本文關(guān)鍵詞：固態(tài)相變對P92鋼多層多道焊接殘余應(yīng)力影響的研究

  更多相關(guān)文章： P92鋼 固態(tài)相變 數(shù)值模擬 焊接殘余應(yīng)力 層間溫度

【摘要】：電力工業(yè)是經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ),我國及世界范圍內(nèi)在相當(dāng)長的時期內(nèi)仍將以火電發(fā)電為主。在環(huán)境問題日益嚴重,電力需求日益增長的雙重壓力下,使用熱效率更高的超臨界或超超臨界發(fā)電機組是解決這一矛盾的有效方法之一。P92鋼因具備優(yōu)良的高溫力學(xué)性能,在超(超)臨界發(fā)電機組中得到了越來越多的應(yīng)用。焊接作為一種金屬連接方法,廣泛應(yīng)用于制造火力電站裝備中的承受高溫壓力容器與管道。電站設(shè)備中的P92鋼結(jié)構(gòu)幾乎都需要采用焊接工藝才能進行裝配或制造。由于P92鋼的合金成分特點,在焊接過程中,即使在空冷的條件下,焊縫及熱影響區(qū)也幾乎全為馬氏體,因此,焊接時有一定冷裂紋敏感性。在服役中的P92鋼焊接接頭的主要失效形式是熱影響區(qū)附近的IV型裂紋,雖然IV裂紋的機制目前尚不十分清楚,但不少學(xué)者認為焊接殘余應(yīng)力對P92鋼焊接接頭IV型裂紋的誘發(fā)可能有較大的影響。另一方面,在采用焊接方法修復(fù)P92鋼構(gòu)件時,一般難以進行焊后熱處理,故焊接殘余應(yīng)力也難以得到減緩和改善,因此,在這類接頭中焊接殘余應(yīng)力是個十分值得關(guān)注的問題�；谝陨蟽牲c,P92鋼焊接接頭的殘余應(yīng)力成為了目前的研究熱點之一。本文在焊接專用軟件SYSWELD的基礎(chǔ)上,開發(fā)了考慮固態(tài)相變的“熱-冶金-力學(xué)”耦合有限元計算方法,來模擬P92鋼焊接過程中的溫度場、組織場和殘余應(yīng)力。制備接頭金相,觀察了焊接接頭的組織分布并測量了硬度,驗證了組織場計算的準確性。采用小孔法測量了焊接接頭的殘余應(yīng)力,同時也引用了現(xiàn)有文獻中采用中子法測得的應(yīng)力值來與計算結(jié)果進行比較。通過實驗值與模擬值的對比,驗證了本文所開發(fā)有限元計算方法的有效性和妥當(dāng)性。單道焊接計算中,通過精心設(shè)計計算模型,基于計算結(jié)果詳細考察了固態(tài)相變產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)、屈服強度變化和相變塑形對P92鋼焊接殘余應(yīng)力的影響。通過對P92鋼兩道TIG重熔焊接過程的模擬分析,澄清了P92鋼在多重?zé)嵫h(huán)焊接過程中的“溫度-組織-應(yīng)力”演化過程,闡明了固態(tài)相變對焊接殘余應(yīng)力的影響機制。通過對P92鋼四道重熔焊接的數(shù)值計算,得到了多層焊接應(yīng)力分布,同時通過不同層間溫度的設(shè)置,考察了層間溫度對P92鋼焊接殘余應(yīng)力的影響。預(yù)測了P92鋼中、厚板對接接頭的焊接殘余應(yīng)力分布。研究結(jié)果表明:焊縫及HAZ馬氏體相變引起的體積膨脹對P92鋼焊接殘余應(yīng)力有十分顯著的影響,不僅可以改變縱向應(yīng)力值的大小,甚至可以改變其應(yīng)力的符號;屈服強度的變化對焊接殘余應(yīng)力有較大的影響;相變塑形對焊接殘余應(yīng)力有一定的“松弛”效應(yīng)。多層多道焊接過程中,后焊焊道對先焊焊道的殘余應(yīng)力分布有顯著的影響。整體而言,在多層多道焊接時,最后蓋面焊道層相對于其它焊道層而言對整個接頭的殘余應(yīng)力的最終分布影響最大,而且最后一道焊道對整個焊接接頭殘余應(yīng)力最終分布的影響在所有焊道中也是最大的。本文采用所開發(fā)考慮固態(tài)相變的“熱-冶金-力學(xué)”耦合有限元計算方法,分別模擬計算了P92鋼3層5道及6層11道中、厚板焊接接頭的殘余應(yīng)力,所得結(jié)果對工程實際中P92鋼焊接構(gòu)件的接頭評價及壽命評估有一定的參考意義。此外,本文所開發(fā)的考慮固態(tài)相變的“熱-冶金-力學(xué)”耦合有限元計算方法對焊接過程中發(fā)生固態(tài)相變的其它材料,如碳當(dāng)量較高的結(jié)構(gòu)鋼和低溫相變鋼等的焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬也有較大的參考和借鑒意義。
【關(guān)鍵詞】：P92鋼 固態(tài)相變 數(shù)值模擬 焊接殘余應(yīng)力 層間溫度
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM621;TG404
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-24
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 P92 鋼應(yīng)用現(xiàn)狀及焊接問題11-13
• 1.2.1 P92 鋼開發(fā)背景及應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 P92 鋼焊接問題12-13
• 1.3 固態(tài)相變對焊接殘余應(yīng)力的影響13-18
• 1.3.1 組織轉(zhuǎn)變計算14
• 1.3.2 固態(tài)相變引起的體積變化14-16
• 1.3.3 相變塑性16-17
• 1.3.4 固態(tài)相變引起的屈服強度變化17-18
• 1.4 Cr-Mo耐熱鋼焊接殘余應(yīng)力的研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4.1 國外研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀20-21
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容21-22
• 1.6 本章小結(jié)22-24
• 2 固態(tài)相變對P92 鋼焊接殘余應(yīng)力的影響24-50
• 2.1 P92 鋼單道焊接模擬24-38
• 2.1.1 有限元分析流程24-26
• 2.1.2 有限元模型及網(wǎng)格劃分26-27
• 2.1.3 焊接溫度場計算27-32
• 2.1.4 組織場計算32-35
• 2.1.5 應(yīng)力場計算35-38
• 2.2 P92 鋼單道焊接實驗38-44
• 2.2.1 P92 鋼單道焊接試板制作38-39
• 2.2.2 P92 鋼單道焊接應(yīng)力測量39-42
• 2.2.3 焊接接頭金相組織分析42-43
• 2.2.4 焊接接頭硬度測試43-44
• 2.3 P91 鋼激光對接焊接數(shù)值模擬及實驗對比44-48
• 2.3.1 激光對接接頭有限元模型45
• 2.3.2 焊接殘余應(yīng)力計算結(jié)果45-48
• 2.4 本章小結(jié)48-50
• 3 P92 鋼多重?zé)嵫h(huán)溫度-組織-應(yīng)力關(guān)系研究50-68
• 3.1 有限元模型及網(wǎng)格劃分50-51
• 3.2 熱源模型及參數(shù)51-52
• 3.3 溫度場計算52-57
• 3.4 組織場計算57-59
• 3.5 應(yīng)力場計算59-61
• 3.6 典型節(jié)點溫度-應(yīng)力耦合分析61-66
• 3.7 本章小結(jié)66-68
• 4 P92 鋼四道焊接殘余應(yīng)力及層間溫度影響的研究68-84
• 4.1 P92 鋼四道重熔焊接應(yīng)力計算68-75
• 4.1.1 有限元模型及網(wǎng)格劃分68-69
• 4.1.2 熱源模型及參數(shù)69
• 4.1.3 溫度場計算結(jié)果69-71
• 4.1.4 組織場計算結(jié)果71-72
• 4.1.5 應(yīng)力計算結(jié)果72-75
• 4.2 P92 鋼四道焊接實驗75-77
• 4.2.1 P92 鋼四道焊接實驗75-76
• 4.2.2 P92 鋼四道焊接殘余應(yīng)力測量76-77
• 4.3 層間溫度對P92 鋼焊接殘余的影響77-81
• 4.3.1 不同層間溫度Case的熱循環(huán)曲線78-79
• 4.3.2 不同層間溫度Case的應(yīng)力對比79-81
• 4.4 本章小結(jié)81-84
• 5 P92 鋼多層多道焊數(shù)值模擬84-96
• 5.1 P92 鋼3層 5 道焊接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬84-89
• 5.1.1 有限元模型及網(wǎng)格劃分84-85
• 5.1.2 應(yīng)力場計算結(jié)果85-89
• 5.2 P92 鋼6層 11 道焊接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬89-94
• 5.2.1 有限元模型及網(wǎng)格劃分89-90
• 5.2.2 應(yīng)力場計算結(jié)果90-94
• 5.3 本章小結(jié)94-96
• 6 結(jié)論96-98
• 致謝98-100
• 參考文獻100-106
• 附錄106
• A. 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文106

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本文編號：620172