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[学位]

蒸汽发生器局部热处理温度梯度优化及残余应力测试

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Author:

刘姿 (刘姿.)

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Abstract:

在核电设备制造过程中,焊接和热处理这两种加工工艺,对设备的质量起着至关重要的作用。由于构件形状复杂且尺寸较大,实际生产过程中通常采用局部加热的方式对构件进行消应力处理。但是不同的局部处理标准对加热条件有着不同的要求。采用数值模拟方法可以较好的模拟焊接-局部热处理的温度场与应力场,这对优化局部热处理工艺,控制热处理变形,提高结构整体质量具有重大现实意义和经济价值。
本课题以蒸汽发生器厚壁筒体为研究对象,采用热弹塑性-蠕变力学有限元方法,并与试验相结合,在不同热处理条件下对厚壁筒体对接环形焊缝和补焊焊缝进行了深入研究。采用间接法对焊接-热处理温度场与应力场进行分析。温度场分析时运用“生死单元”法模拟多层多道焊过程,结构应力分析中将节点温度作为施加载荷,并结合材料在高温条件下的蠕变性能,模拟了构件在焊接-热处理过程中的应力变化情况。基于ANSYS平台编写了厚壁筒体局部热处理程序。探讨了对焊模拟件在595~620 ℃保温6 h工况下,均热区宽度、加热区宽度及保温区宽度对焊接残余应力消除的影响,筛选出最优的局部热处理加热方案。分析比较了现有不同局部热处理标准下厚壁筒体环缝的焊接残余应力消除效果。并采用筛选出的局部热处理加热方案对含有环缝的不同尺寸厚壁筒体进行了模拟分析。同时研究了补焊局部热处理的加热方案。
研究结果表明:焊接残余应力的消除包括两个方面——高温蠕变和高温屈服,并且应力释放主要集中在加热末期和保温初期。局部热处理时,加热区边缘会产生附加的残余应力。均热区大小对焊接残余应力的影响可以通过加热宽度的大小来确定。厚壁筒体环缝局部热处理时,加热宽度对残余应力有巨大的影响。焊缝及其周围的残余应力随着加热宽度增加而降低,当半加热宽度超过 后,焊缝处残余应力基本不变,与整体热处理相当(47 MPa左右),焊接残余应力消除明显。保温区的存在可以缓解加热区边缘的温度梯度,从而使该处的应力下降。在现有的局部热处理标准中,AWS D10.10 更适合厚壁筒体局部热处理。厚壁筒体环缝局部热处理最优加热方案为: ( ), 。补焊局部热处理最优加热方案为:环带加热, , 。将盲孔法测定的厚壁筒体模拟件热处理前后的残余应力与模拟结果相比较,验证模型的有效性。

Keyword:

补焊焊缝 环形焊缝 局部热处理 蠕变 数值模拟

Author Community:

  • [ 1 ] 西安交通大学材料科学与工程学院

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Basic Info :

Degree: 工学硕士

Mentor: 蔡洪能

Year: 2016

Language: Chinese

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WoS CC Cited Count: 0

30 Days PV: 6

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