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《介紹不同異種鋼管道焊接接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬_余正剛》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、第30卷第8期焊接學(xué)報(bào)Vol.30No.82009年8月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONAugust2009不同異種鋼管道焊接接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬111122余正剛,姜勇,鞏建鳴,涂善東,朱瑞松,奚冬興(1.南京工業(yè)大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院,南京210009;2.中石化公司揚(yáng)子石油化工公司,南京210048)摘要:利用有限元軟件ABAQUS,開發(fā)了一個(gè)順次耦合的熱應(yīng)力有限元計(jì)算程序,對(duì)0Cr18Ni9/20和1Cr5Mo/20異種鋼焊接接頭殘余應(yīng)力進(jìn)行了有限元模擬分析.
2、結(jié)果表明,無(wú)論是采用奧氏體不銹鋼焊條A302焊條還是鎳基焊條Incone182焊條,0Cr18Ni9/20鋼和1Cr5Mo/20鋼焊接接頭中最大的軸向殘余應(yīng)力和環(huán)向殘余應(yīng)力產(chǎn)生在20鋼側(cè)的熱影響區(qū),0Cr18Ni9側(cè)有最小的焊接殘余應(yīng)力.采用Incone182來(lái)代替A302可以有效地降低殘余應(yīng)力值,提高抗應(yīng)力腐蝕開裂的能力.關(guān)鍵詞:異種鋼;焊接殘余應(yīng)力;模擬;有限元;鎳基焊條中圖分類號(hào):TG115.28文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):0253-360X(2009)08-0069-05余正剛0序言與1Cr5Mo和0Cr18Ni
3、9鋼之間的焊接),進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值分析,并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了目前石化裝置中許多壓力管道材料為20鋼,高驗(yàn)證.從殘余應(yīng)力的角度,對(duì)比分析了奧氏體A302硫原油的使用不可避免地帶來(lái)硫化物腐蝕開裂問(wèn)焊條和鎳基Incone182焊條.[1,2]題,造成管道失效破裂,導(dǎo)致非計(jì)劃停車以及人員傷亡[3,4].為預(yù)防高硫腐蝕失效,一些在腐蝕環(huán)境1異質(zhì)接頭焊接幾何模型下服役的管道需要提升管道材料級(jí)別.根據(jù)5加工圖1為管道焊接接頭的焊縫幾何尺寸結(jié)構(gòu)示意高含硫原油部分裝置在用設(shè)備及管道選材指導(dǎo)意圖.模擬的管道內(nèi)徑為168mm,
4、壁厚為12mm.母材見6,將硫含量較高部位的碳鋼管道材料更換為0Cr18Ni9不銹鋼和1Cr5Mo耐熱鋼,焊接材料通常使為1Cr5Mo和0Cr18Ni9與20鋼焊接,焊材分別采用用奧氏體焊條A302.由于它們?cè)诨瘜W(xué)成分、組織結(jié)A302或Incone182.焊縫采用V形坡口,四道焊接完成,層間溫度控制在150e以下,焊接不進(jìn)行預(yù)熱和構(gòu)、機(jī)械性能及熱物理性能存在差異,導(dǎo)致接頭處存在復(fù)雜的殘余應(yīng)力分布,而且現(xiàn)場(chǎng)施焊一般不進(jìn)行焊后熱處理.焊接工藝參數(shù)如表1所示.焊后熱處理.在易燃、易爆和有毒等腐蝕介質(zhì)作用下容易引起應(yīng)力腐蝕開
5、裂.因此,如何預(yù)測(cè)和降低接頭處的殘余應(yīng)力,對(duì)于保證異種鋼焊接接頭的可靠性具有重要的意義.文獻(xiàn)[5]認(rèn)為,工程中常采用的奧氏體焊條在高溫服役過(guò)程中容易產(chǎn)生先天失效,而采用鎳基Incone182焊條可以有效抑制接頭處的碳遷移,提高接頭壽命.所以為了改善異種鋼焊接接頭的高溫性能,越來(lái)越多地采用鎳基焊條進(jìn)行圖1焊縫接頭結(jié)構(gòu)示意圖(mm)異種鋼焊接.文中采用大型有限元軟件ABAQUS,對(duì)Fig11Geometricmodelofweldingjoint石化裝置中管道更換時(shí)存在的異種鋼焊接(如20鋼2有限元模型收稿日期:2008
6、-03-14基金項(xiàng)目:江蘇省六大人才基金資助項(xiàng)目(06D035);江蘇省高2.1有限元網(wǎng)格劃分技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金資助項(xiàng)目(BM2007201)模型采用軸對(duì)稱單元.考慮到準(zhǔn)確描述較大的70焊接學(xué)報(bào)第30卷表1焊接工藝參數(shù)Table1Weldingparameters焊接焊接電流電弧電壓焊接速度v/(cm#min-1)層數(shù)I/AU/V180~11011~136~102~380~10022~246~12480~10022~246~12溫度梯度,焊縫及熱影響區(qū)網(wǎng)格需密劃.焊縫及熱影響區(qū)域的網(wǎng)格劃分如圖2所示.圖41Cr5Mo
7、鋼材料性能Fig14Materialpropertiesof1Cr5Mosteel圖2焊縫及熱影響區(qū)網(wǎng)格分布Fig12Meshingofweldingjoint計(jì)算時(shí)首先進(jìn)行熱分析,將各節(jié)點(diǎn)溫度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果輸出到結(jié)果文件作為力分析的預(yù)定義場(chǎng),在力分析過(guò)程中從此預(yù)定義場(chǎng)中讀取各節(jié)點(diǎn)溫度,進(jìn)行插值計(jì)算.圖50Cr18Ni9鋼材料性能2.2材料熱物理性能以及力學(xué)性能Fig15Materialpropertiesof0Cr18Ni9steel20鋼、0Cr18Ni9,1Cr5Mo,A302和Incone182熱物[6,7]理
8、性能和力學(xué)性能如圖3~圖7所示.圖3~332圖7中Q為密度,10kg/m;Cp為比熱容,10J/e#Kg;K為熱導(dǎo)率,10W#m/e;E為膨脹系數(shù),-510/e;v為泊松比;ReL為屈服強(qiáng)度,MPa;E為彈2性模量,@10GPa;ET為切變模量,GPa.圖6焊縫A302材料性能Fig16MaterialpropertiesofA302600e后
