随着海洋资源的不断开发,载人深潜器得到越来越多的关注。钛合金因其密度低、比强度高和良好的腐蚀性等优异性能,使其成为深海耐压球壳载人潜水器的首选材料。耐压球壳一般是由两个半球壳焊接而成,有着较长的赤道焊缝,焊缝附近一般会有较高残余应力,其对耐压球壳的安全性是否存在不利影响,这是目前急需进行研究的问题之一。载人深潜器耐压球壳一般较厚,制造成本比较高,且赤道焊缝也属于对接焊。其次,由于内壳的焊接残余应力较难进行试验测试。因此,本文对Ti80对接焊厚板进行残余应力计算,并采用X射线无损检测方法进行残余应力试验研究。在数值模拟和试验结果相一致的基础上,开展了Ti80耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力的数值模拟研究,并研究了窄间隙工艺方法以及外压载荷对Ti80耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力的影响。本文主要的研究工作及结论如下:(1)基于无损检测试验方法对Ti80对接焊厚板表面进行了残余应力测试研究,试验结果表明:Ti80对接焊厚板表面横向焊接残余应力呈不对称双峰拉应力分布,拉应力峰值较高,最大值出现在焊趾附近;焊趾路径上的纵向焊接残余拉应力均较大;(2)Ti80对接焊厚板经过线切割后得到拉伸试验试件,采用无损检测试验方法对其进行残余应力研究,试验结果表明:切割后的拉伸试件表面横向焊接残余拉应力呈不明显的不对称双峰分布,其不对称双峰峰值相比较对接焊厚板残余应力双峰峰值有不同程度的降低,最大降幅达到59%;同时双峰的位置分别向焊缝中心线有所靠近;(3)基于热弹塑性基本理论,采用ANSYS的APDL二次开发程序,对Ti80对接焊厚板焊接残余应力进行数值模拟分析,结果表明:厚板表面横向焊接残余应力呈不对称双峰分布;焊趾处和Y轴上沿焊缝纵向焊接残余应力都表现为较高的残余拉应力,且Y轴上残余应力值高于焊趾处。将数值模拟结果与试验结果进行对比研究,结果显示:残余应力数值模拟结果和无损检测试验结果较为一致,验证了本文残余应力数值模拟方法的可靠性;(4)研究不同焊接工艺及拉伸载荷对Ti80对接焊厚板表面焊接残余应力的影响,计算结果显示:采用窄间隙焊接工艺方法后,对接焊厚板表面焊接残余应力得到了下降,即获得了更小的表面焊接残余应力;焊接速度对厚板表面残余拉应力影响不大,随焊接速度的增大横向残余应力略有增大;拉伸载荷对Ti80对接焊厚板残余应力有释放作用,拉伸载荷越大对接焊厚板表面横向残余拉应力释放也就越多。对比研究了Ti80对接焊厚板与同等屈服强度高强度钢对接焊厚板表面残余应力,结果发现它们的残余应力分布趋势和最大值变化不大;(5)基于热弹塑性基本理论,对Q345高强度钢耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力进行了有限元数值模拟研究,通过与文献试验结果对比研究,验证了该方法的合理性;然后对Ti80耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力进行计算研究,计算结果显示:Ti80耐压球壳内外壳垂直焊缝路径上,焊缝附近纵向残余应力均为拉应力,并且内壳大于外壳;内壳焊缝附近横向残余应力为拉应力;沿焊缝路径上的内壳横向和纵向残余应力均为拉应力,且纵向残余拉应力较大。采用窄间隙工艺方法之后,Ti80耐压球壳赤道焊缝附近的残余拉应力明显降低;外压载荷对Ti80耐压球壳赤道焊缝残余应力几乎没有影响。