固态相变对P92钢焊接接头残余应力的影响-金属学报.PDF

第52 卷 第4 期 Vol.52 No.4 2016 年4 月 第394-402 页 ACTA METALLURGICA SINICA Apr. 2016 pp.394-402 固态相变对P92 钢焊接接头残余应力的影响* 1,2) 1) 1) 1) 邓德安 张彦斌 李 索 童彦刚 1) 重庆大学材料科学与工程学院, 重庆 400045 2) 哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室, 哈尔滨 150001 摘 要 采用光学显微镜、显微硬度仪和盲孔法研究了P92 钢平板焊接接头的微观组织、显微硬度和表面残余应力分布. 同 时, 基于SYSWELD 软件开发了考虑材料固态相变的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法, 并采用该方法模拟了P92 钢的 Satoh 试验和单道堆焊接头的温度场及应力场分布, 探讨了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性(TRIP)对焊 接残余应力形成过程及最终残余应力分布的影响. 实验结果表明, P92 钢平板焊接接头焊缝组织为淬火马氏体, 其平均显微 硬度为440 HV, 母材(BM)组织为回火马氏体, 其显微硬度为240 HV. Satoh 试验的数值模拟表明, 固态相变引起的体积变化 和屈服强度变化不仅对残余应力的形成过程及最终应力的分布和峰值大小有显著影响, 甚至可以改变应力的符号; 而TRIP 效应则具有减缓因体积膨胀和屈服强度变化所引起应力变化趋势的作用. 进一步的计算结果表明, P92 钢堆焊接头焊缝和 热影响区(HAZ) 的纵向残余应力为压应力, 而靠近HAZ 的BM 上存在较大的纵向拉应力, 峰值为600 MPa, 该值超过了P92 钢的室温屈服强度; 整个焊接接头的横向残余应力峰值为130 MPa, 远小于其纵向残余应力的峰值. 数值计算结果与盲孔法 测量得到的结果比较吻合, 表明了所开发的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法有较高的计算精度. 关键词 固态相变, Satoh 试验, 残余应力, TRIP, SYSWELD, 数值模拟 中图法分类号 TG404 文献标识码 A 文章编号 0412-1961(2016)04-0394-09 INFLUENCE OF SOLID-STATE PHASE TRANSFOR- MATION ON RESIDUAL STRESS IN P92 STEEL WELDED JOINT DENG Dean 1,2), ZHANG Yanbin 1), LI Suo 1), TONG Yangang 1) 1) College of Materials Science and Engineering, Chongqing University, Chongqing 400045, China 2) State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China Correspondent: DENG Dean, professor, Tel: (023) E-mail: deandeng@cqu.edu.cn Supported by National Natural Science Foundation of China (No Manuscript received 2015-07-10, in revised form 2