核反應(yīng)堆壓力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)是壓水堆的關(guān)鍵設(shè)備之一,其完整性對(duì)反應(yīng)堆安全具有舉足輕重的地位�？刂瓢趄�(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(Control Rod Drive Mechanism,CRDM)管座貫穿于RPV上封頭之中并與其焊接,所形成的J型坡口焊接形式復(fù)雜且不經(jīng)熱消除,焊接殘余應(yīng)力水平較高,可能誘發(fā)應(yīng)力腐蝕,使堆芯冷卻劑泄漏,嚴(yán)重影響核電站安全可靠運(yùn)行。因此有必要對(duì)RPV上封頭與CRDM貫穿件J型焊縫區(qū)的殘余應(yīng)力產(chǎn)生、分布規(guī)律及開裂進(jìn)行研究,從而為核電異種材料焊縫的質(zhì)量評(píng)定和壽命預(yù)測(cè)提供參考,優(yōu)化焊接工藝,確保RPV全壽命周期內(nèi)的安全可靠運(yùn)行。本文以核反應(yīng)堆壓力容器上封頭與CRDM貫穿件的裝配底座J型焊縫為研究對(duì)象,展開了如下研究工作:(1)首先使用Simufact Welding軟件采用熱彈塑性有限元法計(jì)算CRDM底座焊接過程溫度場(chǎng)及殘余應(yīng)力場(chǎng),分析焊縫表面及貫穿件的受力規(guī)律;然后采用盲孔法對(duì)全尺寸樣品進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量,以對(duì)有限元法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行有效性驗(yàn)證,得出兩者的應(yīng)力分布規(guī)律符合良好,表明本文提出的模擬方法可有效反映J型坡口焊縫多層多道焊的焊接殘余應(yīng)力分布情況。(2)通過對(duì)不同坡口形式,不同焊接工藝參數(shù)條件下焊后應(yīng)力殘余應(yīng)力的對(duì)比,得到了焊接條件對(duì)殘余應(yīng)力分布的影響情況。結(jié)果表明:其余焊接條件相同時(shí),焊接殘余應(yīng)力與層間冷卻時(shí)間呈正相關(guān),而與焊接速度大小呈負(fù)相關(guān)。(3)在J型坡口的焊接模擬過程中,分析了貫穿件的焊接角變形規(guī)律,結(jié)果表明貫穿件受熱源影響變形總是與熱源方向相反。熱源加載過程中,加熱區(qū)域受熱膨脹引起該部位角變形增大,且已焊接區(qū)域焊道降溫收縮,在兩者共同作用下貫穿件總是傾斜向焊接起始端方向。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL351.6;TG404
【部分圖文】：

坡口角度、焊接速度等對(duì)焊后殘余應(yīng)力的影響，完成焊接優(yōu)化方案的選擇。具體研究工作的流程如圖所示：圖1-1 技術(shù)路線圖Fig.1-1 Technology roadmap

對(duì)于焊接結(jié)構(gòu)，在溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變及微觀結(jié)構(gòu)之間有著復(fù)雜的內(nèi)在聯(lián)系，見圖 2-1：圖2-1 溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、金相組織三者之間的相互關(guān)系Fig.2-1 The relationship between temperature field, stress field and microstructure2.1.2 基于 Simufact 的焊接過程有限元模擬Simufact Welding 是一款由德國(guó)五大汽車公司聯(lián)合 Simufact Engineering GmbH 公司研發(fā)的一款焊接專用有限元模擬軟件，其將各領(lǐng)域領(lǐng)先的軟件模塊集成于 Simufact 軟件中，包括求解器、CAD 接口、網(wǎng)格劃分和材料性能模擬等。該軟件能夠定義實(shí)際裝夾并預(yù)測(cè)工件的焊縫熔池幾何形貌及焊后殘余應(yīng)力、變形量、材料組織成分及熱處理等。具有以下特點(diǎn)：1) 支持混合網(wǎng)格模型，焊件接觸節(jié)點(diǎn)不需匹配。2) 焊縫網(wǎng)格自適應(yīng)（自動(dòng)根據(jù)焊接進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化和冷卻粗化），增加計(jì)算效率。3) 集成多種熱源混合模型。4) 可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)焊槍和夾具定義與作用時(shí)間精確控制。5) 焊接順序和夾具定義可以靈活變化，方便優(yōu)化焊接結(jié)果。6) 計(jì)算結(jié)果精確。模擬焊接過程的目標(biāo)是控制焊接過程使應(yīng)力梯度和表面拉應(yīng)力最小，因此載荷循環(huán)結(jié)束后裂紋出現(xiàn)更少，部件的使用壽命增加。使用該 Simufact.welding 軟件進(jìn)行焊接仿真

在本文的焊接應(yīng)力應(yīng)變分析中，僅考慮溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的單向影響，將計(jì)算得到的溫度場(chǎng)作為結(jié)果使用間接耦合分析法加載到應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算中，步驟如下：圖2-2 熱力耦合求解過程Fig.2-2 Schematic diagram of coupled thermos-solving process2.2 熱源模型在焊接有限元分析中，采用符合實(shí)際焊接過程的熱源模型極為關(guān)鍵。焊接熱源模型是焊件熱輸入過程與時(shí)間和空間相關(guān)的數(shù)學(xué)表達(dá)式。熱源模型對(duì)瞬態(tài)焊接溫度場(chǎng)的計(jì)算精度，特別是靠近熱源的地方有很大影響[50]。根據(jù)熱源不同的加載方式，焊接熱源可以分為集中熱源、平面分布熱源和體積分布熱源。與集中熱源相比，平面熱源和體積熱源將能量依照特定規(guī)律分布在模擬空間內(nèi)，更加符合實(shí)際。與面熱源相比，體積熱源能夠模擬深寬比較大的焊縫，焊接熱源的熱流密度不僅作用于工件表面，也沿工件厚度方向作用。因此

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本文編號(hào)：2831593