水輪機轉(zhuǎn)輪焊接殘余應(yīng)力調(diào)控措施的虛擬優(yōu)化.pdf

1、針對大型焊接結(jié)構(gòu)進行試驗研究存在著周期長與耗資大的缺點，提出了虛擬焊接的概念。在利用相似理論建立實際構(gòu)件與模擬件之間焊接殘余應(yīng)力對應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)上，采用數(shù)值模擬的方法對混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的焊接工藝進行了優(yōu)化，使葉片危險區(qū)域附近產(chǎn)生了焊接殘余壓應(yīng)力，達到了預(yù)期的效果。因此，本課題的研究具有著重要的理論意義與實際工程意義。
　　為了能順利的對混流式水輪機轉(zhuǎn)輪的焊接工藝進行優(yōu)化，本文首先從多道焊、分段焊、多層焊與多個接頭等四個角度分別討論了

2、焊接順序?qū)形接頭焊接殘余應(yīng)力場的影響。得到了如下規(guī)律：在多道焊過程中，相鄰焊道之間采用首尾相接的方法得到的焊接殘余拉應(yīng)力峰值是最小的；分段焊不僅可以增加焊縫低應(yīng)力的區(qū)域，合理的焊接順序與方向可以有效的降低焊縫某區(qū)域的應(yīng)力峰值；在多層焊的過程中，采用對稱施焊的方法得到的焊接殘余拉應(yīng)力峰值是最小的；在多個接頭焊接結(jié)構(gòu)的焊接過程中，盡量保證多個接頭同時施焊，以確保盡可能地降低結(jié)構(gòu)整體的殘余拉應(yīng)力峰值，這對于大型結(jié)構(gòu)更是如此。
　　對于

3、大型焊接結(jié)構(gòu)來說，單元數(shù)量大與增量步多是數(shù)值模擬過程中的兩大難題。本文引入串狀帶熱源的概念，推導出了適合于任意焊縫寬度的串狀帶熱源模型的表達式，解決了大型結(jié)構(gòu)焊接過程中增量步多的問題，使具有規(guī)則形狀焊縫的大結(jié)構(gòu)焊件的焊接應(yīng)力場的定量分析成為可能。
　　在利用π定理以及相似定數(shù)法推導出在溫度場完全相似的條件下模型和實際構(gòu)件對應(yīng)位置的殘余應(yīng)變關(guān)系式的前提下，利用焊接熱傳導理論和虛擬模擬件的概念，建立了實用的大型構(gòu)件和模擬件對應(yīng)位置的焊

4、接殘余應(yīng)力對應(yīng)關(guān)系。此關(guān)系不僅可以指導模擬件的試驗研究來降低試驗研究的周期與成本，還可以克服大型焊接結(jié)構(gòu)在數(shù)值模擬過程中單元數(shù)量龐大的缺點，使大型結(jié)構(gòu)焊接過程的數(shù)值模擬成為可能。
　　在驗證轉(zhuǎn)輪模擬件與轉(zhuǎn)輪實體模型的葉片危險區(qū)域焊接殘余應(yīng)力對應(yīng)關(guān)系正確性的基礎(chǔ)上，在解決焊接熱源沿任意空間路徑移動的加載問題、轉(zhuǎn)輪各部分之間的熱傳導問題以及轉(zhuǎn)輪焊縫填絲過程的前提下，對轉(zhuǎn)輪的焊接工藝從多層焊、分段焊、局部加熱以及局部錘擊四個方面進行了優(yōu)

5、化。結(jié)果表明：在多層焊的過程中，采用對稱施焊的方法得到的葉片出水邊的殘余拉應(yīng)力的峰值是最小的；采用先焊兩端后焊中間的方法可以降低葉片危險區(qū)域的焊接殘余拉應(yīng)力峰值，降低效果與葉片出水邊焊段長度、焊縫各段的焊接方向有關(guān)；局部加熱法降低轉(zhuǎn)輪危險區(qū)域殘余應(yīng)力的效果主要與加熱時間、加熱溫度以及加熱面積成正比，與冷卻面積成反比，并且危險區(qū)域的殘余應(yīng)力隨加熱位置的增大呈先降低后升高的趨勢。對局部錘擊法的研究發(fā)現(xiàn)，局部錘擊法可以起到降低錘擊部位的焊接殘