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低合金钢焊接过程相变力学行为研究

作　者: 杨霄
导　师: 陈俊梅
学　校: 上海交通大学
专　业: 材料学
关键词: 相变焊接低合金钢残余应力变形有限元
分类号: TG457.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着低合金钢在压力容器、工程机械、桥梁、船舶等领域的广泛应用,相变对焊接的影响越来越多的引起了人们的重视。由于合金元素的复杂性,低合金钢在经历焊接热循环时可能在不同温度下发生各种的组织转变,产生出性能各不相同的焊接接头,这不仅影响着焊接结构的使用寿命,而且由于相变应变的存在,明显地改变了材料的应力应变关系,对焊接变形和残余应力也有着重要影响。为了研究相变对焊接过程力学行为的影响,本文以船用945低合金钢为研究对象,首先在Gleeble热模拟试验机上测试了材料在接近焊接热循环下的膨胀曲线,探讨了冷却速度和奥氏体晶粒度这两个焊接过程中最重要的因素对组织转变的影响。然后用峰值温度描述奥氏体晶粒度,将奥氏体晶粒度考虑到TTT图中,通过与Gleeble试验测得的膨胀曲线进行对比,验证了scheil叠加原理在扩散型冷却组织转变数值计算中的可行性。接着进行了不同冷却条件下的焊接试验,在利用改进的模式搜索法反演热源参数,准确计算出与实测相符的焊接温度场的前提下,证明了该组织预测方法能够正确描述高温度梯度焊接接头各个区域的组织转变过程。最后,对单向约束下材料经历热循环时的应力应变行为进行了定量分析。采用有限元方法,对satoh试验进行定性研究,探讨了不同热循环参数下相变对残余应力的影响。同时,搭建了焊接变形测试系统,研究相变对焊接变形的影响。

全文目录

摘要  7-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-26
  1.1 研究背景及意义  11-13
  1.2 低合金钢简介  13-19
    1.2.1 低合金钢定义及分类  13-14
    1.2.2 低合金钢的成分  14-15
    1.2.3 低合金钢焊接接头组织及性能  15-19
  1.3 研究现状  19-25
  1.4 本文的主要研究内容  25-26
第二章试验材料及组织预测方法  26-48
  2.1 试验材料介绍  26-28
  2.2 试验方法  28-33
    2.2.1 焊接接头组织转变的复杂性  28-29
    2.2.2 热模拟试验原理  29-31
    2.2.3 膨胀曲线试验参数  31-33
  2.3 试验结果及分析  33-39
    2.3.1 加热速度对奥氏体化过程的影响  33-34
    2.3.2 冷却速度对冷却组织转变的影响  34-36
    2.3.3 不同峰值温度对冷却组织转变的影响  36-37
    2.3.4 峰值温度对奥氏体晶粒度的影响  37-39
  2.4 组织预测方法及验证  39-47
    2.4.1 奥氏体化相变  39-41
    2.4.2 冷却组织转变  41-47
  2.5 本章小结  47-48
第三章温度场与焊接接头组织预测  48-72
  3.1 焊接传热分析方法  48-56
    3.1.1 焊接热过程的主要特点  48-49
    3.1.2 焊接传热分析存在的主要问题  49-50
    3.1.3 焊接传热分析的控制方程  50
    3.1.4 热源模型  50-54
    3.1.5 模式搜索法  54-56
  3.2 焊接试验  56-60
    3.2.1 试验方法  56-58
    3.2.2 试验结果  58-60
  3.3 计算模型  60-65
    3.3.1 热传导分析有限元模型  60-63
    3.3.2 基于模式搜索法的焊接热源参数优化模型  63-65
    3.3.3 温度场计算结果  65
  3.4 焊接接头组织预测  65-71
  3.5 本章小结  71-72
第四章焊接相变力学行为的模拟研究  72-95
  4.1 焊接残余应力的产生原因  72-74
  4.2 基于数值模拟方法的焊接残余应力定量研究  74-83
  4.3 Satoh 试验的模拟研究  83-87
    4.3.1 计算模型  83
    4.3.2 相变应变的处理方法  83-84
    4.3.3 冷速对残余应力的影响  84-85
    4.3.4 晶粒度对残余应力的影响  85-86
    4.3.5 峰值温度对残余应力的影响  86-87
  4.4 相变对焊接变形的影响  87-94
    4.4.1 焊接变形的分类  87
    4.4.2 焊接变形测试系统  87-90
    4.4.3 相变对焊接变形影响的试验研究  90-94
  4.5 本章小结  94-95
第五章全文总结  95-96
参考文献  96-101
致谢  101-102
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  102

低合金钢焊接过程相变力学行为研究

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