考虑固态相变效应的403不锈钢焊接残余应力的研究

发布时间：2020-09-09 15:04

　　 焊接结构内部残余应力的预测及控制一直都是工业生产中的重要一环。利用有限元软件对焊接过程进行模拟计算,为焊接结构内部残余应力的确定提供了很大的便利。但对于成分较复杂的低合金高强度钢,传统的有限元软件大多是基于理想弹塑性假设进行焊接力学计算的,而且也忽略了固态相变对于残余应力的影响,因而其对焊接应力场的计算结果往往与实测值存在很大区别。因此,本文以1Cr12不锈钢为对象,建立一套多场耦合模型来有效描述其在焊接热循环中的相变行为,并在此基础上研究焊接过程中温度、组织及焊接接头力学性能与焊接残余应力之间的关系。首先,采用焊接热模拟试验,确定1Cr12不锈钢在焊接热循环过程中的相变类型及相应的相变动力学方程,推导得出相变应变数学模型。利用高温拉伸实验得到母材、高温奥氏体、马氏体的高温屈服强度,并基于等塑性应变假设,采用归一化函数描述相变过程中混合相力学性能。利用母材组织在不同温度下的真实应力-应变曲线,确定不同硬化模型的硬化参数,并推导硬化材料的弹塑性本构方程。然后,基于MSC.marc有限元软件进行固态相变力学行为的二次开发,并对1Cr12不锈钢TIG平板重熔过程展开焊接力学计算,分析阐述各固态相变效应对于焊接残余应力演变过程的影响:低温马氏体相变能够抵消相变区域在冷却过程中的受到的拉应力,使最终残余应力降低,甚至变为压应力;焊接冷却过程中存在的屈服强度滞后效应也能够降低最终的残余应力水平;相变塑性能够调节残余应力分布,起到降低残余应力的作用;应变硬化能够提高最终的残余应力水平。最后,通过对多重热循环下焊接残余应力的演变过程进行分析,发现后焊焊道对于前一道焊道的残余应力具有明显影响:距后焊焊道越近,其应力演变过程随相变进行程度而有所区别;离第二道焊道较远区域,其受后一道焊接热循环影响较小。在对不同层间温度下焊接残余应力分布的对比分析中,发现单就控制残余应力而言,适当提高层间温度,能够降低相变区域的残余应力;当层间温度高于材料的Ms点,在焊缝及热影响区应力较低甚至为压应力,应力峰值出现在热影响区的两侧。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG404
【部分图文】：

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【参考文献】

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本文编号：2815124