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在焊接过程中不可避免的会存在孔洞、裂纹等缺陷,这些缺陷的存在会极大的降低焊接件的使用寿命。尤其是在管道焊接领域,这些缺陷的存在不仅仅会影响焊接件的使用性能,在实际生活中还会造成较大的安全事故。本文以在石油运输、核设施中被广泛应用的316L不锈钢管道为研究对象,针对焊接中普遍存在的孔洞缺陷,结合理论分析、实验和数值模拟的方法对焊接接头进行电磁热止裂强化研究,主要的研究内容如下: 首先借助柯西积分变换和流体力学平面势函数,建立了含空间孔洞缺陷的金属构件理论分析模型,结合电场基本知识构造出了电场中的复势函数,推导出含空间孔洞缺陷的金属构件在脉冲放电瞬间的热源功率和电流密度、温度场分布公式以及综合应力强度因子表达式,通过具体算例分析了在脉冲放电过程中孔洞附近某一点的温度变化情况。 然后利用ZL-2超强脉冲放电装置完成了对含空间孔洞缺陷的316L不锈钢焊接件的电磁热止裂实验。通过对放电前后试件的拉伸性能、断口扫描、显微硬度和金相组织、表面残余应力进行对比分析,从宏观和微观的角度研究了脉冲放电对含孔洞缺陷的316L不锈钢管道焊接接头的强化效果和作用机理。 运用ANSYS有限元分析建立了316L不锈钢试件的焊接有限元模型,采用生死单元法模拟了在焊接过程中的温度场、应力场的变化。利用热—电耦合及热—结构耦合建立了空间孔洞缺陷的有限元分析模型,求解了在电磁热止裂瞬间孔洞附近的电流密度、温度场和应力场分布。数值模拟的结果与理论分析、实验结果相互印证。 本文从理论分析、数值模拟和实验研究三方面,验证了对含有空间孔洞缺陷的金属构件进行电磁热止裂的有效性,为电磁热止裂技术的应用打下了基础。