專利名稱：數(shù)值模擬p92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機數(shù)值模擬領域，更加具體地說，涉及一種基于abaqus數(shù)值模擬P92與S30432異種鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法。
背景技術：
新型P92馬氏體耐熱鋼以其優(yōu)異的抗蠕變性能和良好的抗腐蝕和高溫抗氧化能力已成為超超臨界機組過熱器、再熱器以及主蒸汽管道的常用鋼種之一。但是由于和傳統(tǒng)鍋爐用鋼奧氏體鋼性能成分上有明顯差異，它與新型奧氏體耐熱鋼之間的異種鋼焊接問題是當前鍋爐制造的一大難點。P92與S30432焊接時，由于臨近焊縫部位的母材形成熱影響區(qū)降低材料的韌性，從而影響其高溫性能。同時一些研究表明，P92焊接結構在高溫服役時，易在熱影響的細晶區(qū)發(fā)生蠕變開裂，嚴重影響構件的服役壽命。因此探索合理的異種鋼焊接工藝以降低P92熱影響區(qū)寬度，進而減少蠕變開裂的概率具有重要意義。隨著計算機技術的發(fā)展，數(shù)值模擬技術廣泛應用于焊接領域，焊接數(shù)值模擬技術有效的降低了實驗成本，并對預測焊接結構的溫度及應力狀態(tài)提供了一定理論指導作用。因此，為了降低研究成本，并為實際P92與S30432異種鋼焊接提供理論指導，探索一種P92與S30432異種鋼焊接熱影響區(qū)寬度隨焊接電流變化規(guī)律的數(shù)值模擬方法具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種基于abaqus數(shù)值模擬P92與S30432異種鋼管焊接熱影響區(qū)寬度隨焊接電流變化的方法，其中熱源模型選取接近實際焊接狀態(tài)的雙橢球熱源模型，通過fortran語言編寫程序，實現(xiàn)不同焊接電流下熱源沿管道周向移動，真實的模擬了實際焊接狀態(tài)。取靠近P92端最后一道焊縫外壁節(jié)點的溫度變化，找出熱影響區(qū)寬度隨焊接電流的變化規(guī)律。本發(fā)明的技術目的通過下述技術方案予以實現(xiàn):數(shù)值模擬P92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法，按照下述步驟進行:(I)建立焊接模型并賦予材料熱物理系數(shù):模型長度為200mm、壁厚10mm、夕卜徑45mm，焊縫為V型坡口，坡口角度為70°。完成整體模型建立后在Property模塊中定義不同材料熱物理系數(shù)，包括母材P92、S30432以及鎳基合金焊絲NiCr_3的熱導率、線膨脹系數(shù)、密度、比熱容等。其中各系數(shù)均隨溫度變化而變化，具體數(shù)值參照博士論文《超超臨界機組用T/P92異種鋼焊接接頭結構與性能的研究》。(2)模型網(wǎng)格劃分:該模擬主要為進行焊接溫度場的模擬，因此計算選用DC3D8熱分析單元，該種單元為八節(jié)點六面體單元。為減少計算時間，焊縫附近網(wǎng)格較細，遠離焊縫母材區(qū)域網(wǎng)格較粗。模型最終節(jié)點數(shù)為31020，網(wǎng)格數(shù)為27600。(3)各參數(shù)的設置:由于實際焊接過程中，存在熱散失，在數(shù)值模擬中對該情況應予以考慮。因此在模型中應設置流換熱系數(shù)，該系數(shù)隨溫度的不同而發(fā)生變化。實際中在剛實施焊接時，整體結構 處于室溫下，因此在計算中需要進行預溫度場的設置，即為模型賦予初始溫度，該設置在PredefinedField模塊中中對全部節(jié)點施加溫度20°C。然后，在St印功能模塊中進行分析步設置，每一道焊縫包括激活單元、加熱、冷卻三個分析步。其中加熱、冷卻分析步時間的確定應嚴格按照實際焊接工藝計算得到。最后在Load功能模塊中對焊縫施加熱載荷，設置讀取熱源子程序，以實現(xiàn)焊接溫度場的模擬。(4)熱源模型:熱源模型選取與焊接實際情況較為接近的雙橢球熱源，通過fortran語言編寫程序實現(xiàn)由直角坐標到柱坐標的變化，同時并調(diào)整熱源形狀參數(shù)。前半球橢球按公式(I)計算，后半球橢球按公式(2)計算。
權利要求
1.數(shù)值模擬P92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法，其特征在于，按照下述步驟進行: (O建立焊接模型并賦予材料熱物理系數(shù)； (2)模型網(wǎng)格劃分； (3)設置參數(shù):流換熱系數(shù)，初始溫度20°C，在Step功能模塊中進行分析步設置，每一道焊縫包括激活單元、加熱、冷卻三個分析步； (4)熱源模型選取與焊接實際情況較為接近的雙橢球熱源，通過fortran語言編寫程序實現(xiàn)由直角坐標到柱坐標的變化，同時并調(diào)整熱源形狀參數(shù)，前半球橢球按公式(I)計算，后半球橢球按公式(2)計算
2.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)值模擬P92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法，其特征在于，所述步驟(I)中，模型長度為200臟、壁厚10mm、外徑45mm，焊縫為V型坡口，坡口角度為70° ;定義模塊中不同材料熱物理系數(shù)，包括母材P92、S30432以及鎳基合金焊絲NiCr_3的熱導率、線膨脹系數(shù)、密度、比熱容及其隨溫度的變化。
3.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)值模擬P92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，選用DC3D8熱分析單元，該種單元為八節(jié)點六面體單元，焊縫附近網(wǎng)格較細，遠離焊縫母材區(qū)域網(wǎng)格較粗，模型最終節(jié)點數(shù)為31020，網(wǎng)格數(shù)為27600。
4.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)值模擬P92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法，其特征在于，所述步驟(3)中，加熱、冷卻分析步時間的確定應嚴格按照實際焊接工藝計算得到，最后在Load功能模塊中對焊縫施加熱載荷，設置讀取熱源子程序，以實現(xiàn)焊接溫度場的模擬。
5.根據(jù)權利要求1所述的數(shù)值模擬P92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法，其特征在于，所述步驟(4)中，由于每一道焊縫具有不同的形狀，因此上述的系數(shù)值隨每一道焊縫的深度寬度不同而變化，在選取好熱源能量與形狀參數(shù)后，編寫程序實現(xiàn)直角坐標到柱坐標的變化，使熱源沿環(huán)向移動。
全文摘要
本發(fā)明公開了數(shù)值模擬P92鋼管焊接熱影響區(qū)寬度的方法，其中熱源模型選取接近實際焊接狀態(tài)的雙橢球熱源模型，通過編寫程序，實現(xiàn)不同焊接電流下熱源沿管道周向移動，真實的模擬了實際焊接狀態(tài)。取靠近P92端最后一道焊縫外壁節(jié)點的溫度變化，找出熱影響區(qū)寬度隨焊接電流的變化規(guī)律。本發(fā)明的方法能夠有效的指導實際焊接過程，以獲得合適的焊接電流，降低P92在熱影響區(qū)失效的概率。
文檔編號G06F17/50GK103246774SQ20131017560
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月13日 優(yōu)先權日2013年5月13日
發(fā)明者徐連勇, 喬漢文, 荊洪陽, 韓永典 申請人:天津大學