海工平台桩腿Q345/Q690焊接接头裂纹及力学性能的研究
发布时间：2022-07-11 17:38
海工平台工作环境恶劣,平台桩腿对用钢强度的要求越来越高,但是海工平台桩腿焊接时会出现冷裂纹、接头韧性降低和脆性断裂等问题,因而桩腿材料焊接成为海工平台桩腿建造的技术难点之一。本文以海工平台桩腿用高强钢Q345/Q690焊接接头为研究对象,结合数值模拟分析、焊接试验和金相分析的方法,对Q345/Q690焊接接头进行裂纹和力学性能的研究,通过分析不同焊接材料和焊接工艺参数对接头强度、韧性和显微组织的影响,确定合理的焊接工艺参数。（1）采用弹塑性有限元方法分析异种高强钢焊缝的抗裂性,应用ANSYS软件对Q345/Q690斜Y型坡口焊接接头进行模拟,分析预热温度和热输入量对焊接残余应力的影响。结果表明:通过焊前预热,可以有效降低焊接残余应力;焊接热输入越大,焊接接头处残余应力越大;在焊接热输入12~20kJ/cm时,焊接接头应力最大值不超过Q690屈服强度的30%,焊接冷裂纹率较低。（2）采用三种强度等级焊丝JQ.MG50-3、JQ.TH550-NQ-Ⅱ、JQ.MG70-G-2,对Q345/Q690进行斜Y坡口焊接裂纹试验,研究焊接裂纹形成机理,以及预热温度、焊接热输入、焊接材料对接头裂纹率的...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 海工平台高强钢的应用现状
1.2.1 海工平台用高强钢
1.2.2 海工平台桩腿用高强钢
1.3 海工平台高强钢焊接接头研究现状
1.3.1 焊缝金属强韧性匹配研究
1.3.2 高强钢焊接接头冷裂纹研究
1.3.3 高强钢焊缝显微组织研究
1.3.4 高强钢热影响区显微组织研究
1.4 材料焊接性能分析
1.5 研究内容及技术路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究技术路线
第2章 铁研模型的数值分析
2.1 焊接过程的有限元法
2.2 焊接温度场与应力场的控制方程
2.3 高斯热源模型
2.4 铁研模型接头温度场的ANSYS数值模拟
2.4.1 有限元模型的建立
2.4.2 材料热物理性能参数和选择单元类型
2.4.3 焊接工艺参数和焊接过程模拟
2.5 焊接温度场和应力模拟结果
2.5.1 温度场计算结果
2.5.2 残余应力分布
2.5.3 预热温度的影响
2.5.4 焊接热输入对残余应力的影响
2.6 本章小结
第3章 焊接试验装置及试验方案
3.1 焊接试验装置
3.1.1 焊接机器人系统
3.1.2 力学性能试验设备
3.1.3 金相分析设备
3.1.4 试样温度场测试设备
3.2 试验材料及焊接要求
3.2.1 试验用母材
3.2.2 试验用焊接材料
3.2.3 焊接要求
3.3 焊接试验方案
3.3.1 斜Y坡口焊接裂纹试验
3.3.2 力学性能试验
3.3.3 焊接接头显微组织研究
3.4 本章小结
第4章 Q345/Q690接头裂纹率及形态分析
4.1 斜Y坡口焊接裂纹试验
4.1.1 焊丝强度等级对裂纹率的影响
4.1.2 焊接热输入对裂纹率的影响
4.2 冷裂纹在接头区位置和形貌
4.2.1 宏观冷裂纹的位置和形貌
4.2.2 冷裂纹微观形貌
4.3 焊缝及熔合区的显微组织
4.3.1 焊缝区的显微组织
4.3.2 熔合区的显微组织
4.4 本章小结
第5章 Q345/Q690焊接接头力学性能
5.1 焊接接头的力学性能
5.1.1 接头抗拉强度
5.1.2 接头冲击韧性
5.2 微观组织对焊接头强韧性的影响
5.2.1 焊缝显微组织
5.2.2 熔合区及热影响区显微组织
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Q690D钢板焊接裂纹分析与控制[J]. 闵凡启,高立福,卢爱凤,王彦国,郭丽波,李国平. 物理测试. 2016(01)
[2]屈服强度890MPa级高强钢焊接工艺研究[J]. 张显辉,贾军,杨益清. 焊接. 2015(08)
[3]基于ANSYS的D500钢激光焊接温度场数值模拟[J]. 许新猴,赵小强,翟文刚,康泽军,李先芬,周伟. 精密成形工程. 2015(03)
[4]浅谈Super116E型自升式钻井平台四弦桩腿的建造和精度控制工艺[J]. 史慧,侯亚玲. 装备制造技术. 2015(04)
[5]国内外海洋工程用高强钢研究进展[J]. 张翔,徐秀清,马飞. 石油仪器. 2015(01)
[6]海洋平台用高强钢强度及其耐蚀性现状及发展趋势[J]. 郝文魁,刘智勇,王显宗,李晓刚. 装备环境工程. 2014(02)
[7]Effect of welding processes and consumables on fatigue crack growth behaviour of armour grade quenched and tempered steel joints[J]. G.MAGUDEESWARAN,V.BALASUBRAMANIAN,G.MADHUSUDHAN REDDY. Defence Technology. 2014(01)
[8]海洋工程装备制造业形势分析[J]. 王颖. 金属加工(热加工). 2014(04)
[9]微合金元素对低合金高强钢焊缝及热影响区组织性能的影响[J]. 刘硕. 世界钢铁. 2014(01)
[10]我国海洋工程用钢发展现状[J]. 杨忠民. 新材料产业. 2013(11)
博士论文
[1]我国战略性海洋新兴产业发展政策研究[D]. 仲雯雯.中国海洋大学 2011
硕士论文
[1]自升式海洋平台桩腿焊缝裂纹扩展模拟及寿命预测[D]. 吴海涛.东北石油大学 2015
[2]Q890/Q960高强钢GMAW接头裂纹及热影响区组织研究[D]. 许红.山东大学 2015
[3]液压支架用Q690/Q890高强钢GMAW抗裂性及强韧性匹配研究[D]. 孙建雄.山东大学 2014
[4]厚板高强钢Q690E机器人双丝MAG焊工艺研究[D]. 刘亮.上海交通大学 2014
[5]钻井平台齿条板对接窄间隙MAG焊热物理性能研究[D]. 陈阿静.上海工程技术大学 2014
[6]700 MPa级低合金高强度钢焊接接头组织及性能研究[D]. 袁中涛.安徽工业大学 2013
[7]液压支架用Q690高强钢焊接接头强韧性和抗裂性研究[D]. 金鹏.昆明理工大学 2013
[8]液压支架顶梁焊接变形控制研究[D]. 孟晓辉.江苏科技大学 2012
[9]Q550+Q690异种钢焊接接头强韧性匹配研究[D]. 张蕾.山东大学 2011
[10]Q550及Q690高强钢焊接接头裂纹及应力分析[D]. 刘毅.山东大学 2011
本文编号：3658593
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 选题的目的和意义
1.2 海工平台高强钢的应用现状
1.2.1 海工平台用高强钢
1.2.2 海工平台桩腿用高强钢
1.3 海工平台高强钢焊接接头研究现状
1.3.1 焊缝金属强韧性匹配研究
1.3.2 高强钢焊接接头冷裂纹研究
1.3.3 高强钢焊缝显微组织研究
1.3.4 高强钢热影响区显微组织研究
1.4 材料焊接性能分析
1.5 研究内容及技术路线
1.5.1 主要研究内容
1.5.2 研究技术路线
第2章 铁研模型的数值分析
2.1 焊接过程的有限元法
2.2 焊接温度场与应力场的控制方程
2.3 高斯热源模型
2.4 铁研模型接头温度场的ANSYS数值模拟
2.4.1 有限元模型的建立
2.4.2 材料热物理性能参数和选择单元类型
2.4.3 焊接工艺参数和焊接过程模拟
2.5 焊接温度场和应力模拟结果
2.5.1 温度场计算结果
2.5.2 残余应力分布
2.5.3 预热温度的影响
2.5.4 焊接热输入对残余应力的影响
2.6 本章小结
第3章 焊接试验装置及试验方案
3.1 焊接试验装置
3.1.1 焊接机器人系统
3.1.2 力学性能试验设备
3.1.3 金相分析设备
3.1.4 试样温度场测试设备
3.2 试验材料及焊接要求
3.2.1 试验用母材
3.2.2 试验用焊接材料
3.2.3 焊接要求
3.3 焊接试验方案
3.3.1 斜Y坡口焊接裂纹试验
3.3.2 力学性能试验
3.3.3 焊接接头显微组织研究
3.4 本章小结
第4章 Q345/Q690接头裂纹率及形态分析
4.1 斜Y坡口焊接裂纹试验
4.1.1 焊丝强度等级对裂纹率的影响
4.1.2 焊接热输入对裂纹率的影响
4.2 冷裂纹在接头区位置和形貌
4.2.1 宏观冷裂纹的位置和形貌
4.2.2 冷裂纹微观形貌
4.3 焊缝及熔合区的显微组织
4.3.1 焊缝区的显微组织
4.3.2 熔合区的显微组织
4.4 本章小结
第5章 Q345/Q690焊接接头力学性能
5.1 焊接接头的力学性能
5.1.1 接头抗拉强度
5.1.2 接头冲击韧性
5.2 微观组织对焊接头强韧性的影响
5.2.1 焊缝显微组织
5.2.2 熔合区及热影响区显微组织
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]Q690D钢板焊接裂纹分析与控制[J]. 闵凡启,高立福,卢爱凤,王彦国,郭丽波,李国平. 物理测试. 2016(01)
[2]屈服强度890MPa级高强钢焊接工艺研究[J]. 张显辉,贾军,杨益清. 焊接. 2015(08)
[3]基于ANSYS的D500钢激光焊接温度场数值模拟[J]. 许新猴,赵小强,翟文刚,康泽军,李先芬,周伟. 精密成形工程. 2015(03)
[4]浅谈Super116E型自升式钻井平台四弦桩腿的建造和精度控制工艺[J]. 史慧,侯亚玲. 装备制造技术. 2015(04)
[5]国内外海洋工程用高强钢研究进展[J]. 张翔,徐秀清,马飞. 石油仪器. 2015(01)
[6]海洋平台用高强钢强度及其耐蚀性现状及发展趋势[J]. 郝文魁,刘智勇,王显宗,李晓刚. 装备环境工程. 2014(02)
[7]Effect of welding processes and consumables on fatigue crack growth behaviour of armour grade quenched and tempered steel joints[J]. G.MAGUDEESWARAN,V.BALASUBRAMANIAN,G.MADHUSUDHAN REDDY. Defence Technology. 2014(01)
[8]海洋工程装备制造业形势分析[J]. 王颖. 金属加工(热加工). 2014(04)
[9]微合金元素对低合金高强钢焊缝及热影响区组织性能的影响[J]. 刘硕. 世界钢铁. 2014(01)
[10]我国海洋工程用钢发展现状[J]. 杨忠民. 新材料产业. 2013(11)
博士论文
[1]我国战略性海洋新兴产业发展政策研究[D]. 仲雯雯.中国海洋大学 2011
硕士论文
[1]自升式海洋平台桩腿焊缝裂纹扩展模拟及寿命预测[D]. 吴海涛.东北石油大学 2015
[2]Q890/Q960高强钢GMAW接头裂纹及热影响区组织研究[D]. 许红.山东大学 2015
[3]液压支架用Q690/Q890高强钢GMAW抗裂性及强韧性匹配研究[D]. 孙建雄.山东大学 2014
[4]厚板高强钢Q690E机器人双丝MAG焊工艺研究[D]. 刘亮.上海交通大学 2014
[5]钻井平台齿条板对接窄间隙MAG焊热物理性能研究[D]. 陈阿静.上海工程技术大学 2014
[6]700 MPa级低合金高强度钢焊接接头组织及性能研究[D]. 袁中涛.安徽工业大学 2013
[7]液压支架用Q690高强钢焊接接头强韧性和抗裂性研究[D]. 金鹏.昆明理工大学 2013
[8]液压支架顶梁焊接变形控制研究[D]. 孟晓辉.江苏科技大学 2012
[9]Q550+Q690异种钢焊接接头强韧性匹配研究[D]. 张蕾.山东大学 2011
[10]Q550及Q690高强钢焊接接头裂纹及应力分析[D]. 刘毅.山东大学 2011
本文编号：3658593
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