厚板多道焊接残余应力测试技术研究

摘要

多道焊接是厚板结构制造的重要方式。多道焊接使焊缝及附近材料经历反复多次的热循环，从而造成结构内部焊接残余应力幅值高且分布复杂，严重地影响结构件的服役性能。焊后焊缝出现缺陷或者结构服役过程中出现缺陷的补救方法是挖掉缺陷部分的材料进行修补焊。修补焊接会显著影响构件内部焊接残余应力的分布和大小变化。因此，研究厚板焊接残余应力和局部补焊前后的内部残余应力大小及分布，具有重要的理论意义和工程实用价值。本文以47.6mm厚SA738Gr.B试件为研究对象，采用2种改进轮廓法和复合应力测试方法获得试件内部原始应力分布，同时并对比分析2种方法获得的横向应力分布及大小；采用二次平行切割+一次正交面切割轮廓法测试50mm厚Q345D局部补焊件补焊前后的内部原始内部应力，分析局部修补焊对厚焊接接头残余应力的影响，分析厚板试样经横向切割后焊接应力的释放程度；基于本征应变法，以轮廓法测试的部分内部应力数据为基础构造出切割面上的整体纵向应力分布，修正轮廓法表面应力测试误差，并研究了本征应变阶数对构造结果的影响。 正交面轮廓法和一次切割轮廓法+薄片法+XRD法2种改进的轮廓法和复合应力测试方法都能获得46.7mm厚SA738Gr.B试件的内部应力，且2种改进轮廓法获得横向应力结果吻合较好。由于试件表面经超声冲击处理，冲击区域的横向和纵向表面应力都为压缩应力，且压缩应力层最大达到2~4mm。 采用二次平行切割+一次正交面切割轮廓法测试50mm厚Q345D局部补焊试板的内部应力分布，结果表明，局部补焊造成补焊焊缝内的纵向应力幅值增加，峰值应力相对原始焊缝增加30%；由于局部补焊焊缝的热处理作用，其上部区域的纵向应力降低，峰值应力相对原始焊缝降低幅度达到60%；垂直焊缝方向平行切割测试两位置的纵向应力时，两切割面的距离大于2倍厚度，第一次切割对第二次切割面上的应力状态影响较小。 本征应变法构造出的切割面上纵向应力分布与轮廓法测试结果符合较好，同时在一定程度上能修正轮廓法表层纵向应力测试误差，且构造出的表面应力与XRD法测试结果符合较好；沿切割面y方向和z方向本征应变基函数阶数分别采用16阶和10阶，能构造出较好的纵向应力场。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 轮廓法测试内部应力研究现状

1.3 补焊构件残余应力研究现状

1.4 本征应变法研究现状

1.5 本文的主要内容

1.6 技术路线

第2章 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 焊接工艺及参数

2.3 测试方法及设备

2.3.1 X射线衍射法

2.3.2 改进轮廓法和复合应力测试

2.3.3 本征应变法

2.4 本章小结

第3章 改进轮廓法和复合应力测试过程及原理

3.1 前言

3.2 轮廓法测试原理

3.3 正交面切割轮廓法

3.3.1 正交面二次切割轮廓法测试过程

3.3.2 正交面切割轮廓法测试原理

3.4 一次切割轮廓法+薄片法+XRD法

3.4.1 一次切割轮廓法+薄片法+XRD法实施过程

3.4.2 一次切割轮廓法+薄片法+XRD法构造原理

3.5 二次平行切割+一次正交面切割轮廓法

3.5.1 二次平行切割+一次正交面切割轮廓法过程

3.5.2 二次平行切割+一次正交面切割轮廓法原理

3.6 本章小结

第4章 轮廓法和复合应力测试大厚板焊接残余应力

4.1 前言

4.2 试验对象

4.3 正交面切割轮廓法测试过程及结果

4.3.1 切割过程

4.3.2 切割面变形轮廓测试及数据处理

4.3.3 有限元应力重构

4.3.4 正交面切割轮廓法测试结果

4.4 一次切割轮廓法+薄片法+XRD法测试过程及结果

4.4.1 切割薄片

4.4.2 X射线衍射法测试薄片表面横向应力

4.4.3 纵向应力对薄片横向应力的影响

4.4.4 应力叠加结果

4.5 本章小结

第5章 多次切割轮廓法测试局部补焊厚板内部残余应力分布

5.1 前言

5.2 试验对象

5.3 轮廓法应力测试过程

5.4 切割面变形轮廓和应力构造

5.5 结果和分析

5.5.1 各切割面位置的应力及局部补焊的影响

5.5.2 第一次切割造成的应力释放程度研究

5.6 本章小结

第6章 基于本征应变法修正厚板轮廓法应力测试误差

6.1 前言

6.2 试验对象

6.3 应力测试

6.4 基于反分析的本征应变构造方法

6.4.1 本征应变法的基本理论

6.4.2 基于反分析的本征应变构造原理

6.4.3 基于反分析的本征应变构造过程

6.5 基于反分析的本征应变构造结果

6.5.1 本征应变法构造应力与轮廓法测试应力比较

6.5.2 多项式阶数对本征应变法构造应力的影响

6.6 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢