EH36船用中厚板多層多道焊接過程及焊后激光噴丸強化焊縫的分析.pdf

1、為實現(xiàn)船舶及海工結(jié)構(gòu)的輕量化、耐腐性和結(jié)構(gòu)安全性，常采用中厚高強度結(jié)構(gòu)板。EH36為常用的船舶高強度結(jié)構(gòu)鋼，不僅具有較好的低溫沖擊韌性，而且具有優(yōu)良的耐腐蝕和抗疲勞性能。但是中厚板焊接工藝和過程是非常復(fù)雜的，同時由于焊接殘余應(yīng)力和變形的存在會造成焊接裂紋和焊接接頭強度降低，并會進一步地影響焊接結(jié)構(gòu)的承重能力，因此常對焊接結(jié)構(gòu)做焊后強化處理。本文對船用結(jié)構(gòu)鋼EH36中厚板的多層多道焊接過程、焊接區(qū)域劃分理論和焊后激光噴丸強化方面進行了研究

2、，并通過試驗進行了對比驗證，使其能夠滿足焊接接頭的力學(xué)性能和其他技術(shù)要求。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)闡述了焊接溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場的分析理論，并進一步分析了焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機理及焊后殘余應(yīng)力的計算;闡述了激光噴丸強化的基本原理，并進一步對激光噴丸誘導(dǎo)殘余應(yīng)力場的形成以及激光噴丸誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力的估算做了分析，為后續(xù)的焊接和激光噴丸試驗和模擬提供了有利的參考。
　　(2)建立了EH36船用結(jié)構(gòu)鋼板CO2氣體保護焊溫度場的

3、三維動態(tài)分析模型。以12mm厚板為研究對象，建立Y型坡口對接多層多道焊模型，采用順序耦合方法和雙橢球熱源模型，考慮材料的熱物理性能和對流散熱、輻射散熱的影響，使用生死單元技術(shù)模擬焊接過程中焊劑的加入，通過計算獲得了焊接溫度場的分布規(guī)律。建模過程中，通過Fortran和Python語言對模型進行二次開發(fā)，簡化模擬求解過程。
　　(3)提出了適用焊接溫度場分析的中厚板多道焊區(qū)域劃分理論和實施方法，對多道焊溫度場的分布規(guī)律以及區(qū)域劃分時

4、典型節(jié)點的選取方法進行研究。通過數(shù)值分析方法驗證溫度場區(qū)域劃分思想，為焊接過程、焊后組織性能及殘余應(yīng)力的分析提供了依據(jù)。
　　(4)在焊接溫度場分析的基礎(chǔ)上，采用間接耦合法進行焊接熱應(yīng)力分析，得到了單元節(jié)點的應(yīng)力應(yīng)變場分布情況。重點研究了不同工藝參數(shù)（約束條件、預(yù)熱溫度、層間冷卻時間、坡口形式、板厚）對焊接誘導(dǎo)殘余應(yīng)力和變形的影響規(guī)律。
　　(5)在焊接應(yīng)力場分析的基礎(chǔ)上，建立了激光噴丸數(shù)值分析模型，考慮激光誘導(dǎo)沖擊波的時空

5、分布、高應(yīng)變率下金屬材料的本構(gòu)特征，并通過計算得出激光噴丸EH36船用焊接鋼板后形成的殘余應(yīng)力場。重點研究了不同工藝條件（激光能量、脈寬、光斑直徑）下，激光噴丸對焊接殘余應(yīng)力場的影響規(guī)律。
　　(6)對EH36船用結(jié)構(gòu)鋼板進行CO2氣體保護焊接試驗，利用熱電偶測溫儀實時監(jiān)測焊接過程中測量點的溫度變化;使用高功率Nd∶YAG激光器對焊后的EH36船用結(jié)構(gòu)鋼板表面進行激光噴丸強化試驗，運用X射線衍射方法測量焊接后和激光噴丸后的殘余應(yīng)力