水工钢闸门材料力学性能检测

2.2　水工钢闸门材料力学性能检测

在2.1节已经了解了建筑钢的主要机械性能，其中包括钢的力学性能。本节将通过实例，具体介绍钢闸门材料的力学性能检测。

【实例1】检测某水电工程溢洪道弧形闸门钢板的力学性能。

我们在实验室液压式万能试验机上进行了力学性能实验。将某水电工程溢洪道弧门钢板加工成两件表面未经处理带有腐蚀坑的拉伸试件和两件弹模试件，它们分别编为1^#、2^#、3^#、4^#，如图2-3所示，其尺寸如下:

1^#:A₀= 30.40mm×20.20mm，L₀= 100mm

2^#:A₀= 30.40mm×20.06mm，L₀= 100mm

3^#:A₀= 30.20mm×18.80mm，L₀= 100mm

4^#:A₀= 29.90mm×18.68mm，L₀= 100mm

图2-3　加工试件

测试情况如图2-4和图2-5所示，测试结果如表2-2所示。

图2-4　拉伸试验

图2-5　拉伸曲线对比图

表2-2　拉伸试验测试结果

同时也用溢洪道弧门上的钢板加工了6件U形缺口冲击试件和6件材料硬度试件，它们分别在冲击试验机和洛氏硬度试验机上进行材料冲击试验和硬度测试，其结果如表2-3所示。

表2-3　钢板冲击试验和硬度测试结果

溢洪道弧门A3钢板屈服强度σ_s

溢洪道弧门A3钢板极限强度σ_b

溢洪道弧门A3钢板延伸率δ

溢洪道弧门A3钢板断面收缩率Ψ

溢洪道弧门钢板的力学性能测试结果与标准A3钢板力学性能对比如表2-4所示。

表2-4　弧门钢板力学性能对比表

结论:检测结果表明，弧门钢板的材质属于3号碳素钢A3。闸门虽然运行多年，强度有所减弱，但其钢材的力学性能基本不变。

【实例2】检测某水电工程溢洪道9^#平板钢闸门钢板的化学成分、材料硬度和力学性能。

Ⅰ.材料检测

1.化学成分和材料硬度检测

按安全定检技术规范要求(SL101—94)，从9^#平板门上用氧切割下一块钢板，在原武汉水利电力大学(现武汉大学)机械厂将切割的钢板加工成两件拉伸试件(表面进行光滑处理)，并取加工铁屑用于化学成分化验分析。本次化验结果与16Mn钢板标准化学成分进行对比，根据钢材的化学成分和实测硬度换算出其抗拉强度指标，如表2-5所示，由表2-5的测试结果可以确定闸门门体主体材料为16Mn钢，但材料的这些抗拉强度指标对闸门只起参考作用，对闸门材料力学性能了解主要看力学性能测试结果。

表2-5　闸门材料检测结果

2.力学性能测试

力学性能实验在武汉大学土木建筑学院材料力学实验室液压式万能试验机WE-600(该设备获得国家计量认证，编号为SY095701)上进行。将9^#平板门上切割下的钢板所加工的两件拉伸试件分别编为1^#、2^#，如图2-6所示。测试情况如图2-7所示，测试结果如表2-6所示。

图2-6　加工试件

图2-7　拉伸试验

表2-6　拉伸试验测试结果

由此，得到如下结果:

9^#平板门16Mn钢板屈服强度σ_s 9^#平板门16Mn钢板极限强度σ_b

9^#平板门16Mn钢板延伸率δ

9^#平板门16Mn钢板的力学性能测试结果与16Mn钢板力学性能对比如表2-7所示。

表2-7　9^#平板门16M n钢板力学性能对比表

Ⅱ.结论与建议

从图2-8可见，9^#平板门16Mn钢板经过30年时效及腐蚀后，力学性质有一定程度的变化，试件已没有明显的屈服点，基本上没有产生屈服变形(图2-8BC或bc)，当荷载达到极限强度后，试件还有较大的塑性，产生了较大的变形(图2-8DE或de)，材料的延伸率良好。因此，主要材料的容许应力都应乘以应力调整系数(0.9)进行折减。

建议该电厂从断裂力学的角度深入研究，测试出经过30年时效及腐蚀后的闸门钢板的应力场强度因子(如K_IC)与J积分，与16Mn钢板进行比较，以确定其发生裂纹扩散与断裂的可能性。同时应加强管理，尽量避免闸门超载运行，防止焊缝及钢板的裂纹萌生与扩散，避免事故发生。

应当注意:该项试验只是在一个点取样，其结论有一定的局限性。因为材料性质的变化不仅与时间有关，而且与工作应力的大小、交变频率和次数、外部介质、环境等因素有关。因此，在可能的条件下应多在几个点上取样进行试验分析，以得到较准确的结果。

图2-8　试件拉伸曲线对比