瞬時液相擴散連接及其熱應(yīng)力有限元模擬研究.pdf

1、本文綜述了瞬時液相擴散連接的理論依據(jù)、數(shù)學(xué)模型以及國內(nèi)在瞬時液相擴散連接工藝方面所取得的成果。本次研究采用開放環(huán)境下的瞬時液相擴散連接設(shè)備,采用氬氣保護,利用中頻感應(yīng)加熱方式快速加熱進行擴散連接,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鋼管的瞬時液相擴散連接工藝,應(yīng)用有限元數(shù)值模擬軟件 ANSYS對其在連接過程中的溫度場和應(yīng)力場進行模擬分析。
　　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、保溫時間、連接壓力)三水平正交優(yōu)化試驗表L9(34)進行TLP連接試驗。根據(jù)實驗結(jié)果可知,連接溫度對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連接接頭抗拉強度的重要因素。通過對不同工藝參數(shù)下的TLP連接接頭進行力學(xué)性能分析、拉伸斷口掃描以及界面處元素的分布、顯微硬度測定可知,20鋼管在連接溫度為1160℃、保溫時間為3min、連接壓力為4MPa時可以獲得良好性能的連接接頭。
　　對20鋼管瞬時液相擴散連接

3、的有限元溫度場模擬結(jié)果分析表明,在瞬時液相擴散連接冷卻過程中,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;通過對其應(yīng)力場模擬結(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