GB50011-2001建筑抗震设计规范.pdf

摘要
论文题目: 厚壁压力容器焊接残余应力及变形的数值研究
学科名称: 材料科学与工程
研究生: 张美丽签名:
指导教师: 张敏教授签名:
摘要
本文以高温气冷堆厚壁核压力容器上大开口接管处马鞍型焊缝的残余应力及变形为
出发点,通过有限元数值分析,采用“生死单元法”模拟了在多层多道焊工艺条件下的焊
接接头的残余应力及变形,以期为厚壁核压力容器焊接制造过程中残余应力的消除和变形
控制提供指导。
首先,本文采用数值计算的方法,对同种坡口形式的焊接接头进行了不同焊接工艺参
数的残余应力及变形的分析研究。计算结果表明,把焊缝中心的温度分别升至 130 ℃、
1400 ℃和 1460 ℃,焊接完成之后,不论是哪个方向的应力,均集中在焊缝区域且应力随
着远离焊缝中心逐渐减小,焊缝处虽有个别节点应力超过材料的屈服极限,但对整体的焊
接结构影响不大; 而三种工艺参数的焊后变形最大值均位于大接管左侧的焊缝处,沿左侧
焊缝向容器底部方向变形逐渐减小,在接近容器底部变形又开始增大。通过对比,130 0 ℃
焊后的应力和变形值均小于其它两种焊接工艺参数。
其次,在焊接制造过程中, 由于坡口形式及尺寸对焊后的残余应力及变形影响很大。
本文在同种焊接工艺参数下,对三种不同坡口形式的焊接接头进行了焊接数值模拟。计算
结果表明,30m m 和 38rn们n 两种不同宽度的 I 型坡口,在焊后 30 m m 宽的残余应力相对较
小,变形相对较大; 30 们nrn 宽的 I 型坡口和双 U 型坡口,在焊后双 U 型坡口的残余应力
相对较小,变形相对较大。同时为了分析焊接道数和边界约束对焊接残余应力及变形的影
响,对 30~ 宽的 I 型坡口和双 U 型坡口进行了不同焊道数和自由变形的模拟计算,结
果表明增加焊接道数和不加边界约束对残余应力的影响不大,但使得变形相对增大。
最后,为了保证焊接结构的安全可靠,本文用高温热处理法对焊接残余应力进行了消
除,对计算结果进行综合对比,6 10 ℃ x3h 热处理后的应力与变形相对最低。因此在所选
的工艺中,热处理 3 小时较为合理。同样为了防止焊接变形对加工制造、装配等产生不利
影响,结合本文变形的有限元模拟结果,建议采用反变形法进行控制。
关键词: 有限元; 残余应力; 焊接工艺; 坡口形式; 热处理
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