【摘要】：真空室是磁約束核聚變反應(yīng)堆的核心部件,主要起支撐內(nèi)部部件、為等離子體提供穩(wěn)態(tài)運(yùn)行環(huán)境的作用,因此對真空室成型尺寸精度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和疲勞壽命有很高的要求。真空室是具有復(fù)雜輪廓的雙層殼體結(jié)構(gòu),截面為D形,具有尺寸大、重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜和對材料性能要求高的特點(diǎn)。真空室由8個扇區(qū)拼焊而成,在制造過程中每個1/8扇區(qū)又由4個1/32扇區(qū)拼焊而成,1/32扇區(qū)則是由4個PS(Poloidal Segment)段拼焊而成,每個PS段則是由壓制成型件拼焊而成。在真空室成型過程中使用了很多焊接方法,比如:氬弧焊、電子束焊接、窄間隙焊接等。焊接由于局部熱輸入會產(chǎn)生焊接熱變形,而焊接變形對真空室的成型尺寸精度產(chǎn)生影響,因此要在焊接過程中控制焊接變形。為了實(shí)現(xiàn)對真空室焊接變形的控制,使用固有應(yīng)變法對真空室焊接變形進(jìn)行預(yù)測,主要研究焊接順序和外部約束條件對焊接變形的影響。通過設(shè)置不同的焊接順序?qū)S1段、PS2/PS4段、PS3段、1/32扇區(qū)和1/16扇區(qū)的焊接變形進(jìn)行了模擬,在焊接變形模擬中根據(jù)焊接順序激活相應(yīng)的焊接件。根據(jù)無外部約束時的焊接變形情況,制定了外部約束條件,研究了外部約束條件對焊接變形的影響。結(jié)果表明:焊接順序不同其焊接部件變形量及最大焊接變形位置不同,施加外部約束能夠明顯減少焊接變形量。通過對焊接變形的模擬可以制定外部約束條件,確定焊接變形最小的焊接方案,可以為工程實(shí)踐提供參考。在焊接過程中采用剛性約束的方法控制焊接變形,會使得真空室焊后產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力,殘余應(yīng)力會使焊接結(jié)構(gòu)出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕、導(dǎo)致微觀裂紋擴(kuò)展,對真空室結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和疲勞壽命產(chǎn)生很大影響。為了減少焊接殘余應(yīng)力對真空室的影響,需要在焊接過程中及焊接完成后消除焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力的消除方法很多,受到真空室結(jié)構(gòu)、重量及材料性能的影響,適合于真空室焊接殘余應(yīng)力消除的方法受到了限制。比較適合于真空室焊接殘余應(yīng)力消除的方法包括熱處理法、隨焊超聲沖擊法、噴丸法和振動時效法。為對上述方法開展相應(yīng)的工藝研究,設(shè)計了與真空室焊縫結(jié)構(gòu)相似的焊接試板,使用熱彈塑性法模擬了窄間隙焊接的過程,得到了焊接溫度場和應(yīng)力場,結(jié)果表明:焊接過程中溫度呈周期性變化,焊接溫度場和應(yīng)力場關(guān)于焊縫呈對稱分布。將焊接模擬結(jié)果作為初始條件,模擬了隨焊超聲沖擊對焊接殘余應(yīng)力的影響,結(jié)果表明:隨焊超聲沖擊能明顯改善橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力的分布,為沖擊區(qū)域引入殘余壓應(yīng)力。將焊接模擬結(jié)果作為初始條件,使用SPH方法模擬了噴丸處理對焊接殘余應(yīng)力的影響,結(jié)果表明:使用SPH方法能夠完成對噴丸處理的模擬,噴丸處理能夠明顯改善橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力的分布;使沖擊區(qū)域表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力。通過軟件模擬結(jié)合實(shí)際情況,給出了 PS1段、PS2/PS4段、PS3段、1/32扇區(qū)和1/16扇區(qū)振動時效的參數(shù),包括:支撐點(diǎn)、激勵點(diǎn)、激振頻率、激振力和激振時間。在綜合考慮材料性能、結(jié)構(gòu)變形量及去應(yīng)力效果的條件下制定了真空室焊后熱處理工藝,按照制定的熱處理工藝進(jìn)行了試驗研究,結(jié)果表明:熱處理能夠有效的減少焊接殘余應(yīng)力的幅值,改善焊接殘余應(yīng)力的分布。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TL628

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本文編號：2349316