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海工平台桩腿Q345/Q690焊接接头裂纹及力学性能的研究
| 论文题名： | 海工平台桩腿Q345/Q690焊接接头裂纹及力学性能的研究 |
| 关键词： | 海工平台;焊接工艺;焊接材料;焊接接头;力学性能 |
| 摘要： | 海工平台工作环境恶劣，平台桩腿对用钢强度的要求越来越高，但是海工平台桩腿焊接时会出现冷裂纹、接头韧性降低和脆性断裂等问题，因而桩腿材料焊接成为海工平台桩腿建造的技术难点之一。本文以海工平台桩腿用高强钢Q345/Q690焊接接头为研究对象，结合数值模拟分析、焊接试验和金相分析的方法，对Q345/Q690焊接接头进行裂纹和力学性能的研究，通过分析不同焊接材料和焊接工艺参数对接头强度、韧性和显微组织的影响，确定合理的焊接工艺参数。 (1)采用弹塑性有限元方法分析异种高强钢焊缝的抗裂性,应用ANSYS软件对Q345/Q690斜Y型坡口焊接接头进行模拟，分析预热温度和热输入量对焊接残余应力的影响。结果表明:通过焊前预热，可以有效降低焊接残余应力;焊接热输入越大，焊接接头处残余应力越大;在焊接热输入12～20kJ/cm时，焊接接头应力最大值不超过Q690屈服强度的30％，焊接冷裂纹率较低。 (2)采用三种强度等级焊丝JQ MG50-3、JQ TH550-NQ-Ⅱ、JQ MG70-G-2，对Q345/Q690进行斜Y坡口焊接裂纹试验，研究焊接裂纹形成机理，以及预热温度、焊接热输入、焊接材料对接头裂纹率的影响。试验结果表明:随着焊丝强度等级增加，焊缝断面裂纹率降低;焊接热输入在12～20kJ/cm时，焊缝断面的裂纹率随焊接热输入增加而增大;通过焊前预热，焊缝断面的裂纹率会显著降低;采用焊丝JQ.MG70-G-2的焊接接头裂纹率最低;且通过预热，三种焊丝焊缝断面裂纹率均能满足生产要求;通过金相显微组织分析，当焊接接头中组织细小，位错密度大时，裂纹不容易扩展，反之亦然。 (3)对采用三种强度等级焊丝JQ MG50-3、JQ TH550-NQ-Ⅱ、JQ MG70-G-2的焊接接头进行力学性能试验，研究焊接热输入和焊接材料对Q345/Q690焊接接头的影响。试验结果表明:拉伸试样断裂位置均位于Q345侧离焊缝较远处;三种焊丝焊接接头伸长率均随焊丝强度等级增加而增大，且随焊接热输入增加而减小;三种焊丝焊接接头冲击功均随焊接热输入增大而减小。同等条件下，采用JQ MG70-G-2焊丝焊接的接头可以获得最佳的冲击韧性。 (4)通过激光共聚焦显微镜和扫描电镜观察Q345/Q690焊接接头，研究显微组织对Q345/Q690焊接接头强韧性的影响。结果表明:随着焊丝强度等级升高，焊缝组织中针状铁素体含量增加，先共析铁素体含量减少，有利于提高焊接接头的强韧性;采用JQ MG70-G-2焊丝，焊缝中铁素体含量随焊接热输入增加而减少，且焊接接头熔合区和热影响区内贝氏体和马氏体含量增加、奥氏体粗化，会降低接头的强韧性。 综上研究发现，当在预热为150℃且焊接热输入为124kJ/cm时，选用JQ MG70-G-2焊丝进行Q345/Q690利料焊接，获得的焊接接头裂纹率最低且力学性能最优。 |
| 作者： | 黄文剑 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 陈武 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 集美大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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