cr-mo钢的焊接和焊后局部热处理力学行为及工艺优化的计算机模拟

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1、Cr-Mo钢的焊接和焊后局部热处理力学行为及工艺优化的计算机模拟上海交通大学硕士学位论文Cr-Mo钢的焊接和焊后局部热处理力学行为及工艺优化的计算机模拟姓名:吴通申请学位级别:硕士专业:材料加工工程指导教师:陆皓2003.2.1摘要目前管子焊接和局部热处理还存在下列问题对影响焊接和局部热处理残余应力的因素研究不够系统对局部热处理的机理结构等因素的作用研究不够充分各个国家关于管子局部焊后热处理的加热宽度的标准存在很大差异等本文用有限元分析方法对上述问题进行了研究为实际焊接工艺和热处理工艺参数的确定提供了理论依据本文以碳钢牌号为STP

2、T4809Cr-1Mo和2.25Cr-Mo钢管子为研究对象建立了轴对称有限元分析模型考虑材料热物理性能和力学性能的非线性模拟出不同条件下的焊接残余应力状态热弹塑性有限元分析结果表明在管子内表面焊缝和近缝区产生了内凹的残余变形和拉伸残余应力随热输入的增加残余应力峰值变化不大塑性变形区宽度增加多层焊的焊接方法能降低焊接残余应力多层焊焊接应力的模拟在一定程度上可以由最外一层或几层焊接所替代Cr-Mo钢存在低温相变焊接冷却阶段低温相变产生的相变应力抵消了一部分残余应力三维有限元数值模拟得出的焊接残余应力较好地同实验结果相吻合采用移动的焊接

3、热源时残余应力和变形主要集中在始焊终焊位置其它位置残余应力变化不大三维有限元数值模拟的应力结果较轴对称模拟得出的结果精确但需要花费更多的计算时间和计算成本用考虑蠕变的粘弹塑性有限元方法成功地预测了局部焊后热处理的残余应力分析表明加热宽度对局部热处理的消应力效果有很大影响峰值残余应力随加热宽度的增加而降低当加热宽度达到一定程度后残余应力变化十分缓慢因此有一个临界的热处理加热宽度存在保温宽度对残余应力的影响不大本文综合现有的焊接传热学焊接力学和数值模拟手段探讨了管子焊接和管子焊后局部热处理的力学行为和热处理加热宽度准则对Cr-Mo钢和

4、碳钢不同管子几何尺寸不同的焊接参数做了较为全面的讨论为管子焊接和局部热处理的工艺参数制定提供了理论依据应力应变实验结果表明基于蠕变法则的粘弹塑性有限元分析可以应用于局部热处理力学行为分析和工艺参数的确定关键词热弹塑性局部热处理蠕变相变IABSTRACTThemechanicalbehaviorofpipeweldingandPostWeldingHeatTreatmentPWHTwasstudiedbyresearchersformanyyears.Buttillnow,therearemanyproblemsthatneedto

5、furtherstudyandsolveinthissciencefield.Firstly,factorsthataffecttheweldingresidualstressshouldbestudiedinfull-scale.Secondly,nosufficientworkshasbeentakentoinvestigatethemechanismofPWHT.Thirdly,thecriteriaoflocalPWHTonweldedpipeisverydifferentwithdifferentcountries.In

6、thisdissertation,themechanicalbehaviorunderlocalPWHThasbeenstudiedbytheFEManalysistosolvetheaboveproblemsandsetatheoreticalbaseforthedeterminationofprocessingparameterstoactuallocalPWHT.Inthedissertation,threematerials,carbonsteel,2.25Cr-Mosteel,and9Cr-1Mosteel,arestu

7、died.AxialsymmetricFEMmodelsarecreatedandtobeusedtoanalyzethedistributionofresidualstressusingthermo-elastic-plasticmethodunderdifferentweldingconditions.Themodelshavetakennon-linerrelationshipbetweenthematerialpropertiesandthetemperature.Theresultsshowthattheinnersur

8、faceofpipeneartheweldexisttensileresidualstress.Thepeakstresshaschangedlittleandtheareaexperiencingdistortionbecomeswiderwit