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不同強(qiáng)度匹配10CrNi3MoV船體鋼焊接結(jié)構(gòu)的安全評(píng)定

文檔作者：孫吉1 桂赤斌2 陳文君1 文檔來(lái)源： 1海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院 2華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年07月07日
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第16卷第5期
2012年5月
船舶力學(xué)
Journal of Ship Mechanics
V01．16 No．5
May 2012
文章編號(hào)：1007—7294(2012)05--0580—05
不同強(qiáng)度匹配10CrNi3MoV船體鋼焊接
結(jié)構(gòu)的安全評(píng)定
孫吉1，桂赤斌2，陳文君1
(1海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，武漢430033；2華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢430074)
摘要：為了研究不同強(qiáng)度匹配對(duì)焊接接頭安會(huì)性能的影響，基于“歐洲工業(yè)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定程序(SINTAP)”提供
的失效評(píng)定圖FAD方法，針對(duì)不同強(qiáng)度匹配的10CrNi3MoV船體鋼焊接接頭，建立了對(duì)應(yīng)的失效評(píng)定曲線。根據(jù)
母材與焊縫的拉伸試驗(yàn)及CTOD(裂紋尖端張開(kāi)位移)試驗(yàn)結(jié)果．對(duì)比分析了3種匹配條件下的接頭安全評(píng)定結(jié)
果。研究表明，對(duì)于選定的評(píng)定級(jí)別．不M強(qiáng)度匹配系數(shù)對(duì)FAD圖形狀的影響很小；焊縫強(qiáng)度較高時(shí)，接頭對(duì)塑
性失穩(wěn)的抵抗能力取決于母材性能；接頭韌度水平相似時(shí)，低匹配接頭對(duì)塑性失穩(wěn)及脆性斷裂的抵抗能力均稍
差，弱于等匹配與高匹配；焊縫強(qiáng)度稍高于母材的。等強(qiáng)匹配”安全裕度最大，安全性最佳。
關(guān)鍵詞：強(qiáng)度匹配；船體鋼；焊接接頭；失效評(píng)定圖；結(jié)構(gòu)完整性；塑性失穩(wěn)；脆性斷裂；安全評(píng)定
中圖分類號(hào)：TG407 U671．84 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
Safety assessment for welded structures of 10CrNi3MoV
hull steel with different strength matching levels
SUN Ji 1，GUI Chi-bin 2。CHEN Wen-jun 1
(1 College of Ship and Power Engineering，Naval University of Engineering,Wuhan 430033，China；
2 Department of Materials，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074．China)
Abstract：In order to study the effect of strength matching level on safety performance of welded joint，with
the application of‘failure assessment diagram’(FAD)approach provided by‘Structural Integrity Assessment
Procedure for European Industry’(SINTAP)，this paper set up failure assessment curves of 1 0CrNi3MoV
steel joints with three different strength matching ratios．According to the tensile test and CTOD(Crack
Tip Opening Displacement)test results，the joints were assessed．Through several comparative analyses，a
few conclusions were derived．Under the conditions of different matching levels，F(xiàn)AD shapes of Classes 1
and 2 change little．When weld strength is higher，the joinl’S resistance of the plastic instability mostly
depends on the base metal properties．On the occasion that toughness of joints is similar,joint with undermatching
weld behaves somewhat worse on the resistance to both plastic stability and brittle fracture．The
‘even-matched’joint with weld strength that is slightly higher than the base metal shows the best security
performance．
Key words：swen舒h matching；ship hull steel；weld joint；failure assessment diagram；structural integrity；
plastic instability；brittle fracture；safety assessment
收稿日期：2011-12—09 修改日期：2012—03—09
基金項(xiàng)目：海軍裝備研制項(xiàng)目“船體原始狀態(tài)綜合評(píng)估及剩余壽命分析研究”
作者簡(jiǎn)介：孫吉(1984一)，男，博士研究生，主要從事船舶焊接及其安全評(píng)定研究；
桂赤斌(1949一)，男，華中科技大學(xué)教授，博上生導(dǎo)師。
萬(wàn)方數(shù)據(jù)
第5期孫吉等：不同強(qiáng)度匹配10CrNi3MoV船體? 581
1引言
焊接是造船過(guò)程中極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。對(duì)于高強(qiáng)鋼船體，非常微小的焊接缺陷都可能導(dǎo)致極為嚴(yán)重
的宏觀破壞111，因此對(duì)焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的安全評(píng)定具有重要的研究意義。
將焊縫與母材的屈服強(qiáng)度分別記為嘰，與or。依據(jù)二者比值“接頭匹配系數(shù)”M=盯，，／o"，。的大小，
可將接頭分為不同類型。MI時(shí)稱為“高匹配”。當(dāng)嘰，與盯，。相差很小(10％以
內(nèi))，0．9≤M≤1．1時(shí)，也可大致稱為“等匹配”[：z-31。研究發(fā)現(xiàn)，接頭匹配關(guān)系對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的使用性能影響
顯著。但在具體焊接工程中究竟哪種匹配方案最佳，長(zhǎng)期以來(lái)存在著不同看法。
為了建立統(tǒng)一的安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，歐洲委員會(huì)于1999年完成了“歐洲工業(yè)結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定程序”，
簡(jiǎn)稱“SINTAP”1'8。本文基于此標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)高強(qiáng)船體鋼的不同匹配含缺陷焊接接頭進(jìn)行安全評(píng)定。
2 SIN’rAP評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)
2．1 SINTAP評(píng)定等級(jí)的選擇
SINTAP可以同時(shí)考核結(jié)構(gòu)對(duì)脆性斷裂及塑性失穩(wěn)兩種破壞模式的抵抗能力，它提供了失效評(píng)定
圖FAD和裂紋推動(dòng)力CDF兩種分析方法。本文采用前者，其關(guān)鍵在于失效評(píng)定曲線fILrl的建立與評(píng)
定點(diǎn)坐標(biāo)(￡，，墨J的計(jì)算。FAD圖由曲線，(t)與截止線￡，=L，m。圍成，若評(píng)定點(diǎn)(￡，K，)落于圖中安全區(qū)，
則判定結(jié)構(gòu)安全。圖中橫縱坐標(biāo)均無(wú)量綱，分別稱為“塑性失穩(wěn)比”與“脆性斷裂比”。
根據(jù)評(píng)定對(duì)象的具體情況及資料數(shù)據(jù)的完備程度，SINTAP方法分為7個(gè)評(píng)定等級(jí)，劃分細(xì)致、精
度較高。根據(jù)實(shí)際需要，本文可選擇第l、2級(jí)評(píng)定。
2．2第1級(jí)評(píng)定曲線方程
第l級(jí)評(píng)定用于焊接接頭不匹配程度小于10％，大致上“等匹配”的場(chǎng)合。在這種情況下，可將接
頭視為均質(zhì)材料。
根據(jù)材料拉伸時(shí)有無(wú)出現(xiàn)屈服平臺(tái)，第1級(jí)評(píng)定曲線分3種情形。本研究所涉及的母材與焊縫均
有屈服平臺(tái)。故將評(píng)定曲線．廠(L，)分為三段，表達(dá)式如下：
r ，-1／2
l(1+0．5L。1 ，￡，<1
l、“加
廠(Lr)_1(A+擊) ，￡，=l (此處為陡降直線) (1)
f～一1)也Ⅳ m缸
}廠(1)三， ，I

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