异种钢焊接类论文范本,与异种钢管接头焊接残余应力有限元数值模拟现状相关论文参考文献格式

本论文是一篇异种钢焊接类论文参考文献格式,关于异种钢管接头焊接残余应力有限元数值模拟现状相关毕业论文提纲范文。免费优秀的关于异种钢焊接及应力及金属焊接方面论文范文资料,适合异种钢焊接论文写作的大学硕士及本科毕业论文开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。

【摘 要】在焊接结构中,为了发挥材料的最佳性能,往往需要采用异种钢焊接接头,而异种钢焊接接头在长期使用过程中,发生了许多事故,迫使国内外的学者从各个方面不同角度研究异种钢焊接接头失效的原因.本文主要结合焊接残余应力对异种钢管接头焊接结构的影响及研究焊接残余应力的必要性,论述了管接头焊接残余应力有限元数值模拟的现状及发展.

【关 键 词】异种钢管接头焊接残余应力数值模拟

在焊接结构中,为了发挥材料的最佳使用性能往往需要采用异种钢焊接接头,如电站、石油化工工业的结构中,经常将奥氏体不锈钢与珠光体耐热钢或其它铁素材料焊接在一起,有时由于生产条件的限制采用奥氏体焊条焊接淬硬倾向较高的高强钢,以便在没有预热的条件下防止接头产生冷裂纹.这两种形式的奥氏体/铁素体异种钢焊接接头至少存在一个成分和组织相差较大的熔合界面,有于界面两侧材料的物理性能不匹配,热膨胀系数、导热系数存在明显差异,因而将在界面区域内（熔合区）产生较大的热应力,并且熔合区内存在一层马氏体组织[1],如果接头在交变温度下工作,热应力可能会导致接头的早期开裂[2].同时,异种钢焊接接头由于材料的热膨胀特性不同而在焊缝附近引起很大的热应力；碳可能从铁素体的一侧迁移到奥氏体的一侧,从而在铁素体的一侧出现局部薄弱区域[3].

异种钢焊接接头在长期使用过程中发生过许多次破坏事故,迫使国内外许多专家、学者从各个方面以不同角度去研究异种钢焊接头破坏原因.美国、日本等国的学者们在金相分析、弹塑性应力分析及疲劳等方面进行了数值计算和实验研究工作.国内在此方面也有一些研究.但是对异种钢接头在焊接过程中所产生残余应力的研究比较少见,而这种焊接残余应力的存在对异种钢接头强度的影响是不能忽视的.

1焊接残余应力对焊接结构的影响

在没有外力作用下,焊件中焊接残余应力为自身相互平衡分布的内应力场,我们常常称为焊接残余应力场[4].在焊接过程中,焊接区以远高于周围区域的速度被急剧加热,并局部熔化.焊接区材料受热而膨胀,热膨胀受到周围较冷区域的约束,并造成（弹性）热应力,受热区温度升高后屈服极限下降,热应力可部分超过该屈服极限.结果焊接区形成了塑性的热压缩,冷却后,比周围区域相对缩短、变窄或减小.因此,这个区域就呈现拉伸残余应力,周围区域则承受压缩残余应力.冷却过程中的显微组织转变会引起体积的变化,如果这种情况发生在较低的温度,而此时材料的屈服极限足够高,则会导致焊接区产生压缩残余应力,周围区域承受拉伸残余应力.焊接残余应力,是焊接工程研究领域的重点问题.

异种钢焊接接头的力学性能（即应力与应变）较为复杂.首先焊接接头在焊后热处理或高温下运行时由于熔合区碳迁移层的存在,使得焊接接头在经历持续的加热和冷却过程中其焊接应力会不断发生变化.这种变化所造成的拘束应力主要集中在增碳层,进而导致使用过程中焊接接头发生断裂.其次简单的焊后热处理不能彻底消除焊接残余应力,其作用只能让焊接应力重新进行分布.最后,奥氏体钢和珠光体钢的热膨胀系数有所不同,需要在焊接时添加过渡层来进行缓解.焊后由于焊缝和熔合区附近受拉应力影响,而热影响区中远离焊缝边缘的金属受压应力的影响（但其在更远处又改为拉应力）.经过以往的试验分析,焊后焊缝和热影响区表现为拉伸应力,熔合区附近为平衡区（无应力作用）；在进行热处理后,焊缝中仍保持拉应力,而热影响区中则变为压应力.

如何写异种钢焊接硕士学位论文
播放:35399次 评论:4826人

试验表明,焊接熔合区的应力分布不仅与两种焊接材料的热膨胀系数和原子排列有关,还与焊接过程中金属的凝固收缩及其固态相变有关.对于不锈钢焊缝来说,冷却过程中首先析出δ-Fe相的凝固结晶进而形成δ-γ的固态相变,伴随这两个过程都会产生相应的应力变化.与此同时,对于珠光体耐热钢的热影响区来说,在焊接热循环冷却过程则是γ-α固态相变.这是一个体积增大的过程,会导致压应力的产生.此外焊接过程中外加应力也会对焊接接头的应力分布造成很大影响.

2国内外对接管道环焊缝应力数值模拟发展动态

焊接过程中应力应变的研究工作始于二十世纪三十年代,但是研究工作只能是定性的和实测性的.五十年代,前苏联学者奥凯尔布洛母等人在考虑材料机械性能与温度之间的相互依赖关系的情况下,用图解的形式分析了焊接过程的热弹塑性性质及其动态过程,并分析了一维条件下对焊接应力应变的影响.六十年代,由于计算机的推广应用,对焊接应力应变的数值模拟才发展起来.

20世纪70年代初,日本大阪大学的上田幸雄教授等人首先以有限元法为基础,提出了考虑材料力学性能与温度有关的焊接热弹塑性分析理论,导出了分析焊接应力应变过程的表达式.1973年,Vaidyanathan利用板壳理论,在分析平板对接过程焊接应力的基础上,提出了薄壁管对接环焊缝残余应力的计算方法,并将计算结果与试验结果进行比较,结果表明,计算值与试验合较好[5].但该方法是作为二维应力状态模型得到的计算公式,对于厚壁管道的三维应力状态就不再适用了.

随着对热—弹塑性理论的深刻认识和有限元方法的广泛应用,德国学者Argyis首先提出用热弹—粘塑性组成的方程来分析焊接应力.BYYDong建立了奥氏体不锈钢管道环焊缝的残余应力三维有限元模型.结果表明,近缝区内表面轴向残余应力为拉应力,外表面为压应力；而环向内外表面的残余应力均为拉应力；管道壁