瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接及其熱應(yīng)力有限元模擬研究.pdf

1、本文綜述了瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接的理論依據(jù)、數(shù)學(xué)模型以及國(guó)內(nèi)在瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接工藝方面所取得的成果。本次研究采用開放環(huán)境下的瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接設(shè)備,采用氬氣保護(hù),利用中頻感應(yīng)加熱方式快速加熱進(jìn)行擴(kuò)散連接,主要研究了在民用及電站鍋爐設(shè)備中常用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼20鋼管的瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接工藝,應(yīng)用有限元數(shù)值模擬軟件 ANSYS對(duì)其在連接過程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行模擬分析。
　　采用鎳基BNi2作為20鋼管TLP連接的中間層材料,依據(jù)建立的三因素(連

2、接溫度、保溫時(shí)間、連接壓力)三水平正交優(yōu)化試驗(yàn)表L9(34)進(jìn)行TLP連接試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,連接溫度對(duì)TLP連接接頭的性能有著顯著的影響,但連接壓力也是影響TLP連接接頭抗拉強(qiáng)度的重要因素。通過對(duì)不同工藝參數(shù)下的TLP連接接頭進(jìn)行力學(xué)性能分析、拉伸斷口掃描以及界面處元素的分布、顯微硬度測(cè)定可知,20鋼管在連接溫度為1160℃、保溫時(shí)間為3min、連接壓力為4MPa時(shí)可以獲得良好性能的連接接頭。
　　對(duì)20鋼管瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接

3、的有限元溫度場(chǎng)模擬結(jié)果分析表明,在瞬時(shí)液相擴(kuò)散連接冷卻過程中,焊縫以及鄰近焊縫的母材處溫度在冷卻初始階段急劇下降,造成殘余應(yīng)力的集中,從而影響TLP連接接頭的性能,并隨著初始溫度的增大,焊縫變形就越嚴(yán)重;通過對(duì)其應(yīng)力場(chǎng)模擬結(jié)果分析,在冷卻過程中,靠近焊縫的部分應(yīng)力較大,而中間層區(qū)域的應(yīng)力則低于焊縫兩側(cè)的母材,即:殘余應(yīng)力主要集中在靠近中間層的母材附近,而中間層(焊縫)處的殘余應(yīng)力與之相比就較小,所以靠近中間層的區(qū)域是TLP連接接頭的性能