0Cr13Ni5Mo钢板低强匹配焊接接头组织性能及应力研究

论文摘要

焊接作为一种古老的连接技术，在现代仍然是工业生产和经济建设中不可或缺的制造技术。随着工业的发展，工程上对焊接结构的要求也在不断提高。近年来，随着水利资源的广泛开发和利用，0Cr13Ni5Mo类型的低碳马氏体不锈钢由于其高强度及耐蚀、耐磨等特性成为国内外大型拼焊转轮领域应用广泛的材料。焊接作为转轮各部分连接的主要加工方法，提高焊接接头的质量，控制其应力成为研究热点。本文选择0Cr13Ni5Mo马氏体不锈钢作为母材，按照低强匹配的方式，选择0Cr17Ni6Mo型HS367焊丝作为焊接材料，采用CO2气体保护焊方法制造焊接试板。利用热力学计算软件Thermo-Calc进行材料平衡相的预测，通过金相显微镜、能谱仪以及XRD等实验手段，研究了异种不锈钢焊接接头的组织分布情况，并研究了焊接试板退火组织；通过拉伸、冲击以及显微硬度等实验，研究焊态焊接接头的力学性能；利用有限元软件MSC.Marc进行焊接和退火过程的数值模拟，研究在模拟过程中温度场和应力场的变化，通过数值模拟方法对焊态和退火后焊件的应力场进行预测，并利用盲孔法获得实测值，与计算值进行比较。研究表明，在熔合区存在Cr、Mo等元素的扩散，出现了不同于母材和焊缝的过渡区，该区域由马氏体、铁素体、奥氏体以及极少量脆硬的相组成；相在焊缝处不均匀析出，在熔合区附近发生富集；焊接接头的塑韧性良好，焊缝处力学性能相对薄弱；热处理降低了焊接残余应力，但相析出量略有增加；利用数值模拟的方法基本实现了对焊接应力场和退火后焊件应力场的预测，计算值略低于实测值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题意义
• 1.2 现代焊接技术的国内外发展现状
• 1.2.1 国外现代焊接技术的发展现状
• 1.2.2 国内现代焊接技术的发展现状
• 1.3 焊接应力场的数值模拟的发展历程
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 有限元软件与热力学计算软件介绍
• 2.1 基于有限元分析的焊接数值模拟的理论基础
• 2.1.1 有限元法简介
• 2.1.2 MARC 软件介绍
• 2.2 基于 Thermo calc 软件的热力学模拟技术介绍
• 第3章 异材质接头的焊接与表征
• 3.1 实验材料与工艺
• 3.2 Thermo calc 软件的材料相图计算
• 3.2.1 母材的平衡相图及相质量分数图及分析
• 3.2.2 焊接材料的平衡相图及相质量分数图及分析
• 3.3 异材质焊接接头分析
• 3.3.1 焊接接头的成分分布分析
• 3.3.2 焊接接头组织分析
• 3.3.3 焊接接头相分析
• 3.3.4 焊接接头力学性能分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于 MARC 软件的焊接过程数值模拟与焊接应力的测定
• 4.1 建模
• 4.1.1 几何模型的确定及网格划分
• 4.1.2 材料特性参数
• 4.1.3 热源模型的选择
• 4.1.4 边界条件
• 4.2 焊接数值模拟结果分析
• 4.2.1 焊接温度场分布
• 4.2.2 焊接残余应力场分析
• 4.3 焊接热处理过程数值模拟
• 4.3.1 热处理过程中温度场的变化
• 4.3.2 热处理后焊接应力场的分布
• 4.4 焊接应力的测定
• 4.5 焊接实测值与计算值的比较与分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢