鎢鋼釬焊殘余應(yīng)力分布的數(shù)值模擬及實驗驗證

1、中圖分類號U D CT G 4 5 6 ．9碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼密級1 0 5 3 3鎢／鋼釬焊殘余應(yīng)力分布的數(shù)值模擬及實驗驗證 址N u m e r i c a lS i m u l a t i o na n d E x p e r i m e n t a l V e r i f i c a t i o nf o rt h eR e s i d u a lS t r e s sD i s t r i b u t i o no f B

2、r a z e d J o i n t sb e t w e e nT u n g s t e n a n d F e r r t i cS t e e l作者姓名：學(xué)科專業(yè)： 研究方向：學(xué)院( 系、所) ：指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)老師：劉昊陽材料科學(xué)與工程鎢／鋼焊接粉末冶金研究院馬運柱教授劉文勝教授論文答辯日期壟! 幺厶。生 答辯委員會主中 南 大 學(xué)二。一四年六月鎢／鋼釬焊殘余應(yīng)力分布的數(shù)值模擬及實驗驗證摘要：核聚變堆示范裝置( D E M

3、 O ) 的偏濾器設(shè)計對鎢與鋼的連接提出了新要求。但因鎢與鋼的物理性能如彈性模量和熱膨脹系數(shù)等相差大，在連接和服役過程中將產(chǎn)生高的熱應(yīng)力導(dǎo)致失效。因此，鎢與鋼的連接已經(jīng)成為制約D E M O 發(fā)展的一個重要技術(shù)瓶頸。釬焊是實現(xiàn)鎢與鋼連接的有效方法，要獲得高質(zhì)量的鎢／鋼釬焊接頭，對釬焊接頭內(nèi)殘余應(yīng)力的分布進行分析至關(guān)重要。本文采用A N S Y S 軟件對鎢／鋼釬焊接頭的殘余應(yīng)力進行二維和三維數(shù)值模擬，分析了添加中間層對鎢／鋼釬焊接頭殘余

4、應(yīng)力分布的影響，采用納米壓痕法檢測鎢／鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力，并對有限元模擬結(jié)果進行實驗驗證。研究結(jié)果表明：( 1 ) 接頭最大徑向殘余壓應(yīng)力位于焊縫附近的鎢基體內(nèi)，最大徑向殘余拉應(yīng)力位于接頭自由邊界處的釬料層內(nèi)；接頭內(nèi)部軸向殘余應(yīng)力較?。唤宇^內(nèi)部周向殘余應(yīng)力與徑向殘余應(yīng)力大小及分布規(guī)律相似。( 2 ) 軟質(zhì)C u 層的加入及其厚度的增加可大幅度降低鎢基體內(nèi)的徑向殘余壓應(yīng)力，但C u 層厚度過大會引起極大的界面徑向殘余拉應(yīng)力( 在W - N

5、 i界面反應(yīng)層) ，如鎢／0 ．5 C u ／鋼釬焊接頭此處殘余拉應(yīng)力高達7 6 9 M P a ，導(dǎo)致接頭抗拉強度急劇降至8 8 ．8 5 M P a 。硬質(zhì)中間層T a 及其厚度的增加對接頭殘余應(yīng)力的影響較軟質(zhì)C u 中間層小的多。( 3 ) 添加不同中間層的鎢／鋼釬焊接頭抗拉強度分布為：鎢／0 ．2 F e N i ／鋼釬焊接頭( 3 1 0 ．6 7M P a ) > 鎢／0 ．0 3 C u ／鋼釬焊接頭( 2 6 7

6、．5 2 腳a ) > 鎢／0 ．5 T a J鋼釬焊接頭( 2 5 6 ．4 5 M P a ) > 鎢／鋼釬焊接頭( 1 5 9 ．9 0 M P a ) ，且各焊接接頭斷裂失效均首先發(fā)生在焊縫附近的鎢基體內(nèi)，其規(guī)律與模擬所得各中間層鎢／鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力的分布規(guī)律相吻合。( 4 ) 鎢／鋼釬焊接頭殘余應(yīng)力的二維和三維模擬具有很好的一致性，納米壓痕法測得方形鎢／鋼釬焊接頭表面平均殘余應(yīng)力從邊緣到中心逐漸降低，其測量結(jié)果的