钢结构钢材原材料力学性能检测技术

钢结构钢材原材料拉伸 冷弯力学性能检测技术 一 检测依据 碳素结构钢 GB T700 2006 金属材料 室温拉伸试验方法 GB T228 2002 金属材料 弯曲试验方法 GB T232 1999 二 技术要求 1 拉伸拉伸试验试验 1 原理 试验系用拉力拉伸试样 一般拉至断裂 侧定材料的屈服强度 Re MPa 抗拉强度 Rm MPa 伸长率 A 除非另有规定 试验一般在室温 10 35 范围内进行 对温度要求严格的 试验 试验温度应为 23 士 5 伸伸长长率率 A 原始标距的伸长与原始标距 L0 之比的百分率 应应力力 试验期间任一时刻的力除以试样原始横截面积 S0 之商 屈服屈服强强度度 Re 当金属材料呈现屈服现象时 在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力 点 应区分上屈服强度和下屈服强度 抗拉抗拉强强度度 Rm 相应最大力 Fm 的应力 极限极限强强度度 ultimate strength 物体在外力作用下发生破坏时出现的最大应力 也可称为破坏强度或破坏应力 一般用 标称应力来表示 根据应力种类的不同 可分为拉伸强度 t 压缩强度 c 剪切强度 s 等 2 制样 试样的形状与尺寸取决于要被试验的金属产品的形状与尺寸 通常从产品 压制坯或铸 锭切取样坯经机加工制成试样 但具有恒定横截面的产品 型材 棒材 线材等 和铸造试样 铸铁和铸造非铁合金 可以不经机加工而进行试验 矩形横截面试样 推荐其宽厚比不超过 8 1 试样原始标距与原始横截面积有关系者称为比例试样 国际上使用的比例系 00 SkL 数 k 的值为 5 65 原始标距应不小于 15mm 当试样横截面积太小 以致采用比例系数 k 为 5 65 的值不能符合这一最小标距要求时 可以采用较高的值 优先采用 11 3 的值 或采用非 比例试样 非比例试样其原始标距 L0 与其原始横截面积 S0 无关 a 机加工的式样 图 1 b 为产品一部分的不经机加工试样 图 2 3 原始横截面积 S0 的侧定 S0 ab a b 为试样截面的长宽 a 一般都去 25mm 4 原始标距 L0 的标记 应用小标记 细划线或细墨线标记原始标距 但不得用引起过早断裂的缺口作标记 对于比例试样 应将原始标距的计算值修约至最接近 5mm 的倍数 中间数值向较大一 方修约 原始标距的标记应准确到 1 如平行长度 Lc 比原始标距长许多 例如不经机加工的试样 可以标记一系列套叠的原 始标距 有时 可以在试样表面划一条平行于试样纵轴的线 并在此线上标记原始标距 5 试验速率 应力速率取 10 N mm2 S 1 6 断后伸长率的测定 为了测定断后伸长率 应将试样断裂的部分仔细地配接在一起使其轴线处于同一直线上 并采取特别措施确保试样断裂部分适当接触后测量试样断后标距 应使用分辨力优于 0 1 mm 的量具或测量装置测定断后标距 L0 准确到 0 25mm 夹持端 钢板 型钢试样试样图 地脚螺栓 圆钢 试样试样图 一般要求试件宽度取25 7 屈服强度 Re 的测定 图 3 从 A 到 B 的直线表示弹性区域内荷载与变形的关系 只要荷载不超过 B 点 当卸载后 试样会恢复到原来的尺寸和形状 B 点的应力称为材料的弹性极限 在 B 到 D 点阶段 卸载后试样无法恢复原始状态 在 C 点 塑性变形速率很快 以至于由 塑性变形导致应力松弛率超过了材料的抵抗力 所以应变增加的同时 应力不再增加 反而 下降 C 点称为屈服点 在 D 点 曲线突然升高 表明材料已经加工硬化 必须增加荷载才能使材料继续变形 在 E 点前 材料的变形速率不断增加 E 点是材料的极限强度 拉伸试验时称为抗拉强度 断裂强度为何比极限强度低 材料的极限强度是以材料的初始截面面积定义的最高强度 因此 塑性材料在经过拉伸 颈 缩后 材料的截面面积变小很多 断裂时荷载已经变得很低 当材料塑性的降低 材料的极限 强度与断裂强度变得很接近 屈服强度又称为屈服极限 是材料屈服的临界应力值 1 对于屈服现象明显的材料 屈服强度就是屈服点的应力 屈服值 2 对于屈服现象不明显的材料 与应力 应变的直线关系的极限偏差达到规定值 通常 为 0 2 的永久形变 时的应力 通常用作固体材料力学机械性质的评价指标 是材料的实际 使用极限 因为在应力超过材料屈服极限后产生颈缩 应变增大 使材料破坏 不能正常使用 当应力超过弹性极限后 进入屈服阶段后 变形增加较快 此时除了产生弹性变形外 还 产生部分塑性变形 当应力达到 B 点后 塑性应变急剧增加 应力应变出现微小波动 这种 初始瞬时效应 延伸率 应力 应力 应变曲线 现象称为屈服 这一阶段的最大 最小应力分别称为上屈服点和下屈服点 由于下屈服点的 数值较为稳定 因此以它作为材料抗力的指标 称为屈服点或屈服强度 ReL 或 Rp0 2 有些钢材 如高碳钢 无明显的屈服现象 通常以发生微量的塑性变形 0 2 时的应力作 为该钢材的屈服强度 称为条件屈服强度 yield strength 首先解释一下材料受力变形 材料的变形分为弹性变形 外力撤销后可以恢复原来形状 和塑性变形 外力撤销后不能恢复原来形状 形状发生变化 伸长或缩短 建筑钢材以 屈服强度 作为设计应力的依据 所谓屈服 是指达到一定的变形应力之后 金属开始从弹性状态非均匀的向弹 塑性状态 过度 它标志着宏观塑性变形的开始 抗拉强度 Rm 的测定 读取试验过程中的最大力 最大力除以试样原始横截面积 S0 得到抗拉强度 Rm Fm S0 MPa N mm2 8 试验结果处理 试验出现下列情况之一其试验结果无效 应重做同样数量试样的试验 a 试样断在标距外或断在机械刻划的标距标记上 而且断后伸长率小于规定最小值 b 试验期间设备发生故障 影响了试验结果 试验后试样出现两个或两个以上的缩颈以及显示出肉眼可见的冶金缺陷 例如分层 气 泡 夹渣 缩孔等 应在试验记录和报告中注明 2 弯曲弯曲试验试验 GB T 232 1999 1 原理 原理 弯曲试验是以圆形 方形 矩形或多边形横截面试样在弯曲装置上经受弯曲塑性变形 不改变加力方向 直至达到规定的弯曲角度 弯曲试验时 试样两臂的轴线保持在垂直于弯曲轴的平面内 如为弯曲 180 角的弯曲试 验 按照相关产品标准的要求 将试样弯曲至两臂相距规定距离且相互平行或两臂直接接触 图 4 本公司采用支辊式弯曲装置进行弯曲试验 支辊长度应大于试样宽度或直径 支辊半径应为 1 10 倍试样厚度 除非另有规定 支辊间距离应按下式确定 L d 3t 0 5t 弯曲压头直径应在相关产品标准中规定 压头宽度应大于试样宽度或直径 且有足够 的硬度 2 试样试样 试验使用圆形 方形 矩形或多边形横截面的试样样坯的切取位置和方向应按照相关 产品标准的要求如未具体规定 对于钢产品 应按照 GB T 2975 的要求试样应通过机加工去 除由于剪切或火焰切割等影响了材料性能的部分 试样宽度应按照相关产品标准的要求 如未具体规定 试样宽度 厚度应按照如下要 求 a 当产品宽度不大于 20mm 时 试样宽度为原产品宽度 b 当产品宽度大于 20mm 厚度小于 3mm 时 试样宽度为 20mm 5mm 厚度不小于 3mm 时 试样宽度在 20 50 mm 之间 我们统一采用 25mm c 对于板材 带材和型材 产品厚度不大于 25 mm 时 试样厚度应为原产品的厚度 产 品厚度大于 25 mm 时 试样厚度可以机加工减薄至不小于 25mm 并应保留一侧原表面 弯 曲试验时试样保留的原表面应位于受拉变形一侧 d 直径或多边形横截面内切圆直径不大于 50mm 的产品 其试样横截面应为产品的横 截面 如试验设备能力不足 对于直径或多边形横截面内切圆直径超过 30 50 mm 的产品 可以按照图 5 将其机加工成横截面内切圆直径为不小于 25mm 的试样 直径或多边形横截 面内切圆直径大于 50mm 的产品 应按照图 5 将其机加工成横截面内切圆直径为不小于 25 mm 的试样 试验时 试样未经机加工的原表面应置于受拉变形的一侧 除作另有规定 钢筋 类产品均以其全截面进行试验 图 5 e 试样长度应根据试样厚度和所使用的试验设备确定 采用图 3 的方法时可以按照下 式 L 0 5 d t 140mm 式中 为圆周率 其值取 3 1 25 最小 减薄试样横截面形状与尺寸 dP T K 3 试验试验程序程序 试验一般在 10 35 的室温范围内进行 对温度要求严格的试验试验温度应为 23 5 试样弯曲至 1800角两臂相距规定距离且相互平行的试验 首先对试样进行初步弯曲 弯 曲角度应尽可能大 然后将试样置于两平行压板之间连续施加力压其两端使进一步弯曲 直 至两臂平行 试验时可以加或不加垫块 除非产品标准中另有规定 垫块厚度等十规定的弯 曲压头直径 4 试验结试验结果果评评定定 应按照相关产品标准的要求评定弯曲试验结果 如未规定具休要求 弯曲试验后试样 弯曲外表曲无肉眼可见裂纹应评定为合格 相关产品标准规定的弯曲角度认作为最小值 规定的弯曲半径认作为最大值 大六角高强螺栓扭矩系数和连接副抗滑移系数检测细节大六角高强螺栓扭矩系数和连接副抗滑移系数检测细节 一 扭矩系数检测 1 复验用螺栓应在施工现场待安装的螺栓批中随机抽取 每批应抽取 8 套连接副进 行复验 2 连接副扭矩系数复验用的计量器具应在试验前进行标定 误差不得超过 2 3 每套连接副只应做一次试验 不得重复使用 4 连接副扭矩系数的复验应将螺栓穿入轴力计 在测出螺栓预拉力 P 的同时 应测定 施加于螺母上的施拧扭矩值 T 并应按下式计算扭矩系数 K 6 2 4 式中 T 施拧扭矩 N m d 高强度螺栓的螺纹规格 螺纹大径 mm P 螺栓预拉力 kN 进行连接副扭矩系数试验时 螺栓预拉力值应符合表 6 2 5 的规定 螺栓预拉力值范围 kN 表 6 2 5 螺栓规格 mm M1 2 M1 6 M2 0 M2 4 M2 7 P 59 113 177 250 324 49 93 142 206 265 二 连接副抗滑移系数检测 试件的组装顺序应符合下列规定 先将冲钉打入试件孔定位 然后逐个换成装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓 或换成同批经预应力复验的扭剪型高强度螺栓 紧固高强度螺栓应分初拧 终拧 初拧应达到螺栓预拉力标准值的 50 左右 终拧后 螺栓预拉力应符合下列规定 对装有压力传感器或贴有电阻片的高强度螺栓 采用电阻应变仪实测控制试件每个螺栓 的预拉力值应在 0 95P 1 05P P 为高强度螺栓设计预拉力值 之间 预拉力设计值 P 螺栓规格 mm 162022242730 性能等级 8 8s 80125150175230280 10 9s100155190225290355 0 95p95147 181 214 276 337 1 05p105163 200 236 305 373 同一性能等级 材料 炉号 螺纹规格 长度 当螺栓长度 100mm 时 长度相差 15mm 螺栓长度 100mm 时 长度相差 20mm 可视为同一长度 机加工 热处理工艺 表面处理 工艺的螺栓为同批 同一性能等级 材料 炉号 螺纹规格 机械加工 热处理工艺 表面处理 工艺的螺母为同批 同一性能等级 材料 炉号 规格 机械加工 热处理工艺 表面处理工艺 的垫圈为同批 分别由同批螺栓 螺母 垫圈组成的连接副为同批连接副 为保证扭矩系数供 货的螺栓连接副最大批量为 3000 套 抗滑移系数的检验批 制造单位或安装单位可按分部 字部分 工程的工程量划分规定的 工程量每 2000T 为一