P92钢焊接组织分析与残余应力模拟

对P92钢平板进行了4层4道焊接试验,采用X射线衍射法测量焊接残余应力,通过光学金相显微镜对焊件显微组织进行表征,利用维氏硬度计对其硬度进行测量。同时基于SYSWELD软件在相同条件下对P92钢平板进行焊接模拟,得到焊接应力场与应变场的计算结果,并使用生死单元技术对比不同焊道焊接结束后残余应力的动态变化,探究多层焊接残余应力的产生与影响因素。金相试验结果显示,焊缝(FZ)处组织为淬火马氏体,最大硬度高达436 HV;母材(BM)组织为回火马氏体,平均硬度为236 HV;热影响区(HAZ)从过热区到正火区硬度逐渐降低。有限元计算结果表明,模拟所得残余应力分布与实测值吻合良好,证明了该焊接模型的准确性;横向拉应力和纵向压应力的最大值出现在焊缝处,纵向拉应力与横向压应力最大值均出现在热影响区与母材交界处,但随着焊道高度的变化,残余应力分布趋势基本不变;上层焊道热载荷对下层焊道的残余应力分布具有较大影响,固态相变效应不仅影响残余应力分布,还会使板件在焊接时产生较大的角变形。

P92钢锅炉管道焊接组织分析与残余应力模拟

对P92钢管道进行了多层多道焊接试验,采用X射线衍射法测量焊接残余应力,并对焊接接头进行金相组织分析和硬度测试。基于SYSWELD软件开发并优化了P92钢相变耦合焊接模型,并考虑马氏体相变的Satoh试验和P92钢管道多层多道焊接模拟。焊接试验结果表明,焊缝为淬火马氏体组织、硬度较高,母材为回火马氏体组织、硬度较低,热影响区为混合组织、硬度呈下降趋势。有限元模拟结果表明,模拟所得残余应力分布与实测值吻合,证明了焊接模型的准确性。残余应力的分布与演变过程表明,马氏体相变引起的体积应变与塑性应变对残余应力的形成过程和分布影响显著,且马氏体相变效应在当前焊道作用最为明显,前道焊道的压应力会被后续的热源载荷消除。

马氏体相变对P91钢焊接残余应力的影响

基于仿真模拟软件SYSWELD,建立了P91钢材料属性数据库,设计开发了考虑马氏体相变的“热-冶金-力学”耦合计算方法,采用热循环曲线法对P91钢平板对接接头残余应力场进行数值模拟仿真分析。参照原始焊接工艺方案进行上下0.5 mm/s焊接速度的调整,并进行残余应力仿真计算。结果表明,马氏体相变能抵消焊缝热收缩时产生的拉应力。后道焊缝焊接过程中施加的热载荷对前道焊缝应力变化和平板角变形有着显著的影响。考虑后道焊缝焊接过程中施加的热载荷对前道焊缝组织变化的影响时,焊接接头整体的拉应力大幅度下降,热影响区的拉应力上升,角变形起缓和作用。焊接速度越大,Von Mises残余应力和横向残余应力越大,纵向残余压应力越小。