p91钢焊接热过程的数值模拟及对接头性能影响的研究

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1、河北工业大学硕士学位论文P91钢焊接热过程的数值模拟及对接头性能影响的研究摘要P91钢是一种新型耐热钢，具有良好的成型性、焊接性、高温稳定性和优异的热强性。P91钢厚壁管广泛应用于国内的电站建设及锅炉压力容器生产中。P91钢厚壁管焊后接头韧性低，为了提高接头性能，实际生产操作中对其进行局部高温回火。由于P91钢是一种热敏感钢，回火后的接头仍冲击韧性分布不均匀。焊缝处最低的冲击韧性只有5～8J，根据美国ASME（美国机械工程师协会）标准，电力用P91钢管焊后焊缝区平均冲击韧性需达到≥41J。因此解决P91钢焊接接头冲击韧性低,数值分散度的问题是非常

2、迫切的。论文选用火电站发电机组主蒸汽高温高压（600℃，150个大气压）管道用P91钢厚壁管（Φ425×50mm）进行焊接热过程数值模拟，根据对P91钢实际焊接工艺的分析，建立了符合实际焊接及局部回火过程的有限元模型，计算出了焊接温度场和局部高温回火温度场。结果表明，局部高温回火后，管道内外壁温差约为80℃，明确了回火温度场不均匀是接头韧性差的重要影响因素。文中探讨了几种改善温度场分布的方法，结果表明通过改变加热方式可显著降低回火温度场的不均匀程度，减小了内外壁的温差，使其缩小到约10℃，并且内外壁均满足了回火温度区间760±10℃的要求，达到回

3、火效果，进而提高了焊接接头的冲击韧性，降低冲击韧性的分散度。本课题的研究结果对P91钢厚壁管焊接接头局部高温回火热处理方法和工艺的制定有重要的指导意义。关键词：P91钢厚壁管，局部高温回火，温度场，冲击韧性，有限元iP91钢焊接热过程的数值模拟及对接头性能影响的研究RESEARCHONTHENUMERICALSIMULATIONOFWELDTHERMALPROCESSINP91STEELANDTHEEFFECTONJOINTPROPERTIESABSTRACTP91steelisrecentlydevelopedheat-resistingste

4、el.Itpossessesgoodprocessability,weldability,high-temperaturestabilityandheatresistance.P91steelthick-walledpipehasbeenwidelyusedforpowerstationconstructionandboilerpressurevesselinChina.ThejointofP91steelhasweaknessoflowimpacttoughness.LocalizedPWHT(PostWeldedHeatTempering)i

5、softenusedtoimprovethejointimpact.Buttheproblemisthegreatdisseminationofjointimpacttoughness.Theminimpacttoughnessinjointisonly5～8J,butaccordingtotheASME(AmericanSocietyofMechanicalEngineers),thesteelimpactinelectricpowermustbemorethan41J.Sohowtosettlethisproblemisurgent.Thep

6、apercombinesthenumericalsimulationwiththeorytoanalyzethisproblem.FEMwasemployedtoanalyzeweldingandlocalizedPWHTtemperaturefieldofP91thick-walledpipe(Φ425×50mm)usedinhigh-temperatureandhigh-press(600℃，150atmosphericpressures),theresultshowsthatthetemperaturefieldisnon-uniform.

7、Themaxtemperaturedifferencebetweenint-and-extwallis80℃.Thepaperhasprovedthatchangingheating-waycanimprovethenon-uniformoflocalizedPWHTtemperaturefield,makethetemperaturedifferencefallingto10℃,thewholejointmeetthetemperingtemperaturerequest(760±10℃),thenincreasetheimpacttoughn

8、essandreducethedissemination.Therefore,theresultofthesubjecthasconsi