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,对结构强度会产生较大的影响。而耐压球壳在残余应力和工作应力的共同作用下,易发生应力腐蚀开裂,最终导致结构破坏。因此,了解深海耐压球壳赤道焊缝残余应力的分布以及采取有效的措施来降低有害的残余应力是非常有必要的。焊后热处理是减少焊接残余应力的常用方法,可以有效提高焊接结构的使用寿命和承载能力,所以研究热处理对钛合金耐压球壳焊接残余应力影响是非常有意义的。载人深潜器耐压球壳一般较厚,制造成本较高,且赤道焊缝也属于对接焊。因此,本文首先对Ti80对接焊平板焊接过程进行数值模拟,然后在数值模拟和试验结果相一致的基础上,对Ti80耐压球壳赤道焊缝残余应力进行数值模拟研究,最后研究不同热处理工艺对Ti80耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力的影响,获得了一套适合Ti80耐压球壳赤道焊缝的热处理工艺方法。本文主要的研究工作及结论如下:(1)基于热弹塑性基本理论,采用ANSYS的APDL二次开发程序,对Ti80对接焊平板焊接残余应力进行数值模拟分析,并且基于无损检测试验方法对Ti80对接焊平板表面进行了残余应力测试研究,结果表明:平板表面垂直焊缝方向横向残余应力和沿焊缝方向纵向残余应力均为拉应力,且纵向残余拉应力大于横向残余拉应力;残余应力数值模拟结果和无损检测试验结果较为一致。(2)基于瞬态热分析法,引入Norton蠕变理论,对TC4对接焊平板进行焊后热处理数值模拟,研究结果表明:热处理后焊接残余应力得到了很好的消除,数值模拟结果与文献试验数据较吻合,验证了本文焊后热处理数值模拟方法的合理性。(3)基于瞬态热分析法,采用不同热处理工艺对Ti80对接焊平板进行焊后热处理数值模拟研究,结果表明:焊接残余应力的释放主要发生在升温阶段,保温阶段应力释放量较小,而降温阶段残余应力有所回升。(4)基于热弹塑性基本理论,对Ti80耐压球壳赤道焊缝残余应力和焊后热处理进行数值模拟分析;计算结果表明:Ti80耐压球壳内壳垂直焊缝路径和沿焊缝路径上均为残余拉应力,纵向残余应力明显大于横向残余应力;外壳垂直焊缝路径上有较大的残余横向压应力,而沿焊缝路径上存在纵向拉应力;经过焊后热处理后,Ti80耐压球壳赤道焊缝及其附近区域焊接残余应力得到了很大程度上的消除。