黄诚[1]2002年在《焊接缺陷断裂的可靠性评定》文中指出针对焊接结构断裂缺陷安全性评定方法的研究正方兴未艾，本文是其中基于概率方法评定的部分研究内容。研究工作主要集中于焊接缺陷可靠性评定的原则和技术实现上，将较为先进的可靠性方法引入焊接缺陷的安全性评定中，大大提高了其评定的科学性和准确性，使评定过程快捷化、程序化，在工程实践中具有重要应用价值。 近几十年来，应用断裂力学理论进行缺陷安全评定的研究工作一直在缓慢地发展进步着。断裂力学的出现和应力强度因子准则的实际应用触发了本领域的研究，每次断裂力学理论和方法的重要变革(包括COD准则和J积分)，都将缺陷评定技术提升到一个新的研究高度，因而缺陷评定技术与断裂力学的发展息息相关。本文在总结国际通行的缺陷评定规范的基础上，深入考察了概率断裂力学应用于评定技术的可行性，通过大量地查阅相关文献，对基于失效评定图R6采用概率评定方法做了一定的研究，提出了从随机参量概率模型、蒙特卡罗模拟方法、失效评定图上概率公式等一整套可靠性评定方法，初步完成了R6第一类选择曲线的可靠性评定研究。 本文的研究主要包括如下内容： 1．分析和比较包括ASME第叁卷、IIW、PD6493、JWES、R／H R6等各国制定的缺陷评定规范或指南，指出了以上规范的局限性，提出以可靠性的观点进行缺陷评定。 2．对采用COD准则的可靠性评定方法进行了试验研究和计算 3．基于失效评定图的原则，提出在通用失效评定曲线上进行概率方法评定的思想和应用过程。 4．详细分析了缺陷评定中涉及到参量具有的随机特征，对缺陷几何尺寸、材料性能、断裂韧度和载荷的随机性特征做了研究说明。 5．在概率评定公式的求解中，采用蒙特卡罗模拟方法与数值积分结合给出了详细的求解过程，并提出了计算程序编制的参考。 6．通过工程实例的分析和计算，比较了COD方法与失效评定图方法。
丁鹏[2]2008年在《海底管线安全可靠性及风险评价技术研究》文中研究说明海底管线的安全可靠性分析与风险评估是全面评价海底管线在服役过程的安全可靠性能和预期寿命,有效预防海底管线失效,提高海底管线可靠性,延长海底管线寿命的重要应用型理论研究。本文的主要研究成果有:(1)研究腐蚀海底管线的剩余强度和失效概率。总结分析了含缺陷海底管线剩余强度的计算方法和计算准则,获得多种因素对海底管线剩余强度的影响规律,并给出随服役时间变化的海底管道腐蚀缺陷剩余强度及失效压力的预测程序。通过对腐蚀缺陷海底管道剩余强度的叁维非线性有限元分析,得到了缺陷方位、缺陷深度和缺陷长度的变化对缺陷最大应力的影响规律。建立腐蚀海底管线失效的极限状态方程,应用一次二阶矩法对含腐蚀缺陷海底管道的失效概率进行计算,分析海底管线强度和载荷的随机性对其可靠性的影响规律,确定海底管线失效概率的影响参数及其影响规律。(2)对海底管道缺陷评定技术及评定规范进行了深入的分析研究,为海底管道缺陷安全可靠性评定提供理论基础。根据16Mn海底管线钢的拉伸试验结果,考虑到海底管线强度、载荷、缺陷尺寸等参数具有一定的随机性,以概率断裂力学和可靠性理论为基础,采用随机数值模拟和理论计算等方法分析了海底管线强度的随机性及其影响因素。基于BS 7910评定标准,建立了含裂纹缺陷海底管线的安全可靠性评定模型,对埕岛油田某海底管线焊接接头处的表面裂纹进行了可靠性评定,给出海底管线缺陷安全评定的可靠度结果,得出了海底管线失效概率与评定参数的统计分布规律。(3)进行地质灾害作用下海底管道的安全评定分析。建立悬跨海底管道的振动方程,求解出悬跨段管道的固有频率及管道的允许悬空长度,得到水流速度、边界条件和轴向力对悬空管道的固有振动频率和极限允许跨长的影响规律。建立海底管道数值计算模型,对海底管道进行地震载荷作用下的动力响应分析,得到地震烈度、阻尼比及场地类型对海底管线抗震响应的影响规律。(4)通过理论分析及疲劳试验预测海底管线在波浪载荷作用下的疲劳寿命。设计完成了16Mn海底管线试件的拉-拉单轴成组多级疲劳试验。采用基于概率的疲劳寿命统计方法,对16Mn海底管线疲劳试验的数据进行分析处理,得出可供海底管线现场直接应用的疲劳寿命预测公式。并对海底管线焊接接头的疲劳曲线进行修正分析,得到服役海底管线焊接接头在不同存活率下的P-S-N曲线。同时,综合分析各种疲劳寿命预测公式,选择适合于海底管线实际服役过程且应用较为简单的寿命预测方法,应用海底管线的模拟疲劳试验得到的P-S-N曲线,进行海洋立管在波浪载荷作用下的疲劳寿命预测研究。(5)分析研究适合海底管线实际工况的定量风险评价模型。通过对埕岛油田海底管线系统的数据采集和资料分析,建立海底管线系统故障树分析模型,得出引起海底管线失效的主要因素。在此基础上,建立基于故障树分析的海底管线风险评估的模糊综合定量分析方法及其模型,综合分析海底管线各风险因素的影响程度和发生概率,同时考虑人为因素等难以量化或资料不完备的风险因素;对埕岛油田某段海底管线的风险情况进行实例计算和验证,计算结果表明风险评估模型具有较好的可信度。(6)开发“海底管线安全评定与风险评价系统”软件。根据上述研究成果,结合国内外相关权威规范,采用动态数据库技术、优化筛选技术和计算机图形学,完成了相关软件的开发,并将其成功应用于相关实例的计算中。
续晓君[3]2009年在《焊接结构可靠性评定系统研究》文中进行了进一步梳理电机转轴在使用过程中存在各种安全隐患,这主要是由于在制造和使用过程中筋板与转轴的结合处产生的缺陷造成的,所以定期检测并分析这些缺陷就显得尤为重要。只有对缺陷乃至电机转轴整体做出评估,才能为决策者提供必要的决策依据,传统评定方法计算过程复杂,工作量大,并且需要专业人员进行评定,该过程涉及了较多的人为因素,从而使整体评定工作繁琐、效率低。综合利用缺陷评定技术、计算机技术、数据库理论和模糊评定理论,设计开发焊接结构可靠性评定系统,该系统可以方便快捷地实现评定工作,方便非专业人员操作,提高缺陷评定精度和评定效率。本论文主要针对电机转轴开发“焊接结构可靠性评定系统”。在分析该系统实现功能目标的基础上,进行了模块化结构设计,确定系统分为缺陷评定系统和数据库管理系统两个大的模块,其中缺陷评定系统模块又包括:缺陷精确评定模块、缺陷模糊评定模块和焊接结构综合评定模块,利用该系统可以客观、合理的实现焊接结构件的安全评定工作,为焊接构件评估工作者提供便利,为用户决策者提供有效信息。数据库管理系统包括构件及缺陷参数数据管理,材料数据管理和缺陷和评定结果数据管理,利用该系统可以对焊接缺陷参数,焊接结构件参数,材料参数及评定结果信息进行查询、修改、增加、删除操作,从而实现评定数据的有效管理。基于我国压力容器评定标准CVDA-84,对电机转轴缺陷评定的进行了分析研究,设计了电机转轴评定流程及具体实现方法,建立了缺陷精确评定模块。采用传统评定方式和利用缺陷精确评定模块,分别对含缺陷的YTM560-6电机转轴为例进行了安全评价,结果表明:该模块可以精确、快速地实现焊接结构件的安全评定。在研究精确评定的基础上,为了进一步确定缺陷的安全等级,利用失效评定图及模糊技术,建立相应的缺陷模糊评定系统模块,该模块可以为评定工作者提供更全面、更具体的缺陷安全评估信息。在研究模糊数学模型及相关整体评定方法的基础上,分析了服役期的焊接结构件的整体模糊安全评定过程,并对某电机转轴进行了研究,通过自行开发的综合评价系统模块,实现了其安全性的模糊整体评价,为进一步实现复杂结构的多维的模糊综合安全评定提供了思路。
李晨光[4]2011年在《管道焊缝无损检测的综合方法结合及图像处理》文中研究说明天然气是21世纪主要的能源之一,干线输气管道是连接矿场集气系统和城市门站的纽带,是一个复杂的动力系统,管道绝大部分埋于地下,运送量大,占地少,受地形和气侯影响小,是目前最有效、最大规模的运输系统。市场经济决定了要建设长输管线,以获得最大的经济利益和社会利益。但是天然气并不等同于一般的油品,天然气管线主要承担的任务还是向许多居民供气,涉及千家万户的日常生活和社会稳定。天然气管线输送压力高,介质易燃易爆,管道的损伤会导致爆裂或撕裂,难以短期修复,因此要求管道要有好的质量,焊接过程中要防止产生裂纹等缺陷,整个施工过程要求精细作业,并建立完善的输气管道质量保证体系。随着新能源工业的迅猛发展,国内外的许多长输管线将建成并投入运营,管道的安全性和可靠性将是对管线建设和管线集输最基本的要求。焊接技术作为长输管线施工的关键技术,直接关系到工程质量、施工效率、施工成本以及管线运行期间的安全可靠性和经济效益。天然气管线由于高温高压及管线所在地区的复杂性,极易发生破裂、失效和泄漏,所以安全输送已经成为涉及社会和消费者重大利益的问题,一旦发生事故,会给企业和国家造成重大的损失和巨大的负面影响,因此无论对管线的现场焊接,还是对焊接人员和管理人员都提出了更高的要求,迫切需要对焊接质量控制做出全面而科学的规定。本文还对激光焊接技术的基本理论和优缺点进行了描述,同时根据目前激光焊接技术的发展及趋势,对厚壁管的激光焊接问题做了初步的探讨。焊接结构的缺陷检测评价是一项关键工序,焊接结构检测技术在不断发展完善。随着信息技术的日新月异,常规检测方法有了更多的突破和创新,新的检测技术和方法层出不穷,例如射线检测实时成像技术、TOFD技术、太赫兹无损检测和红外热成像检测等新的检测技术得到了长足的发展和应用。对焊接及其它工业生产活动的质量保证起到了重要的保障作用。本文详细描述了焊缝成形的过程,缺陷的种类以及产生的原因和后果,说明了焊缝缺陷对管材的各种疲劳损伤和断裂的作用,明确了管道焊缝无损检测的重要性。重点研究了TOFD技术和红外热成像探测技术,表明它们以其原理简单,操作方便,对管道环形焊缝内缺陷的高检出率而有广阔的应用前景。较高的缺陷检出率有助于无损检测人员及时做出评价,决定是否进行修复,而且还可以根据所得到的缺陷情况和焊接的质量预测管道运行的质量和服役的寿命。数字图像在各行业有着十分广泛的应用,图像处理及图像理解在工业检测、工业探伤,计算机辅助生产等方面起着加快生产速度、保证质量的作用。本文重点介绍了智能图像处理和光电图像处理的内容,尤其在红外焊缝图像的处理与应用方面做了大量的探讨,在多种无损检测方法的综合使用中,针对焊缝红外图像的特点和特征,尽可能使用合理的方法分离出焊缝缺陷,提高焊缝缺陷检出率,保证管道焊接的高质量。
李晋炜[5]2014年在《TC11合金电子束焊接接头疲劳与断裂性能研究》文中认为工作环境十分恶劣，造成航空发动机制造对于材料和工艺的选择有着极为苛刻的要求。如何评价材料的制备工艺性能是当前发动机设计与制造技术遇到的主要瓶颈问题，这种情况严重影响了新材料、新工艺以及新结构在航空发动机制造中的应用。本文结合焊接接头显微组织的形态特征分析，以TC11合金电子束焊接接头为研究对象，对焊接接头的硬度、拉伸性能、疲劳性能以及断裂力学性能进行了测试研究，并同母材相关的组织与性能开展了对比分析与讨论。在焊接工艺规范优化的基础上，设计缺口疲劳试验，并对比分析了母材与焊接接头疲劳性能对应力集中效应的敏感性问题。在断裂力学性能的测试基础上对TC11合金电子束焊接接头开展完整性评估研究。研究结果表明，TC11合金电子束焊缝宏观几何形貌为钉形焊缝，焊缝区柱状晶组织内部为细针状马氏体相。焊接接头显微硬度分布趋势呈现―阶梯‖形状的特点，焊缝中显微硬度平均值为HV430，整体显着高于母材（HV360）。在室温至500℃范围内，TC11合金母材与其电子束焊接接头等强，焊接接头呈现高强度匹配特性。母材与焊接接头拉伸强度随温度变化趋势相同，均呈现随着测试温度升高而线性下降的趋势。TC11合金电子束焊接接头高周及低周光滑疲劳性能均不低于母材，利用光滑微区试样测试焊接接头不同区域低周疲劳性能，焊缝与焊接接头疲劳性能均高于母材。通过设计母材与焊缝缺口焊接疲劳试验，结果发现：在设定的应力集中条件下，焊缝疲劳性能及分散性均与母材相当，双缺口试样比焊缝单缺口试样更易于出现线源或多源起裂，导致焊缝单缺口试样疲劳寿命相对较高。在焊接缺陷得到有效控制的前提下，TC11合金焊接接头的疲劳寿命采用与母材相同的预测方法或模型，可以得到偏安全的预测结果；但如果在应变达到弹塑性范围且高度集中在焊缝区时，采用相同的预测方法或模型，将会得到偏危险的预测结果。TC11合金及其电子束焊接接头均属于脆性断裂，其允许存在的缺陷尺寸较小。焊缝部位的疲劳裂纹扩展速率高于其对应的母材性能。焊接接头对裂纹较为敏感。同时焊接接头对应的评定结构的内部应力较大，结构的应力强度因子较大，所以结构对裂纹也较为敏感，只有较浅的表面裂纹才能够通过安全评定。
陶勇寅[6]2005年在《X80管线钢焊接工艺及可靠性研究》文中研究指明长距离石油天然气管道输送作为经济、安全、高效的油气输送方式越来越为世界各国所重视。管道工程技术的开发与利用也得到了快速发展。随着我国“西气东输”、陕京输气管线的建成与投产,国家油气管道工程建设也得到了快速的发展。由于石油与天然气是危险的化学品,因此其输送安全性作为一个重要的课题被许多国家的科研机构所重视。高等级管线钢的开发与利用有效地降低了管道工程建设成本和难度。X80级管线钢是国际上近年来成功开发和利用的高等级管线钢的新品种之一。在工程应用前必须对其性能及在运行环境下的安全性作出准确的评价。本课题作为中国石油天然气集团公司“X80级管线钢管热煨弯管技术研究”的一部分。在分析研究国外有关X80级管线钢技术开发应用以及所确定的力学性能及其韧性等方面标准的基础上,结合我国开发研制的X80级管线钢热轧板卷及其卷制的螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管的力学性能、韧性的试验结果提出了我国X80级管线钢热轧板卷、卷制成的螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管的力学性能及其韧性的建议指标。本文首次提出了关于X80管线钢环焊工艺的技术方案,经过力学性能及组织分析表明,该焊接方案符合API的有关规定。焊接质量优良,可以作为工程实际应用的依据。首次制定了国产X80钢(Φ1016mm×7.9mm)焊接工艺方案:E7010焊条根焊+ E9018-G焊条的热焊及盖面焊,可获得合格的焊接接头。为日本产X80钢管制定了合格的焊接工艺方案为: JM 58焊丝STT半自动根焊+E10018-G的填充盖面焊。本文首次采用模糊随机综合评价方法,以二级综合评价模型对X80级管线钢的焊接工艺进行了模糊评价。编制了模糊综合评估软件FSAP1,采用专家评价与模糊评价相结合的方式确定了其影响焊接质量的模糊可靠度。本文采用“双参数法”编制了可靠性计算软件X80RW,对X80级管线钢可能产生缺陷及失效预测进行了可靠度计算。并经过实例计算,结果表明:该管线属于正常状态。
张天会[7]2012年在《新型低碳贝氏体钢焊接接头疲劳裂纹扩展可靠性研究》文中研究说明焊接接头中不可避免地会存在各种形式的焊接缺陷,使焊接接头成为整个焊接结构中最薄弱部位,易产生裂纹起裂、扩展甚至失稳断裂。焊接接头的疲劳断裂性能是焊接结构损伤容限分析、保证结构安全可靠运行,以及抗断裂设计的重要依据。新型低碳贝氏体钢是采用微合金化控轧控冷工艺生产的新一代焊接无裂纹低合金高强度结构钢,被称为当今“绿色钢材”。合金结构钢的发展方向越来越注重提高其使用的可靠性和经济性,即在满足结构强度要求的前提下提高安全性和寿命。因此,对新一代低碳贝氏体钢焊接接头疲劳裂纹扩展可靠性研究具有重要的理论意义和应用价值。本文对新型低碳贝氏体焊接接头进行了常规力学性能及其微观金相试验研究、焊接缺陷及其尺寸分布研究、疲劳裂纹扩展试验及其可靠性分析研究。本文的主要工作有：从常规力学性能和金相试验角度对新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接工艺进行试验研究。采用不同的焊接方法和不同的焊接工艺参数对新型焊接无裂纹低碳贝氏体钢B610CF、ADB610和WDB620钢焊接接头进行焊接,对焊接接头进行常规力学性能和金相试验。对试验结果进行分析发现：采用合适的焊接工艺参数,焊接接头中不容易产生裂纹,焊接接头的抗裂性能优良,可以得到具有优良综合机械性能的焊接接头；焊接工艺参数对焊接接头抗拉强度、塑性以及对热影响区的组织和常规力学性能的影响不明显,但大的焊接工艺参数会使焊缝区的组织发生变化,冲击韧性明显降低。对新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接缺陷及尺寸概率分布模型进行研究。通过对焊接缺陷在焊缝长度区间上产生的缺陷数符合泊松分布过程、焊接缺陷在一定的焊缝长度内缺陷产生的比率为常数的物理背景,推导建立了焊接缺陷尺寸的概率模型为指数分布。随机抽取ADB610钢焊接接头X射线检测出的焊接缺陷,进行概率分布拟合检验研究,发现：焊接缺陷尺寸以服从指数分布为最佳,从实验数据上验证了焊接缺陷尺寸较好地服从指数分布。通过排列图的绘制与分析,ADB610钢和WDB620钢焊接接头绝大多数焊接缺陷是气孔和夹渣,焊接接头中产生的裂纹缺陷很少。提出了基于两步七点递增多项式的成组计算方法(本文简称为成组法)用于疲劳裂纹扩展试验数据的计算,在多试样疲劳裂纹扩展试验过程中各个试样数据记录的裂纹长度不相同时,可以计算相同裂纹长度下各个试样的裂纹扩展速率和同组试样不同存活率下的裂纹扩展速率。针对ADB610钢焊接接头母材区、热影响区和焊缝区进行多试样疲劳裂纹扩展试验,并采用成组法计算叁区域不同存活率下的裂纹扩展速率和基于Paris公式的裂纹扩展速率表达式,从可靠性角度研究焊接接头疲劳裂纹扩展性能。在常规力学性能和金相试验以及焊接缺陷研究基础上,选用CHE62CFLH焊条,采用手工电弧焊对ADB610钢进行焊接,在对焊接接头叁区域取多试样进行了裂纹扩展试验的基础上,采用本文提出的成组法,计算各区域存活率为50%、90%、95%、99%和99.9%下的裂纹扩展速率,分别与应力强度因子范围△K拟合,得到不同存活率下Paris公式。对叁区域考虑存活率条件下的裂纹扩展速率表达式Paris公式进行分析,发现：在相同存活率下,母材区参数C最大,焊缝区的C最小；而母材区参数m最小,焊缝区m最大。随着存活率的增大,母材区参数C呈递减、m呈递增趋势,热影响区和焊缝区参数C呈递增、m呈递减的趋势；而且母材区C递减速度最小,热影响区C递增速度最快；热影响区m递减速度最快,母材区m递增速度与焊缝区m递减的速度相差不大。对考虑存活率下叁区域裂纹扩展速率及计算的相对差值进行分析,发现：叁区域裂纹扩展速率分散性有明显差异,基本上母材区的最小,焊缝区的最大。在相同存活率下,裂纹扩展前期母材区裂纹扩展明显最快,焊缝区的明显最慢,母材区与热影响区的裂纹扩展差异明显比热影响区与焊缝区的差异大；在裂纹扩展中后期,叁个区域的裂纹扩展快慢差异相对较小。随着存活率的增大,基本上母材区与热影响区、母材区与焊缝区裂纹扩展快慢相对差异逐渐递减,在裂纹扩展前期递减明显,裂纹扩展中后期递减相对前期不明显；热影响区与焊缝区裂纹扩展快慢相对差异变化不明显。采用统计假设检验方法对叁区域对数裂纹扩展速率的数字特征进行分析,发现：叁区域的对数裂纹扩展速率方差(即分散性)有显着性差异,基本上母材区的最小,焊缝区的最大。在裂纹扩展速率均值方面：基本上,在裂纹扩展中前期,母材区的显着大于热影响区和焊缝区的,裂纹扩展后期母材区与热影响区和焊缝区的相当,没有显着性差异；对于热影响区与焊缝区,裂纹扩展前期热影响区的显着大于焊缝区的,但裂纹扩展中期后两区域的相当。从金相组织角度对ADB610钢焊接接头母材区、热影响区和焊缝区裂纹扩展机理进行研究,发现：在裂纹扩展的中前期,晶界间的阻力提高疲劳裂纹扩展的抗力,因此在裂纹扩展中前期,晶粒细小的焊缝区和有网状组织的热影响区的裂纹扩展慢于晶粒粗大的母材区的,焊缝区的慢于热影响区；在裂纹扩展中后期,晶界间阻力的影响逐渐减小后,叁个区域之间的裂纹扩展速率差异相比前期较小。而且相对于热影响区和焊缝区而言,母材区各部位的金相组织差异性较小。采用基于ΔK-da/dN一次七点递增多项式的方法(本文简称为单试样法)计算ADB610钢焊接接头考虑存活率的裂纹扩展速率及Paris公式,并采用直观分析和统计对比分析方法,与采用成组法得到的结果进行误差分析,发现相同区域之间采用单试样法计算的结果误差大,得到的焊接接头不同区域之间裂纹扩展快慢的规律也与采用成组法的不相一致。单试样法是在单独地、各个试样之间互不相关地计算出每个试样的Paris公式后,然后取一系列的△K带入每个试样的Paris公式中,计算每个试样在相同△K下的裂纹扩展速率后,再计算同组试样不同存活率下的裂纹扩展速率和Paris公式来研究裂纹扩展的可靠性问题。认为基于一次七点递增多项式的单试样法从物理意义上不符合根据裂纹扩展试验数据的分散性来分析材料固有的分散性问题。本文的主要创新点：(1)在计算方法方面提出了采用两步七点递增多项式的专用于疲劳裂纹扩展速率可靠性分析的成组方法,并指出应用一次七点递增多项式的单试样法在裂纹扩展可靠性分析中具有较大的计算误差。(2)在统计意义上发现了ADB610钢焊接接头叁个区域(母材区、热影响区和焊缝区)疲劳裂纹扩展速率数字特征的差异性,并从焊接接头金相组织的机理上解释了这种统计现象。(3)在研究成果方面得到了ADB610钢焊接接头不同存活率下基于Paris公式的疲劳裂纹扩展速率表达式,并发现了ADB610钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率Paris公式的两个参数(C和m)随存活率改变而变化的规律。(4)在数学模型方面从泊松过程出发进行了理论推导,建立了新型低碳贝氏体钢焊接接头焊接缺陷尺寸分布的概率模型,并进一步通过ADB610钢焊接接头x射线检测的缺陷尺寸数据的分布拟合,实验数据验证了这个数学模型的合理性。
张新斌, 蒋晓东, 施哲雄[8]2005年在《含焊接缺陷压力管道安全评定系统——基于BS7910的理论及方法》文中研究指明针对含焊接缺陷压力管道评定中存在的不确定性,提出了建立在BS7910确定性评定基础上的可靠性评定方法,并开发出含焊接缺陷压力管系安全评定系统。该系统不仅能对含焊接缺陷管系进行确定性评定,而且能获得管系内每个缺陷的失效概率和整个管系的失效概率,具有极大的工程应用价值。
芦伟[9]2013年在《厚壁钛合金电子束焊接接头断裂安全评定方法研究》文中研究表明TC4-DT钛合金具有高比强度、高比刚度、良好的耐热性、抗腐蚀性和损伤容限性能，广泛应用于飞机重要承力框梁结构制造。钛合金材料的热物理性能和电子束高能密度焊接的特殊性，导致钛合金电子束焊接接头形成大梯度残余应力和大梯度组织和力学性能不均匀性等问题。这些问题对钛合金整体焊接结构的断裂行为有重要影响。本文分析了厚壁TC4-DT钛合金电子束焊接接头的显微组织、焊缝几何特征、接头力学性能不均匀性及断裂行为，揭示了焊缝几何和力学不均匀性对断裂行为和失效评定图的影响。同时，对实际接头进行了断裂评定，探讨了不同评定级别对断裂评定结果的影响。通过上述研究给出厚壁钛合金电子束焊接接头断裂安全评定的工程简化方法。对两种典型焊缝几何的焊接接头进行了显微组织观察和力学性能测试，发现厚壁钛合金电子束焊接接头沿横向和焊缝深度方向显微组织与力学性能不均匀。TC4-DT钛合金母材显微组织为等轴状初生α相和层片状(α+β)所构成的典型双态组织。根据焊接热循环作用下热影响区的β转变温度，热影响区显微组织可分为两部分：近焊缝热影响区为少量等轴初生α+针状马氏体组织；近母材热影响区为等轴初生α+含针状α的转变β组织。焊缝区组织为粗大β柱状晶和分布在柱状晶内呈网篮状排列的针状马氏体。钛马氏体的形成使焊缝金属和热影响区的显微硬度、屈服强度和抗拉强度高于母材，塑性低于母材，焊接接头为高匹配。沿焊缝深度方向，焊缝区β柱状晶和马氏体晶粒尺寸变小，导致焊缝金属的硬度和强度增大。沿焊缝深度方向焊缝宽度变化较小的I形焊缝的力学不均匀性小于焊缝宽度变化较大的Y形焊缝。加入纯钛填充金属使厚壁TC4-DT电子束焊接接头焊缝区的显微组织和力学性能发生明显变化。焊缝中心区强化合金元素Al和V的含量明显降低，显微组织主要由塑性和韧性较好的针状α相组成，避免了马氏体组织生成。焊缝金属的屈服强度和抗拉强度均低于母材，焊接接头为焊缝强度低匹配。对母材、无填充金属接头和填充纯钛金属接头的断裂韧性进行测试，研究了接头不均匀对断裂韧性的影响，并分析断口形貌，揭示了接头的断裂性质。发现母材韧性较好，断裂韧性大于100MPa·m1/2。高匹配接头的断裂韧性降低，而填充纯钛金属后低匹配接头的断裂韧性明显改善，接近母材断裂韧性。这表明钛合金电子束焊接接头的断裂韧性主要取决于其显微组织形态，接头不均匀性对断裂韧性的影响主要表现为组织不均匀性的影响。另外，母材、无填充金属接头和加入填充金属接头在断裂韧性测试中均发生延性断裂。根据TC4-DT钛合金母材和电子束全焊缝金属拉伸试验结果，研究了母材和焊缝金属硬度与拉伸性能的关系。发现TC4-DT钛合金及其电子束焊缝的显微硬度与强度线性相关；应变硬化系数与屈强比线性相关。通过回归分析，建立了显微硬度与强度以及应变硬化系数和屈强比之间的工程经验关系式。当拉伸性能未知时，可以根据焊接接头的显微硬度估算出接头各区域的拉伸性能。这解决了钛合金电子束焊接接头拉伸性能数据测试困难的问题，为钛合金结构断裂评定提供了性能预测关系。通过有限元模拟和理论分析，研究了平面应力和平面应变状态单边裂纹焊接板的极限载荷，提出了相应的极限载荷解法。考虑到电子束焊接接头的尺寸特征，给出平面应变和平面应力状态下估算单边裂纹电子束焊接板极限载荷的简化方法：平面应变状态下，高匹配和轻微低匹配接头的极限载荷可以用母材的极限载荷替代；对严重低匹配接头而言，只有ψ大于10时，焊接接头的极限载荷可以用母材的极限载荷替代。平面应力状态下，高匹配焊接接头的极限载荷可以用母材的极限载荷替代；低匹配接头的极限载荷可用焊缝金属的极限载荷近似替代。另外，将实际厚壁钛合金电子束焊接接头焊缝几何表征为Y形，通过研究焊缝几何参量对接头极限载荷的影响，建立了电子束焊接接头焊缝几何简化方法：实际焊接接头断裂安全评定时，可将Y形焊缝几何简化为宽度2Heq的等效矩形。如果裂纹尖端位于倒梯形段，对高匹配焊接接头，Heq取最小焊缝半宽Hmin，对低匹配接头，Heq取最大焊缝半宽Hmax；当裂纹尖端位于矩形段时，对高匹配接头和低匹配接头，Heq均取最小焊缝半宽Hmin。研究了IIW FFS方法对钛合金电子束焊接接头断裂安全评定的适用性，讨论了厚壁TC4-DT电子束焊接接头用第1级评定的可能性和边界条件。发现IIW FFS方法中依据经验公式确定失效评定线的标准评定级别适用于钛合金电子束焊接接头的断裂评定。电子束焊接接头焊缝较窄，当强度失配程度不超过30%时，用母材性能进行评价仍能得到合理的结果。与传统熔焊相比，电子束焊接接头用第1级评定的边界条件可从δM=10%扩宽到δM=30%。另外，用IIW FFS方法对实际接头进行断裂评定，发现电子束焊缝强度失配对断裂评定的影响很小，高的评定级别并没明显的优越性。因此，断裂评定时可将焊接接头看做均质结构，用第1级评定可得到足够准确的结果。
高官健[10]2019年在《电网线夹结构安全性评定及其试验研究》文中研究指明近年来社会对电力能源的需求量日益上升,对电网设备及元件的结构安全性、运行稳定性提出了更高的要求。线夹作为电网输配电线路中重要的连接和承载金具,其结构安全性直接关系到电力系统的安全可靠运行。然而,在电网日常检修过程中,常会发现线夹结构开裂故障甚至断裂失效的案例。针对该问题,本文在对挂网运行典型线夹进行力学分析计算的基础上,结合焊接结构强度分析理论、焊接结构安全评定技术和有限元分析方法,对线夹进行了结构安全性评定,并利用设计开发的疲劳模拟试验平台进行了初步试验研究,从而为线夹产品验收、选型和检修维护工作提供参考和支持。本文的具体研究内容包括:针对两起电网线夹实际失效案例,首先采用无损检测和断口形貌检测相关方法来检查失效线夹的内部及表面的缺陷状况,并初步分析了线夹失效的原因。之后,基于架空输电线路的电线力学计算理论,选取电网中两类典型线夹建立受力模型并进行了 3种典型自然工况下的力学分析计算,从而对比分析在不同天气环境下挂网运行线夹的实际受力情况。针对无“缺陷”线夹,首先分析计算了线夹焊接接头的静载强度和疲劳强度,接着利用有限元软件进行了线夹结构在3种自然工况下的静应力应变分析、较苛刻工况下的结构可靠性和疲劳分析,并确定了线夹结构的危险部位、预测了线夹结构的疲劳寿命;针对含典型平面型缺陷的线夹,基于SINTAP/FITNET结构完整性评定方法对其进行安全性评定,并预测了缺陷处的疲劳裂纹扩展寿命,从而为线夹产品的结构安全性评定和疲劳寿命预测研究提供参考思路。设计开发一套线夹疲劳模拟试验平台,该试验平台能较理想地模拟出线夹在实际挂网运行时的承载状态。依托该试验平台,开展了含不同程度缺陷线夹在交变应力作用下的疲劳裂纹扩展试验初步探究。
参考文献：
[1]. 焊接缺陷断裂的可靠性评定[D]. 黄诚. 大连理工大学. 2002
[2]. 海底管线安全可靠性及风险评价技术研究[D]. 丁鹏. 中国石油大学. 2008
[3]. 焊接结构可靠性评定系统研究[D]. 续晓君. 哈尔滨工业大学. 2009
[4]. 管道焊缝无损检测的综合方法结合及图像处理[D]. 李晨光. 中国石油大学. 2011
[5]. TC11合金电子束焊接接头疲劳与断裂性能研究[D]. 李晋炜. 北京工业大学. 2014
[6]. X80管线钢焊接工艺及可靠性研究[D]. 陶勇寅. 天津大学. 2005
[7]. 新型低碳贝氏体钢焊接接头疲劳裂纹扩展可靠性研究[D]. 张天会. 昆明理工大学. 2012
[8]. 含焊接缺陷压力管道安全评定系统——基于BS7910的理论及方法[J]. 张新斌, 蒋晓东, 施哲雄. 化工装备技术. 2005
[9]. 厚壁钛合金电子束焊接接头断裂安全评定方法研究[D]. 芦伟. 北京工业大学. 2013
[10]. 电网线夹结构安全性评定及其试验研究[D]. 高官健. 浙江大学. 2019
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