薄板GMAW焊对接接头焊接变形预测开题报告

 2020-02-10 10:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

经过几十年的快速发展,我国制造业的规模跃居世界第一位,制造业成为支撑我国经济发展的重要基石和促进世界经济发展的重要力量[1]。压力容器是工程、工业中的关键设备,广泛应用于核能、石油、化工、电力、制药等领域。压力容器的结构复杂,建造过程涉及结构、材料、成形、焊接、热处理、无损检测等多种技术,其制造能力是国家装备制造能力的总体反映。压力容器有强度、疲劳、低温脆断、高温蠕变、腐蚀等多种失效模式,其设计方法、制造要求和风险防控是当前面对的技术难题。

压力容器的承压能力和安全可靠性,在很大程度上取决于容器制造质量。焊接是现代压力容器制造中常用的加工方法,也是关键的工艺手段。这不但是因为焊接工作量大,焊接时占整个压力容器制造工时的1/3以上,而且因为焊接质量对容器的安全可靠性具有直接影响。国内外大量的压力容器事故都起源于焊接缺陷,特别是焊接裂纹,因此,合格的焊接质量是保证压力容器的强度和安全可靠性的前提和基础[2]。由于焊接中的物理过程十分复杂,在快速而不均匀的加热与冷却过程中产生的热膨胀和收缩,以及在高温下的材料塑性变形会导致接头和母体金属中不可避免的变形和残余应力[3,4]。具体来说,影响焊接变形的因素大体可以分为两部分,即设计相关量和制造相关量。重要的设计相关量包括母材的性能、接头形式、根部间隙、板的厚度、加强筋间距及约束情况等。重要的制造相关量包括热源形式、焊接速度及焊接顺序等。对于焊接变形的估计,过去大多都基于依赖于试验和统计基础上的经验曲线或经验公式,只能用于最简单的板或梁等焊接构件,对于稍微复杂的焊接结构就无能为力[5]

近年来,随着计算机技术的飞速发展,有限单元法成了研究复杂结构力学的主要的数值方法,许多焊接残余应力和焊接变形的研究都采用计算机模拟技术[6]。计算焊接力学的发展、热弹塑性有限单元法和固有应变法在焊接变形预测中的成功应用,使焊接变形预测有了坚实的理论基础[7,8]。随着计算机硬件的发展和软件的不断更新换代,使用计算机对焊接变形进行计算已经成为可能并日益成为控制焊接变形的重要方法之一。但是由于数值模拟技术的本身缺陷和人们对模拟结果的要求不断提高,目前在大型构件上的焊接数值模拟技术研究较少[9]

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