海底矿产资源的开发利用是我国的一项重要战略目标,海底矿产资源的开发主要难点在于矿产资源的开采运输机械设备的研发。作为典型的管道提升式深海采矿系统,深海采矿管道输送对深海采矿的高效安全运行有着重要的作用。深海采矿管道面临着海流、洋流的载荷、随水面船和海底采矿车做拖拽运动以及海水腐蚀等恶劣环境,对所用钢材提出了较高的要求。X80管线钢具备强度高、抗延性断裂良好的优点,在未来海洋用钢中的潜力巨大。然而在对X80管线钢进行焊接后,因未进行热处理,构件内部会产生大量残余应力,使管道在海水环境中形成应力腐蚀开裂。本文基于ANSYS平台,考虑金属相变,对X80管线钢焊接过程进行热固耦合计算,并通过红外热像仪、X射线衍射法以及盲孔法对焊接计算进行验证。之后,以各种焊接参数为变量,研究不同焊接工艺参数下对接试板和圆管对接焊接的残余应力分布,以获得最优焊接工艺。结果如下:(1)针对高残余应力,盲孔法测量精度不准的问题。本文基于弹塑性力学理论,综合考虑应变栅与孔中心的距离,引入施加应力与试件屈服强度的比值γ,对国内普遍应用的三种应变片花的应变释放系数开展模拟标定,可大大提高盲孔法测量高残余应力(如焊接残余应力)的精度。(2)基于红外热像仪对焊接过程的测试获得最佳热源模型,结合ANSYS软件,考虑金属的相变,对X80钢对接试板的焊接过程进行计算以获得焊接残余应力分布;同时开展焊接实验,并通过X射线衍射法和盲孔法分别测试其焊接试板的残余应力,以验证计算模型正确性。最后基于计算模型,开展不同焊接工艺参数对X80管线钢焊接残余应力影响的研究。结果表明:最大焊接等效残余应力在焊缝中心处出现最值,随着与焊缝中心的距离增加,焊接残余应力呈现出先上升后下降的趋势;最大焊接残余应力随焊接速度、焊接线能量、打底厚度的增加而减小,随试板厚度、坡口角度的增大而增大。(3)针对圆管焊接过程开展数值计算,并通过盲孔法测试圆管焊接后的残余应力以验证计算模型正确性,随后开展不同焊接工艺下X80管线钢圆管焊接残余应力研究。结果表明:圆管内外表面的焊接残余应力的最大值均出现在熔合区;随着与焊缝中心距离的增加,圆管残余应力逐渐趋于零。最大残余应力随着焊接速度、打底厚度的增加而减小,随层板厚度、坡口角度的增大而增大。焊接工艺对圆管和平板的残余应力影响趋势基本一致。