本文从理论分析、数值模拟和实验三个方面对含空间孔洞缺陷的316L不锈钢管管道焊接接头进行了脉冲放电强化研究,分析了电磁热止裂对316L焊接接头的强化作用,主要研究成果如下:

(1)利用复变函数建立了脉冲放电瞬间的含有空间孔洞缺陷金属构件的理论分析模型,通过对绕流问题的借鉴,求解了电流密度的分布,给出了含空间孔洞缺陷的温度场表达式及其变化规律,结果表明电磁热效应能降低孔洞以及裂纹扩展的可能性,进而提高试件的承载能力,为同类型的空间孔洞缺陷问题的电磁热止裂及强化的理论研究打下了基础。

(2)完成了对含空间孔洞缺陷的316L不锈钢管的电磁热止裂强化实验,对放电前后的试件进行了金相组织分析、力学拉伸性能试验、拉伸断口扫描、显微硬度测试,X射线残余应力检测。实验结果表明:通过脉冲放电强化,焊接接头的拉伸强度平均提高了22%;拉伸断口的断裂方式为韧窝断裂,放电后的韧窝数量及质量得到加强;焊接接头的组织在焊缝处晶粒细化明显,组织均匀化程度提高;焊接薄弱的熔合区的光亮带明显减小,熔合区的粗状晶得到细化,枝晶方向性减小;母材区放电前后无明显变化。316L不锈钢管的硬度明显高于放电前,其中焊缝处存在最大的硬度,焊接接头整体的硬度普遍高于母材。放电后试件的焊接残余应力得到改善,在焊接缺陷突出的地方,焊接拉应力转变为压应力。一系列实验有力的证明脉冲放电对焊接接头强化的有效性。

(3)采用ANSYS软件的生死单元技术,建立了316L不锈钢管焊接热过程瞬态温度场有限元模型,正确反映了焊接热过程温度场、应力场随时间的变化规律。建立了含有空间孔洞缺陷的焊接构件的电磁热止裂的数值模拟模型,对带有空间孔洞缺陷的焊接接头放电过程中的温度场、应力场进行了数值模拟,数值模拟计算结果表明:放电后构件的孔洞附近的温度急剧升高,达到材料的熔点,使得附近组织钝化,产生了抑制孔洞扩展的压应力。达到对孔洞缺陷的止裂目的。

本文通过对含有空间孔洞缺陷的金属构件电磁热裂纹止裂技术的研究,得到了一些有用的结论,进一步验证了电磁热止裂技术的有效性,为电磁热止裂技术对焊接领域的应用奠定了基础。但电磁热止裂技术应用的领域范围较广,自身知识的不充分,不可控制的因素较多,还存在许多一些问题需要进一步的研究,具体如下:

(1)空间孔洞缺陷的分布情况以及对结构强度的影响。

(2)针对大型的焊接构件中空间孔洞缺陷的强化问题。