[发明专利]一种降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法

权利要求书

1.一种降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：收集正交异性钢桥面焊接过程中的焊接参数和焊接参数值；

S2：基于步骤S1中收集的焊接参数和焊接参数值对钢桥面的实际焊接过程建立有限元模型并进行有限元仿真，得到焊接完成后钢桥面的焊接残余应力场；

S3：根据步骤S2得到的焊接残余应力场对正交异性钢桥面进行退火处理的有限元模拟，得到理论残余应力场；

S4：测量钢桥面典型焊缝及其附近区域表层残余应力场，得到实际残余应力场；

S5：根据步骤S4得到的实际残余应力场与步骤S3中得到的理论残余应力场，修正步骤S2中所建立的有限元模型，使得理论残余应力场能够反映实际残余应力场，并使用修正过的有限元模型对退火处理参数进行优化，最终得到正交异性钢桥面焊接残余应力最小的退火优化参数；

S6：将步骤S5中的退火优化参数输入退火执行终端且摆放上需要退火处理的正交异性钢桥面；

S7：进行退火处理；

步骤S2、S3中的有限元模拟是基于固态相变理论进行的；

所述焊接残余应力由以下公式计算得到：Δε＝Δε_T+Δε_ΔV+Δε_trip；

Δε_T＝α(T)ΔT；

f_M＝1-EXP[-(M_S-)]；

式中：Δε为焊接残余应力场；Δε_T为热弹性应变；Δε_ΔV为体积应变；Δε_trip为相变塑性应变；f_A与f_M分别为奥氏体体积分数与马氏体体积分数，T为当前温度，A_C1为奥氏体转变温度，A_C3为奥氏体转变结束温度，A与D为材料相关的系数，M_S为马氏体转变温度，C为材料常数，Δf_K为第K相的体积分数，为完全相变时的体积应变，K为trip系数，S为偏应力，ζ为相变率；α(T)为温度相关的线膨胀系数，ΔT为温度变化幅度，f′(ζ)为饱和函数的导数。

2.根据权利要求1所述的降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，其特征在于，步骤S4中实际残余应力场通过X射线、盲孔法或超声法测量得到。

3.根据权利要求1所述的降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，其特征在于，步骤S4中实际残余应力场的测量包括以下步骤：

S4-1：对焊接方式进行有限元模拟，得到钢桥面内焊接残余应力最大的区域；

S4-2：对焊接残余应力最大区域内的钢桥面进行除锈打磨；

S4-3：取残余应力最大的区域内的多个测量点进行残余应力测量。

4.根据权利要求1-3任一项所述的降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，其特征在于，步骤S5中的退火处理参数包括升温速率、降温速率以及保温时间。

5.根据权利要求1所述的降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，其特征在于，所述正交异性钢桥面包括钢顶板，与钢顶板的下表面焊接的纵肋，纵肋的数量为多个，纵肋沿钢顶板的纵向方向设置，纵肋与钢顶板之间设置有多个横肋，纵肋沿钢顶板的横向方向设置，纵肋和钢顶板均与横肋焊接。

6.根据权利要求5所述的降低正交异性钢桥面焊接残余应力的方法，其特征在于，所述钢顶板的厚度为14～24mm，纵肋的厚度为8～12mm，横肋的厚度为10～16mm，任意相邻横肋之间的距离为3～5m。