厚钢板焊接接头韧度CTOD评定研究

【摘要】：材料的破坏过程和焊接结构的完整性,是破坏力学和材料科学交叉的研究 领域。随着国民经济的高速发展,我国海洋结构、桥梁结构、现代建筑及水电 核电等工程建设项目规模越来越大,焊接结构呈现大型化、厚壁化的发展趋势, 而厚钢板焊接施工工艺、焊接接头质量控制与评价的理论研究与工程实践经 验却相对缺乏,使得厚钢板焊接接头韧度的评定和控制成为工程建设中的一项 重要的关键技术,倍受力学界、材料科学界和工程界的共同关注。厚钢板焊接接 头韧度的裂纹尖端张开位移(CTOD)评定技术,因其科学性、准确性和费用适 中等优点,有广阔的应用前景。但其中存在的一些关键问题,如适用性证明、 焊接接头CTOD允许值的确定、焊缝试样疲劳预制裂纹合格率较低、焊接接头 CTOD与J积分之问的关系不明确等问题,有待于进一步深入研究。 本文从工程试验和理论两个方面系统深入地研究了上述问题,并取得了以 下五个方面的成果。1)证明了CTOD方法评定厚钢板焊接接头韧度的适用性, 建立了厚钢板焊接接头韧度CTOD评定技术的实验基础;2)提出了确定厚钢板 焊接接头CTOD允许值的“母材参考法”和“类比法”,为合理确定大中型厚壁结构 焊接接头韧度指标提供了实用简便的方法;3)提出了能够大幅度提高厚钢板焊 缝试样疲劳预制裂纹合格率的“高K比法”,使试样合格率高达93%;更重要的 是从“高K比法”制备的试样上测定的CTOD韧度能准确反映焊接接头的韧性, 是韧度的真值:并且“高K比法”简化了原来的焊接接头CTOD试验方法,使 CTOD试验更快捷、费用更低:4)提出了在一个试样上同步测定CTOD和J积 分的“双引伸计法”,为CTOD与J积分之间的关系这一弹塑性断裂理论问题的研 究提供了可靠的实验方法;5)发现了在厚钢板焊接热影响区中CTOD与J积分 呈线性关系,而且这种关系受焊接工艺差异性的影响不大。这些研究成果,不 仅改进了焊接接头CTOD试验方法,完善了厚钢板焊接接头韧度的CTOD评定 体系,而且为大型厚壁结构的完整性评估提供了重要的技术支撑。 本文把上述研究成果,成功地应用于两种典型的大型厚壁结构的焊接建造