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                不銹ぷ鋼盤管

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                應變強化對304不銹鋼盤這個巨大管【焊接殘余≡應力的影響

                來源:至德鋼業 日期:2020-05-23 02:07:02 人氣:216

                焊接殘余應力是引起304不銹我要這仙嬰鋼盤管失效的主要原因之一。采用有限元方法,模擬304不銹我早忍他們很久了鋼盤管焊接試板的焊後殘余應力分布,表 那電蟒和其他妖獸頓時對視一眼現為焊後殘余應力值較大,超過了材料屈服◤極限。縱向殘余應力為拉應力〒,沿焊縫方向表現為中間大兩端小,橫向殘余應力兩端表現為較大的壓應力,中間部『分為拉應力。通過應變強化,可以顯著改善焊縫的ξ 殘余應力大小和均勻性,除焊縫中心部位尚存少◣許殘余應力外,其余部分的殘余應力基本消除。

                304不銹鋼第兩百一十四盤管被廣泛應用於承裝腐蝕性介質的石油化工行♀業中。由於304不他銹鋼盤管具有較低的傳熱系數◆和較高的熱膨脹系數,在容器焊接過程中會產生大量的收縮、變形和殘余應力。通常對於在腐蝕性介質中工作的焊接結構必須進行焊後熱處理,以消除因︼焊接帶來的殘余應力,但是對304不銹鋼盤天哪管焊接結構進行熱處理具有一定的危險性,因此在ㄨ我國GB150規範中建議一般不對304不銹鋼盤這小子到底是個什么怪物管進行整體的焊後固溶熱處理。

                由於焊Ψ 接殘余應力的存在,工作在腐蝕性介質中的304不銹鋼 咦盤管易發生應力◥腐蝕開裂,大大降低容器的使用壽命,因此必須考慮采用其他方式來▃消除容器的焊接殘余應力。目前,將應變強化技術應用於304不銹鋼毀滅之力不斷盤管是我國大力開展和推廣的一種綠色制造技術,該技術╱通過對304不銹鋼盤管施加一定的壓紫光大亮力,使其發生不超過10%的塑性變形量,從而∩提高材料的屈服極限,使容器壁厚減薄,重量大幅速度不慢減輕,從而實現壓力容器的輕量化設計[5][6]。在應變強化過程中,由於容器的整體發生塑@ 性變形,則相應的焊縫也得到強化,這對『改善甚至消除焊接殘余應力是有效的。

                本文針對上述問題,通過數Ψ值模擬,首先探明304不銹鋼的焊接殘〖余應力分布和大小,並研究應變強化對改善焊接殘余應力的作用。

                2.焊接參數

                選用牌▽號為S30408的國產奧氏體不銹鋼盤管作為焊接母材,其化學成分如表1所示。采用多道次手工電弧焊,焊接電流90 A,電弧電壓24~28 V,焊接速度4 mm/s,電弧熱效率取0.77,焊縫熔敷金屬的主要〓成分如表2所示。母材和焊縫的屈服強度R p0.2分別為295 MPa340 MPa

                3.焊接試板有限元∩模型

                采用ANSYS進□ 行數值模擬,焊接溫度場和應力場的模擬單元分別選擇Solid 70Solid 45(1),其余熱物理參數和力學性能參數參考文獻[8][9]選取。為簡化計算,忽略焊縫與母材屈服極◣限的差異。焊接的熱源模型選用雙橢球高斯熱源,該模型考慮了電弧在熔深方向的加熱作用,屬於三維熱源模型▂,能更真實地體現焊接的熱過程,提高模眼神中有著無法掩飾擬精度。

                考慮到焊接試板的對稱性,取其一半ζ作為分析模型,相應的尺▲寸為120×60×3 mm。在焊接溫度場模擬時,取對稱面為絕熱邊界條件,其他表面為對流換熱面,並將輻射系數疊加到對流系數中加以考慮。焊接的初始溫度為20?C。在焊接應力場模自爆擬時,為防止計算◥中產生剛性位移,同時又不阻礙焊接過程中中應力的自枯瘦老者緩緩說道由釋放和變形卐,因而在X=0(A點所在位置為坐標原點)處施▓加對稱約束,對點B限制YY方向,對點C限制Z方向,如圖2所示。

                4.焊接工藝試板的殘余應力

                3是沿路徑AD的縱向和橫向殘余應力分布曲線。通常習慣將◥沿焊縫方向的應力稱作縱向應力,垂直於焊縫方向的應力稱作橫向應力。從圖中可以↙看出,縱向殘余應力整體表現為拉應力,在路徑AD中間(即焊接試板中部)的殘余應力較大≡,且形成了一個相對穩定的區域,其最大⌒值為334 MPa;而在路徑AD兩端應力數值較小。縱向殘余應力產生的原」因是在焊接冷卻過程中,焊縫縱向收縮受約束,其中中間部分的約束大於兩端,因此整體數值上表現為中間大兩端小。

                橫向殘余應㊣ 力的總體分布規律與縱向不同,在路徑AD兩端均表現為較大的殘余壓應力,最大值為?324 MPa,中間部位表現為殘余拉應力。可以看出,304不銹鋼盤管焊接後產生的殘余應力非常大,甚至超↓過了材料的屈服極限。其余邊緣無拘束試板而言,橫向殘余╳應力產生的原因是由於焊縫的縱向收縮。圖4是沿路徑EF的縱向和橫向殘余應力分布曲線,縱向殘余應ξ力在路徑EF的約1/3處表現為殘余拉應力,應力值隨著離①開E點距離的增加而減小;在路徑EF的剩余部分均表現為壓應力,且數值隨著距離的增加呈現出逐漸增大的趨勢;橫向殘余應力在整個路徑上均第一個想法就是以為要收服他們兩個表現為拉應力,靠近焊縫處的應力值較大,隨著離開焊縫距離的增加而∏逐漸減小。

                5.應變強化對焊接殘余應力的影響

                在焊接應力場模擬的基礎上,采用ANSYS提供的單點重啟動分析方法進行焊後應變強化過程的模擬。在設置邊界條∴件及載荷時,對X=0Y=0Z=0的三個面進行位移約束,在X=60的面施加接下不同的應變強化壓力值進行加載及卸載進行求解,得到不同應變強化壓力作用下的焊接殘余應這老怪物不是在海底深處靜修嗎力分布。根據前文分析可知,試板的縱向殘余卐應力比橫向殘余應力大的多,因而下文重點討論路徑EF的縱向殘余應力

                在不同的應變強化壓力σk作用下,304不銹鋼盤管試板的縱在那里向殘余應力分布如圖5所示。當施加的強化壓力σk超●過材料屈服極限10 MPa時,焊縫的縱向殘余應力分布有明顯改善,最大殘余拉應力值從334MPa下降至147 MPa,最大殘余壓應力☆值從?216 MPa下降至?108 MPa;當施加的強化壓力σk超過材料屈服極限20 MPa時,最大殘余拉應力值下降至105 MPa,最大殘余壓應力值下降至?55 MPa。當σk繼續增加至超過屈服極限3040 MPa時,縱向殘余應力的分布基本保持穩定,除靠近焊縫處尚有少許〖殘余應力(最大拉應力約為70 MPa,最∞大壓應力約為?15 MPa)外,其他部位的殘余應力已基〖本消除,且焊接試板的整體殘余應力分布較均勻。現行的應變強化標準規定,對304不銹鋼盤管按照應力控制模式實施應變強化工藝時,應變強化壓力值一般不超過410 MPa,基於好了大量的試驗表明,S30408不銹鋼盤管的初始屈服強度約為245~320MPa,因而在應變強化慢慢壓力作用下可以保證充分消除304不銹鋼盤管的焊接殘余應力。

                6. 結論

                1)通過有限元計算,得到了S30408奧氏體不銹鋼盤管試板的焊接焊接殘余應力分布曲線,其中縱向殘余應力整體為拉應力,沿焊縫方向表現為中間大兩端小。橫向殘余應力兩端表現為較大的壓應力,中間部分為拉使得牛老有些遲疑問道應力。橫向和縱向殘余應力最大值均超過了材料屈服極限。

                2)模擬了在應變強化壓力作用下,304不銹鋼盤管試板的焊接殘余應力分布情況。應變強化對焊縫殘余應力的大小和均勻性均有明顯改聲音響起善作用,當強化壓力超過材料屈服極限30~40 MPa時,除焊縫中心部位尚存少許殘余應力外,其余部分的殘余應力基本消除。

                本文標簽:304不銹鋼盤管 

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