考慮固態(tài)相變效應(yīng)的403不銹鋼焊接殘余應(yīng)力的研究

發(fā)布時(shí)間：2020-09-09 15:04

　　焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)及控制一直都是工業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)。利用有限元軟件對(duì)焊接過程進(jìn)行模擬計(jì)算,為焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部殘余應(yīng)力的確定提供了很大的便利。但對(duì)于成分較復(fù)雜的低合金高強(qiáng)度鋼,傳統(tǒng)的有限元軟件大多是基于理想彈塑性假設(shè)進(jìn)行焊接力學(xué)計(jì)算的,而且也忽略了固態(tài)相變對(duì)于殘余應(yīng)力的影響,因而其對(duì)焊接應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果往往與實(shí)測(cè)值存在很大區(qū)別。因此,本文以1Cr12不銹鋼為對(duì)象,建立一套多場(chǎng)耦合模型來有效描述其在焊接熱循環(huán)中的相變行為,并在此基礎(chǔ)上研究焊接過程中溫度、組織及焊接接頭力學(xué)性能與焊接殘余應(yīng)力之間的關(guān)系。首先,采用焊接熱模擬試驗(yàn),確定1Cr12不銹鋼在焊接熱循環(huán)過程中的相變類型及相應(yīng)的相變動(dòng)力學(xué)方程,推導(dǎo)得出相變應(yīng)變數(shù)學(xué)模型。利用高溫拉伸實(shí)驗(yàn)得到母材、高溫奧氏體、馬氏體的高溫屈服強(qiáng)度,并基于等塑性應(yīng)變假設(shè),采用歸一化函數(shù)描述相變過程中混合相力學(xué)性能。利用母材組織在不同溫度下的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線,確定不同硬化模型的硬化參數(shù),并推導(dǎo)硬化材料的彈塑性本構(gòu)方程。然后,基于MSC.marc有限元軟件進(jìn)行固態(tài)相變力學(xué)行為的二次開發(fā),并對(duì)1Cr12不銹鋼TIG平板重熔過程展開焊接力學(xué)計(jì)算,分析闡述各固態(tài)相變效應(yīng)對(duì)于焊接殘余應(yīng)力演變過程的影響:低溫馬氏體相變能夠抵消相變區(qū)域在冷卻過程中的受到的拉應(yīng)力,使最終殘余應(yīng)力降低,甚至變?yōu)閴簯?yīng)力;焊接冷卻過程中存在的屈服強(qiáng)度滯后效應(yīng)也能夠降低最終的殘余應(yīng)力水平;相變塑性能夠調(diào)節(jié)殘余應(yīng)力分布,起到降低殘余應(yīng)力的作用;應(yīng)變硬化能夠提高最終的殘余應(yīng)力水平。最后,通過對(duì)多重?zé)嵫h(huán)下焊接殘余應(yīng)力的演變過程進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)后焊焊道對(duì)于前一道焊道的殘余應(yīng)力具有明顯影響:距后焊焊道越近,其應(yīng)力演變過程隨相變進(jìn)行程度而有所區(qū)別;離第二道焊道較遠(yuǎn)區(qū)域,其受后一道焊接熱循環(huán)影響較小。在對(duì)不同層間溫度下焊接殘余應(yīng)力分布的對(duì)比分析中,發(fā)現(xiàn)單就控制殘余應(yīng)力而言,適當(dāng)提高層間溫度,能夠降低相變區(qū)域的殘余應(yīng)力;當(dāng)層間溫度高于材料的Ms點(diǎn),在焊縫及熱影響區(qū)應(yīng)力較低甚至為壓應(yīng)力,應(yīng)力峰值出現(xiàn)在熱影響區(qū)的兩側(cè)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG404
【部分圖文】：

機(jī)械模型,熱力學(xué),標(biāo)圖