优秀研究生学位论文题录展示

P91钢焊接热过程的数值模拟及对接头性能影响的研究

专 业: 材料加工工程
关键词: 焊接热过程 数值模拟 对接头
分类号: TG4
形 态: 共 47 页 约 30,785 个字 约 1.473 M内容
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内容摘要


P91 钢是一种新型耐热钢,具有良好的成型性、焊接性、高温稳定性和优异的热强性。

P91 钢厚壁管广泛应用于国内的电站建设及锅炉压力容器生产中。

P91 钢厚壁管焊后接头韧性低,为了提高接头性能,实际生产操作中对其进行局部高温回火。

由于P91 钢是一种热敏感钢,回火后的接头仍冲击韧性分布不均匀。

焊缝处最低的冲击韧性只有5~8J,根据美国ASME(美国机械工程师协会)标准,电力用P91 钢管焊后焊缝区平均冲击韧性需达到≥41J。

因此解决P91 钢焊接接头冲击韧性低,数值分散度的问题是非常迫切的。

论文选用火电站发电机组主蒸汽高温高压(600℃,150 个大气压)管道用P91 钢厚壁管(Φ425×50mm)进行焊接热过程数值模拟,根据对P91 钢实际焊接工艺的分析,建立了符合实际焊接及局部回火过程的有限元模型,计算出了焊接温度场和局部高温回火温度场。

结果表明,局部高温回火后,管道内外壁温差约为80℃,明确了回火温度场不均匀是接头韧性差的重要影响因素。

文中探讨了几种改善温度场分布的方法,结果表明通过改变加热方式可显著降低回火温度场的不均匀程度,减小了内外壁的温差,使其缩小到约10℃,并且内外壁均满足了回火温度区间760±10℃的要求,达到回火效果,进而提高了焊接接头的冲击韧性,降低冲击韧性的分散度。

本课题的研究结果对P91 钢厚壁管焊接接头局部高温回火热处理方法和工艺的制定有重要的指导意义。

电力是我国国民经济发展的基础产业之一,随着电力工业的迅速发展,大机组、高参数的火电厂不断涌现。

大机组已成为我国火力发电的主要力量,在“优先发展水电,继续发展火电,适当发展核电”方针的指引下,近年来安装火电机组主要是300MW、600MW级的亚临界压力机组,并且正在加快超临界压力机组的建设。

到目前我国的装机容量、年发电量都跃居世界第二位。

为了保持我国电力工业持续增长和发电站设备的稳定安全运行,电站焊接技术必须为其提供强有力的技术支撑和保障1.火电单机向着大容量、高参数的方向发展,焊接工作量也随之增大。

单台机组的焊口数量也由50年代的几千只猛增至数万道焊口(只限于受监焊口)。

随着发电机组规模的增大,用于焊接施工的钢结构形式也日趋复杂。

火电机组的管道焊接最大厚度由50 年代的20mm 左右增长至110mm。

管道的焊接质量直接关系着火电机组发电的正常运行和工作安全性。

随着发电机组规模的增大,电站用钢的品种不断增多,钢材合金元素的种类和含量也不断增加。

火电站用钢已由50 年代的几种增加到几十余种,规格则达到100 余种。

目前,常用的电站用钢是T91/P91钢,这是一种马氏体型耐热钢,国内近年已建和待建的高参数发电机组都已采用这种新型钢种。

随着火电机组规模的增大,人们对耐热钢的焊接可靠性及焊接修复工作提出了更高的要求。

大型电厂工程不仅要求焊接工作适应不断变化的钢材规格,品种及其结构的需要,同时要求有足够的焊接可靠性。

例如:

电站用钢T91/P91 钢的焊接性及焊后焊接接头的强度和冲击韧性的分布一直是人们关注的焦点。

本课题研究的内容正是围绕着T91/P91 钢厚壁管焊接接头的冲击韧性低及分散度大这个问题展开的。

为能适应这些变化和对新时期电力事业发展对焊接专业的要求,电站焊接当前面临的基本任务,除了现有的焊接工艺,焊接技术作有效的支撑以外,而更重要的是探讨T91/P91 钢的焊接工艺及焊接接头的热处理工艺研究,使T91/P91 钢厚壁管能更好的满足火电站的使用要求。

上世纪80 年代中期开始,电建企业就开始应用CO2气体保护焊技术。

但由于早期的CO2焊接设备过于笨重,性能和可靠性较差,加上在电站安装中受环境制约的因素较多,而且当时国产的焊丝种类过少,进口焊丝成本较高,因此在电站施工中其经济效益和工效都远远未能体现出其真正的优越性,因而很难在施工现场推广使用。

近年来,随着CO2气体保护焊在其他行业的广泛应用和焊接设备生产技术的不断提高,国内许多厂家已经能够生产出体积小、质量轻、性能稳定、可靠性好的逆变式数显CO2焊机。

大部分CO2焊机的焊接电缆长度可达50mm以上,完全满足电站安装的施工要求,并且目前国产CO2焊丝无论在品种、规格和品质上均可满足要求。

例如:

珠海电厂600MW超大型临界机组安装工程、黄埔电厂脱硫工程及沙角电厂脱硫工程,都是采用的CO2气体保护焊完成的,并受到一致好评。

在国内很多电站钢管焊接过程中,都采用钨极氩弧焊打底,手工电弧焊进行中间层填充与盖面层焊接的方法。

钨极氩弧焊打底时,管子内充氩气保护,防止氧化有利于单面焊双面成型和根部焊透,保证焊缝质量,而中间层与盖面层用手工焊,可以提高工效。

例如:

华北沁北电站的安装、丹东华能电站管道的焊接等都采用的这种焊接方法。

这也是目前国内普遍使用的焊接方法..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
第二章 P91 钢厚壁管焊接性分析
第三章 P91 钢厚壁管焊接热作用有限元模拟
第四章 局部回火温度场及对接头韧性的影响
第五章 结论
参考文献

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中图分类: > TG4 > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接

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