基于相变诱导塑性Satoh试验的有限元模拟

通过将相变诱导塑性应变增量引入到总应变增量的分解式中,建立了温度-组织-应力耦合计算的有限元模型。在此基础上,以9Cr1Mo钢作为研究对象,对其Sa-toh试验进行了有限元模拟,对温度-组织-应力耦合计算以及传统的热弹塑性计算结果进行了对比分析。结果表明,无论在应力的演变上,还是在残余应力水平上,两种计算得到的结果均存在较大差异。由于忽略相变的影响,热弹塑性计算得到的结果无法反映在相变过程中所发生的应力"松弛"现象,与实际结果偏差较大。准确地对焊接应力应变进行预测,需要通过温度-组织-应力耦合考虑相变的影响。

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。

固态相变对P92钢焊接接头残余应力的影响

采用光学显微镜、显微硬度仪和盲孔法研究了P92钢平板焊接接头的微观组织、显微硬度和表面残余应力分布.同时,基于SYSWELD软件开发了考虑材料固态相变的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法,并采用该方法模拟了P92钢的Satoh试验和单道堆焊接头的温度场及应力场分布,探讨了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性(TRIP)对焊接残余应力形成过程及最终残余应力分布的影响.实验结果表明,P92钢平板焊接接头焊缝组织为淬火马氏体,其平均显微硬度为440 HV,母材(BM)组织为回火马氏体,其显微硬度为240 HV.Satoh试验的数值模拟表明,固态相变引起的体积变化和屈服强度变化不仅对残余应力的形成过程及最终应力的分布和峰值大小有显著影响,甚至可以改变应力的符号;而TRIP效应则具有减缓因体积膨胀和屈服强度变化所引起应力变化趋势的作用.进一步的计算结果表明,P92钢堆焊接头焊缝和热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力,而靠近HAZ的BM上存在较大的纵向拉应力,峰值为600 MPa,该值超过了P92钢的室温屈服强度;整个焊接接头的横向残余应力峰值为130 MPa,远小于其纵向残余应力的峰值.数值计算结果与盲孔法测量得到的结果比较吻合,表明了所开发的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法有较高的计算精度.

多重热循环和约束条件对P92钢焊接残余应力的影响

系统地研究了在经受多重热循环的作用下,P92钢板中焊接残余应力的演化过程与形成机理。基于SYSWELD有限元软件,开发了计及"热-冶金-力学"耦合的计算方法,数值模拟了Satoh试验和2道重熔平板接头的应力场。在数值模拟中,详细考虑了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性对残余应力形成过程的影响。同时,采用了盲孔(HD)法和X射线衍射(XRD)法测量了P92钢两道非熔化极气体保护焊(TIG)重熔的平板接头残余应力分布。计算结果和实验结果表明2者吻合较好,验证了所采用的计算方法的有效性和准确性。模拟结果表明,P92钢两道重熔平板接头的纵向残余应力呈现出清晰的拉-压相间分布形态。每道焊缝及其热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力,HAZ外侧附近产生了较大的纵向拉应力。此外,还采用数值模拟方法探究了横向拘束对焊接残余应力的影响,数值模拟结果表明,横向约束可以明显降低横向残余应力,特别是焊缝端部的应力峰值。