焊接結構內(nèi)部殘余應力的預測及控制一直都是工業(yè)生產(chǎn)中的重要一環(huán)。利用有限元軟件對焊接過程進行模擬計算,為焊接結構內(nèi)部殘余應力的確定提供了很大的便利。但對于成分較復雜的低合金高強度鋼,傳統(tǒng)的有限元軟件大多是基于理想彈塑性假設進行焊接力學計算的,而且也忽略了固態(tài)相變對于殘余應力的影響,因而其對焊接應力場的計算結果往往與實測值存在很大區(qū)別。因此,本文以1Cr12不銹鋼為對象,建立一套多場耦合模型來有效描述其在焊接熱循環(huán)中的相變行為,并在此基礎上研究焊接過程中溫度、組織及焊接接頭力學性能與焊接殘余應力之間的關系。首先,采用焊接熱模擬試驗,確定1Cr12不銹鋼在焊接熱循環(huán)過程中的相變類型及相應的相變動力學方程,推導得出相變應變數(shù)學模型。利用高溫拉伸實驗得到母材、高溫奧氏體、馬氏體的高溫屈服強度,并基于等塑性應變假設,采用歸一化函數(shù)描述相變過程中混合相力學性能。利用母材組織在不同溫度下的真實應力-應變曲線,確定不同硬化模型的硬化參數(shù),并推導硬化材料的彈塑性本構方程。然后,基于MSC.marc有限元軟件進行固態(tài)相變力學行為的二次開發(fā),并對1Cr12不銹鋼TIG平板重熔過程展開焊接力學計算,分析闡述各固態(tài)相變效應對于焊接殘余應力演變過程的影響:低溫馬氏體相變能夠抵消相變區(qū)域在冷卻過程中的受到的拉應力,使最終殘余應力降低,甚至變?yōu)閴簯?焊接冷卻過程中存在的屈服強度滯后效應也能夠降低最終的殘余應力水平;相變塑性能夠調(diào)節(jié)殘余應力分布,起到降低殘余應力的作用;應變硬化能夠提高最終的殘余應力水平。最后,通過對多重熱循環(huán)下焊接殘余應力的演變過程進行分析,發(fā)現(xiàn)后焊焊道對于前一道焊道的殘余應力具有明顯影響:距后焊焊道越近,其應力演變過程隨相變進行程度而有所區(qū)別;離第二道焊道較遠區(qū)域,其受后一道焊接熱循環(huán)影響較小。在對不同層間溫度下焊接殘余應力分布的對比分析中,發(fā)現(xiàn)單就控制殘余應力而言,適當提高層間溫度,能夠降低相變區(qū)域的殘余應力;當層間溫度高于材料的Ms點,在焊縫及熱影響區(qū)應力較低甚至為壓應力,應力峰值出現(xiàn)在熱影響區(qū)的兩側。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG404
【部分圖文】：

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本文編號：2815124