【摘要】：SUS304奧氏體不銹鋼由于具有良好的綜合力學(xué)性能和加工性能,適用于制造各種要求耐腐蝕抗氧化、耐高溫及超低溫的零部件及設(shè)備,因而被廣泛應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。焊接過(guò)程中,由于存在不均勻溫度場(chǎng),被焊工件不可避免會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和焊接變形。奧氏體不銹鋼具有較大的線膨脹系數(shù)和相對(duì)較低的熱導(dǎo)率,因而具有產(chǎn)生較大焊接殘余應(yīng)力和變形的傾向。焊接殘余應(yīng)力對(duì)不銹鋼接頭的靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和抗腐蝕性能等都有著非常不利的影響;焊接變形不僅會(huì)影響接頭的外觀質(zhì)量、降低結(jié)構(gòu)的承載能力,而且矯正焊接變形還會(huì)增加制造成本和延誤工期。因此,在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中控制不銹鋼結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力與變形是個(gè)非常值得重視的問(wèn)題。近年來(lái),如何控制和減小焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和變形已成為越來(lái)越受重視的研究課題。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和計(jì)算焊接力學(xué)理論的日臻成熟,數(shù)值模擬技術(shù)被廣泛地用于預(yù)測(cè)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的焊接殘余應(yīng)力和變形。作為基礎(chǔ)研究,本文以ABAQUS軟件為平臺(tái),開發(fā)了用于模擬多層多道焊接過(guò)程的熱-彈-塑性有限元計(jì)算方法。利用所開發(fā)的計(jì)算方法,對(duì)板厚10 mm的V形坡口、K形坡口和X形坡口的SUS304不銹鋼平板對(duì)接接頭的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和變形進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過(guò)試驗(yàn)方法驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用數(shù)值和試驗(yàn)的方法研究了坡口形式對(duì)SUS304不銹鋼接頭殘余應(yīng)力分布和變形的影響。為改善焊接結(jié)構(gòu)的焊接工藝、控制和減小奧氏體不銹鋼焊接殘余應(yīng)力與變形提供理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)研究表明:坡口形式對(duì)接頭的殘余應(yīng)力和角變形有顯著的影響:V形坡口的高拉伸殘余應(yīng)力區(qū)和角變形均明顯大于K形坡口和X形坡口,而K形坡口則略大于X形坡口;坡口形式對(duì)縱向殘余應(yīng)力的峰值影響較小。另外,我們通過(guò)開發(fā)有限元計(jì)算方法模擬了奧氏體不銹鋼SUS304在多層多道焊時(shí)的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng),探討了加工硬化和退火軟化對(duì)焊接殘余應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響。
[Abstract]:SUS304 austenitic stainless steel has been widely used in industrial production due to its good comprehensive mechanical properties and processing properties. In the welding process, the residual stress and welding deformation will inevitably occur due to the existence of uneven temperature field. Austenitic stainless steel has a high linear expansion coefficient and a relatively low thermal conductivity, so it tends to produce large welding residual stress and deformation. Welding residual stress has a very negative effect on the static load strength, fatigue strength and corrosion resistance of stainless steel joints. Welding deformation will not only affect the appearance quality of the joint and reduce the bearing capacity of the structure, but also increase the manufacturing cost and delay the construction period. Therefore, controlling welding residual stress and deformation of stainless steel structure is a very important problem in the process of design and manufacture. In recent years, how to control and reduce the residual stress and deformation of welded structures has become a more and more important research topic. With the rapid development of computer technology and the maturation of computational welding mechanics theory, numerical simulation technology has been widely used to predict welding residual stress and deformation in practical engineering structures. Based on the ABAQUS software, a thermo-elastic-plastic finite element method is developed to simulate the multilayer and multi-pass welding process. Using the developed method, the temperature field, stress field and deformation of SUS304 stainless steel butt joint with 10 mm thickness V-groove, K-shaped groove and X-shaped groove are numerically simulated. The accuracy of the numerical simulation results is verified by the experimental method. The effect of groove shape on residual stress distribution and deformation of SUS304 stainless steel joint was studied by numerical and experimental methods. It provides a theoretical basis for improving welding process of welding structure and controlling and reducing welding residual stress and deformation of austenitic stainless steel. The experimental results show that the groove form has a significant effect on the residual stress and angular deformation of the joint: the high tensile residual stress zone and angular deformation of the V-shaped groove are obviously larger than those of the K-shaped groove and the X-shaped groove, while the K-shaped groove is slightly larger than the X-shaped groove; The groove form has little effect on the peak value of longitudinal residual stress. In addition, the temperature field and stress field of austenitic stainless steel SUS304 during multi-layer and multi-pass welding are simulated by using finite element method, and the effects of work hardening and annealing softening on the calculation results of welding residual stress are discussed.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG457.11

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