镍基合金焊接接头高温失塑裂纹研究

论文摘要

高温失塑裂纹（DDC）是一种发生在固相线以下的沿晶开裂裂纹,常出现在镍基合金,奥氏体不锈钢等只具有单相组织的材料中。其尺寸较小,难以检测,危害极大。本文对核电设备压力容器安全端处的镍基合金接头进行了研究,通过高温拉伸试验表征了镍基合金FM52M的高温宏观力学性能;并采用点焊可调拘束试验研究了合金的焊接热裂纹敏感性。此外,本文对应变-裂纹（STF）试验方法进行了改进,提高了局部应变量的测量精度,并提出了新的微观裂纹敏感性判据——晶界滑移量,以定量评估不同温度,变形量条件下材料的DDC敏感性。结果表明:试验得到的临界变形量0.06要大于传统STF方法得到的0.03。预热处理、峰值温度、变形速率等条件都能较大的影响DDC的敏感性。为了研究DDC裂纹的形成机理,本文利用显微硬度标记了许多微区,并对试验前后的微区进行了SEM观察。分析探讨了晶界滑移与析出物在裂纹萌生与扩展过程中的作用。本文运用ABAQUS有限元软件模拟了压力容器安全端处管管对接焊的焊接过程,探讨了焊缝及热影响区在轴向和环向的塑性应变分布。计算了焊缝区域名义塑性应变最大的四个单元在DDC裂纹敏感温度区间（850℃—1200℃）内的最大主塑性应变累积量,并以此来评判焊接接头内的DDC裂纹敏感性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 镍基合金
• 1.2.1 Inconel 600
• 1.2.2 Inconel 690
• 1.3 焊接裂纹
• 1.3.1 热裂纹
• 1.3.2 再热裂纹
• 1.4 DDC裂纹
• 1.4.1 DDC裂纹的特征
• 1.4.2 DDC裂纹的形成机理
• 1.4.3 DDC裂纹的影响因素
• 1.4.4 DDC裂纹敏感性的判据
• 1.5 试验方法
• 1.5.1 可调拘束试验
• 1.5.2 PVR试验
• 1.5.3 高温塑性试验
• 1.5.4 应变-裂纹试验（STF试验）
• 1.6 课题内容安排
• 第二章 试验材料与方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 高温拉伸试验
• 2.2.2 可调拘束试验
• 2.2.3 改进的STF法
• 2.3 显微观察
• 2.3.1 金相观察
• 2.3.2 SEM观察
• 2.3.3 EDS分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 DDC敏感性表征与影响因素
• 3.1 高温拉伸试验表征
• 3.2 可调拘束试验表征
• 3.2.1 裂纹敏感性
• 3.2.2 裂纹特征
• 3.3 STF试验表征
• 3.3.1 局部变形
• 3.3.2 裂纹数量判据
• 3.3.3 晶界滑移量判据
• 3.4 DDC的影响因素
• 3.4.1 晶界朝向的影响
• 3.4.2 热处理的影响
• 3.4.3 峰值温度的影响
• 3.4.4 变形速度的影响
• 3.5 本章小结
• 第四章 裂纹机理的分析与讨论
• 4.1 晶界滑移
• 4.1.1 晶界滑移定义
• 4.1.2 晶界滑移导致裂纹开裂
• 4.1.3 晶界滑移在裂纹扩展中的作用
• 4.2 析出物的作用
• 4.2.1 镍基合金中的析出物
• 4.2.2 FM-52M中碳化物的作用
• 4.3 本章小结
• 第五章 安全端焊接接头有限元模拟
• 5.1 安全端三维模型的建立
• 5.1.1 网格划分
• 5.1.2 热源模型
• 5.1.3 生死单元的应用
• 5.2 温度场计算结果
• 5.3 塑性应变分析
• 5.3.1 焊缝与热影响区塑性应变比较
• 5.3.2 焊缝处的最大主塑性应变
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢