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固态相变对10Ni5CrMoV钢焊接残余应力的影响


日期:2020-02-10     阅读:1047     

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10Ni5CrMoV钢是一种用于造船的家用高强度低合金钢,其屈服强度大于785 MPa,平均值为850 MPa以上。它已被广泛用于造船业。

高强度钢在焊接热循环过程中经历了一系列固态相变。通常认为,当固态相变温度区间高于“机械熔点”时,在焊接残余应力的数值模拟中忽略了相变过程。对计算结果影响不大。但是,对于10Ni5CrMoV钢,马氏体相变温度较低,也就是说,当发生马氏体相变时材料具有恢复的强度,因此在焊接残余应力的数值模拟中必须考虑固相相变效果。据信固态相变效应主要由相变过程中晶格结构的变化引起的体积变化和产率滞后“滞后”来体现。

在一些研究中,当考虑固相变化的体积变化时,根据相变前后的晶格结构之间的差异来计算体积变化。这似乎具有理论基础,但是相变过程中的体积变化会受到各种因素的影响。相变前后不同组织的因素,体积变化量和相应的晶格大小差异的影响并不相等。因此,测试固相变化量变化量的方法更加准确。

哈尔滨工业大学的研究人员通过热膨胀试验测试了相变参数,建立了固态相变的数学模型,并考虑了固相转变效应对10Ni5CrMoV钢进行了热力耦合分析。利用Fortran语言开发了考虑固相转变效应的焊接子程序。利用ABAQUS计算了10Ni5CrMoV钢的焊接残余应力,并通过盲孔试验测试了残余应力,验证了相变模型的准确性。

焊接试板为10Ni5CrMoV钢板,尺寸为370mm×180mm×10mm,焊接方法为“自熔TIG焊”,即采用TIG焊枪试板中心线加热。焊接电流为220A,电弧电压为20V,钨极直径为4mm,焊接速度为2mm/s,并受纯氩气保护,气体流速为15L/min。测试结果表明:

<1>(1)根据10Ni5CrMoV钢在特定焊接热循环下的热膨胀曲线,分别建立了Kamamoto模型和K-M方程,可以计算出奥氏体和马氏体的相变量。

(2)考虑到固态相变的影响,相变区的纵向拉应力大大减小,相变区相邻位置的拉应力仍然很高;横向应力的分布发生明显变化,此时的表面焊缝面积明显。从压缩应力到拉伸应力,拉伸应力变为焊缝附近的压缩应力,但是应力峰值的变化很小,约为室温屈服强度的25%。

<3>(3)考虑固相转变的影响,焊接残余应力的测试结果与数值模拟结果一致。验证了考虑固相转变影响的必要性和10Ni5CrMoV钢固相转变模型的准确性。

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