锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力研究

高强度钢材料对焊接残余应力非常敏感,显著影响了高强度钢锥柱耐压壳结构的安全可靠性及使用寿命,有必要针对这类壳体典型焊接接头的残余应力进行分析研究。本文首先基于有限元软件ANSYS的参数化语言APDL开发相应的焊接模拟程序,对高强度钢锥柱耐压壳典型焊接接头模型的焊接过程进行数值模拟,得到其焊接残余应力的应力水平及分布规律;然后采用X射线无损检测方法测量焊缝区域的残余应力。结果显示：焊缝附近区域存在较大焊接残余应力,其值随着与焊缝中心线距离的增加而迅速降低,数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

爆炸消除焊接残余应力的数值模拟

焊接残余应力及其控制技术是重大工程结构物(例如反应堆、潜艇等)建造中关注的核心问题之一。爆炸法消除残余应力是近年来发展起来的高效、低成本的1种新技术,但对其机理的研究仍然相当缺乏。本文利用非线性有限元软件ABAQUS对爆炸消除焊接残余应力技术进行了数值模拟,同时考察了焊缝中夹杂的裂纹缺陷对爆炸载荷的响应。研究对象为70 mm厚的超厚钢板对接焊缝,焊接坡口为X型。本文主要完成了以下2项研究工作。1)将盲孔法测得的焊接残余应力分布预置到模型中,计算了爆炸载荷作用下不同布药方式时焊接残余应力的再分布,并将其与对应的实测结果进行比较。研究结果表明,金属材料的塑性流动是爆炸消除焊接残余应力的根本因素。2)在模型的焊缝区引入面状裂纹来表征焊缝中的凝固裂纹,利用ABAQUS用户自定义子程序开发的基于虚拟裂纹闭合法的三维断裂单元,计算能量释放率对爆炸载荷的响应。研究结果表明,爆炸载荷并不一定会导致裂纹的扩展。因此,本文的研究方法和结果对于爆炸消除焊接残余应力在工程应用领域具有指导意义。     

应用裂纹检出率优化焊接工艺规范的研究

裂纹类缺陷是焊接过程中经常出现的最严重缺陷之一。无损检测方法是检测和评价焊接方法是否有效的重要手段。以裂纹检出率作为技术指标,对斜T型全熔透焊缝采用FCAW-CO_2焊接方法的焊接过程质量进行了综合评价,通过优化焊接参数消除了危险性缺陷,最终确保了完工焊缝的焊接质量和提高了产品的整体安全性。     

带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件疲劳寿命分析

对带初始裂纹的潜艇典型焊接节点试件进行疲劳寿命有限元分析研究，并加工制造了典型焊接节点试件，对其进行疲劳试验，试验结果与数值分析结果基本吻合，说明对潜艇典型焊接结构的有限元应力分析、疲劳寿命分析的方法是正确可行的。     

船用铝合金MIG焊接残余应力数值研究

为了提高焊接接头性能,优化焊接工艺参数,本文在热弹塑性力学理论基础上,建立5052铝合金平板对接的焊接残余应力三维数值计算模型,开展MIG焊接对残余应力分布影响特征分析。结果显示,焊接接头处较大的纵向铝合金焊接残余应力,是由于冷却过程中焊缝纵向收缩导致的。纵向残余应力在靠近焊缝中心线位置以拉应力为主,在焊缝中心熔合线及热影响区域的两侧对称分布,随着距离焊缝线逐渐增大,以纵向残余压应力为主。在焊缝中心线处等效Mises应力达到最大值,且向两侧逐渐递减,热影响区以外区域残余应力数值极小,可以忽略。最后为了验证模拟结果的准确性,使用超声无损检测对焊接接头残余应力的大小及方向进行验证,结果与数值模拟结果基本一致且相同区域内焊接残余应力分布情况相同。     

焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响

采用灰铸铁试样,以焊接冷裂纹三要素中的拘束应力和组织结构为研究方向,采用直Y型坡口焊接裂纹试验法,研究了焊接残余应力对灰铸铁焊接冷裂纹的影响.研究结果表明:焊后通过对焊缝进行全覆盖超声冲击,一方面可以大幅度改善焊接结构的残余应力,经超声冲击处理后的试样焊缝测量点的残余应力σ1分别为-53MPa、-57MPa,σ2分别为-37MPa、-80MPa;另一方面可以加速焊缝石墨球化过程,消除半熔化区白口组织.因此焊后合理的超声冲击处理能够从拘束应力和淬硬组织两方面抑制焊接结构冷裂纹的产生.超声冲击处理减少焊接残余应力的效果和热处理相似.     

镍基合金复合管焊接技术研究撤回

针对镍基合金复合管焊接容易出现热裂纹和气孔等缺陷的问题,明确了复合管接头的基础材料和焊接方法后对其焊接坡口进行设计,找出合适的焊接工艺参数施焊,焊接完成后对材料进行力学性能试验。研究结果表明：焊缝成形良好,力学性能满足规范要求,镍基合金复合管采用钨极氩弧焊打底、自动埋弧焊盖面焊接的方案可行。     

潜艇锥柱结合壳焊趾表面裂纹疲劳寿命计算

随着潜艇用钢屈服强度的不断提高，潜艇耐压壳体的直径及锥壳的半锥角的不断加大，潜艇耐压壳体锥柱结合壳连接焊接焊趾处的疲劳寿命已越来越受到设计人员的重视，但目前还没有可靠的设计方法可以遵循。针对潜艇锥柱结合壳连接焊缝处的受力特点为压弯结合应力，在分析了平行于裂纹面的应力，曲率的约束以及液楔的作用对潜艇焊趾表面裂纹疲劳寿命的影响进行分析后认为，潜艇锥柱结合壳焊距表面裂纹疲劳寿命计算可以采用对压应力进行修正的应力强度因子计算模型。本文给出了对压应力进行修正的应力强度因子计算式，在此基础上提出了一套能考虑焊距的外应力集中以及爆接残余应力等影响的受压弯应力焊接结构焊趾裂纹疲劳寿命计算方法，对初始表面裂纹形状和大小对疲劳寿命的影响进行了系列计算，计算结果表明，本方法预报出的疲劳寿命与实验结果在量级上是吻合的，但在推向实用之前还需要做更多的实验验证。     

CSR和CSR-H的焊接系数研究

归纳和定性分析CSR和CSR-H的焊接系数,确定焊接系数的影响因素。提出焊接系数利用因子的有限元分析方法,确定焊缝强度的应力标准。进行了13艘CSR船舶船体结构焊缝应力的提取和焊接系数利用因子的计算,获得CSR船体结构各类角焊缝利用因子的统计结果。通过短柱和板条梁的焊缝强度试验,验证焊缝强度标准及焊缝应力公式的正确性和适用性。     

试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率影响的试验

为研究试样厚度对船用钢疲劳裂纹扩展速率的影响,设计并实施两组不同厚度的紧凑拉伸试样进行疲劳裂纹扩展速率试验,同时建立了三维疲劳裂纹扩展有限元模型,分别基于线弹性理论和弹塑性理论对应力强度因子进行了计算,并分析了试样厚度对裂纹扩展速率的影响。试验与计算结果的综合分析表明:相同应力水平下,薄试样裂纹尖端的塑性区明显大于厚试样,且裂纹尖端应力强度因子值大于理论经验计算结果可达23.25%,因此,在材料裂纹扩展速率试验前,特别是试样厚度尺寸较小时,应充分考虑试样的厚度效应,参考基于弹塑性理论计算得到的应力强度因子结果,同时有必要针对当前试样及材料进行专门的裂纹扩展速率试验,以得到准确裂纹扩展参数结果。