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垂直气电立焊熔池形态及残余应力数值分析

垂直气电立焊熔池形态及残余应力数值分析

作者：张新建江苏科技大学

学位级别：硕士

DH36钢作为一种高强度船体结构钢,具备强度高、综合机械性能好、加工及焊接性能优异等特点,被广泛用于船体生产制造领域。垂直气电立焊作为一种大线能量焊接方法,与传统焊接方法相比具施焊简单、焊接效果优良、焊接效率高且成本低等优点... 详细信息

DH36钢作为一种高强度船体结构钢,具备强度高、综合机械性能好、加工及焊接性能优异等特点,被广泛用于船体生产制造领域。垂直气电立焊作为一种大线能量焊接方法,与传统焊接方法相比具施焊简单、焊接效果优良、焊接效率高且成本低等优点,为造船、重型机械等制造行业所青睐。而焊接过程中,温度场分布及熔池内部流体行为与焊缝成形及接头组织性能密切相关;此外,焊后残余应力不可避免,严重影响工件使用性能及使用寿命。对于大厚板垂直气电立焊,高热输入及大板间拘束下熔池动态行为更为复杂,且更易引发残余应力。为确保DH36钢气电立焊优异的焊缝成形及焊接质量,必须对工件熔池动态特性及焊后残余应力进行全面、准确的分析。本文根据DH36钢焊接性能制定合理垂直气电立焊工艺,综合考虑材料物理性能、构件几何特点及焊接热源作用特征,建立热、流场及三维有限元温度场、应力场数值分析模型。对比分析了不同工艺参数条件下熔池内部流体动态行为。基于热弹塑性理论,通过间接耦合法计算并分析得出残余应力场三维分布特征。分别通过热电偶法、盲孔法测得热影响区温度热循环曲线及应力分布曲线,对模型准确性加以验证。深入探究了不同工艺参数条件下,气电立焊焊后残余应力数值大小与分布不同。这对优化焊接工艺、提高工业生产效率具有重要的指导意义与应用价值。结果表明:对于I型坡口垂直气电立焊,无摆动时侧壁熔合度较小,熔池底部呈倒锥状;熔池峰值流速出现在0.55s时,约0.417m/s。摆动频率为10Hz时,随焊接进行,熔池底部由双峰变为单峰,熔池内部对流区域明显增加,促进了液态金属流动,因此侧壁熔合度相比无摆动时有所增加;熔池峰值流速出现在0.69s时熔池表面对流区域,约0.541 m/s。摆动频率为20Hz时,随摆动频率增加,熔池内对流区域进一步增多,熔宽尺寸相对增大;峰值流速出现在3.45s时熔池内部涡流区域,约0.547 m/s。DH36钢垂直气电立焊模拟计算所得焊缝形貌、热影响区温度热循环曲线、残余应力分布特征与实验结果吻合较好,证明了三维有限元数值分析模型的准确性。对于I型坡口前后直行往复路径,当焊速由10mm/s增至15mm/s,水冷侧焊缝横向残余压应力峰值由150MPa增至182MPa,纵向残余压应力由20MPa增至70MPa,焊缝区应力范围也有所增加;沿厚度方向,焊缝及热影响区横向残余应力数值均有明显减小。对于焊速为15mm/s的前后直行往复路径,相比于I型坡口,V型坡口在水冷侧焊缝及近缝区,横向残余压应力峰值由182MPa增至225MPa,纵向压应力峰值由70MPa增至250MPa,横、纵向应力范围均明显变大;在陶瓷侧焊缝及近缝区,横向压应力峰值由125MPa增至160MPa,横向拉应力范围亦明显变大,纵向拉应力整体数值有所降低,峰值由270MPa降至250MPa。对于V型坡口前后直行往复路径,焊缝及近缝区各向残余应力受焊速影响不大。对于焊速为15mm/s的I型坡口左右摆动前后往复路径,当摆动频率由0Hz增至20Hz时,在水冷侧,焊缝横向压应力峰值由182MPa降至140MPa,纵向拉应力峰值由70MPa降至30MPa;在陶瓷侧,焊缝横向压应力峰值由125MPa降至90MPa;沿板厚方向,热影响区横、纵向残余应力数值随摆动频率增加而明显上升。

关键词：气电立焊残余应力熔池行为数值模拟 DH36

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气电立焊在大型储罐焊接中的应用

石油化工建设 2023年第12期45卷 72-74页

作者：钟伟中国化学工程第七建设有限公司成都分公司四川成都610100

中国化学工程第七建设公司成都分公司承建埃克森美孚惠州乙烯的炼油装置石脑油罐区及中间罐区1新建11台储罐,其中3台容积30000m²,8台容积10000m²外浮顶油罐。11台储罐纵向焊缝全部采用气电立焊进行焊接施工,与传统手工焊接相比,提高了... 详细信息

中国化学工程第七建设公司成都分公司承建埃克森美孚惠州乙烯的炼油装置石脑油罐区及中间罐区1新建11台储罐,其中3台容积30000m²,8台容积10000m²外浮顶油罐。11台储罐纵向焊缝全部采用气电立焊进行焊接施工,与传统手工焊接相比,提高了功效及焊接合格率。

关键词：气电立焊大型储罐焊接施工

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极地船舶装备气电立焊的焊缝接头性能分析

船舶 2023年第3期34卷 135-145页

作者：江泽新韦青嵩段正启刘鑫广船国际有限公司广州511462

极地船舶长年行驶于低温的极地环境,且时常遭受浮冰撞击,其焊缝接头要求具备较高的综合性能。文中对极地船舶装备气电立焊(EGW)的焊缝组织和性能、残余应力和变形进行系统研究分析,优化EGW的焊接工艺,提高焊接接头的可靠性,降低焊接变... 详细信息

极地船舶长年行驶于低温的极地环境,且时常遭受浮冰撞击,其焊缝接头要求具备较高的综合性能。文中对极地船舶装备气电立焊(EGW)的焊缝组织和性能、残余应力和变形进行系统研究分析,优化EGW的焊接工艺,提高焊接接头的可靠性,降低焊接变形和残余应力,助力极地船舶高效焊接工艺推广应用。研究结果表明:坡口间隙增大线能量升高,焊缝低温韧性稳定性降低,热影响区低温韧性显著下降,焊缝的残余应力和变形显著增大。采用氧化物冶金、氧化冶金等技术研制的大线能量钢板,可有效提高热影响区的低温韧性,提高焊接接头的可靠性。

关键词：极地船舶焊接装配气电立焊冲击韧性断裂韧性可靠性有限元分析

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气电立焊在高炉炉壳立缝焊接的应用

电焊机 2009年第10期39卷 84-87页

作者：黄道涛柳钢修建部结构分公司广西柳州545002

叙述了气电立焊焊接技术的工艺原理以及熔池的形成及其焊机构造组成,并以柳钢结构分公司的新2#高炉技改工程为例,介绍了气电立焊技术在高炉炉壳立缝焊接的应用,针对气电立焊焊接缺陷,分析了其产生原因并采取相应的技术措施和管理措施进... 详细信息

叙述了气电立焊焊接技术的工艺原理以及熔池的形成及其焊机构造组成,并以柳钢结构分公司的新2#高炉技改工程为例,介绍了气电立焊技术在高炉炉壳立缝焊接的应用,针对气电立焊焊接缺陷,分析了其产生原因并采取相应的技术措施和管理措施进行预防和减少缺陷发生。根据JB/4730.3-2005《钢制压力容器焊接》标准对焊缝进行超声波检验,焊缝合格率100%,并且有38.2%的焊缝为I类焊缝,效果良好。

关键词：气电立焊焊接工艺焊接缺陷

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高炉炉体立缝高效气电立焊技术及应用

焊接 2006年第5期 48-50页

作者：李景波王刚沙玉章李建军崔万平张瑞伟严洪丽沈阳大学 110044 中国20冶金属结构公司天津市300350 中国22冶金属结构公司唐山市063000

高效气电立焊技术的工作效率大大高于焊条电弧焊的工作效率,在大型冶金高炉、热风炉炉体厚板焊接施工时,一次焊接成形,具有提高焊接质量、大大减轻工人劳动强度的优势。

关键词：高炉厚板气电立焊

垂直气电立焊EH36船板钢接头力学性能分析

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热加工工艺 2016年第1期45卷 215-216,220页

作者：梁国俐唐山学院机电工程系河北唐山063000

以EH36高强度船板钢为研究对象,通过拉伸、冲击和弯曲等试验手段,对EH36船板钢气电立焊的接头进行了力学性能测试。拉伸试验结果发现所有断裂均发生在拉伸试样的母材区,EH36船板钢在垂直气电立焊条件下,焊缝和焊接热影响区的强度好于母... 详细信息

以EH36高强度船板钢为研究对象,通过拉伸、冲击和弯曲等试验手段,对EH36船板钢气电立焊的接头进行了力学性能测试。拉伸试验结果发现所有断裂均发生在拉伸试样的母材区,EH36船板钢在垂直气电立焊条件下,焊缝和焊接热影响区的强度好于母材,并没有出现热影响区软化现象;冲击试验发现,近表面焊接接头韧性最差区位于焊缝,该位置冲击功为107J,厚度中部冲击试验发现冲击功最低区也位于焊缝,只有85 J,这可能是由于存在部分夹渣引起。接头弯曲试样弯曲后,用肉眼检查试样弯曲部分外侧没有出现裂纹或起层等缺陷,弯曲试验均合格。

关键词：船板钢气电立焊拉伸强度冲击韧性弯曲

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大型储油罐纵缝气电立焊焊接工艺

焊接技术 2006年第5期35卷 69-70页

作者：李雪梅中石化第四建设公司天津300270

主要从施工准备、焊接工艺要点及焊接变形控制等方面介绍了10万m3储油罐气电立焊的焊接工艺。

关键词：油罐气电立焊焊接工艺焊接变形控制

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新型EH36高强船板钢的气电立焊试验研究

焊接 2007年第5期 91-93页

作者：吕冬翟晓莉韩鹏付魁军鞍钢股份有限公司鞍山市114009

分析了气电立焊的工艺特点和焊接熔深的影响因素,建立了气电立焊焊接热输入与坡口截面尺寸的回归方程,回归结果表明,两因素间线性相关非常显著,可以由坡口截面尺寸来控制焊接热输入大小。分析了气电立焊HAZ区性能变化规律,提出了应以焊... 详细信息

分析了气电立焊的工艺特点和焊接熔深的影响因素,建立了气电立焊焊接热输入与坡口截面尺寸的回归方程,回归结果表明,两因素间线性相关非常显著,可以由坡口截面尺寸来控制焊接热输入大小。分析了气电立焊HAZ区性能变化规律,提出了应以焊接热输入控制为准则的工艺设计思想。进行了新型EH36高强船板钢的气电立焊试验,结果表明,经热输入为186kJ/cm焊接,在-40℃条件下焊接HAZ区具有较高的冲击吸收功,各项力学性能完全满足船规要求,该钢具备高热输入焊接的适应性。

关键词：气电立焊大热输入船板韧性

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大型贮油罐气电立焊焊接工艺的研究

焊接技术 1996年第3期25卷 12-13页

作者：王刚纪连权张荫弟辽宁沈阳工业高等专科学校沈阳工业安装公司

介绍了气电立焊操作机的特点；推导出气电立焊焊接线能量的计算公式：Ｅ＝；对５种厚度的板进行了工艺性研究，提出了最优的焊接工艺规范，经对６座５００００ｍ￣３大型贮油罐的焊接，焊接质量优良。

关键词：贮油罐气电立焊焊接工艺