导管架节点相贯口焊接工艺优化方法研究

作     者：周井鑫 

作者单位：福建工程学院 

学位级别：硕士

导师姓名：江吉彬

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 081505[工学-港口、海岸及近海工程] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0824[工学-船舶与海洋工程] 0802[工学-机械工程] 0814[工学-土木工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：导管架 焊缝形貌 响应面 数值模拟 应力与变形 

摘      要：随着海上资源的不断利用,海上风电、船舶等重型装备的应用越来越多,这些海洋工程装备中存在着许多导管架连接结构,其相贯口涉及到复杂多变的空间曲线焊缝。这种空间曲线焊缝与母材之间的传热传质过程极难掌握,直接影响焊缝的成形与性能。尤其是大尺寸厚板导管架的焊接,成为制约整个海洋工程装备制造质量的关键。因此,对导管架节点相贯口进行焊接工艺优化,可以提高焊接接头成形质量与力学性能,对实际生产具有重要的现实意义。本文针对导管架相贯口焊接接头进行试验与数值模拟研究,获得了焊接工艺参数对焊缝成形、应力及变形的影响规律,构建焊接过程的热力耦合分析模型,通过对焊接工艺的优化,得出最佳的焊道排布策略,并进行了试验验证。本文完成的主要工作包括:(1)非对称V形坡口焊缝成形规律研究。大尺寸导管架相贯坡口可近似为平板非对称V形坡口,通过研究焊接工艺参数对非对称V形坡口焊缝形貌的作用规律,构建了非对称V形坡口焊缝成形的响应面模型。试验表明,预测值与试验值的最大误差为8.24%,进一步证明构建的响应模型具有良好的预测性。(2)双椭球热源模型参数变化规律研究。通过响应面方法探究了双椭球热源参数对仿真熔池形貌的影响规律,揭示了热源参数对仿真熔池形貌的交互作用机理,并通过平板试验验证,模拟值与试验值误差最大为8.83%,试验熔池形貌与仿真熔池形貌重合度较好,研究成果为焊接模拟热源参数校准奠定了理论基础。(3)多层多道焊道排布策略研究。基于试验与数值模拟相结合方法,探究了V形坡口焊道排布对焊接样块残余应力及变形的影响规律。结果表明,试验残余应力和变形规律与数值模拟一致,y方向变形量模拟值与试验值误差仅为2.25%。该研究成果为多层多道焊道排布优化及导管架焊接应力变形预测及控制提供理论依据。