焊接接头深冷应变强化的机理及匹配性研究

The compatitibility and mechanism of cryogenic stetched austentic stainless welded joint will be studied for the safety of cryogenic stetched pressure vessel. The microstructure evolution and mechanical property of the base material , weld and heat affect zone during the cryogenic stretching process will be studied. The influence of strength matching of weld to base material on mechanical property and structural response during cryogenic stretching process will be analyzed. Meanwhile, effect of cryogenic stretching process on residual stress of weld will be studied. The research findings will be benefit to formulate suitable cryogenic stretching process and provide evaluation method for wleded joint, which will support the safety of provide cryogenic stetched austentic stainless weld

本项目以解决压力容器深冷应变强化的焊接接头安全性为目标，针对奥氏体不锈钢焊接接头的深冷应变强化机理及匹配性开展研究。项目将探索深冷应变强化过程中母材、焊缝和热影响区材料的组织演化规律及力学性能变化，研究焊接接头在深冷应变强化过程中的结构响应及焊缝/母材强度匹配对焊接接头力学行为的影响规律，深入分析深冷应变强化过程对焊接残余应力的影响规律，为制定合适的深冷应变强化工艺及焊接接头评价方法，保证深冷应变强化容器中焊接接头的安全性提供理论基础。

应变强化技术可以有效提高深冷压力容器的材料屈服强度，减少容器壁厚，对实现深冷压力容器的轻量化具有重大意义。本项目的主要研究工作包括：探索研究了母材及焊接接头在深冷应变强化过程中的微观组织演化机理及力学行为；研究了不同深冷应变强化应力下母材及焊接接头力学性能的变化规律，提出了较合理的深冷应变强化应力指标范围,为深冷应变强化关键工艺参数的确定提供了技术支撑；获取了焊缝母材匹配系数对焊接接头残余应力分布的影响规律，阐明了深冷应变强化改善残余应力分布的机理，在此基础上提出了焊缝母材匹配系数的选用范围。. 研究表明:随着深冷应变强化程度的提高,材料中马氏体含量增加,强度提高,塑性韧性下降；随着深冷应变强化应力的增加，焊接接头的塑形和韧性下降，当深冷应变强化应力控制在600MPa时,焊接接头的强度以及塑性韧性综合力学性能较好；针对典型容器开展的深冷应变强化数值模拟分析表明, 在深冷应变强化应力为600MPa时，在强化压力下容器的环向应变仅为1.76%；结合材料试验及数值模拟分析结果，确定了深冷应变强化应力为600MPa；深冷应变强化处理可有效减少焊接接头中的残余应力,可降低50%~60%的焊接残余应力。. 本项目的开展深入揭示了深冷应变强化处理对材料微观组织的影响机制，得到了应变强化应力对母材和焊接接头力学性能的影响规律，探明了相关的深冷强化工艺，为工程上开展深冷应变强化容器的开发提供了理论基础，有望将此技术应用于航空航天、深海探测等领域所使用的液氧、液氢容器中，实现其设计、制造轻量化。