15crmor钢焊接温度场数值模拟分析及其在焊接工艺评定中的应用研究

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1、硕士学位论文（工程硕士）15CrMoR钢焊接温度场数值模拟分析及其在焊接工艺评定中的应用研究NUMERICALSIMULATIONANALYSISOFWELDINGTEMPERATUREFIELDOF15CrMoRSTEELANDITSAPPLICATIONINWELDINGPROCEDUREQUALIFICATION贾伦哈尔滨工业大学2016年6月万方数据国内图书分类号：TK124学校代码：10213国际图书分类号：628.16密级：公开工学硕士学位论文（工程硕士）15CrMoR钢焊接温度场数值模拟分析及其在焊接工艺评定中的应用研究硕

2、士研究生：贾伦导师：董芃教授申请学位：工学硕士学科：动力工程所在单位：大庆油田工程建设有限公司建材公司答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TK124U.D.C.:628.16DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONANALYSISOFWELDINGTEMPERATUREFIELDOF15CrMoRSTEELANDITSAPPLICATIONINWELDINGPROCEDUREQUALIFICATIO

3、NCandidate：JiaLunSupervisor：Prof.DongPengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：Daqingoilfieldengineeringconstructionco.,LTD.BuildingmaterialscompanyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnolo

4、gy万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要目前15CrMoR钢被广泛应用于压力容器制造中，尤其是用于油田采油站的加热炉中的火管加热系统。该材料在焊接后经常出现热影响区硬化、冷裂纹及再热裂纹等焊接缺陷，这些缺陷的产生严重影响了产品质量。焊接工艺评定要求在施焊前完成，在评定中发现焊接参数中焊接电流、焊接速度、热源加热半径的改变往往会对焊缝的力学性能及焊缝的无损检测结果产生很大影响，因此如何选取这三种焊接参数的最佳值尤为重要。目前压力容器制造企业采用改变多组焊接参数的做法来进行焊接工艺评定试验，而后对比每组焊接试件的力学性能及无损检测结果

5、，最终选取最佳的焊接参数来指导生产。这种做法会使材料成本及人工成本投入很大，且耗时很长，一种材料的最佳焊接参数需要几天才可以确定。随着计算机软件发展的日新月异，寻找一种模拟方法来缩小焊接参数的选择范围，减少企业的成本消耗和人员投入意义重大。本文使用软件来数值模拟分析三种焊接参数分别改变的情况下焊缝的温度场，在温度场基础上模拟分析焊缝应力，最终从多组焊接参数中选取一组最佳焊接参数来做焊接工艺评定试验，这种做法可以使企业大大节约成本，缩短工期。本文采用ABAQUS软件选定模型、查找材料的热性能物理参数、划分网格、加载边界条件，对15CrMo

6、R钢进行焊接数值模拟分析。改变不同的电流、焊接速度、加热半径模拟得出不同的温度场和应力场云图及曲线，并通过对比分析，得出影响焊缝性能的规律。通过模拟分析得到埋弧焊采用高斯热源进行模拟焊接过程中熔池的动态变化情况，在不同的焊接工艺条件下，焊缝中心温度均达到熔点，可以实现熔焊过程；双道焊接使得不同点的热循环曲线均具有两个峰值；焊接电流变化仅对熔池中心最高温度有所影响，对熔池外的其他区域温度影响不大。对比分析了不同焊接速度下温度分布和熔池变化的情况发现，随着焊接速度的增加，同一个点达到温度峰值的时间是缩短的；对比3种不同的焊接速度下焊缝中心温

7、度，相差不大，表明焊接速度对熔池中心温度的影响是有限的。对比分析了不同热源半径条件下的温度场分布，热源半径越小，焊缝中心温度越高，焊后形成的焊缝越窄。在温度场分析的基础上，对15CrMoR钢埋弧焊的焊接应力场进行了对比分析。对典型焊接工艺下焊件焊接过程不同时刻和冷却后不同时刻的应力云图进行了分析，以及对不同焊接工艺条件下，焊接试板不同路径上应力-位移曲线进行了对比分析，并通过分析不同焊接工艺下的等效应力曲线，得出以下万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文主要结论：通过应力云图可以看出，双道焊时第二道焊缝面上的焊接残余应力值比第一道焊缝面

8、低，但是分布范围更广；焊缝中心纵向路径上焊接起始点和结束点位置残余拉应力值接近材料的屈服极限，其他区域，残余应力值较小；典型焊接工艺条件下，横向路径上的残余应力主要集中在焊缝及其附近位置处。通过试验结果可以