段卫军 邓鸿剑 陈北平

摘要：S355钢作为低合金钢，在焊接过程中会伴随着固态相变现象。在考虑S355钢的固态相变效应基础上，建立了焊接过程的热弹塑性有限元模型。通过引入相变转变模型、相变塑性和相变体积模型，计算获得焊后组织分布云图，并分析了焊缝和热影响区典型节点的组织演变规律。结果表明，与不考虑固态相变效应相比，紧邻焊缝两侧的热影响区的Mises应力大幅降低，计算得到的残余应力值与实测值吻合较好。

关键词：S355钢;固态相变;微观组织;残余应力

0    前言

S355钢属于低合金高强钢，其综合力学性能优良、淬透性优异，被广泛用于工程制造中。在低合金钢的焊接过程中，由于局部不均匀的热源作用产生的热应变，并伴随着固态相变现象，以及因固态相变引起的体积变化和相变诱导塑性效应等，导致工件冷却后形成复杂的焊后残余应力[1]。研究S355钢的焊接应力的工程应用具有重要意义。

目前广泛采用有限元分析技术对关键结构的焊接过程温度场和应力场演变进行研究。Deng等人[2]研究了固态相变对9Cr-1Mo钢管对接焊残余应力分布的影响，发现马氏体相变引起的体积变化不仅影响残余应力的大小，而且还使得部分区域由拉应力转变成了压应力。迟露鑫[3]对SA508-3钢厚壁圆筒进行了多层多道焊，发现热源作用区域的温度梯度变化很大，圆筒外壁的残余应力明显大于内壁的残余应力。Jiang等人[4]研究了低温相变焊丝对残余应力的影响，证实马氏体转变引起的间断冷却收缩显著降低了残余应力。……