桩腿厚板高强钢焊接工艺优化研究

摘要

随着海洋工程及其结构物规模的大型化，以及其向更深海域延伸带来的环境恶劣化等趋势，对海洋工程及其结构物的强度要求也而越来越苛刻，所以具有高强度的厚板材料应用也越来越广泛。本文采用有限元法计算了小段拼接阶段的焊接预热温度、保温及缓冷措施、焊接速度和焊接约束条件对焊接变形、焊接应力和焊接残余应力的影响规律，并根据计算结果对焊接工艺及参数进行了优化。
　　本文进行了一系列的研究，并且由此得到了相应的结论。在焊接变形方面:预热温度和辐射散热系数增大时焊接变形减小;焊接速度具有相反的趋势，当其增大时焊接变形略有增大;当约束条件不恰当时，焊接变形明显。在焊接应力方面:预热温度、辐射散热系数以及焊接速度对焊接应力和焊接残余应力的影响规律比较复杂，不同位置节点的焊接应力和焊接残余应力变化趋势不同，需要对不同问题具体分析;约束条件的放松会使焊接应力以及焊接残余应力降低，但是要协调变形和应力，使二者均能满足要求。
　　在综合分析焊接工艺参数对焊接变形、焊接应力和焊接残余应力的影响规律的基础上，对上述影响因素进行优化，提出进行桩腿厚板高强钢多层多道焊的最优参数。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景以及意义

1．2 产生焊接变形的原因、特点、控制以及预防方法

1．2．1 产生焊接变形的原因

1．2．2 焊接热过程的特点

1．2．3 焊接变形的控制和预防方法

1．3 多层多道焊接的参数设定基本规则

1．4 焊接的数值模拟技术发展历程与现状

1．4．1 国外焊接的数值模拟发展历程与现状

1．4．2 国内焊接的数值模拟发展历程与现状

1．5 本文的主要内容

2 焊接过程的有限元理论

2．1 热传导问题的微分方程

2．2 焊接有限元分析理论

2．2．1 焊接有限元分析理论

2．2．2 焊接过程的有限元模拟计算假定

2．3 MSC．Marc软件介绍

2．3．1 Marc的非线性求解流程图

2．3．2 MSC．Marc生死单元技术

2．3．3 Marc焊接过程对材料物理性能参数的处理

2．4 本章小结

3 桩腿厚板高强钢多层多道焊的建模过程

3．1 研究对象

3．2 有限元模型建立

3．2．1 几何模型与有限元网格划分

3．2．2 材料热物理性能参数以及力学性能参数

3．3 热源的选取

3．4 边界条件的定义

3．4．1 热边界条件的定义

3．4．2 位移边界条件

3．5 本章小结

4 焊接数值模拟结果分析

4．1 焊接速度对焊接变形、焊接应力和焊接残余应力的影响

4．1．1 焊接速度对焊接变形的影响

4．1．2 焊接速度对焊接应力和焊接残余应力的影响

4．1．3 焊接速度对纵向焊接应力和纵向焊接残余应力的影响

4．1．4 焊接速度对焊接过程影响小结

4．2 预热温度对焊接变形、焊接应力和焊接残余应力的影响

4．2．1 预热温度对焊接变形的影响

4．2．2 预热温度对等效焊接应力和焊接残余应力的影响

4．2．3 预热温度对纵向焊接应力和纵向焊接残余应力的影响

4．2．4 预热温度对焊接过程影响小结

4．3 保温及缓冷措施对焊接变形、焊接应力和焊接残余应力的影响

4．3．1 保温及缓冷措施对焊接变形的影响

4．3．2 保温及缓冷措施对焊接应力和焊接残余应力的影响

4．3．3 保温及缓冷措施对对纵向焊接应力和纵向焊接残余应力的影响

4．3．4 保温及缓冷措施对焊接过程影响小结

4．4 焊接约束条件对焊接变形、焊接应力和焊接残余应力的影响

4．5 存在问题与对策建议

4．5．1 存在问题

4．5．2 对策建议

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢