【摘要】：本文主要研究核電堆芯補水箱筒體和蒸發(fā)器管板堆焊焊后消氫的感應(yīng)加熱工藝。針對筒體和管板被加熱工件的形狀,設(shè)計感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu),研究感應(yīng)加熱線圈的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電源參數(shù)對筒體和管板堆焊焊后消氫感應(yīng)加熱溫度分布的影響�；陔姶艑W(xué)和傳熱學(xué)的基本原理,分析了電磁感應(yīng)加熱過程電磁場和溫度場的數(shù)學(xué)模型,建立了核電大型工件感應(yīng)加熱的電磁-熱耦合模型,然后使用ANSYS軟件,計算了感應(yīng)加熱后被加熱工件溫度分布情況。首先對補水箱筒體內(nèi)壁堆焊焊后感應(yīng)加熱溫度場進行模擬分析,針對筒體的結(jié)構(gòu)特點,設(shè)計了C型感應(yīng)線圈。研究了感應(yīng)線圈的匝數(shù)、線圈與工件的加熱距離、電流、頻率對筒體溫度分布的影響。結(jié)果表明,電流、頻率和線圈匝數(shù)越大時,筒體感應(yīng)加熱效果越好,筒體內(nèi)外壁溫差越小,溫度分布越均勻;感應(yīng)線圈與筒體的加熱距離越近,筒體的溫度分布基本不變,但最終加熱溫度越高。當(dāng)電流215A,頻率10kHz,線圈匝數(shù)7匝,線圈與工件的距離25mm時,筒體感應(yīng)加熱溫度可以滿足焊后熱處理的工藝要求。最后通過實驗驗證的方式,將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果對比,發(fā)現(xiàn)模擬溫度與實驗溫度趨勢相同,存在5℃的溫差,兩者溫度比較吻合。其次對蒸發(fā)器管板一次側(cè)大面積堆焊焊后感應(yīng)加熱溫度場進行數(shù)值分析,設(shè)計了管板感應(yīng)加熱的感應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)。分別研究只有側(cè)面感應(yīng)線圈和只有底面感應(yīng)線圈以及側(cè)面和底面感應(yīng)線圈三種情況感應(yīng)加熱后,管板溫度的分布情況。結(jié)果表明,當(dāng)電流為145A,頻率為10kHz,側(cè)面線圈4匝,底面線圈5匝,管板感應(yīng)加熱后溫度場分布滿足加熱工藝要求。最后通過實驗驗證方式,管板模擬溫度和實驗溫度趨勢相同,大小存在8℃左右的合理溫差。
【圖文】：

因此一回路流體設(shè)備的內(nèi)表面需要堆焊不銹鋼或鎳基合金以提高設(shè)蝕、耐熱、耐輻射及服役壽命[1]。此外，石油化工、煤化工、火電設(shè)施等壓容器裝備也會采用金屬堆焊技術(shù)將合金材料熔覆于基材，，用于強化材件的表面性能[2]。為保證核電設(shè)備的正常運行，核電大型壓力容器的制造須具有良好的致密性和均勻性、良好的力學(xué)性能、焊接性和高溫?zé)岱�(wěn)定電一回路設(shè)備所用材料通常經(jīng)過熔煉、鑄造、鍛造和焊接完成，其中焊是核電流體設(shè)備制造的重要一環(huán)，因此需要對焊接工藝進行詳盡的研究焊接質(zhì)量并提高設(shè)備的服役壽命和可靠性。目前我國壓水堆核電站一回路流體設(shè)備用鋼是采用美國 ASME 標(biāo)508-3 鋼。SA508-3 鋼屬于低碳、低合金鋼[3]，這種鋼中碳化物元素 C、o 的含量低，材料的熱裂紋敏感性降低，工件堆焊合金層后，焊件產(chǎn)生熱傾向較低。SA508-3 鋼中含有一定量的 Mn 元素，增加了材料的淬透性和508-3 鋼主要用于制造核反應(yīng)堆壓力容器的筒體、封頭以及法蘭，還廣泛造核電穩(wěn)壓器、蒸發(fā)器、冷凝器的壓力殼及管板，以及主泵和堆芯補水殼等[4]。圖 1-1是核反應(yīng)堆壓力容器的筒體和安全注水箱的封頭。

接材料以及母材中氫氣沒有及時排出時，在焊接接頭處會氫氣會成氫致裂紋。這兩種缺陷嚴(yán)重影響了焊接接頭的性能以及核電設(shè)在工業(yè)中通常使用焊前預(yù)熱和焊后消氫處理的方式降低這兩種焊可能性。前預(yù)熱可以提高金屬制品的可焊性，尤其是高強度鋼的可焊性，可以保證焊接過程的層間溫度，降低殘余應(yīng)力的形成幾率。焊后后的冷卻速度，有助于焊縫中擴散氫的逸出，降低氫致裂紋的可效的減少焊縫和熱影響區(qū)的淬硬程度，提高焊接接頭的抗裂性能大的工件，通過焊前預(yù)熱裂紋的發(fā)生率明顯降低[6]。對焊接接頭進的焊后熱處理的主要目是消氫、消除焊接應(yīng)力和改善焊縫組織的文主要研究核電一回路大型流體設(shè)備工件堆焊焊后的消氫處理，使工件的加熱溫度在 300℃-400℃范圍內(nèi)進行低溫?zé)崽幚恚涌旌钢袣涞囊莩�，可有效防止低合金高強鋼焊接產(chǎn)生氫致裂紋[7]。前，在我國工業(yè)中對大型壓力容器焊后熱處理的傳統(tǒng)加熱方式主、電阻加熱[8]。傳統(tǒng)的火焰加熱和陶瓷片電阻加熱方式分別如圖 1
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM623

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本文編號：2657597