Inconel 625鎳基合金管道焊接殘余應力的數值模擬

姬麗森，凌澤民，何 建

(重慶大學材料科學與工程學院， 重慶 400044)

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Inconel 625鎳基合金管道焊接殘余應力的數值模擬

姬麗森，凌澤民，何 建

(重慶大學材料科學與工程學院， 重慶 400044)

摘要：以Inconel 625鎳基合金管道的焊接接頭為研究對象，建立了熱-力學耦合的三維有限元模型，采用ANSYS軟件對該合金管道環焊縫對稱焊的殘余應力進行了數值模擬，分析了管道外表面軸向和環向殘余應力分布，并進行了試驗驗證；此外，還分析了預熱溫度對管道殘余應力的影響。結果表明：該合金管道焊后外表面軸向與環向殘余應力的模擬結果與試驗結果在數值和分布趨勢上均比較吻合，證明了模型的準確性；在焊縫及近焊縫區的管道外表面形成了軸向壓應力和環向拉應力，隨著距焊縫中心距離的增加，軸向壓應力逐漸變為拉應力，而環向拉應力逐漸轉變為壓應力，并最終趨向于0；隨著預熱溫度的升高，管道外表面軸向和環向殘余應力均降低。

關鍵詞：Inconel 625鎳基合金；管道；預熱；殘余應力；數值模擬

0引言

Inconel 625鎳基合金具有較高的強度和塑性，優異的疲勞和熱疲勞強度、氧化抗力、耐腐蝕性能,優良的焊接性，廣泛應用于航空航天、船舶、核能和石油化工等領域[1-3]。該合金制造的管道在應用時需要進行焊接，而焊接是一個局部不均勻加熱和冷卻的過程，易在焊接接頭處產生殘余應力，影響到管道的強度、剛度和承載能力，并誘發應力腐蝕[3]。因此，焊接殘余應力受到了人們的廣泛關注。

有限元模擬是伴隨著計算機技術和數值分析方法發展而發展起來的結構分析方法，被廣泛地應用于焊接熱傳導分析、應力和變形分析、焊接結構斷裂分析等方面。……