12Cr1MoV是一种低合金珠光体耐热钢,有良好的抗氧化性、热强性、耐腐蚀性和焊接性能,被广泛地用于制造电站锅炉等设备。在实际焊接过程中,焊接接头在经历多次具有不同峰值温度的焊接热循环过程后,会导致该区域金相组织和力学性能的多样性;并且由于电厂管道构件的工作条件十分恶劣,既要输送高温高压的蒸汽,又要承受火焰与烟气的高温作用,管道焊接接头成为其中的薄弱环节。本文以12Cr1MoV钢管焊接件为研究对象,采用试验和模拟相结合的方法分析了焊接接头在焊接及热处理过程中,焊接接头温度场、应力场和力学性能的变化特性,为焊接工艺的设计及优化提供参考依据。本文主要研究工作和结论如下:(1)12Cr1MoV钢管焊接接头焊后残余应力模拟方法的研究。将双椭球热源模型、均匀密度体积热源模型以及3D几何模型、2D几何模型的模拟结果进行对比分析,最终本文选择计算结果较准确、耗时较少的3D均匀密度体积热源模型进行有限元计算。采用试验方法与有限元模拟方法相结合,研究分析有限元模拟温度场的准确性。通过动态数据采集分析系统,对实际焊接过程温度场数据进行实时采集,并将其与模拟温度场结果进行比较,结果表明试验测量值与模拟值吻合较好,证明了有限元模拟温度场的可靠性。(2)研究热处理工艺对12Cr1MoV钢管焊接过程中热应力的影响。基于热弹塑性模型,利用有限元软件ABAQUS对12Cr1MoV圆管的对接环缝焊接模型进行建立,建立了焊接残余应力的顺序耦合有限元分析程序。模拟焊前预热、焊接热输入、消氢处理以及焊后回火热处理等过程,研究分析残余应力的变化规律。使用压痕应力测试仪对焊接钢管不同状态的残余应力分布情况进行测量,并与模拟结果进行对比。结果表明:消氢处理残余应力的模拟值与试验结果基本一致,误差在10%以内。同时,通过研究发现后次焊道的热输入会增大前次焊道中的热应力;消氢处理可以降低焊缝区域的残余拉应力,降幅至少达到14%;回火热处理对焊接接头的残余应力影响较大,可以有效降低焊接残余应力。(3)研究热处理工艺对12Cr1MoV钢环焊接头的微观组织以及力学性能的影响。采用标准试样和微平板试样,研究分析了焊接接头各部位在不同热处理状态下,室温、高温拉伸性能的变化规律。观察拉伸断口形貌及焊接接头金相试样,观察焊接接头在不同状态下的微观组织分布及变化。结果表明:微平板试样可以准确测量材料的屈服强度和极限抗拉强度,但是对弹性模量的测量值与标准试样差别较大。在常温下,12Cr1MoV焊缝材料的拉伸性能优于母材,但随着温度的升高,回火处理对焊缝的拉伸性能影响较大,使得焊缝材料的拉伸性能低于母材。微平板试样的断裂形式更接近于标准圆棒试样,两者都为韧性断裂,而标准平板试样为脆性断裂。通过标准圆棒试样的拉伸结果可以发现,经过不同热处理的焊接接头的薄弱位置均位于12Cr1MoV母材处。