SA508-Ⅲ鋼厚壁圓筒縱焊溫度場及應(yīng)力場有限元分析.pdf

1、焊接是制造核壓力容器不可缺少的工序之一，焊接質(zhì)量直接關(guān)系到設(shè)備的使用壽命和安全，而焊接厚度較大、焊接道次較多的構(gòu)件過程中，焊接溫度場、應(yīng)力場及焊后變形對焊接質(zhì)量的影響就顯得非常重要。
　　 為了更好的研究SA508-Ⅲ鋼厚壁圓筒多層多道縱焊，為實(shí)際焊接提供有效的焊接溫度場、應(yīng)力場及焊后變形數(shù)據(jù)，本文通過ANSYS有限元分析軟件建立了SA508-Ⅲ鋼厚壁圓筒多層多道縱焊有限元模型；利用Gleeble-1500D熱模擬機(jī)，分別對SA

2、508-Ⅲ鋼焊接CCT和高溫力學(xué)性能進(jìn)行了測定和研究。在此基礎(chǔ)之上，以體生熱率熱源模型作為焊接熱源模型，通過生死單元法和分布式算法，得到了多層多道焊接溫度場結(jié)果；之后，在溫度場的基礎(chǔ)上，通過熱-結(jié)構(gòu)間接耦合法，得到了焊接應(yīng)力場結(jié)果。
　　 通過對SA508-Ⅲ鋼焊接CCT曲線分析可得，冷速在0.015℃/s～0.05℃/s的范圍內(nèi)時，相變產(chǎn)物為鐵素體和珠光體，冷速在0.1℃/s～7℃/s的范圍內(nèi)時，相變產(chǎn)物為貝氏體，冷速在20℃

3、/s～80℃/s的范圍內(nèi)時，相變產(chǎn)物為馬氏體；通過對SA508-Ⅲ鋼的高溫拉伸試驗(yàn)結(jié)果分析可得，在950℃～1300℃溫度范圍內(nèi)，SA508-Ⅲ鋼的斷面收縮率均大于60％，表明其具有良好的高溫力學(xué)性能。
　　 通過對焊接溫度場計算結(jié)果分析得到了厚壁圓筒多層多道焊接溫度場分布規(guī)律；其中，位于第二焊道的A節(jié)點(diǎn)在430s～550s內(nèi)的升溫速率為353℃/s，冷速為68℃/s；在相變點(diǎn)(750℃)以上停留的時間為4s；最高溫度為1210

4、℃。
　　 通過對焊接應(yīng)力場結(jié)果分析得到了厚壁圓筒多層多道焊接應(yīng)力場分布規(guī)律；其中，多層多道焊接對焊接構(gòu)件Y方向(厚度方向)上的殘余應(yīng)力影響較大，該方向在焊縫穩(wěn)定區(qū)產(chǎn)生的最大殘余應(yīng)力為100MPa；焊縫穩(wěn)定區(qū)殘余應(yīng)力分布有規(guī)律，從焊縫到母材，殘余應(yīng)力不斷減??；焊縫兩端過渡區(qū)的殘余應(yīng)力分布較為復(fù)雜；焊接構(gòu)件的焊縫和熔合區(qū)的等效應(yīng)力最大，等效應(yīng)力為490MPa，達(dá)到了材料的屈服極限；焊接構(gòu)件中焊縫處的總位移量最大，位移量為0.002