MONEL-400合金CMT焊数值模拟研究

摘要

Monel-400合金是一种镍基耐蚀合金,在宽温区(至1000F)具有优良的耐还原性介质腐蚀的能力,被广泛应用于石油化工、核工业、国防工业等尖端工业中。该合金材料作为重要的零部件,其焊接结构的质量直接影响到整个容器的寿命,而焊接温度场、应力场和焊后变形对焊接质量的影响非常重要。
　　为了更好的掌握Monel-400合金焊接温度场、应力场的变化规律,为提高合金材料抗应力腐蚀能力提供依据,文本利用Gleeble-1500D热模拟机对Monel-400合金及熔敷金属进行了高温力学性能试验,获得了该合金的高温性能参数。在此基础上,通过ANSYS有限元分析软件建立了Monel-400合金平板和圆筒CMT对接焊模型,采用间接法以生死单元技术和体生热率法加载计算,获得了该合金的焊接温度场及应力场结果。
　　通过分析Monel-400合金高温力学性能试验结果,得到了该合金在不同温度下的抗拉强度、屈服强度和弹性模量,并得出该合金在600℃~800℃温度区间存在“热脆”区,在900℃时塑性最好,断面收缩率达到60.05％。
　　通过分析Monel-400合金平板CMT温度场和应力场计算结果可以得出:焊缝区最高温度出现在第二道次为1580℃,其t8/5为0.68s;焊缝中心最大纵向拉应力可达到261Mpa;焊后焊件末端产生了2.2mm的变形。相比Monel-400合金平板普通对接焊,CMT对接焊最高温度较普通对接焊最高温度降低了42%,由两者的残余应力分布也可以得到,在相同位置通过CMT焊接可以获得较小的残余应力,提高合金材料的抗应力腐蚀能力。
　　通过分析Monel-400圆筒CMT焊接温度场和应力场计算结果可以得到:焊缝区最高温度出现在第一道次为1729℃,其t8/5时间为5.2s;在焊接过程中较大等效应力分布区域较宽,焊后产生的最大纵向拉应力出现在焊缝区,应力值为172Mpa,由于约束作用,焊后变形量较小。

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1 绪论

1.1 镍基合金

1.2 Monel-400合金及其焊接性

1.3 CMT简介

1.4 焊接温度场与应力场数值模拟的研究现状

1.5 本文研究的内容及意义

2 Monel-400合金物理性能测定

2.1 高温力学性能试验

2.2 Monel-400合金高温力学试验结果分析

2.3 Monel-400合金熔敷金属高温力学试验结果分析

2.4 Monel-400合金物理性能参数的积累

2.5 Monel-400合金及熔敷金属的物理性能参数

3 焊接有限元模型的建立

3.1 焊接温度场的数值模拟理论

3.2 焊接应力场的数值模拟理论

3.3 有限元模型的建立

4 MONEL-400合金平板CMT结果分析

4.1 Monel-400合金平板CMT温度场分析

4.2 Monel-400合金平板CMT残余应力分析

4.3 Monel-400合金平板对接焊与CMT焊对比

5 MONEL-400合金圆筒CMT结果分析

5.1 Monel-400合金圆筒CMT温度场分析

5.2 Monel-400合金圆筒CMT应力场分析

结 论

参考文献

在学研究成果

致谢