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)形件為研究對象,主要利用數(shù)值模擬方法,結(jié)合試驗驗證,確定了一種適用于大厚度焊接件殘余應(yīng)力預(yù)測的高效數(shù)值方法,并從模型維度、幾何尺寸和材料模型等方面對殘余應(yīng)力狀態(tài)的影響進行了分析。本研究對于核電設(shè)備的設(shè)計制造有著重要的理論指導意義和工程應(yīng)用價值。利用有限元二維軸對稱模型并結(jié)合給定溫度熱源模型計算了筒體支撐環(huán)結(jié)構(gòu)的焊接和熱處理過程。結(jié)果表明,數(shù)值計算結(jié)果與試驗值吻合較好,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)無關(guān)。對比三維模型和二維軸對稱模型,結(jié)果無明顯差異;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行了大量的數(shù)值計算,發(fā)現(xiàn)材料種類、材料本構(gòu)模型、焊接順序和結(jié)構(gòu)尺寸等因素均會對殘余應(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一步提高計算效率,同時保證計算精度。工作載荷耦合焊接殘余應(yīng)力會對結(jié)構(gòu)應(yīng)力狀態(tài)產(chǎn)生影響,但仍滿足強度設(shè)計要求。
【學位單位】：天津大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TG404
【部分圖文】：

nsys 有限元軟件對結(jié)構(gòu)進行離散，采用真模擬。焊接模擬與實際焊接過程保處理。計算過程中采用給定溫度場熱終考察構(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)部進行支撐，設(shè)計時部構(gòu)件，見圖 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)進行對焊焊接，焊接坡口加工造時，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，焊接時間為 30 分鐘，如圖 2-4 所為 6 個階段。首先填充正面坡口，填充度后，停止焊接，送至加熱爐內(nèi)進行熱理完成后將構(gòu)件翻轉(zhuǎn)進行機加工清根，三步繼續(xù)翻轉(zhuǎn)工件進行正面第二次焊接作。至此，完成全部焊接和熱處理過程處理。

到反面坡口填滿。第三步繼續(xù)翻轉(zhuǎn)工件進行正面第二次焊接，填充正面坡口余下部分并進行熱處理操作。至此，完成全部焊接和熱處理過程，整個過程中總共經(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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