316L不锈钢焊接接头组织及残余应力分析

摘要

焊接作为常见的金属连接方式，广泛的应用于机械制造、石油化工等行业。焊缝材质的不均匀处是整个结构的薄弱环节，奥氏体不锈钢焊接接头的机械性能和焊接工艺及焊接材料有关，焊接过程中温度变化产生的残余应力影响焊接接头的整体机械性能。
　　本文基于有限元方法，选择热弹塑性理论模型，使用有限元仿真软件ABAQUS，开发FORTRAN子程序，采用温度场-应力场的间接耦合方式仿真模拟316L的TIG焊接过程的温度场，实现了移动热源的加载和“生死单元格”焊道填充，到了随时间变化的温度场结果。计算焊接结束后焊接接头的残余应力关于焊缝对称分布，最大横向残余应力为108.74MPa，位于距离焊缝中心大约5mm的焊缝焊脚处。
　　分析焊缝母材区、热影响区和焊缝区的金相组织，采用电子探针测试焊缝的主要化学元素成分，结合焊缝试样的成分分析推导计算了焊缝的冷却模式及焊缝物相组成，测试了对接焊缝的硬度，采用X射线法和盲孔法测试焊接接头的横向残余应力，测试结果表明残余应力大致呈对称分布，但靠近焊缝焊脚处为极大残余应力值处。采用超声波冲击方法处理对焊试样，处理结果表明超声波冲击法消除残余应力效果平均能达到50％以上。
　　研究奥氏体不锈钢的焊接工艺对焊缝金属组织和残余应力的影响，对于压力容器等钢结构的精细化设计及焊接工艺参数的设计及机械性能的影响具有较强的理论及实际工程意义。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3本课题主要研究内容

2 实验方法与设备

2.1 实验材料及试样制备

2.2 实验介绍及实验操作

2.3 仿真原理及其模拟软件介绍

2.4 本章小结

3 实验结果及数据分析

3.1 母材金相分析

3.2 不同部位热影响区组织金相分析

3.3 焊缝组织的形成与成分分析

3.4 焊缝显微组织的硬度测试

3.5 本章小结

4 焊接过程的数值仿真

4.1 试板焊接工艺及材料参数

4.2 有限元模拟计算过程

4.3 结果分析与讨论

4.4 本章小结

5 超声波冲击消除残余应力实验

5.1 超声波冲击消除残余应力测试介绍

5.2 超声波冲击消除残余应力工艺参数

5.3 超声波冲击消除残余应力结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间取得的学术成果和获奖情况

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