20MnNiMo鋼焊接應(yīng)力計算與實驗驗證.pdf

1、20MnNiMo鋼是我國參照美國SA-508Gr.3鋼為基礎(chǔ)而研發(fā)出來的一種新型的高強度容器用鋼，因為其優(yōu)越的性能逐漸為人們所采納，目前主要用于核電容器等特種設(shè)備。作為一種新型的非常具有潛力的鋼材，目前這種鋼的性能研究還相當(dāng)有限，特別是特厚、超厚板材焊接的研究還非常少見。本研究著眼于今后高參數(shù)、大容量電站設(shè)備中的高壓加熱器焊接生產(chǎn)過程中焊接應(yīng)力的計算，提出采用20MnNiMo鋼代替過去傳統(tǒng)的材料，著力研究100mm以上的20MnNiMo

2、鋼的焊接應(yīng)力計算的研究。本次實驗選用國內(nèi)某廠生產(chǎn)的20MnNiMo鋼作為研究對象，首先采用Gleeble1500D熱模擬機對該種鋼材的在800℃～1300℃高溫力學(xué)性能進行研究，重點對20MnNiMo鋼的第Ⅰ脆性溫度區(qū)和第Ⅲ脆性溫度區(qū)等問題進行了深入研究，同時繪制20MnNiMo鋼的SH-CCT曲線，為焊接過程中組織轉(zhuǎn)變問題的分析提供有力的技術(shù)支持。然后對20MnNiMo鋼焊縫及熱影響區(qū)的組織和力學(xué)性能進行數(shù)值模擬研究，采用有限元軟件A

3、NSYS對焊接過程的溫度場和應(yīng)力場進行模擬，對在不同的焊接熱輸入及熱處理狀態(tài)下的焊接溫度場及應(yīng)力場進行對比分析，對20MnNiMo鋼焊接熱源所形成的溫度場的過程進行了全過程的模擬。實驗顯示在加熱開始一段時間內(nèi)，溫度很不穩(wěn)定，隨著工件迅速升溫并進入準(zhǔn)穩(wěn)定狀態(tài)時，工件的焊接方向等溫線云圖呈現(xiàn)為在長軸上的近似半個橢圓形。
　　本次實驗同時模擬出了不同熱輸入造成的焊接變形，從實驗的結(jié)果來看20MnNiMo鋼在大的焊接熱輸入下的變形要大于小

4、的焊接熱輸入下的變形，兩個模型的變形相差7%。最后通過焊接實物的方法對模擬的結(jié)果進行檢驗，通過對20MnNiMo鋼焊接過程中溫度場及應(yīng)力場的實時監(jiān)控，測定出不同熱輸入及不同工藝下的焊接接頭的溫度場和應(yīng)力場。并對這些焊接接頭進行采樣分析，分別進行金相、彎曲試驗、沖擊試驗和拉伸等試驗，結(jié)果顯示20MnNiMo鋼模擬實驗和實驗驗證結(jié)果都能很好地匹配，焊接應(yīng)力計算模擬能很好地反映焊接過程中20MnNiMo鋼應(yīng)力場的變化過程。同時我們還發(fā)現(xiàn)20M