反应堆压力容器内环形件焊接变形及应力仿真

发布时间：2020-09-10 18:13

　　反应堆压力容器(RPV)通常采用锻造的方式成型,但随着反应堆朝着小型化方向的发展,焊接成为了反应堆制造的重要手段之一。焊接过程中不可避免的残余应力和残余变形容易造成焊接接头断裂、破坏,影响结构的强度和装配精度。本文以反应堆压力容器内环形件为研究对象,主要利用数值模拟方法,结合试验验证,确定了一种适用于大厚度焊接件残余应力预测的高效数值方法,并从模型维度、几何尺寸和材料模型等方面对残余应力状态的影响进行了分析。本研究对于核电设备的设计制造有着重要的理论指导意义和工程应用价值。利用有限元二维轴对称模型并结合给定温度热源模型计算了筒体支撑环结构的焊接和热处理过程。结果表明,数值计算结果与试验值吻合较好,焊接结构的表层焊缝表现出较高的残余应力,经热处理后,残余应力基本上可以得到完全消除,而与中间热处理次数无关。对比三维模型和二维轴对称模型,结果无明显差异;堆焊层交界面应力较大,且热处理作用不大。利用上述有限元方法进行了大量的数值计算,发现材料种类、材料本构模型、焊接顺序和结构尺寸等因素均会对残余应力和残余变形产生一定影响。在此方法的基础上使用焊道集中算法可以进一步提高计算效率,同时保证计算精度。工作载荷耦合焊接残余应力会对结构应力状态产生影响,但仍满足强度设计要求。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG404
【部分图文】：

支撑环,筒体结构

nsys 有限元软件对结构进行离散，采用真模拟。焊接模拟与实际焊接过程保处理。计算过程中采用给定温度场热终考察构件的焊后残余应力分布。接结构内部结构需要在内部进行支撑，设计时部构件，见图 2-1，其材料为核电用钢，厚度为 315mm；筒体壁厚为 190m与支撑环进行对焊焊接，焊接坡口加工造时，筒体内表面与支撑环表面均需要容器主体造成腐蚀。因此，本文中部分

路径图,焊缝坡口,路径,示意图

厚度为 315mm，焊接前经机加工加工出 U 型坡口，如图 2-2 所示。焊接前采用图 2-3。焊条选用低合金钢焊条，焊接，焊接电流为 550~570A，焊接速度为 35mm，焊接时间为 30 分钟，如图 2-4 所为 6 个阶段。首先填充正面坡口，填充度后，停止焊接，送至加热炉内进行热理完成后将构件翻转进行机加工清根，三步继续翻转工件进行正面第二次焊接作。至此，完成全部焊接和热处理过程处理。

示意图,火焰,坡口,三次

到反面坡口填满。第三步继续翻转工件进行正面第二次焊接，填充正面坡口余下部分并进行热处理操作。至此，完成全部焊接和热处理过程，整个过程中总共经历三次焊接和三次热处理。图 2-2 焊缝坡口示意图和路径定义Fig.2-2 Weld groove diagram and path definition

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