超声冲击处理对核电用钢焊接残余应力的影响研究

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中文摘要：随着不同行业对焊缝安全性能要求的提高，尤其核电行业中高强度级别的大厚板复杂结构件焊接，往往因为多层多道焊热输入过大，导致焊接残余应力呈现复杂分布和高峰值的特点。针对核电大型结构难以通过热处理方式来消除焊接残余应力的问题，本文采用超声冲击处理及打磨处理对残余应力进行调控，既能起到方便快捷地消除焊接残余应力的作用，也能达到清除冲击麻坑满足表面涂覆的要求。因此，检测和调控焊接残余应力具有十分深远的意义。本文以厚度在25~50mm之间的S32101、Q345B和SA738Gr.B三种材料的焊接接头为研究对象，进行了参数优化、不同区域UIT以及UIT后逐层打磨工艺试验，采用小孔法和X-射线衍射法测试焊接接头的表面残余应力。确定了核电材料的合适超声冲击参数，研究了单位面积冲击点数以及冲击频率对冲击效果的影响。研究了UIT后不同打磨区域、不同打磨量以及不同尺寸试板整体打磨对应力分布的影响。研究了不同区域超声冲击处理对焊接残余应力场分布的影响。参数优化试验和超声冲击处理效果影响因数试验结果表明：冲击强度与覆盖率是保证超声冲击效果的主控因素，SA738Gr.B和Q345B材料在冲击强度为15s/cm2时，覆盖率达到100%时冲击效果最好；S32101材料在冲击强度为5s/cm2，覆盖率达到100%时，冲击效果达到最佳；随着冲击针数量的增加，作用在构件上的冲击频率逐渐增大，但不是呈线性增加的。相同的激振频率下，作用在构件上的冲击频率与冲击针数量有关，所造成的压应力效果与冲击强度有关； UIT后不同打磨区域、不同打磨量以及不同尺寸试板整体打磨试验结果表明：不管1/3还是1/2冲击区域打磨，试板表面应力波动较大，而整体打磨应力变化较小，趋势平稳；只有1/2冲击区域打磨和整体打磨后，冲击区域纵向应力转变为100MPa左右的拉伸应力，其处理残余应力效果与热处理处理焊态件效果相当。既达到了调控焊后残余应力的作用，也解决了工程大构件难以热处理的问题，也达到了清除麻坑满足表面涂覆的要求。推荐焊态构件经超声冲击处理过后直接将焊缝余高整体打磨至母材齐平，并且随着板厚的降低，整体打磨处理方法效果更为显著；不同区域UIT后应力测试结果表明：不管是单冲焊趾还是全覆盖冲击，试板最终的应力状态表现为“拉-压-拉”应力交替。只进行焊趾部位的UIT，在焊趾部位及其附近很小的区域内造成较大的有益残余压应力，但其可以有效地降低焊趾部位的应力集中，在条件受限的情况下，能够在一定程度上提高焊接接头的强度和抗疲劳性能。

作者：

邓洋洋

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关键词：

厚板焊缝焊接残余应力超声冲击处理打磨处理应力调控核电用钢

授予学位：

硕士

学科专业：

材料科学与工程

导师：

严铿

学位年度：

2019

学位授予单位：

江苏科技大学

语种：

中文

中图分类号：