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海洋工程复杂结构焊接残余应力测试及调控研究
| 论文题名： | 海洋工程复杂结构焊接残余应力测试及调控研究 |
| 关键词： | 海洋平台;复杂结构;焊接残余应力;分布特征;超声冲击 |
| 摘要： | 随着海洋钻井平台数量的逐渐增多，海洋平台结构的疲劳问题日趋突出，统计资料表明60％的海洋平台结构失效是由疲劳引起的，其中90%的疲劳断裂发生在焊接位置，这是由于焊后存在焊接残余应力，当结构承受的外力交变载荷与焊接残余应力叠加时，焊缝区域承载能力下降而发生失效。因此，了解结构的焊接残余应力分布特征，并采取有效调控措施是非常重要的。本文在综述残余应力测试和调控方法的基础上，以海洋工程 EQ56小试板、轴承座复杂焊接结构为研究对象进行了焊接残余应力测试及超声冲击应力调控等试验研究工作，研究了大厚度高强钢焊接残余应力分布特征和超声冲击对焊接残余应力的影响，以及不同冲击强度下冲击效果的差别。此外，还研究了在适中的冲击强度下焊趾形貌和显微硬度的变化。 小试板焊接残余应力测试研究表明焊缝区域为高的拉应力区，远离焊缝区为压应力，纵向拉应力峰值位于焊缝中心，横向拉应力峰值位于焊趾附近。经冲击强度10s/cm2超声冲击后，表面形成了均匀的压应力。 采用轮廓法对小试板超声冲击后的内应力测试研究表明：超声冲击后内应力沿厚度方向呈“M”型分布，表层由拉应力变为压应力，内部则拉应力增大或由压应力变为拉应力作为平衡。焊缝区域表层压应力层深约1~3mm，母材区域表层压应力层深约8~10mm，压应力沿层深不均匀分布。 轴承座结构焊接残余应力测试研究表明月牙板焊缝、肋板焊缝焊接残余应力较高。月牙板焊缝上及附近区域纵向应力达到450~600MPa，横向应力达到250~450MPa，月牙板整个面上均为拉应力。肋板焊缝中心纵向应力约500MPa，横拉应力约300MPa，远离焊缝区域为压应力，最大压应力距焊缝中心约120mm，大小-550MPa。 月牙板焊缝在不同的冲击强度下形成的压应力均匀性不同，5s/cm2冲击强度下压应力不均匀，10s/cm2、20s/cm2冲击强度下压应力大小均匀、相近。肋板焊缝超声冲击后冲击区域拉应力均转化为压应力，未冲击区域拉应力也显著降低，未冲击区域残存的最大拉应力约150MPa。 超声冲击对大厚度高强钢自由态接头和拘束态接头冲击效果相似。冲击强度10s/cm2下残余应力调控效果明显，焊趾区域由尖角过渡变为平滑过渡，表面显微硬度提高40~60HV0.2。 |
| 作者： | 朱海洋 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 邹家生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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