异种耐热钢管接头焊接数值模拟

发布时间：2017-09-11 10:50

  本文关键词：异种耐热钢管接头焊接数值模拟

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【摘要】：异种钢焊接接头在火电站锅炉管道中大量存在,在电厂工作环境中,往往将奥氏体耐热钢与珠光体耐热钢或者马氏体耐热钢焊接在一起,这些异种钢焊接接头存在着成分和组织相差较大的熔合界面,由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,因而将在焊缝及熔合区界面区域内产生较大的热应力;同时,异种钢焊接接头由于材料的热膨胀特性不同、相变的影响、碳的迁移,而在焊缝及附近引起较大的相变应力,从而在异种钢接头的某一侧出现局部薄弱区域。利用SYSWELD对HR3C/T91和HR3C/12Cr Mo V异种钢管的焊接过程进行三维有限元数值模拟,对其焊接过程中的温度场以及瞬态热应力场的分布规律以及冷却过程中的温度场和焊接残余应力场进行分析,对相变应力和热应力同时作用的残余应力场的分布规律进行研究。通过对焊接过程以及焊接冷却过程的数值模拟发现对于HR3C/T91异种钢管接头,在T91一侧热影响区峰值温度较高,远缝区HR3C峰值温度较高。而对于HR3C/12Cr Mo V异种钢管接头,12Cr Mo V钢一侧热影响区及远缝区峰值温度都要高于HR3C钢,同时12Cr Mo V钢一侧温度下降速率也更快。HR3C/T91异种钢管接头的残余应力其内表面环向残余应力呈现中间受拉,两端受压的分布规律,母材边缘区域基本不受残余应力作用。最大应力出现在T91一侧,最大值为270MPa,HR3C钢一侧应力值较小仅为180MPa。整条焊缝的轴向残余应力均呈拉应力,但是由于中部应力小,所以在焊接起始位置(终止位置)处受拉且拉应力数值较小,仅为60MPa,轴向残余应力最大值为280MPa。HR3C/12Cr Mo V异种钢管接头的残余应力内表面环向残余应力焊缝呈拉应力,两侧热影响区呈现压应力,由于两侧母材比容相差不大,基本呈对称分布。环向残余应力最大值出现在焊缝处为拉应力,最大值为270MPa。HR3C钢一侧为压应力,数值为150MPa。外表面轴向残余应力都为拉应力,最大值为260MPa。最后利用盲孔法对HR3C/T91,HR3C/12Cr Mo V异种钢接头的焊接残余应力进行测量,得出数值模拟残余应力分布规律与实测值分布规律基本接近。
【关键词】：HR3C/T91管接头 HR3C/12CrMoV管接头 温度场 残余应力 数值模拟
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 选题背景及意义8-9
• 1.2 焊接数值模拟的国内外研究概况9-13
• 1.2.1 焊接温度场研究的发展概况10-11
• 1.2.2 管道对接焊缝应力数值模拟发展概况11-13
• 1.3 SYSWELD软件简介13-14
• 1.4 论文主要内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 第二章 异种钢管接头焊接数值模拟基础16-31
• 2.1 焊接数值模拟理论基础16-22
• 2.1.1 传热基本理论16-18
• 2.1.2 焊接温度场基本理论18
• 2.1.3 焊接应力场热弹塑性应力应变场的计算18-21
• 2.1.4 管接头环焊缝的焊接残余应力的形成机理21-22
• 2.2 焊接数值模拟热源模型22-25
• 2.3 数值模拟有限元模型的建立25-30
• 2.3.1 焊接数值模拟有限元模型的建立及网格的划分25-27
• 2.3.2 材料数据库的建立27-29
• 2.3.3 焊接工艺的选择29
• 2.3.4 约束条件的加载29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章异种钢管接头焊接温度场数值模拟31-42
• 3.1 异种钢管接头焊接过程温度场云图分析31-37
• 3.1.1 HR3C /T91 异种钢管接头温度场云图分析31-34
• 3.1.2 HR3C/12CrMoV异种钢管接头温度场云图分析34-37
• 3.2 异种钢管接头焊接温度场热循环分析37-41
• 3.2.1 HR3C/T91 异种钢管接头温度场热循环分析37-39
• 3.2.2 HR3C/12CrMoV异种钢管接头温度场热循环分析39-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第四章 异种钢管接头焊接应力场数值模拟42-54
• 4.1 异种钢管接头焊接应力场云图分析42-49
• 4.1.1 HR3C/T91 异种钢管接头应力场云图分析42-46
• 4.1.2 HR3C/12CrMoV异种钢管接头应力场云图分析46-49
• 4.2 异种钢管接头焊接残余应力分析49-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 异种钢管接头焊接残余应力测量54-59
• 5.1 盲孔法测量残余应力的原理54-55
• 5.2 异种钢管接头焊接残余应力测试结果及分析55-58
• 5.3 本章小结58-59
• 结论59-60
• 参考文献60-63
• 致谢63-64
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果64-65
• 个人简历65

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 赵军;刘亚芬;朱立新;袁飞;李威;刘庆红;;HR3C超级不锈钢焊接工艺试验研究及应用[A];2011年安徽省科协年会——机械工程分年会论文集[C];2011年

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本文编号：830257