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2205双相不锈钢焊接残余应力与收缩变形研究

王正伦  
【摘要】: 双相不锈钢是指其固淬组织中奥氏体相和铁素体相各占一半,一般最少相的含量也要达到30%的一类钢。双相不锈钢兼有奥氏体不锈钢和铁素体不锈钢的优点,具有耐氯化物腐蚀、耐孔蚀、耐应力腐蚀等突出特点。近年来在石油化工、近海工程、特种船舶建造等领域不断推广应用,大有取代奥氏体不锈钢的发展趋势。 双相不锈钢能否成功的应用关键在于焊接,由于焊接生产中绝大部分都采用局部加热的方法,所以不可避免地产生应力和变形。焊接应力和变形不但能引起热裂纹、冷裂纹等工艺缺陷,还在一定程度上影响焊件的强度、刚度。此外,焊接应力和变形还会影响到焊件的加工精度和尺寸稳定性。残余应力是影响焊接结构强度和性能的重要指标,收缩变形量可用于确定焊接工艺中正确的焊接余量。因此,准确地预测焊接结构的残余应力和变形的大小是迫切需要解决的重要课题。论文以重庆市科委重大科技攻关计划项目“特种船舶焊接技术研究 (CSTS2008AB3033)”为背景,探讨了双相不锈钢的主要特性及其在特种船舶制造中的重要意义,综述了双相不锈钢焊接应力和变形的国内外研究动态。以2205双相不锈钢平板焊接为例,在大型有限元软件ANSYS中实现了焊接过程的动态模拟计算,分析了焊接温度场和应力场的特点,得到了焊接残余应力的分布规律。在国营川东造船厂进行了2205双相不锈钢平板焊接的试验,测试了焊接收缩变形和残余应力的大小,并和模拟计算值进行比较,验证了模拟计算的正确性和可行性。在大量的焊接试验数据的基础上,分别采用多元线性回归、BP神经网络、支持向量机(SVM)等多种数学方法建立了2205双相不锈钢最大焊接残余应力和收缩变形的预测模型。这对2205双相不锈钢焊接工艺规程的制定、提高焊接质量具有指导作用,为2205双相不锈钢在特种船舶制造中的推广应用有着重要的指导意义。


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