湿H_2S环境下低合金钢焊接接头氢扩散数值模拟.pdfVIP

第 2 8 卷 第 4 期 焊　接　学　报 Vol. 2 8 　No. 4 2 0 0 7 年 4 月 TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION April 　 2 0 0 7 湿 H S 环境下低合金钢焊接接头氢扩散数值模拟 2 巩建鸣 , 　蒋文春 , 　唐建群 , 　涂善东 (南京工业大学 机械与动力工程学院 , 南京 　210009) 摘 　要 : 利用电化学渗透法测定了氢在 16MnR 低合金钢焊接接头处的焊缝金属、热影 响区金属以及母材中的扩散系数。利用有限元软件 ABAQUS ,对 16MnR 钢焊接接头氢 扩散进行数值模拟 ,考虑焊接残余应力、不同组织对氢扩散的影响 ,得到焊接接头扩散 氢的浓度随时间的分布。结果表明 ,在焊缝和热影响区 ,氢的扩散系数和焊接残余应力 较大 ,使氢在焊缝和热影响区聚集 ,降低材料的力学性能 ,使得焊接接头部位成为最薄 弱环节 ,在湿 H S 环境下很容易发生与氢有关的损伤和破坏。 2 关键词 : 焊接接头 ; 电化学渗透; 氢扩散 ; 数值模拟 巩建鸣 ( ) 中图分类号: TG457 　　文献标识码 : A 　　文章编号 : 0253 - 360X 2007 04 - 005 - 04 0 　序　　言 接头氢的浓度随时间的分布规律。 在湿 H S 介质环境中 ,腐蚀反应产生的氢渗入 1 　氢扩散基本理论 2 钢中 ,很容易在原子结构排列不规则和组织结构不 ( ) 1. 1 　控制方程 均匀处 如位错、晶界、夹杂、孔洞等 扩散聚集 ,产生 微裂纹 ,恶化材料力学性能和耐腐蚀性 ,降低设备服 氢在扩散过程中满足质量守恒定律 ,即 役寿命[1 ,2 ] 。对于焊接接头 , 由于组织的不均匀,使 d c d V + n ·J d S = 0 。 ( 1) v d t s ∫ ∫ 得氢的扩散和渗透能力存在差异 ;加上焊接残余应 δ ( ) [3 - 5 ] 将活度变量 代入式 1 ,再经过推导变换可 力的存在 ,会进一步促进氢的扩散 ;另外焊接接 得到氢扩散的控制方程为 头处又是气孔以及夹杂等容易出现的地方 ,使得焊 δ d c 接接头在湿 H S 环境中成为最薄弱的部位。