海洋平台用钢及其焊接接头的韧性研究

按照相关规范对海洋平台用钢EQ70、EQ56及其焊接接头进行低温CTOD韧度试验.对试验结果进行分析发现各组试样的CTOD值都存在一定的离散性,其中熔合线试样CTOD值的离散程度最大.证明熔合线处比焊缝中心更危险,并建议适当增加熔合线试样及焊缝中心试样的取样数量;适当降低焊接线能量可以提高焊接接头焊缝中心的韧度,为进一步提高焊接接头的韧度提供试验依据.     

EQ70钢焊接接头CTOD允许值概率迭代修正

针对规范所设定的允许值偏保守,不符合"合于适用"原则的问题,对高强钢EQ70钢焊接接头进行低温裂纹尖端张开位移(crack tip opening displacement,CTOD)韧度试验,并结合CTOD试验值的概率分布规律,提出了CTOD允许值概率迭代修正法,对APIRP 2Z所设定的CTOD允许值δ_(min)=0.13 mm进行修正.EQ70钢焊接接头允许值通过迭代修正后熔合线处允许值δ_(min)=0.069 mm,焊缝中心处允许值δ_(min)=0.072 mm,并应用SINTAP的失效评定曲线对修正后的允许值进行安全性检验,结果表明,通过概率迭代修正法求出的允许值对应的评定点均在失效评定曲线的可接受区域内,足以保证结构的安全性.     

EH36钢厚板焊接接头CTOD断裂韧度的研究

根据BS7448和DNV-OS-C401断裂韧度试验标准,对手工电弧焊、单丝埋弧焊和双丝埋弧焊三种工艺条件下EH36钢(55mm板厚)焊焊接接头的低温(0℃和-15℃)裂纹尖端张开位移(CTOD)进行了测试,探讨在一定使用温度和焊接工艺条件下,海洋平台中部分焊接部位免除焊后热处理的可行性,其验收标准采用DNV标准为CTOD值大于0.1 5mm即为合格.试验结果表明未经焊后热处理的EH36钢(55mm板厚)三种焊接工艺条件下焊焊缝和热影响区(HAZ)低温下绝大部分试样的断裂韧性值是合格的.可见,EH36钢手工电弧焊、单丝埋弧焊和双丝埋弧焊焊接接头可以在不进行焊后热处理的情况下使用,这对于海洋平台大型焊接结构来说,可以大大降低制造成本,具有巨大的经济意义.     

D36-Z35钢两种焊接方法接头CTOD断裂韧度试验与分析

依据英国BS7448断裂韧性试验标准,对番禺30-1深海导管架项目广泛应用的超大尺寸焊接接头的低温CTOD断裂韧度进行了探讨.对采用手工电弧焊(SMAW)和药芯焊丝气体保护焊(FCAW)工艺施焊的大尺寸板厚的海洋石油平台焊接接头试样进行了CTOD试验.分别测试了0℃两种工艺下焊缝金属和热影响区的CTOD断裂韧性,对试验结果进行了分析讨论.试验表明,除药芯焊丝气体保护焊热影响区接头两个试样数据无效外,其余试件均满足挪威船级社DNV规定的最小特征CTOD为0.15mm的要求.这说明95mm的D36-Z35钢板手工电弧焊和药芯焊丝气体保护焊焊接接头可以在不进行焊后热处理的情况下使用.试验结果为免除这种板厚焊接接头的焊后热处理提供了依据,这对于海洋平台大型焊接结构来说,可以大大降低制造成本,缩短生产周期,具有巨大的经济意义.     

FPSO模块支墩焊接接头低温CTOD韧度试验研究

模块支墩是海上浮式生产储油船(FPSO)中连接上部模块与主甲板的关键结构,必须有效保证其焊接接头的韧度以防裂防断。按照国际通用规范BS7448和DNV-OS-C401的要求,对我国渤海PL19-3油田300ktFPSO的模块支墩焊缝和熔合区进行了低温(-18℃)裂纹尖端张开位移(CTOD)的试验研究。试验研究结果表明:按拟用焊接工艺所焊接的模块支墩焊接接头,其焊缝和熔合区的CTOD试验值都能满足国际通用规范DNV-OS-C401规定的要求(不小于0.15mm),因此,可以确认,该焊接工艺可应用于模块支墩的焊接施工,并且焊后的模块支墩可以免除退火处理。     

S420MLO材料的焊接工艺

为满足某大型海洋平台模块钢结构焊接的需要,采用SMAW和SAW焊接工艺对S420MLO材料进行焊接试验和力学性能试验。在试验过程中,通过裂纹尖端张开位移(Crack Tip Opening Displacement, CTOD)试验进行焊接工艺评定。试验结果表明,在焊材选用合理、焊接工艺得到严格控制的情况下,通过焊前预热和焊后消氢处理,能获得良好的焊接接头性能,满足相关标准及项目文件的要求,避免对大型钢结构进行焊后热处理。     

熔化极气体保护焊单面施工时焊接裂纹的控制

气体保护焊单面施工时易产生焊接裂纹。通过对一般焊缝金属凝固裂纹的形成机理及裂纹产生要素进行分析认为,产生裂纹的主要原因有板厚、焊接线能量、坡口形状、对接部位、熔深量及焊接电流和焊接速度等,并通过试验得出了防止裂纹产生的对策。     

钻井平台悬臂梁用高强钢焊接工艺研究

针对低合金高强钢EQ56与EQ63碳当量值高,用于制作悬臂式海洋钻进平台的悬臂梁时焊接难度大的问题,对这2种钢进行焊接工艺性能研究,并制订了严格的焊接工艺。采用药芯焊丝GFR-91K2进行焊接试验,焊前150℃预热、焊后300℃×2 h后热,焊接热输入控制在1.7~1.9 k J/mm之间,获得的焊接接头的主要力学性能(低温冲击吸收功、抗拉强度、硬度等)都满足制造工艺要求。     

厚钢板CTOD试验中试样数量问题研究

针对试样数量的选择的问题,按照CTOD韧性试验规范BS7448,对多批不同试样进行试验,并分析和对比试验结果.发现由于离散性的存在,按NS-EN 10225-2009与《材料与焊接规范》要求的传统取样数量并不能准确地判断材料的韧性.参考DNV-OS-C401关于焊接接头CTOD特征值的选择方法,讨论3种试样选取的方法.最后考虑多方面的因素,建议每次制备6个试验试样.     

2205双相不锈钢焊接应力与变形的SVM回归预测研究

针对川东造船厂特种船舶制造使用的2205双相不锈钢,在其焊接试验的基础上分别建立了双相不锈钢焊接应力和收缩变形的支持向量机(SVM)回归预测模型,并与传统的逐步回归方法进行比较,较好地模拟了焊接残余应力和变形与板厚、焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参数之间的非线性关系.计算结果表明,SVM回归比传统的逐步回归在预测精度和泛化能力上都有很大的提高.     

循环载荷下考虑累积塑性影响的船体板CTOD理论及数值模拟研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是研究大范围屈服的低周疲劳破坏的重要参数之一,其值可反映结构材料抵抗低周疲劳裂纹形成和扩展的能力,是评估结构材料韧性的重要参量以及分析低周疲劳破坏引起裂纹扩展的主要控制参量。文章基于弹塑性断裂力学理论,从循环J积分着手,以裂纹尖端累积塑性应变为重要参量,建立循环载荷下船体板CTOD理论模型,并在有限元模拟中分析了应力比、应力幅等相关因素影响。将本模型结果与有限元计算结果进行了比较,发现结果吻合良好。结果表明：在考虑累积塑性影响下,该模型能较好地反映在循环载荷下船体板CTOD的变化规律,同时也为正确评估循环载荷下船体板低周疲劳破坏与累积塑性破坏两种破坏模式耦合作用的总体断裂破坏提供了途径。     

低周疲劳下船体缺口板的裂纹尖端张口位移理论及试验研究

文章旨在研究大范围屈服下船体缺口板的裂纹尖端张口位移.基于弹塑性断裂力学理论,建立了循环载荷下船体缺口板CTOD理论模型.进而,对于船用高强度钢AH36进行低周疲劳试验研究,对于影响裂纹尖端张口位移的参数,如应力比、应力幅和平均应力进行了深入探讨.     

裂纹前端局部加强板的韧性断裂分析

对局部加强含裂纹板的弹塑性断裂问题进行了分析计算.建立了裂纹前端局部加强的裂纹板弹塑性分析的Dug-dale模型,以裂纹尖端开口位移CTOD为断裂参数,就加强复板位置、结构参数及加强复板与裂纹板材料参数等因素对结构止裂性能的影响进行了分析计算.结果表明,在裂纹前端进行局部加强使裂纹尖端的塑性区长度减小,且降低了裂纹尖端的开口位移CTOD,能有效地阻止裂纹扩展.提高加强复板相对刚度有利于改善裂纹尖端状态,提高结构的承载能力.     

弹塑性裂纹前端部分加强板的止裂效果分析

通过建立Dugdale模型,对裂纹前端部分加强的含裂纹板弹塑性情况下的韧性断裂问题进行了研究.实例计算并分析了加强板条的位置、相对刚度等参数对结构断裂参数的影响,亦对加强板条的止裂作用进行了分析.计算结果表明,裂纹前端布置加强板条能有效地降低裂纹尖端的开口位移,阻止裂纹的扩展,其止裂作用受加强板条的位置、结构参数及加强板条与含裂纹板的材料参数等诸多因素的影响.     

Determination of t8/5 cooling times for underwater local dry welding of steel

Knowledge of thermal history is the basic condition for studying the structure - properties of welded joints. The determinant of thermal history is the thermal cycle, whose in-situ measurements are still a big challenge. Water as the welding environment complicates this issue even more. The article presents a method to determine an equation for calculating t_8/5 cooling times for underwater gas metal arc welding of unalloyed steels using the local dry cavity method. The work uses the contact method of temperature measurements with the use of thermocouples to obtain the temperature changes of the points of welded joints covered by the thermal field. On this basis, the values of the t_8/5 cooling times were determined. A regression analysis of the Response Surface Method was used to determine the equation, which resulted in a second-order model with interactions. Statistically significant factors were determined (thickness of welded elements and heat input value) and the model veracity was confirmed as the assumptions of normality and homogeneity of variance (homoscedasticity) of the residuals were met. The t_8/5 cooling time values depend on the thickness of the welded elements and heat input value in a nonlinear way. In terms of the test conditions, the cooling times ranged from 3.0 to 7.7 s. The equation allowed for the calculation of t_8/5 cooling times during underwater welding of unalloyed steels using the local dry cavity method based on the variability of the experimental conditions with satisfactory accuracy.     

基于累积递增塑性变形的船体裂纹板断裂韧性研究

裂纹尖端张开位移（CTOD）是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。文章结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。文中基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

Residual stress distributions in ship hull specimens

This paper provides an in-depth study of residual stress distributions found in stiffened steel plate structures, such as those typically used in ship hulls. The effect of stiffener spacing on the distribution of residual stress components was studied. The welding heat input was also varied between high and moderate to study the effect of heat input level on residual stress distributions. Four specimens, resembling typical stiffened steel plate structures used in ship hulls were built and tested. Steel plates of 9.5 mm thickness were stiffened by welding L127 × 76 × 9.5 steel angles. The test was completed using the neutron diffraction method. The three normal components of residual stress were obtained in this study. It was found that a lower heat input results in higher tensile residual stress and that there exists a critical stiffener spacing somewhere beyond 250 mm that creates a maximum tensile residual stress value near the welded connection.     

循环载荷下考虑累积塑性影响的含中心穿透裂纹板CTOD研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是评估结构材料韧性以及分析低周疲劳破坏引起的裂纹扩展的重要参量。结合Dugdale模型,以裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出了一个循环载荷下含裂纹船体板的CTOD计算模型;利用有限元法模拟了裂纹尖端累积塑性应变、平均应力、裂纹长度等相关因素影响;结合最小二乘法拟合出了基于累积塑性塑性应变、平均应力比以及裂纹长度的两阶多项式。研究表明,基于累积塑性应变的CTOD计算模型为正确评估循环载荷下船体板的累积塑性破坏提供了一种新途径。     

基于MySQL和BP神经网络的船舶焊接专家库软件研发

为提高船舶焊接试验过程中的工艺实施效率,研发一种基于MySQL和反向传播(Back Propagation, BP)神经网络的船舶焊接专家库软件。该软件由专家数据库、报表生成器、热输入值预测机、人机交互界面、通信接口组成,基于MySQL开发焊接专家数据库,基于BP神经网络设计热输入值预测机,具备自动坡口图生成、自动焊接工艺规范(Welding Procedure Specification, WPS)生成、自动专家经验数据存取等自动化功能,具备智能热输入值预测等智能功能。实船焊接试验结果表明,该软件可满足实船焊接试验需求,快速存取专家经验数据,提高焊接试验过程效率。