来自新加坡南洋理工大学、中国香港与广东东莞的特钢企业以及英国格拉斯哥大学的研究人员在《Thin-Walled Structures》上发表研究，用激光-电弧复合焊接制备960MPa级超高强钢箱形柱，完成12根两端铰接柱的轴压试验，并建立经试验校核的有限元模型。实测峰值残余拉应力约为0.3倍屈服强度，显著低于传统电弧焊的0.6至0.8倍，构件屈曲承载力因此高于同规格传统焊接柱。
研究背景
名义屈服强度960MPa的超高强钢凭借突出的比强度，在桥梁与结构工程中格外受青睐。但传统电弧焊热输入偏大，焊接区会形成更大的热影响区与更高的初始残余应力，对受压构件的稳定承载力不利。现行欧洲规范给出的高强钢焊接箱形柱屈曲曲线，材料屈服强度只覆盖到700MPa或690MPa，直接外推到960MPa缺乏依据。
试验与结果
试件取自同一批8mm厚S960QL超高强钢板，由激光-电弧复合焊接制成两种箱形截面B-150×100×8与B-120×120×8，每种截面按1000至2000mm六种长度各取一根，共12根柱。同批钢板单独取样做拉伸试验，测得屈服强度967.7至974.6MPa，抗拉强度1010.6至1016.9MPa。
膜残余应力用切割法测定，复合焊接把峰值膜残余拉应力从传统电弧焊的约0.6至0.8倍屈服强度压低到约0.3倍，压缩残余应力的分布区域也相应缩小。试验在5000kN电液伺服试验机上进行，12根试件全部以整体弯曲屈曲破坏，破坏荷载介于2246.6至3550.5kN。
有限元模型采用S4R壳单元与b/20网格，按实测应力-应变关系及预测的残余应力场建模，破坏荷载与试验之比均值1.00、变异系数0.03。参数化模型进一步把截面扩展到外轮廓高度200mm与300mm范围，共补充240组数值结果。
研究据此提出一条更贴合实测的欧洲规范设计曲线，为960MPa级超高强钢激光-电弧复合焊接箱形柱的工程设计提供了依据。
内容来源：高能束加工技术及应用
