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原文传递 EH36船用中厚板多层多道焊接过程及焊后激光喷丸强化焊缝的分析

论文题名：	EH36船用中厚板多层多道焊接过程及焊后激光喷丸强化焊缝的分析
关键词：	船用结构钢;中厚板焊接;残余应力;焊后强化;激光喷丸;力学性能
摘要：	为实现船舶及海工结构的轻量化、耐腐性和结构安全性，常采用中厚高强度结构板。EH36为常用的船舶高强度结构钢，不仅具有较好的低温冲击韧性，而且具有优良的耐腐蚀和抗疲劳性能。但是中厚板焊接工艺和过程是非常复杂的，同时由于焊接残余应力和变形的存在会造成焊接裂纹和焊接接头强度降低，并会进一步地影响焊接结构的承重能力，因此常对焊接结构做焊后强化处理。本文对船用结构钢EH36中厚板的多层多道焊接过程、焊接区域划分理论和焊后激光喷丸强化方面进行了研究，并通过试验进行了对比验证，使其能够满足焊接接头的力学性能和其他技术要求。本文主要研究内容如下: 　　(1)阐述了焊接温度场、应力应变场的分析理论，并进一步分析了焊接残余应力的产生机理及焊后残余应力的计算;阐述了激光喷丸强化的基本原理，并进一步对激光喷丸诱导残余应力场的形成以及激光喷丸诱导残余压应力的估算做了分析，为后续的焊接和激光喷丸试验和模拟提供了有利的参考。　　(2)建立了EH36船用结构钢板CO2气体保护焊温度场的三维动态分析模型。以12mm厚板为研究对象，建立Y型坡口对接多层多道焊模型，采用顺序耦合方法和双椭球热源模型，考虑材料的热物理性能和对流散热、辐射散热的影响，使用生死单元技术模拟焊接过程中焊剂的加入，通过计算获得了焊接温度场的分布规律。建模过程中，通过Fortran和Python语言对模型进行二次开发，简化模拟求解过程。　　(3)提出了适用焊接温度场分析的中厚板多道焊区域划分理论和实施方法，对多道焊温度场的分布规律以及区域划分时典型节点的选取方法进行研究。通过数值分析方法验证温度场区域划分思想，为焊接过程、焊后组织性能及残余应力的分析提供了依据。　　(4)在焊接温度场分析的基础上，采用间接耦合法进行焊接热应力分析，得到了单元节点的应力应变场分布情况。重点研究了不同工艺参数（约束条件、预热温度、层间冷却时间、坡口形式、板厚）对焊接诱导残余应力和变形的影响规律。　　(5)在焊接应力场分析的基础上，建立了激光喷丸数值分析模型，考虑激光诱导冲击波的时空分布、高应变率下金属材料的本构特征，并通过计算得出激光喷丸EH36船用焊接钢板后形成的残余应力场。重点研究了不同工艺条件（激光能量、脉宽、光斑直径）下，激光喷丸对焊接残余应力场的影响规律。　　(6)对EH36船用结构钢板进行CO2气体保护焊接试验，利用热电偶测温仪实时监测焊接过程中测量点的温度变化;使用高功率Nd∶YAG激光器对焊后的EH36船用结构钢板表面进行激光喷丸强化试验，运用X射线衍射方法测量焊接后和激光喷丸后的残余应力场，并和模拟结果进行比较，验证数值分析模型和结果的正确性。
作者：	王诚强
专业：	机械制造及其自动化
导师：	王匀;殷苏民
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文