碳钢/不锈钢焊接接头模拟分析开题报告

全文总字数：3414字

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现代制造技术理论的发展，适应性强的设备的需求也与日俱增，因此具有更高强度、更多性能、更可靠、更经济材料也被迫切需求着，但是适用于特定场合新材料的研发不是一朝一夕能完成的，这时候异种金属材料组合而成的“复合”金属材料出现了。碳钢与不锈钢焊接一般用于化工石油行业，化学品与石油具有较大的腐蚀性，因此这些物质的储存于运输都需要用到具有抗腐蚀性的不锈钢做成的容器，这种容器要兼备强度、韧性、抗腐蚀性与经济型等特点。如果整个容器都使用不锈钢制作，成本会非常高；而单纯用碳钢又不具有抗腐蚀性的功能，因此内层用不锈钢，外层用低成本的碳钢制成的材料就是最好的选择^【1】。

现在的主流异种材料焊接接头有铝与钢、不锈钢与碳钢、紫铜与碳钢、铜与不锈钢、钢与陶瓷等，并可根据所需要的性能进行多种材料的组合焊接。现在有多位学者通过实验研究了异种钢焊接接头的应力与变形、温度分布情况。还有一些学者通过计算机数值模拟方法研究了异种钢焊接接头应力与变形的影响因素与分布，并将结论与实验结果相对比，都得到了两者结果相近的结论^【】。如：蔡建鹏等利用数值模拟研究了q345/sus304 异种钢对接接头应力与变形^【1】；肖迪等利用数值模拟技术研究了q235/6061铝合金焊接接头^【2】,；躞雪梅等利用计算机模拟技术研究了多层多道焊焊接残余应力与变形^【3】；黄本生等利用数值模拟研究了q345/316l异种钢焊接接头残余应力与变形^【4】,；黎超文等研究了焊接顺序对t形接头残余应力和变形的影响^【5】；d. akbari 等人采用有限元方法，利用盲孔测量应力的实验方法，研究分析焊接热输入对铁素体和奥氏体异种钢管焊接残余应力分布的影响^【6】；另外还有大量学者在焊接数值模拟领域进行了更深入的研究工作^【7-16】。

但是异种材料的焊接存在着许多需要克服的问题，包括1.异种材料的热物理性质不同2.异种材料间易形成金属间化合物3.异种材料间易形成碳迁移层4.异种材料力学性能不一致。因此如果没有制定合适的焊接工艺，就容易产生很大的变形与应力、缺陷。而对碳钢/不锈钢接头进行实验就成了解决这个问题的唯一方法，但进行一次碳钢/不锈钢焊接接头的实验需要的时间、成本太多，且最好的工艺参数并不是通过一次实验得出，而是通过整理大量实验数据得出。进行大量实验一费时间与金钱，二焊接过程还会造成很大的污染，所以在计算机技术发展成熟后，数值模拟技术成为了最好的替代方法^【1】。

2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

异种钢接头因其优良的综合性能和良好的成本控制，被广泛应用于石油化工与核电装备等重要基础领域。异种钢焊接时，母材和焊缝金属经历多次焊接热循环，而且由于母材金属的热物理参数的差异，导致温度场、应力场变化复杂，若对焊接温度场与应力场一无所知，将导致在实际焊接中出现焊接变形过大、焊接裂纹与残余应力过大等有害情况的出现。课题旨在学会使用有限元软件，采用有限元模拟分析方法，建立热源模型，分析碳钢/不锈钢焊接接头温度场及应力场。

2.2 研究目标

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，确定技术方案，并完成开题报告。

第4-6周：学习模拟分析方法。

第7-11周：碳钢/不锈钢焊接接头温度场及应力场模拟分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]蔡建鹏.异种钢焊接接头残余应力和变形的数值模拟 [d].重庆：重庆大学，2015，

[2] 肖迪，李维娟，王慧君等. 铝-钢异种合金焊接数值模拟及组织性能研究[j]. 辽宁科技大学学报，2019，42（03）：174-178.

[3] 蹤雪梅，张贵芝，黄松，等．多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟[j]．电焊机，2016 ，46(3) ：117-121．