不銹鋼盤管在焊接過程中，由于高度集中的焊接熱輸入，必然產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接應(yīng)力和變形。焊接應(yīng)力和變形的計(jì)算是以浙江至德鋼業(yè)有限公司生產(chǎn)的不銹鋼盤管焊接溫度場分析為基礎(chǔ)，同時(shí)考慮焊接區(qū)組織轉(zhuǎn)變對應(yīng)力應(yīng)變場帶來的影響。目前，研究焊接應(yīng)力和應(yīng)變的理論主要有熱彈塑性分析、固有應(yīng)變法、粘彈塑性分析、考慮相變與熱應(yīng)力耦合效應(yīng)等。其中的熱彈塑性分析是在焊接熱循環(huán)過程中通過一步步跟蹤熱應(yīng)變行為來計(jì)算熱應(yīng)力和應(yīng)變的，該方法需要采用有限元計(jì)算方法，易于在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。釆用這種方法可以詳盡地掌握浙江不銹鋼盤管焊接應(yīng)力和變形的產(chǎn)生和變化趨勢，隨著大型有限元軟件的開發(fā)和發(fā)展，這種方法被越來越多的焊接工作者以及研究學(xué)者采用。本文也是基于此理論，借助于有限元分析軟在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對焊接應(yīng)力和變形的模擬分析的。

 熱彈塑性分析的特點(diǎn)和假定，熱彈塑性問題是一個(gè)熱力學(xué)問題。作為熱力學(xué)系統(tǒng)的焊接材料，其自由能密度不僅與應(yīng)變有關(guān)，而且還與溫度有關(guān)，也就是說力學(xué)平衡方程中有與溫度相關(guān)的項(xiàng)。從能量上看，輸入的熱能在使焊接材料溫度上升的同時(shí)，還由于結(jié)構(gòu)的膨脹變形做功而消耗一部分。這時(shí)，在熱傳導(dǎo)平衡方程中，要增加與應(yīng)力有關(guān)的項(xiàng)。因此，嚴(yán)格地講，焊接溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場是相互耦合的，不過，這種耦合效果除個(gè)別特殊情況下，一般都很小，而且浙江不銹鋼盤管焊縫附近的溫度變化很大，材料的各種物理性能也相應(yīng)變化很大，這種影響比上述藕合效應(yīng)要大得多。在熱彈塑性分析的基礎(chǔ)上，作如下假定不銹鋼盤管在字簡單拉伸試驗(yàn)檢測時(shí)，可以通過比較軸向應(yīng)力與不銹鋼盤管的屈服應(yīng)力來確定是否有塑性變形發(fā)生。然而，對于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)，是否達(dá)到屈服點(diǎn)并不是很明顯的。屈服準(zhǔn)則是一個(gè)可以用來與單軸測試的屈服應(yīng)力相比較的應(yīng)力狀態(tài)的標(biāo)量來表示，因此，知道了應(yīng)力狀態(tài)和屈服準(zhǔn)則，計(jì)算時(shí)就能夠確定浙江不銹鋼盤管是否有塑性應(yīng)變產(chǎn)生。

 不銹鋼盤管在較高應(yīng)力時(shí)蠕變斷口處晶粒發(fā)生了一定量的塑性變形，晶粒略被拉長。除主斷口外，在斷口附近三晶粒交合點(diǎn)及晶界突緣處發(fā)現(xiàn)有少量分散孤立的楔形裂紋或洞型裂紋，其斷裂方式主要是沿晶的。同時(shí)，斷口邊緣也呈現(xiàn)少量穿晶型斷裂跡象，約占斷口的25%，表明不銹鋼盤管為穿晶與沿晶混合型斷裂。相應(yīng)基體組織未發(fā)生明顯變化。而圖3.8c中由于較低應(yīng)力長時(shí)蠕變作用晶界處析出相則顯著增多，尺寸變大。斷口處幾乎未觀察到穿晶型斷裂，基本為沿晶斷裂特征形貌，同時(shí)，在較高溫和應(yīng)力作用下，由蠕變造成的晶界裂紋數(shù)量和尺寸都有增加。值得注意的是，在基體中觀察到裂紋沿晶界長大連接而成的裂紋段，長約為11.3um，并垂直于拉應(yīng)力方向（箭頭1），這與傳統(tǒng)理論認(rèn)為裂紋擴(kuò)展優(yōu)先沿切應(yīng)力方向的界面上進(jìn)行是不同的。文獻(xiàn)研究認(rèn)為，其沿晶斷裂主要原因是在較高溫度、較低應(yīng)力水平下，晶界滑移時(shí)遇晶界上的第二相或三晶粒交合點(diǎn)，滑移將受阻，從而產(chǎn)生應(yīng)力集中形成空洞源。不銹鋼盤管在拉應(yīng)力作用下，晶界上的許多空洞優(yōu)先沿垂直于拉應(yīng)力軸方向的晶界上長大并相互連接，最終造成蠕變斷裂。