厚壁壓力容器焊接殘余應(yīng)力及變形的數(shù)值研究.pdf

1、本文以高溫氣冷堆厚壁核壓力容器上大開口接管處馬鞍型焊縫的殘余應(yīng)力及變形為出發(fā)點(diǎn),通過有限元數(shù)值分析,采用“生死單元法”模擬了在多層多道焊工藝條件下的焊接接頭的殘余應(yīng)力及變形,以期為厚壁核壓力容器焊接制造過程中殘余應(yīng)力的消除和變形控制提供指導(dǎo)。首先,本文采用數(shù)值計(jì)算的方法,對(duì)同種坡口形式的焊接接頭進(jìn)行了不同焊接工藝參數(shù)的殘余應(yīng)力及變形的分析研究。計(jì)算結(jié)果表明,把焊縫中心的溫度分別升至1300℃、1400℃和1460℃,焊接完成之后,不論是

2、哪個(gè)方向的應(yīng)力,均集中在焊縫區(qū)域且應(yīng)力隨著遠(yuǎn)離焊縫中心逐漸減小,焊縫處雖有個(gè)別節(jié)點(diǎn)應(yīng)力超過材料的屈服極限,但對(duì)整體的焊接結(jié)構(gòu)影響不大；而三種工藝參數(shù)的焊后變形最大值均位于大接管左側(cè)的焊縫處,沿左側(cè)焊縫向容器底部方向變形逐漸減小,在接近容器底部變形又開始增大。通過對(duì)比,1300℃焊后的應(yīng)力和變形值均小于其它兩種焊接工藝參數(shù)。其次,在焊接制造過程中,由于坡口形式及尺寸對(duì)焊后的殘余應(yīng)力及變形影響很大。本文在同種焊接工藝參數(shù)下,對(duì)三種不同坡口形

3、式的焊接接頭進(jìn)行了焊接數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果表明,30mm和38mm兩種不同寬度的Ⅰ型坡口,在焊后30mm寬的殘余應(yīng)力相對(duì)較小,變形相對(duì)較大；30mm寬的Ⅰ型坡口和雙U型坡口,在焊后雙U型坡口的殘余應(yīng)力相對(duì)較小,變形相對(duì)較大。同時(shí)為了分析焊接道數(shù)和邊界約束對(duì)焊接殘余應(yīng)力及變形的影響,對(duì)30mm寬的Ⅰ型坡口和雙U型坡口進(jìn)行了不同焊道數(shù)和自由變形的模擬計(jì)算,結(jié)果表明增加焊接道數(shù)和不加邊界約束對(duì)殘余應(yīng)力的影響不大,但使得變形相對(duì)增大。最后,為了保