过程中存在应力集中。本文通过对叉车外门架进行正载载重25 KN和30 KN工况的有限元分析，确定外门架应力集中位置，为进一步轻量化设计提供依据。

2.1 叉车外门架有限元模型的建立。

采用Solidworks软件对某3t内燃平衡重式叉车外门架建立实体模型，如图1所示，主要包括立柱、上横梁、中横梁、下横梁、挂链座和液压缸固定板等部件。为了保证外门架有限元分析过程中计算的准确性，在建立模型的过程中进行了简化处理，去掉了不必要的零件及特征，忽略对整体力学性能影响较小的几何细节，获得简化后外门架结构。主要尺寸如下：外门架高1880 mm、宽670mm，外门架滚轮高度1820mm，货叉无外伸时载荷中心距货叉前面板550mm，货叉外伸时载荷中心距货叉前面板1070mm，倾斜液压缸高度940mm（外围架三维模型见图1）。

2.2 叉车外门架有限元分析。

将简化后的外门架三维模型导人ANSYSWORKBENCH中，进行网格划分、添加约束和载荷，最后进行分析。

2.2.1 划分网格。

选用单元类型为20个节点的186单元，采用扫掠为主的网格划分方法，对外门架及附属部件实体几何模型进行网格划分，获得了以六面体网格为主的较为理想的网格模型，如图2所示。该模型单元总数为37036个，节点总数为193578个（外围架网格划分图见图2）。

2.2.3 有限元计算。

分析两种正载工况下（25 KN和30 KN）外门架的应力情况，如图4、图5所示。结果表明，叉车外门架应力集中于立柱腹板和翼缘位置，其中最大应力值和最大应变值如表1所示。

对外门架进行轻量化设计，保证轻量化设计模型的链条连接处的翼缘与腹板连接部位满足强度要求，则轻量化设计符合要求。因此针对立柱翼缘与腹板连接部位的应力集中处进行轻量化设计计算，并以与原模型相同的工况对其进行有限元分析。

3. 叉车外门架轻量化建模

（1）叉车夕外门架轻量化建模通过对工程机械用钢查询、统计和应用的综合考虑，选取高强度结构钢Q460和Q550对叉车外门架轻量化建模。通过计算得到选用不同强度钢材料时的腹板和翼缘的厚度，如表2所示。由表2可知，采用高强度钢Q550时，叉车外门架质量较原来减少33 Kg，约12%。

（2）在保证外门架与其他连接部件的安装位置和定位尺寸大小不变的前提下，根据计算厚度采用Solidworks软件建立外门架三维模型，如图8所示。

4. 轻量化后叉车外门架有限元分析

将轻量化后的外门架模型导人ANSYSWORKBENCH中，在与原模型相同的分析工况下对轻量化的外门架模型进行有限元

分析。首先，对轻量化模型做必要简化，去除不影响受力的倒角、小孔等特征，接着对轻量化模型进行网格划分，该方式与上文原模型的网格划分方式相同，在与原模型相同的部位添加约束及大小、方向相同的载荷，最后对轻量化后的外门架进行载重30 KN工况下的有限元分析，分析结果如图9所示。最大复合应力位于立柱腹板的滚轮安装处的下端，大小为327.41MPa，最大变形6.6355mm。

由分析结果可知：

（1）轻量化后外门架应力集中位置的最大复合应力值为。327.41MPa，小于材料的许用应力366.67MPa，因此满足外门架工作需求，同时外门架仍有轻量化的空间，可对外门架进行结构优化设计，进一步减轻质量。

（2）轻量化后外门架的最大变形在材料属性允许范围内，并未对外门架造成破坏，满足该有限元分析工况的需求。

（3）正载30KN时，轻量化后外门架的应力均未超出高强度钢材料的屈服强度和许用应力，因此采用550MPa的高强度钢替代原模型材料进行轻量化设计是可行的。

5. 结论

含钒高强度汽车用钢棒材生产技术篇4

集团成功实施了属全省50个重大产业项目之一的钒钛资源综合利用及配套项目, 实现了由传统钢铁向以钒钛资源综合利用为主的钒钛钢铁转型, 形成了年产钢600万t、铁550万t生产能力, 在全省民营钢铁企业中产业基础更好、产能规模更大、产品结构更优、综合实力更强。同时川威钢材是上海期货交易所的交易交割品牌和渤海商品交易所的现货连续交易交割品牌, 在期货交易及现货连连续交易交割领域走在了全省民营企业的前列。

集团率先在区域市场内实施了产权制度改革, 于1998年构建起了股东会、董事会、监事会、经理层责权清晰、分工明确的法人治理结构, 增添了企业发展的动力和活力。管理上特色: (1) 加强风险控制, 控制好对外担保风险、合同管理风险, 实施绩效及风险审计。 (2) 通过ISO9001国际贯标体系, 实施全面预算管理, 实行流程信息化管理, 实行分级授权管理, 狠抓执行力。 (3) 加强财务控制实行财务总监派驻制, 强化财务核算制度, 强化预算及执行监控。

市场前景预测:积极推广使用HRB400钢筋可使我国长材消费减少1 200~2 100万t。并可减少钢材运输费用, 降低工程总造价, 使用高强度钢筋, 能够有效节约资源, 降低成本, 对建设节约型社会具有重要作用。节约1 000万t钢材, 相当于节约1 800万t铁矿石, 节约650万t标准煤, 同时可减少大量废气和粉尘排放。

高强度汽车结构件篇5

热冲压工艺是将高强度钢板加热到奥氏体温度范围, 钢板组织完成变化后, 快速移动到模具, 快速冲压, 在压机保压状态下, 通过模具中布置的冷却回路并保证一定的冷却速度, 对零件进行淬火冷却, 最后获得超高强度冲压件 (组织为马氏体, 抗拉强度在1500 MPa甚至更高) 的新型工艺。

2 热冲压的主要设备

(1) 加热炉。其功能是将钢板加热到再结晶温度, 一方面要求加热炉的能力要满足要求;另一方面从保证板面质量来看, 炉内又需要通保护气体, 避免钢板在加热过程中被氧化。

(2) 上下料装置。出加热炉后的钢板仍然处于高温状态, 为了能够将加热后的板料准确夹送到冲压模具上, 只能依靠特定板料形状而设计的夹具机器人或机械手来快速、平稳、准确地将高温状态下的钢板送到模具上。这样可以避免钢板在夹送过程中的表面氧化和局部温降。

(3) 压机。钢板热冲压压机既要具备快速合模冲压, 又要有保压的功能, 这是一般冷冲压压机所不能完成的。因此, 压力机是热冲压的关键设备。

(4) 模具。热冲压模具一方面要完成冲压成型, 另一方面要完成对钢板冲压过程中的淬火冷却, 因此模具周围都设计有冷却系统。现在投入工业生产的热冲压模具一般使用的是水循环冷却。国内模拟试验的模具冷却水系统位于凹模与凹模座之间。模具的材料也是关键, 有文献报道国外采用的是Al2O3/Cu复合材料。在连续高速批量生产过程中, 模具应保持相对一致的温度, 以保证批量生产部件的质量稳定。

(5) 切边和冲孔。热冲压后的零件强度高, 需要采用激光切割进行切边和冲孔。采用机械式冲压, 则要求压机吨位大。

3 热冲压工艺设备的优缺点

采用热冲压工艺后, 尤其是轿车车身所用高强度或超高强度钢板的厚度可以降低, 同时由于部件的强度得到大幅度提高, 车身上的加强板、加强筋可以大量减少, 从而减少了车身的重量, 同等条件下提高了车身的防撞安全性。

由于采用热加工工艺, 钢板的热变形能力得到大幅提高, 并且冲压变形所需的压力相对降低, 一般而言热冲压轧机的吨位800 t就可以满足生产要求。在热状态下冲压, 也降低了回弹的程度, 基本没什么回弹。

相对冷冲压而言, 热冲压也有不足之处。由于需要加热炉对钢板进行前处理, 增加了加热设备及其能耗这一大环节。生产过程中由于需要加热和保压 (淬火) , 从而增加了生产时间, 生产效率也因此降低。

4 国内外高强度汽车板热冲压成形工艺研究现状

主要是同济大学、哈尔滨工业大学、吉林大学、上海大众汽车和奇瑞汽车、宝钢研究院等相关研究单位在对热冲压技术、关键设备进行研究, 上海市对此还设立了专门的科研项目进行资助。

国内大学研究高强度汽车板热冲压工艺取得成果较多的是同济大学机械与材料学院, 他们选用的是安赛乐生产的USIBOR1500高强度钢板, 采用热模拟机和量身订制的模具进行试验研究。主要研究了热冲压过程中, 钢板的加热温度与钢板内部组织结构变化模式、冲压速度、保压时间、冷却临界速度 (淬火速度) 、冲压模具温度变化对成形的影响等方面的模拟研究。

国内实验研究表明:高强度汽车板热冲压加热温度为850~950℃为宜;模具在室温下, 即原始温度10~50℃对热冲压成形没有明显影响;保压时间一般为155~260 s, 冷却速度一般≥21℃/s, 淬火后零件温度为200℃左右, 冷却水临界经济流速为0.7 m/s。

国外对此工艺研究的比较早, 由于技术封锁, 很难见到有实际意义的生产线的技术文献和有关高强度汽车板热冲压生产实践性资料, 公开发表的绝大部分都是试验研究。大多集中在汽车工业比较发达的欧洲国家, 如瑞典得勒欧理工大学、德国纽伦堡大学、德国Munchen理工大学、意大利帕瓦大学, 日本横滨国立大学、丰桥科技大学, 此外伊朗Arak大学都对高强度淬火钢板热冲压成形原理和工艺进行了研究, 主要采用热模拟机、用安赛乐生产的USI-BOR1500高强度钢板进行研究。

5 钢板热冲压技术主要应用部件

高强度汽车板热冲压技术主要用于生产轿车车身结构中对强度要求高的部件, 如门内侧梁、柱, 底板中央通道、车身纵梁和横梁、门槛、保险杠等安全防撞件。这些部件的强度级别直接关系轿车的安全性能, 尤其是国家提高了对汽车防撞级别的要求, 这些部件的强度级别更是关系到整车的安全星级。

研究显示, 德国大众B6车型、沃尔沃XC90和C70、马自达6采用了高强度硼钢和热冲压成型工艺。国内某自主品牌汽车也在部分车型中采用了此项技术以提高碰撞安全级别。

6 结语

目前, 国内各大型汽车用钢生产企业, 对高强度和超高强度硼钢板的开发还比较滞后, 品种也相对较少, 还没有研发出并批量生产带涂层的热镀锌品种, 需要钢厂加大研发, 以满足汽车生产企业对高强钢板的需求。国外对热冲压设备及其应用技术的研究封闭严密, 国内大型钢厂可以与有关汽车生产企业、冲压设备制造企业、相关重点院校加强合作, 以期在热冲压设备制造领域取得突破。这样可以加快高强钢板的研发与应用, 提高高强度汽车钢板的应用比重, 打破国外技术封锁, 降低设备成本, 使该技术得到广泛推广。在设备引进方面, 钢厂可以与汽车生产企业签订有关协议, 加强技术和设备投入合作, 可以将热冲压线引入到钢铁企业建设的剪切配送中心, 这样可以降低汽车生产企业的投入, 也有利于钢铁企业推广其生产的高强度、超高强度钢板。

在热冲压工艺技术细节完善层面, 可以应用计算机辅助技术, 仿真模拟热冲压试验研究过程中钢板的成形和淬火过程, 将各项工艺环节进行优化。

目前对热冲压工艺的自动控制研究还基本没有, 因而需要加强研究和消化, 以免在工艺的生产控制方面受制于人。同时强化操作人员培训, 提高生产水平。

摘要：探讨了国内外关于高强度汽车板热冲压技术领域的一些问题。

关键词：汽车,板热,冲压,高强度

参考文献

[1]秦家爱, 仲梁维.CAE在汽车冲压件生产工艺中的优化应用.模具工业, 2009 (7)

桥梁钢结构高强度螺栓组连接设计篇6

高强度螺栓连接被应用到桥梁建设中时, 螺栓承受剪力和拉力两种力量, 高强度螺栓在承受拉力时, 负荷在螺栓上的预拉力没有特别明显的变化, 即增加的预拉力并不大, 在承载外拉力时主要通过减少靠板之间的夹紧力来实现, 这样能保证板件之间的夹紧状态一直持续不变。高强度螺栓在承受剪力时, 由于受力要求以及设计方面存在诸多差异可以将螺栓进行分类, 主要可以分成承压型以及摩擦型两种类型。

1.1 承压型

承压型高强度螺栓连接在进行受剪设计时, 只能够保证桥梁结构在使用荷载一切正常的前提下, 外剪力不会超过摩擦力的最大值, 此时外剪力的受力性能与摩擦型性能一致;如果桥梁结构在使用荷载上超出正常荷载值, 那么外剪力超过摩擦力最大值的可能性就非常大, 一旦发生这种情况, 就会发生被连接板件之间滑移变形的现象, 这一现象一直持续到螺栓杆与孔壁的一面发生接触。桥梁钢结构高强度螺栓组在此之后就只能依靠板件接触面摩擦力、螺栓杆身剪切以及孔壁承压同时进行传力工作, 一旦超过了螺旋杆身剪切和孔壁的最大承压能力就会造成孔壁承压或者杆身剪切发生破坏。

1.2 摩擦型

摩擦型高强度螺栓连接在进行受剪设计时, 其受力极限为外剪力达到板件接触面间由螺栓拧紧力所提供的最大摩擦力。为了保证桥梁高强度螺栓连接的外剪力低于摩擦力的最大值, 才能够达到桥梁结构螺栓能够有效地承受摩擦力, 避免板件之间相对滑移变形现象的发生。

2 桥梁钢结构高强度螺栓连接的选型

高强度螺栓连接除具有一般螺栓连接的优点外, 还具有连接刚度更强、整体效果更加明显的特点, 当然也存在一些缺点, 主要是成本较高和安装与制造方面要求更加严格等方面。

高强度螺栓连接主要分为承压型高强度螺栓连接和摩擦型高强度螺栓连接, 在进行这两种螺栓选型时应该将连接部位、结构受力特点以及荷载的类型纳入到考虑范围中。

2.1 承压型

高强度螺栓连接的设计承载力相对于摩擦型高强度螺栓连接的效果要更好, 能够使螺栓的使用量得到相应的减少, 但是缺点在于刚度较弱、整体效果不够明显, 主要被应用到间接动力荷载结构互或发挥静力荷载的作用。承压型高强度螺栓连接在我国的应用范围相对较小, 由于在使用和设计方面的经验相对不足, 很少被应用到桥梁建设中。在进行承压型高强度螺栓连接计算时应该按照规范和标准进行, 承受的荷载力主要包括同时承受杆轴方向拉力和剪力、抗剪连接、在杆轴方向的受拉连接的承压型高强度螺栓的连接。钻成孔为承压型高强度螺栓应该使用的孔型, 在对其进行布置时多采用错列形式, 螺栓杆、垫圈以及螺栓杆的钢材质量都有严格要求, 应该将高强度钢材应用到以上设施的制作中, 为了使高强度螺栓各个部分达到更好的刚度效果必须对其进行热处理。

2.2 摩擦型

高强度螺栓连接不但刚度强, 整体效果好, 而且抗疲劳性能更好、变形不明显同时还具有受力可靠的特点, 能够保证板件接触面间的摩擦力始终不会被试用期间的外剪力所超过, 还能够避免板件之间相对滑移变形现象的发生。能够被广泛应用于荷载结构的高空安装连接、构件的现场拼接等项目中去, 因其优势明显, 被广泛应用到桥梁建设中。

3 高强度螺栓

在进行桥梁钢结构设计时通常采用型号为10.9级的高强度螺栓, 高强度螺栓要想达到对摩擦面进行压紧的效果就需要对螺栓施加预拉力, 随着螺栓直径的不断增加, 螺栓有效截面积也随之增大, 同时会产生更大的预拉力。

高强度螺栓连接板应该与木材配钻, 同时还应该对对位标记进行保留, 进行现场安装时必须先进行多处定位, 定位工具为锥形定位销, 这有这样才能够确保螺栓把合的精度符合要求同时也能够使连接质量满足桥梁工程建设的规定。高强度螺栓在接头处的强度须与木材相统一, 这是由高强度螺栓所发挥的作用决定的。高强度螺栓的功能在于延长母材, 因此母材的屈服极限要求同样也适合高强度螺栓的摩擦面抵抗的外力。如果桥梁的跨度中间部分没有进行分段处理, 那么施加给高强度螺栓承受的力度相对较小, 设计人员在进行高强度螺栓组设计时可以依据桥梁结构构架所受的轴向力。

4 结语

将桥梁结构高强度螺栓组连接应用到在桥建设过程中, 能够增强桥梁连接结构的强度, 达到更好的整体效果, 不但能够保证桥梁建设的质量还能够延长桥梁的使用年限, 方便广大人民群众的生产和生活。桥梁工程建设是我国基础设施建设的重要组成部分, 关系到广大人民群众的切身利益。近期, 我国桥梁安全事故频繁发生, 在社会上引起了强烈的反响, 因而桥梁设计和施工受到全社会各界的广泛关注。为了增强桥梁的刚度和荷载能力, 必须做好桥梁钢结构高强度螺栓组连接设计工作。

摘要：近年来, 随着我国国民经济的不断增长和国家综合国力的不断增强, 广大人民群众对于基础设施建设的要求也不断提高, 为了满足人民群众的要求, 国家不断加大对基础设施建设的力度。桥梁工程建设是基础设施建设的重要组成部分, 必须充分保证其质量和运行的稳定性。桥梁钢结构高强度螺栓组连接设计的效果对整个桥梁工程的质量有非常重要的影响, 因此必须得到充分重视。

关键词：桥梁钢结构,高强度螺栓组,连接设计

参考文献

[1]成大先.现代钢结构设计新工艺新技术与标准规范实用手册[M].钢结构, 2010, 5.

[2]蒋晓平.高强度螺栓如何保证钢结构施工的质量[J].江西电力, 2010 (2) .

高强度汽车结构件篇7

关键词：高强度螺栓连接副,栓接,钢结构

高强度螺栓连接目前在钢结构中广泛使用, 技术已比较成熟, 但在某些地方, 如在高强度螺栓连接副大量、高密度使用区域, 安装时也会遇到不少问题, 这些问题如得不到有效的处理, 就会影响到产品质量, 甚至结构安全。

本文以某港口钢结构塔架为例。如图1所示, 钢塔架重量约300 t, 高度约60 m, 柱与梁的材料主要为H形工字钢, 柱与梁、梁与梁之间的连接采用高强度螺栓连接, 整个塔架约850个高强度螺栓连接节点。

1 钢结构高强度螺栓安装规范要求[1,2]

1) 高强度螺栓连接副应按批配套使用, 并应具有出厂质量保证书。

2) 安装单位应按要求进行高强度螺栓连接摩擦面的抗滑移试验和复验, 现场处理的构件摩擦面应单独进行摩擦面抗滑移系数试验。

3) 高强度螺栓连接摩擦面应保持干燥、整洁, 不应有飞边、毛刺、焊接飞溅物、焊疤、污垢等, 除设计要求外摩擦面不应涂装, 高强度螺栓安装不得在雨中进行。

4) 接触面间隙不得大于1 mm。

5) 高强度螺栓安装时, 螺栓宜自由穿入孔内, 当不能自由穿入孔内时, 应以铰刀扩孔, 扩孔数量应征得设计同意, 扩孔后的孔径不应超过1.2d, 严禁气割扩孔。

6) 高强度螺栓连接副的扭矩检查应在螺栓终拧1 h以后、24 h以前进行。检查数量:按节点数抽检10%, 每个被抽检节点按螺栓数抽检10%, 且不应少于2个。

2 安装过程常遇到的问题

1) 问题一:螺栓孔距要求高。图1的钢塔架, 约850个连接节点, 合计约1 700块连接板, 9 000个螺栓孔。大型钢结构工程的施工, 往往时间紧, 高空作业, 并且钢结构施工存在焊接变形、安装累积误差等的因素。如此多的零部件 (柱、梁和连接板等) 要保证它们在安装时顺利栓接, 是相当困难的, 对无法栓接的位置, 按工艺要求, 只能用铰刀扩孔, 由于时间紧, 高空作业施工难度大, 最后往往造成施工中的野蛮作业, 如用火焰切割进行扩孔。

2) 问题二:接触面不能完全紧贴。摩擦型高强螺栓连接, 摩擦面的抗滑移要求非常高, 必须保证接触面的紧贴。两块板接合面间隙不应超过1 mm。间隙在1 mm~3 mm之间时应磨成1∶10的缓坡, 使间隙小于1 mm。由于施工过程的累积误差, 所有的接触面间隙要控制在1 mm内是非常困难的, 在高空中对配件进行斜坡打磨, 大型钢结构如此多的节点板几乎是不可能做到的。如图1中的L1梁, A端与B端只要位置发生了一点变化, 接合面间隙就可能超出1 mm的范围。

3 工艺保证措施

1) 首先必须放好地样。预制件在胎架上 (主梁、副梁与连接板) 按地样要求制作装配好, 地样反映了构件真正的安装尺寸, 所有的连接板位置必须以地样为准。2) 连接板栓接孔采用“配钻”, 即两块或三块连接板重叠放置后一起钻孔, 使配对的孔具有一致性, 不会因钻孔加工误差造成孔的错位。图1中栓接位置有三种结构形式:主梁与主梁之间用两块连接板来连接、副梁与主梁上的连接板的连接、副梁与副梁上的连接板的连接。对于第一种形式, 主梁与主梁及连接板一起配钻;第二种形式, 副梁与主梁上的连接板一起配钻;第三种形式, 副梁与副梁上的连接板一起配钻。3) 地面预安装。预制件制作完成后, 相临构件在胎架上根据地样先进行预装, 预装是吊装前的最后一道工序, 如预装顺利就可保证吊装工作的顺利完成。

4 结语

经过“放样”“配钻”和“地面预装”三道工序, 构件在安装时可顺利进行, 而没有经过这三道工序的, 安装时往往会出现上述提到的两个问题, 合理、科学的工艺方法不仅缩短了施工工期, 而且是工程质量的重要保证。

参考文献

[1]周学军, 顾发全, 王示.钢结构工程施工及验收规范应用指导[M].济南:山东科学技术出版社, 2004.

钢结构连接与高强度螺栓施工技术篇8

1焊接工艺重点介绍

无论是钢结构连接还是高强度螺栓施工技术都需要焊接工艺做保证, 因此我们先了解一下焊接工艺的要点。笔者总结如下:

第一, 要确定焊接工艺需要的具体数据, 比如, 哪种焊接方式、需要哪些焊接参数以及什么型号的焊条、焊丝等等;第二, 焊条烘烤, 所谓焊条烘烤只要针对的是焊条和粉芯焊丝, 在这两者使用之前一定要具体相关的质量要求进行烘焙, 还需要注意的是对于低氢型焊条来说, 再其经过烘焙之后, 应该将其放到保温箱中, 这样就可以随用随取, 简单方便;第三, 确定焊接位置, 在焊接结构进行拼接或者组装时, 一定要确定零件具体的焊接位置, 确定之后再进行定位点焊, 在定位点焊时一定要事先确定长度和厚度, 以免出现误差, 但是需要注意两点, 即电流和定点焊接位置, 在正式焊接时要比平常高10%至15%, 而在真正进行定点焊接时, 位置要尽可能的让开应力集中的地方, 比如端部或者边角等位置;第四, 焊前要进行预热, 这主要是因为预热可以减缓热影响区冷却的速度, 这样就能够避免焊接出现延迟裂纹的现象。预热的地方通常情况下都在焊缝的两面, 每面预热区的宽度都应该超过焊件的厚度, 大约在1.5倍或者以上, 但是不能低于10厘米;第五, 确定焊接的顺序, 通常情况下, 都是由焊件的中心向四面扩展, 首先, 要先焊焊缝, 但是焊缝也有收缩量大小之分, 这是应该选择先焊收缩量大的焊缝, 之后再焊收缩量小的焊缝, 要注意尽可能的进行对称焊接, 其次, 如果出现焊缝相交的现象, 那么应该先焊接竖向的焊缝, 焊接完之后, 等到冷却到常温之后, 再焊接横向的焊缝, 最后, 如果出现钢板很厚的现象, 那么可以利用分层焊接的方法;第六, 焊接结束后要进行热处理, 所谓焊接热处理重点指的是焊缝, 因为焊缝需要进行脱氢处理, 这样才能保证冷裂纹不出现, 一定要注意, 这种热处理需要焊接结束后马上进行, 保温时间只要一句板厚来确定即可, 通常情况下, 每2.5厘米1小时即可。无论是预热还是后热都可以利用散发式火焰枪。

2钢结构焊接的主要方法

2.1手工焊。适用于手工焊接方法的焊机主要有交流焊机和直流焊机。前者主要就是利用电弧热进行焊接, 这种电弧热主要是由焊条和焊件之间生成的, 这种方法因为需要的设备十分简单, 操作也很灵活, 可以在任何位置进行焊接, 因此在建筑工地中经常采用这种方法。普通钢结构最适合运用交流焊机的手工焊接这种方法。而后者的直流焊机焊接原理与前者一样, 只是成本支出上要高于交流焊机, 但是如果利用直流电机, 电弧相对要稳定很多, 因此这种焊机最适合应用在各方面要求都很高的钢结构连接中。

2.2埋弧自动焊:利用埋在焊剂层下的电弧热焊接, 效率高, 质量好, 操作技术要求低, 劳动条件好, 是大型构件制作中应用最广的高效焊接方法。适用于焊接长度较大的对接、贴角焊缝, 一般是由规律的直焊缝。

2.3半自动焊:与埋弧自动焊基本相同, 操作灵活, 但使用不够方便。适用于焊接较短的或弯曲的对接、贴角焊缝。

2.4 CO2气体保护焊:用CO2或惰性气体保护的实芯焊丝或药芯焊接, 设备简单, 操作简便, 焊接效率高, 质量好。适用于构件长焊缝的自动焊。

3高强度螺栓连接施工

3.1一般要求。第一, 高强度螺栓使用前, 应按有关规定对高强度螺栓的各项性能进行检验。运输过程中应轻装轻卸, 防止损坏。当发现包装破损、螺栓有污染等异常现象时, 应用煤油清洗, 并按高强度螺栓验收规程进行复验, 经复验扭矩系数合格后方能使用;第二, 工地储存高强度螺栓时, 应放在干燥、通风、防雨、防潮的仓库内, 并不得沾染脏乱物;第三, 安装时, 应按当天需用量领取, 当天没有用完的螺栓, 必须装回容器内, 妥善保管, 不得乱扔、乱放。

3.2安装工艺。第一, 一个接头上的高强度螺栓连接, 应从螺栓群中部开始安装, 向四周扩展, 逐个拧紧。扭矩型高强度螺栓的初拧、复拧、终拧, 每完成一次应涂上相应的颜色或标记, 以防漏拧;第三, 接头如有高强度螺栓连接又有焊接连接时, 宜按先栓后焊的方式施工, 先终拧完高强度螺栓再焊接焊缝;第三, 高强度螺栓应自由穿入螺栓孔内, 当板层发生错孔时, 允许用铰刀扩孔。扩孔时, 铁屑不得调入板层间。扩孔数量不得超过一个接头螺栓的1/3, 扩孔后的孔径不应大于1.2d (d为螺栓直径) 。严禁使用气割进行高强度螺栓孔的扩孔。

3.3紧固方法。

3.3.1大六角头高强度螺栓连接副紧固。第一, 扭矩法:使用可直接显示扭矩值的专用扳手, 分初拧和终拧二次拧紧。初拧扭矩为终拧扭矩的60%~80%, 其目的是通过初拧, 使接头各层钢板达到充分密贴, 终拧扭矩吧螺栓拧紧。第二, 转角法:根据构件紧密接触后, 螺母的旋转角度与螺栓的预拉力成正比的关系确定的一种方法。操作时分初拧和终拧两次拖拧。初拧可用短扳手将螺母拧至使构件靠拢, 并做标记。终拧用长扳手将螺母从标记位置拧至规定的终拧位置, 转动角度的大小在施工前由试验确定。

3.3.2扭剪型高强度螺栓紧固。扭剪型高强度螺栓有一特制尾部, 采用待用两个套筒的专用电动扳手紧固。紧固时用专用扳手的两个套筒分别套住螺母和螺栓尾部的梅花头, 接通电源后, 两个套筒按反方向旋转, 拧断尾部后即达相应的扭矩值。一般用定扭矩扳手初拧, 用专用电动扳手终拧。

结束语

综上所述, 我们对钢结构连接和高强度螺栓施工技术进行研究是非常必要的, 因为这两种都是在建筑施工中比较常见的施工项目。这两种施工项目主要都是利用焊接技术, 因此也要对焊接技术进行很好的研究。如果相关的施工人员能够做好钢结构连接和高强度螺栓施工, 那么, 就可以保证施工质量。本文是笔者经过自己多年的钢结构连接与高强度螺栓施工经验总结出来的, 希望能够为相关施工单位提供借鉴, 为我国钢结构连接与高强螺栓施工技术的发展提供参考。

参考文献

[1]魏兰存.膨胀型纤维混凝土施工技术的应用[J].科技创新导报, 2010 (34) .

[2]潘剑辉.关于现代高层住宅外墙防渗漏施工技术[J].科技促进发展 (应用版) , 2010 (6) .

高强度汽车结构件篇9

随着各类大型复杂钢结构工程的不断涌现,高强度钢材厚板开始大量使用。高强度钢板采用了新的钢材生产工艺,加入Nb、V及Ti元素为代表的微合金,提高钢材屈服强度;同时使S、P、N、H、O等杂质元素含量和碳含量较低,且钢材具有更高的洁净度,改善了其塑性和韧性,降低了含碳量。以此新工艺开发的高强度钢材一般屈服强度标准值大于460MPa[1]。与此同时,各种高强度、异形复杂截面构件的现场焊接也越来越多,焊接难度越来越大,特别是多杆件汇交形成的复杂节点更是加大了钢结构的施工难度;一些超长、超厚焊缝在施工现场进行焊接也随之出现,对施工技术方面也有着较高的要求[2]。本文就高强度钢材厚板钢结构焊接特点进行阐述,并针对其特点,探讨焊接过程中的一些控制措施。

1 焊接特点

1.1 可焊性较差

Q460以上的钢为低合金高强度钢,正火处理,碳当量在0.47%以上。这种高强度钢材在焊接时存在一定的淬硬倾向,非常容易产生冷裂纹,焊接性较差。在焊接融合区是最薄弱的部分,有明显的化学和物理不均匀性,组织性能突变等。

1.2 构件焊接残余应力与变形大

当钢材的厚度超过100mm以上时,整个构件截面中,钢材的截面所占的比重比较大,如果大多数的焊缝采用外侧单面坡口的施焊工艺进行焊接,就会造成结构焊接完成后产生残余应力,当外载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时,这一区域的材料就会产生局部塑性变形,导致的后果就是,它不能再承受外载能力,缩小了结构的有效截面积,进而造成了结构的低刚度,致使构件形成不小的残余变形。如果结构形式不简单,各个单体结构若属于“复合型”构件,那么焊接应力方向不一致的情况是非常有可能出现的,纵、横、上、下立体交叉,相互之间影响,这样就不难致使构件发生变形了。对于超厚钢板焊接结构而言,如果不能很好的控制焊接变形,那么带来的直接后果就是构件的外形尺寸精度与规范的差值偏差非常的大,不仅构件质量不符合设计与规范的要求,而且还会给施工安装造成非常大的麻烦,尤其当构件受外部荷载以后。

1.3 易产生焊缝裂纹

和薄板相比,厚钢板在焊接时有一下特点:(1)施焊作业时间长;(2)焊缝单面施焊熔敷金属量大;(3)焊接残余应力大;(4)拘束度较大;(5)节点复杂。

在施焊时,焊接过程中的温度控制不好,容易产生热裂纹与冷裂纹,有的甚至在焊接完成几天后才出现延迟裂纹。尤其对于出现大量厚板和薄板焊接成T形截面的这种情况,由于两者厚度相差较大,焊缝的质量难以保证,因此,必须采取特殊工艺措施进行处理。

1.4 易产生层状撕裂

厚板出现层状撕裂主要还是在焊接过程中及焊接后期出现,特别是角焊缝。万一由于某种疏忽,使构件层状撕裂,那么其造成的后果是相当严重的,处理的结构是只能将其报废。在工程中会经常看到层状撕裂缺陷发生在钢板厚度方向的“十字角接和T形角接”接头上。那么我们怎样才能有效地防止层状撕裂和裂纹情况的出现呢,经研究发现,最主要的方法是要对焊接质量进行严格把关,制定合理的焊接工艺。

2 控制措施

基于高强度厚板焊接在焊接中表现出的一些特性,需要根据实际情况制定相应的合理施工控制措施,包括:下料切割及坡口控制、温度控制、变形控制、残余应力消除等。

2.1 下料切割、坡口控制

对于厚板的下料切割过程一定要严格把关,慎重选择厚板焊接坡口形式。厚板切割具有什么样的质量对于结构组装有着直接的影响。厚板切割,端面厚,坡口尺寸如果偏大,精度值严重过超出规定的要求,会使焊缝间隙过大、坡口角度也过大,使焊接工作量增多;如果坡口角度偏小,那么就不能达到标准的熔深。此时主要采取的措施有:

(1)“小坡口”措施。即在不增加坡口角度的情况下,尽可能增大焊脚尺寸;在满足设计要求焊透深度的前提下,坡口角度和间隙应尽量小,且坡口一般应避开板的中心区域。

(2)当不同厚度的钢板进行对接时,当较厚板件与较薄板件厚度之差大于3mm时,采用“作坡”,即对厚板进行削斜过渡。

(3)焊前检查焊缝坡口质量,检查坡口边缘是否光滑,被焊接头区域附近的母材应无油污、铁锈、氧化皮及其他外来物。

在进行组装焊接时,运用上面所讲的坡口控制措施,除了可以使焊缝连接强度平稳过渡,防止因连接强度突然发生变化而使应力集中、构件破坏的情况发生;还能够降低层状撕裂情况发生的可能性,有利于创造高质量的焊接。

2.2 温度控制

厚钢板在焊接前,钢板的温度较低,施焊时,电弧的温度过高,导致温度分布不均匀,焊接接头存在淬硬组织,且存在有较大的焊接拉应力,导致钢材性能变脆,从而产生冷裂纹。因此,在焊接前,厚板必须进行预热。先预热一下构建再进行焊接,可以使温差变小,还能够使冷却速度变慢,这两方面都能使焊接残余应力变小。最小预热温度根据板材厚度的不同来确定。

(1)焊前预热及层间温度的保持宜采用电加热器、火焰加热器等加热,预热的加热区域应在焊接坡口两侧,宽度为焊接头中较厚板的两倍板厚以上,且不小于100mm。当用火焰加热器预热时正面测温应在加热停止后进行。加热点应尽可能在施焊部位的背面。

(2)当母材表面温度低于0℃(板厚大于30mm时可为5℃)时,在加热区域,应将母材预热至大于21℃。

(3)厚板对接焊后,应迅速进行后热处理。这样可使焊前渗入熔池的扩散氢迅速逸出,防止焊缝及热影响区出现裂纹。

(4)由于厚板温度的冷却速度较快,焊接过程中应严格控制温度,使焊接的层间温度一直保持在200~300℃之间。为了随时对焊接点的前后方向、侧面进行测温,采用数显测温仪来测量预热和层间温度。

(5)同一焊缝应连续施焊,力求一次完成,不能一次完成的应注意焊后缓冷,再次焊接前必须重新进行预热,焊后采用石棉或加热板使焊缝缓慢冷却。

2.3 焊接过程控制

(1)定位焊:厚板在定位焊时,应提高预加热温度,加大定位焊缝长度和焊脚尺寸,以此来防止在定位焊时,周围的“冷却介质”能很快的将厚板的温度冷却下来,这样就会造成应力集中,产生裂纹,还会破坏材质。

(2)多道多层焊:在厚板焊接过程中,应坚持多道多层焊,严禁摆宽道。摆宽道焊接对焊缝拘束应力大,没有足够大的焊缝强度,这样就不难使焊缝开裂的现象发生,还很容易产生延迟裂纹。而多层多道焊可有效改善焊接过程中应力分布状态,保证焊接质量。

(3)焊接过程中检查:厚板焊接时,要完成一个构件,需要的时间大约为几个小时甚至几十个小时,因此一定要高度重视焊接期间的中间检查,这样才能随时发现问题,随时解决问题。

(4)焊后检测:要在焊后大于等于48小时的时间内进行超声波无损检测,这样做的目的是防止延迟裂纹构件的破坏,此外,如果能赶上进度,在构件出厂前再检测一次,以便更好地保证构件符合标准。

2.4 变形控制

对于超厚板焊接结构而言,如果不能很好的控制焊接变形,那么带来的直接后果就是构件的外形尺寸精度与规范的差值偏差非常的大,构件质量不符合相关设计要求。控制焊接变形的主要措施有:

(1)合理的施焊顺序。为了有效防止焊接应力和焊接变形,有一种非常好的方法就是选择合理的施焊顺序。依据各种焊接方法,遵循“分散、对称、均匀”的原则,制定不一样的焊接顺序。

(2)采用反变形。根据焊件焊后可能产生变形的方向和大小,在焊接前使焊件做大小相同,方向相反的变形,以抵消或补偿焊后发生的变形,使之达到防止焊后变形的目的,这种方法称为反变形法。厚板的变形一般比较难校正,为了不造成较大的校正工作量,可在板件拼装前将上下翼缘板预先设置反变形,经过反变形后,构件焊后基本可以使翼板回复至平直状态。

(3)控制角变形。全融透焊缝范围大的超厚钢板在焊接后,上下翼缘板外伸部分会出现不小的角变形。为了控制角变形,一定要对每条焊缝正反两面分阶段反复施焊,或对同一条焊缝分两个时段施焊。施焊时,要认真仔细的盯着其角变形情况,最大限度的避免焊接变形,减小焊缝内应力。

2.5 消除残余应力

在厚板焊接中,构件内的焊接残余应力会极大地降低构件的承载能力和抗疲劳强度,造成结构脆性断裂。在结构承受外部荷载过程中,残余应力的存在导致构件失稳、变形甚至破坏。因此,在加工时,应采取措施进一步消除残余应力:

(1)喷砂除锈。除锈时,采用喷出的高压铁砂束对构件的焊缝及其热影响区反复、均匀地冲击,可以消除构件部分残余应力。

(2)超声波振动。超声波振动对消除焊接残余应力极为有效。

(3)振动时效。构件承受变载荷应力达到一定数值,经过多次循环加载后,结构中的残余应力逐渐降低,即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。此方法不受工件尺寸、形状、质量等限制。

(4)局部烘烤。在构件完工后对其焊缝背部或两侧进行烘烤。

(5)整平工件。为了有效消除收缩应力,在整平过程中,加大对工件切割边缘的反复碾压。

(6)焊后锤击。焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域,使金属展开,可以使焊接残余应力明显变小。

对构件消除焊接残余应力后,对焊缝边缘的残余应力进行检测。

3 结语

高强度钢材厚板钢结构在我国近些年的发展,已充分显示出这类结构的众多特点和优势。随着高强度钢材厚板在高层民用建筑施工中的广泛应用,通过不断的研讨及总结施工经验来进一步完善和提高施工安装及工艺水平,高强度钢材厚板施工工艺和技术将会越来越成熟。