多焊縫管板結(jié)構(gòu)焊接工藝與殘余應(yīng)力分析.pdf

1、近年來(lái),壓水式反應(yīng)堆和沸水堆帶有貫穿件的焊接結(jié)構(gòu)中發(fā)現(xiàn)了應(yīng)力腐蝕裂紋,對(duì)核電運(yùn)行造成了潛在的安全隱患,這已經(jīng)引起了研究人員的重視。材料性能、腐蝕介質(zhì)和應(yīng)力狀態(tài)是造成應(yīng)力腐蝕裂紋的三個(gè)主要因素,尤其是在焊縫區(qū)附近產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力較大,是導(dǎo)致焊接件中出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋的重要因素。采用數(shù)值模擬方法,對(duì)異種金屬管板焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià),對(duì)于核反應(yīng)堆中貫穿件的焊接具有重要意義。
　　為了優(yōu)化大型多焊縫管板結(jié)構(gòu)的焊接工藝,本文利用

2、焊接熱傳導(dǎo)、焊接熱彈塑性有限元分析理論和ANSYS大型有限元分析軟件,以同種金屬管板結(jié)構(gòu)焊接溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬為基礎(chǔ),提出了適用于有T型材的多焊縫管板結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的有限元模型和熱源加載方式、多層焊道的填充等計(jì)算方法,并分析了坡口角度、焊接順序和焊縫相交處堆焊對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響。利用此有限元模型和計(jì)算方法對(duì)有T型材的低合金高強(qiáng)鋼S690和SS316L不銹鋼異種金屬多焊縫管板結(jié)構(gòu)的焊接溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模

3、擬,并采用盲孔法對(duì)實(shí)際焊接件進(jìn)行了表面殘余應(yīng)力測(cè)試,試驗(yàn)驗(yàn)證了有限元模型和計(jì)算方法在有T型材的多焊縫管板結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬與預(yù)測(cè)方面的適用性。
　　研究結(jié)果表明,對(duì)于低合金高強(qiáng)鋼管板焊接結(jié)構(gòu),坡口角度由40°增加到50°,在一定程度上改善了Von-Mises等效應(yīng)力、切向和軸向殘余應(yīng)力分布;對(duì)徑向殘余應(yīng)力分布的惡化作用并不明顯。焊接順序?qū)Φ刃?yīng)力以及徑向、切向和軸向殘余應(yīng)力峰值有較大影響,兩面交替焊優(yōu)于其他焊接順序。修正的

4、兩面交替焊與兩面交替焊的等效應(yīng)力以及徑向、切向和軸向殘余應(yīng)力峰值基本相同。在實(shí)際的焊接操作中,大角度坡口可以保證焊透,減少焊接缺陷,而修正的兩面交替焊可以減少焊件的翻轉(zhuǎn)次數(shù),提高工作效率。因此,從簡(jiǎn)化操作工藝,提高焊縫質(zhì)量的角度出發(fā),50°坡口角度和修正的兩面交替焊是比較好的焊接工藝。
　　模擬結(jié)果顯示,對(duì)于有T型材的多焊縫管板焊接結(jié)構(gòu),焊縫相交處的堆焊層明顯降低了環(huán)焊縫焊趾處的等效應(yīng)力和軸向殘余應(yīng)力峰值;對(duì)徑向和切向殘余應(yīng)力峰值

5、影響較小。堆焊層還明顯降低了焊縫相交處的等效應(yīng)力和軸向殘余應(yīng)力峰值,并在一定程度上降低了切向殘余應(yīng)力峰值;只有徑向殘余應(yīng)力峰值有所增加。因此,有T型材的多焊縫管板焊接結(jié)構(gòu),在所有焊縫完成后,在貫穿件與殼板環(huán)焊縫和T型材與殼板焊縫相交處采用奧氏體焊材堆焊,可以作為焊后釋放殘余應(yīng)力的有效方法。
　　為了驗(yàn)證有T型材的多焊縫管板焊接結(jié)構(gòu)的有限元模型和計(jì)算方法,本文對(duì)低合金高強(qiáng)鋼S690和SS316L不銹鋼異種金屬多焊縫管板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了焊接

6、殘余應(yīng)力的分析和測(cè)試,計(jì)算結(jié)果與實(shí)際測(cè)得的應(yīng)力值吻合較好。焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)力測(cè)試值基本反映了有限元模型計(jì)算得出的殘余應(yīng)力變化趨勢(shì),試驗(yàn)驗(yàn)證了數(shù)值模擬中采用的有限元模型和計(jì)算方法預(yù)測(cè)焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力分布的適用性。結(jié)合數(shù)值模擬與試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果,獲得了在坡口角度50°和修正的兩面交替焊的焊接工藝條件下,低合金高強(qiáng)鋼S690和SS316L不銹鋼異種金屬多焊縫管板結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律。環(huán)焊縫在殼板上的熱影響區(qū)和焊趾處出現(xiàn)壓應(yīng)力區(qū),貫穿件上的殘