海洋平台焊接头的CTOD韧度研究

论文摘要

从上世纪40年代起,世界多个国家先后发生大型焊接结构的脆性破坏事故。焊接结构的韧度问题引起世界各国的高度重视。随着海洋石油开发的深水化,海洋平台不断大型化,海洋平台用钢的强度越来越高。海洋平台用钢及其焊接接头的韧度问题更是成为世界各国相关领域的一大研究热点。本文第一部分重点介绍了测试海洋平台用钢及其焊接接头韧度的CTOD试验方法。第二部分按照规范BS7448 Part1和BS7448 Part2,对某海洋平台用超高强钢及其焊接接头进行了低温（-10℃） CTOD韧度试验。结果表明：一、不同焊接工艺参数下焊接接头的CTOD值不同；二、不同厚度焊接接头以及焊接接头不同区域的CTOD值存在的离散程度亦不同。第三部分针对以上特点,着重对以下两个方面进行了分析：一、焊接接头的韧度影响因素；二、焊接接头CTOD值的离散性。对焊接接头韧度影响因素的研究为提高焊接接头的韧度提供了试验依据,对实际生产具有重要指导意义。对焊接接头CTOD值离散性的研究为CTOD韧度评定技术提出了新的观点和思路,使焊接接头CTOD韧度评定技术更加细化和精确。从两个方面分析了焊接接头的韧度影响因素。一、焊接材料与焊接工艺；二、宏观断口与微观组织。结果表明：一、焊接线能量的变化对熔合区与焊缝中心的CTOD值都有显著影响,但影响规律不同,这种影响规律为生产中提高焊接接头韧度提供了试验依据；二、熔合区与焊缝中心的宏观断口普遍呈解理型脆性断口,且均有不同程度的气孔和氧化物夹渣；三、熔合区与焊缝中心的微观组织呈韧塑性较好的回火索氏体与针状铁素体,基于这种微观组织特征,并依据试验结果呈现的统计规律,对超高强钢的CTOD允许值提出了新的观点。针对超高强钢焊接接头CTOD值的离散性较大的特点,认为对超高强钢焊接接头进行CTOD韧度评定时,利用有限抽样值与允许值进行简单比较的方法具有一定的局限性。本文统计了焊接接头CTOD值的分布规律,并建立了基于正态分布的CTOD韧度评定的概率方法。还根据离散程度的不同,对熔合区与焊缝中心试样取样数量的确定提出了新的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究目的和内容
• 第2章 海洋结构用钢及其焊接接头的韧度测试方法
• 2.1 厚钢板及其焊接接头的韧度问题
• 2.1.1 厚钢板焊接结构在海洋平台建造中的工程应用
• 2.1.2 大型焊接结构的脆性断裂及其特征
• 2.1.3 海洋平台厚钢板及其焊接接头的韧度问题
• 2.2 厚钢板及其焊接接头韧度测试主要方法
• 2.2.1 韧度测试方法分类
• 2.2.2 CTOD试验
• 2.2.3 宽板拉伸试验
• IC试验'>2.2.4 平面应变断裂韧度K_IC试验
• IC试验'>2.2.5 临界J积分J_IC试验
• 2.2.6 Charpy冲击试验
• 2.3 本章小结
• 第3章 海洋平台厚钢板及其焊接接头的CTOD试验
• 3.1 海洋平台厚钢板的CTOD试验
• 3.1.1 钢板的材料特性
• 3.1.2 CTOD试样制备
• 3.1.3 CTOD试验过程
• 3.1.4 CTOD试验结果
• 3.2 焊接接头的CTOD试验
• 3.2.1 焊接材料与焊接工艺
• 3.2.2 性能试验
• 3.2.3 CTOD试验
• 3.3 本章小结
• 第4章 焊接工艺评定
• 4.1 焊接接头韧度的影响因素
• 4.1.1 CTOD试验结果统计
• 4.1.2 焊接材料对韧度的影响
• 4.1.3 焊接工艺对韧度的影响
• 4.2 宏观断口观察与微观组织分析
• 4.2.1 宏观断口观察
• 4.2.2 微观组织分析
• 4.3 CTOD允许值的确定
• 4.4 CTOD特征值的离散性
• 4.5 CTOD评定的概率方法
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间公开发表的论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目