反應(yīng)堆壓力容器(RPV)通常采用鍛造的方式成型,但隨著反應(yīng)堆朝著小型化方向的發(fā)展,焊接成為了反應(yīng)堆制造的重要手段之一。焊接過(guò)程中不可避免的殘余應(yīng)力和殘余變形容易造成焊接接頭斷裂、破壞,影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和裝配精度。本文以反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)環(huán)形件為研究對(duì)象,主要利用數(shù)值模擬方法,結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證,確定了一種適用于大厚度焊接件殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)的高效數(shù)值方法,并從模型維度、幾何尺寸和材料模型等方面對(duì)殘余應(yīng)力狀態(tài)的影響進(jìn)行了分析。本研究對(duì)于核電設(shè)備的設(shè)計(jì)制造有著重要的理論指導(dǎo)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。利用有限元二維軸對(duì)稱模型并結(jié)合給定溫度熱源模型計(jì)算了筒體支撐環(huán)結(jié)構(gòu)的焊接和熱處理過(guò)程。結(jié)果表明,數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好,焊接結(jié)構(gòu)的表層焊縫表現(xiàn)出較高的殘余應(yīng)力,經(jīng)熱處理后,殘余應(yīng)力基本上可以得到完全消除,而與中間熱處理次數(shù)無(wú)關(guān)。對(duì)比三維模型和二維軸對(duì)稱模型,結(jié)果無(wú)明顯差異;堆焊層交界面應(yīng)力較大,且熱處理作用不大。利用上述有限元方法進(jìn)行了大量的數(shù)值計(jì)算,發(fā)現(xiàn)材料種類、材料本構(gòu)模型、焊接順序和結(jié)構(gòu)尺寸等因素均會(huì)對(duì)殘余應(yīng)力和殘余變形產(chǎn)生一定影響。在此方法的基礎(chǔ)上使用焊道集中算法可以進(jìn)一步提高計(jì)算效率,同時(shí)保證計(jì)算精度。工作載荷耦合焊接殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生影響,但仍滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG404
【部分圖文】：

nsys 有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散，采用真模擬。焊接模擬與實(shí)際焊接過(guò)程保處理。計(jì)算過(guò)程中采用給定溫度場(chǎng)熱終考察構(gòu)件的焊后殘余應(yīng)力分布。接結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要在內(nèi)部進(jìn)行支撐，設(shè)計(jì)時(shí)部構(gòu)件，見(jiàn)圖 2-1，其材料為核電用鋼，厚度為 315mm；筒體壁厚為 190m與支撐環(huán)進(jìn)行對(duì)焊焊接，焊接坡口加工造時(shí)，筒體內(nèi)表面與支撐環(huán)表面均需要容器主體造成腐蝕。因此，本文中部分

厚度為 315mm，焊接前經(jīng)機(jī)加工加工出 U 型坡口，如圖 2-2 所示。焊接前采用圖 2-3。焊條選用低合金鋼焊條，焊接，焊接電流為 550~570A，焊接速度為 35mm，焊接時(shí)間為 30 分鐘，如圖 2-4 所為 6 個(gè)階段。首先填充正面坡口，填充度后，停止焊接，送至加熱爐內(nèi)進(jìn)行熱理完成后將構(gòu)件翻轉(zhuǎn)進(jìn)行機(jī)加工清根，三步繼續(xù)翻轉(zhuǎn)工件進(jìn)行正面第二次焊接作。至此，完成全部焊接和熱處理過(guò)程處理。

到反面坡口填滿。第三步繼續(xù)翻轉(zhuǎn)工件進(jìn)行正面第二次焊接，填充正面坡口余下部分并進(jìn)行熱處理操作。至此，完成全部焊接和熱處理過(guò)程，整個(gè)過(guò)程中總共經(jīng)歷三次焊接和三次熱處理。圖 2-2 焊縫坡口示意圖和路徑定義Fig.2-2 Weld groove diagram and path definition

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