随着现代工业的发展,焊接技术正渗透到桥梁、汽车、船舶、电力、石油、化工以及航空航天等各个领域,焊接结构产品的质量要求也越来越高,尤其是对焊接残余应力的要求更为苛刻,对残余应力的检测技术也提出了更高要求,即准确可靠、快速而且非破坏性。采用数值模拟技术研究焊接过程在焊接领域计算机应用中占有重要位置,通过焊接模型的建立,焊接工艺参数的输入,再应用计算机进行大量计算,就能得出焊接构件的应力场分布状态。通过电解逐层腐蚀剥层法与X射线衍射法对船用结构钢Q345中厚板对接焊和角接焊的焊接残余应力进行测量;通过数值模拟的方法,利用大型有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,构建并分析焊接模型的温度场和应力应变场,并对测试和模拟结果进行对比,确定数值模拟结果是否具有准确性,分析并总结影响X射线衍射法测量焊接残余应力准确性和有限元模型精度的因素。实验结果表明:①采用电化学腐蚀剥层方法,对Q345钢平板对接焊试件进行了剥层处理。在剥层过程中,考虑了影响腐蚀过程、腐蚀面质量以及腐蚀速率的多种因素。根据腐蚀电流的变化以及腐蚀效果随时间的变化可把恒压腐蚀过程分为电解腐蚀阶段和电解抛光阶段。采用恒压腐蚀并对其他几个主要因素进行适当控制,对Q345焊板进行长时间、大面积、大深度腐蚀,可获得较好的腐蚀效果。结果表明电化学腐蚀剥层在表层残余应力测试中具有较好的应用效果。②对有限元模型采用了分区网格划分。在焊缝区和热影响区,采用小尺寸网格划分,以保证计算精度;在远离焊缝区采用单元大尺寸网格划分,以减小运算量、提高运算效率。模型计算采用直接法,各区耦合单元都选用SOLID5,以提高非线性计算的收敛性。采用生死单元法,实现了不同道次焊缝的模拟焊接,使模型更贴近多道焊焊接实际过程。③通过对比测试结果和模拟结果,不论是平板对接焊缝还是角接焊,其沿层深方向分布的残余应力在平行、垂直于焊缝方向应力测量值与有限元模型模拟值大体上是比较吻合的,拟合曲线变化趋势大致相同,但个别测试点与模拟点存在一定误差。这说明数值模拟较贴合真实焊接情况。本课题为进一步研究选择合理的焊接方式和工艺参数以及后续研究焊接变形与焊接残余应力的变化规律提供了有效的参考。