超声冲击处理对双相不锈钢S32101接头组织、力学性能和应力的影响

发布时间：2020-11-08 16:18

　　 S32101双相不锈钢综合性能优异,在核电、运输化学品船舶等领域运用广泛,S32101焊接过程中高的热输入以及快速冷却导致焊接残余应力的产生,焊接拉伸残余应力会对焊接结构抗腐蚀性能、抗断裂性能以及疲劳性能造成危害,所以准确评价和调控焊缝拉伸残余应力十分重要。因此,本文以25mm厚的S32101不锈钢对接接头为研究对象,焊后对表面采用超声冲击处理,并采用XRD法测量超声冲击处理前后试件表面的焊接残余应力,研究超声冲击处理对表面残余应力的影响范围;采用轮廓法测试焊缝内部残余应力,分析表面超声冲击的影响深度;SYSWELD有限元模拟S32101焊接过程,并对SYSWELD进行二次开发用来模拟超声冲击过程,将模拟的残余应力结果与实际做比较;分析了表面超声冲击处理对S32101焊接接头组织、硬度、耐腐蚀性能和微冲剪力学性能的影响。XRD表面残余应力测试表明,不同的超声冲击参数对于S32101焊接残余应力的降低效果不同,采用超声冲击强度为10s/cm~2时效果最佳,可将焊趾处600MPa的拉应力转化600MPa的压应力。轮廓法测试S32101焊缝内部残余应力结果发现,残余应力由母材往焊缝逐渐增大,整个焊缝区域为拉伸应力,纵向峰值应力约450~500MPa。焊缝内部应力沿厚度方向逐渐增大,峰值拉应力出现在焊缝中心及近表面,表面超声冲击对于纵向应力的影响深度在0~2mm。SYSWELD有限元模拟结果表明S32101焊接残余应力整体趋势与实际残余应力测量值一致,对热源二次开发,将修改的热源作为力载荷的形式加载到工件上模拟超声冲击过程,模拟结果与实际测量值趋势基本一致。表面超声冲击处理对于S32101焊接试板变形影响较小,超声冲击后母材和焊缝都发生了塑性变形,其中母材中的铁素体被压缩,奥氏体被拉长,组织细化。焊缝表面的组织产生严重塑性变形,奥氏体被细化,且被细化的晶粒平铺在冲击表层。超声冲击后并未有新的组织产生。组织的细化以及奥氏体的增加导致了超声冲击后对于S32101双相不锈钢母材的耐腐蚀性能有所提高,焊缝的耐腐蚀性有所下降,但由于原始母材的耐腐蚀性能。超声冲击处理后表层硬度分布更加均匀,冲击层硬度显著提高,影响深度在1~2mm,超声冲击处理后母材和焊缝冲击区域的冲剪强度有所提高。
【学位单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG457.11;TM623
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 焊接残余应力
    1.3 残余应力的测量方法及原理
    1.4 焊后超声冲击对焊缝组织以及力学性能影响
    1.5 有限元模拟软件SYSWELD应用现状
    1.6 本文主要研究内容
    1.7 技术路线
第2章 实验材料与方法
    2.1 实验材料
    2.2 S32101 焊接工艺及超声冲击处理工艺试验
        2.2.1 焊接工艺及超声冲击处理设备
        2.2.2 S32101 超声冲击处理参数优化
    2.3 测试方法及设备
        2.3.1 焊接温度
        2.3.2 S32101 焊接变形
        2.3.3 XRD法测试S32101 表面焊接残余应力
        2.3.4 S32101 接头微观组织和显微硬度
        2.3.5 S32101 电化学腐蚀
        2.3.6 S32101 微冲剪断口微观形貌
        2.3.7 S32101 焊接接头微区力学性能
第3章 超声冲击处理对S32101 焊接残余应力分布影响
    3.1 引言
    3.2 XRD法测试S32101 焊接残余应力及分析
    3.3 S32101 超声冲击参数优化
    3.4 S32101 表面超声冲击处理前后应力
    3.5 S32101 焊接接头内部残余应力
    3.6 轮廓法测试内部残余应力过程
        3.6.1 焊接接头慢走丝线切割过程
        3.6.2 切割面变形轮廓测试
        3.6.3 三坐标数据处理
        3.6.4 应力重构计算
    3.7 超声冲击对S32101 焊缝内部残余应力的影响分析
    3.8 本章小结
第4章 S32101 超声冲击前后SYSWELD模拟
    4.1 前言
    4.2 SYSWELD软件介绍
    4.3 S32101 焊接温度场与应力场的模拟计算
        4.3.1 模型建立及网格划分
        4.3.2 约束条件设置
        4.3.3 组件定义和焊缝设置
        4.3.4 前处理条件
        4.3.5 求解文件
    4.4 S32101 材料库的二次开发与力载荷模型的建立
        4.4.1 S32101 材料热物理性能
        4.4.2 力载荷模型
    4.5 S32101 焊接模拟结果分析
        4.5.1 S32101 温度场模拟结果分析
        4.5.2 S32101 表面应力场模拟结果分析
        4.5.3 S32101 内部应力场模拟结果分析
        4.5.4 S32101 不同位置焊接残余应力对比分析
    4.6 本章小结
第5章 S32101 焊接接头组织及力学性能
    5.1 前言
    5.2 S32101 超声冲击前后变形
    5.3 S32101 焊接接头微观组织
    5.4 S3210 超声冲击前后硬度
    5.5 S32101 耐腐蚀性实验
    5.6 S32101 微冲剪断口分析
        5.6.1 S32101 微冲剪实验过程
        5.6.2 微冲剪数据处理
        5.6.3 S32101 超声冲击力学性能分析
        5.6.4 S32101 微冲剪断口分析
    5.7 本章结论
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢

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本文编号：2875023