水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪T型接頭焊接殘余應(yīng)力模擬及優(yōu)化.pdf

1、現(xiàn)實(shí)中，在大型水輪機(jī)長(zhǎng)期的使用過程中轉(zhuǎn)輪葉片會(huì)出現(xiàn)斷裂的情況，這種斷裂是在設(shè)計(jì)壽命之內(nèi)發(fā)生的，對(duì)轉(zhuǎn)輪的使用產(chǎn)生了極大的威脅。其中轉(zhuǎn)輪的焊接殘余應(yīng)力是導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)斷裂的主要原因，所以對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片上的焊接殘余應(yīng)力的研究是非常有必要的。
　　 針對(duì)大型水輪機(jī)空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和轉(zhuǎn)輪葉片與上冠或下環(huán)之間的焊接接頭屬于標(biāo)準(zhǔn)的T形接頭的特點(diǎn)，本文采用三維熱彈塑性有限元理論，通過Fortran進(jìn)行Marc有限元軟件的二次開發(fā)，編寫雙橢球移動(dòng)熱

2、源和焊道焊絲填充的子程序來真實(shí)地模擬了T形焊的整個(gè)焊接過程和焊后模型的整體退火過程。模擬了T形接頭的單段單層焊來得出焊接過程中焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布及變化，并通過改變焊接順序分別模擬了分段焊、多層焊。最后，計(jì)算了焊后整體退火熱處理的升溫，保溫，降溫整個(gè)過程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)。
　　 通過上述研究，本文得到如下主要結(jié)果：
　　 (1)單道單層焊下，焊道處在焊接熱源到達(dá)時(shí)溫度達(dá)到1725℃，熱源前方溫度比熱源后方的溫度變化

3、更明顯，遠(yuǎn)離焊道的區(qū)域溫度逐漸下降到室溫附近。
　　 (2)單道單層焊下，焊后焊道在X、Y、Z三個(gè)方向上的應(yīng)力均為拉應(yīng)力，X、Y、Z三個(gè)方向的殘余拉應(yīng)力峰值分別為247MPa、511MPa、638MPa，離焊道稍遠(yuǎn)的區(qū)域?yàn)閴簯?yīng)力，X、Y、Z三個(gè)方向的殘余壓應(yīng)力峰值分別為435MPa、430MPa、423MPa。離焊道更遠(yuǎn)的區(qū)域殘余應(yīng)力趨于0。
　　 (3)分段焊下，在中間焊段與兩端焊段的相鄰區(qū)域發(fā)生殘余拉應(yīng)力下降，最低降

4、至442MPa，殘余拉應(yīng)力值有明顯降低的焊道區(qū)域最長(zhǎng)能達(dá)到18.75mm。分段焊可以在焊道局部降低殘余拉應(yīng)力。
　　 (4)雙層焊下，Z向殘余拉應(yīng)力最大，第一層焊焊道處Z向殘余拉應(yīng)力峰值為515MPa，第二層焊焊道處殘余拉應(yīng)力峰值為571MPa，相比單層焊各下降20％，10％。多層焊比單層焊產(chǎn)生的殘余拉應(yīng)力值更低。
　　 (5)焊后整體退火過程中，當(dāng)溫度升到最高600℃時(shí)，殘余拉應(yīng)力峰值為244MPa，冷卻至室溫時(shí)，殘余