低活化铁素体马氏体钢焊接模拟与实验研究

发布时间：2017-10-09 14:16

  本文关键词：低活化铁素体马氏体钢焊接模拟与实验研究

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【摘要】：托卡马克的核聚变装置是世界上被公认可以实现磁约束核聚变的装置,未来可以用此装置实现聚变能发电。其中核聚变装置最为重要的部件之一是包层模块。由于包层模块工作条件比较恶劣,因此对结构材料的各方面性能要求都比较高,低活化铁素体/马氏体钢(简称RAFM钢)以其优良的物理性能、机械性能被科学家看作是未来聚变堆的最理想结构材料。焊接作为重要的制造工艺被广泛用于包层的各个重要部位的接合。中国在RAFM钢焊接方面的研究相对较少,目前正处于研究测试阶段,需要进一步研究RAFM钢的焊接制造工艺技术。为寻找RAFM钢合适的焊接方法和工艺,本文在ANSYS有限元分析软件的基础上,针对RAFM钢包层焊接工艺,分别设计了TIG焊、激光焊以及电子束焊三种焊接方法进行研究。主要研究内容有:1.以ANSYS有限元分析软件为基础,运用APDL参数化语言编程实现参数化建模,实现整个焊接过程的动态模拟,分别采用均匀热源、高斯热源以及电子束热源模型,建立了精准的RAFM钢TIG焊、激光焊、电子束焊平板对接三维有限元模型,提高了计算精度。2.通过模拟计算和实测得出瞬态温度场的分布以及焊件不同位置在焊接过程中经历的焊接热循环曲线,验证了ANSYS模拟结果和实验结果的一致性。对焊后三种焊件分别测量热影响区宽度、焊缝宽度以及焊后的变形量等,并将三种焊件的实验结果分析比较。3.采用热-结构耦合技术,模拟TIG焊、激光焊、电子束焊焊后残余应力,并运用盲孔法测量三种焊接方式下焊件不同位置的残余应力,并与模拟值分析比较,得出正确的RAFM钢焊件残余应力分布情况。4.对三种焊接方式下的焊件进行各项力学性能测试实验,并将所得实验数据进行对比分析,结果表明:电子束焊试件温度分布和残余应力分布都较其他两种小,各项力学性能都最为优异,最合适用于RAFM钢焊接。
【关键词】：聚变堆 包层 温度场 应力场 模拟 焊接
【学位授予单位】：安徽农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 研究背景及课题来源13-14
• 1.2 RAFM钢的特点焊接性能14-15
• 1.3 RAFM钢焊接的国内外研究现状15
• 1.4 焊接残余应力数值模拟现状及发展趋势15
• 1.5 焊接热源研究现状15-17
• 1.6 本文主要研究内容17-18
• 第二章 RAFM钢焊接数值模拟18-29
• 2.1 单元的选取及网格划分18
• 2.2 RAFM钢的材料参数18-19
• 2.3 热源的选取、边界条件及约束设置19-20
• 2.4 温度场结果分析20-26
• 2.4.1 TIG焊温度场分析20-22
• 2.4.2 激光焊温度场分析22-24
• 2.4.3 电子束焊温度场分析24-26
• 2.5 焊接应力场模拟结果分析26-28
• 2.5.1 TIG焊应力场分析26
• 2.5.2 激光焊应力场分析26-27
• 2.5.3 电子束焊应力场分析27-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第三章 RAFM钢焊接实验29-49
• 3.1 焊接实验29-33
• 3.1.1 实验材料29
• 3.1.2 实验前对RAFM钢的切割和清洗29
• 3.1.3 焊接实验装置29-31
• 3.1.4 焊接实验方法31-33
• 3.2 温度测量实验33-36
• 3.2.1 TIG焊温度实验结果33-34
• 3.2.2 激光焊温度实验结果34-35
• 3.2.3 电子束焊温度实验结果35-36
• 3.3 焊接残余应力实验36-40
• 3.3.1 盲孔法残余应力原理36-37
• 3.3.2 残余应力设备37-38
• 3.3.3 残余应力测量步骤38-40
• 3.4 焊接残余应力试验结果40-42
• 3.4.1 TIG焊残余应力结果分析40-41
• 3.4.2 激光焊残余应力结果分析41
• 3.4.3 电子束焊残余应力结果分析41-42
• 3.5 焊接性能测试实验42-48
• 3.5.1 焊接外观检测与无损探伤42-43
• 3.5.2 拉伸性能测试43-44
• 3.5.3 冲击测试44-45
• 3.5.4 硬度测试45-46
• 3.5.5 接头组织性能分析46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第四章 模拟与实验结果比较49-61
• 4.1 温度模拟与实验结果比较49-53
• 4.1.1 TIG焊温度模拟与实验结果比较49-50
• 4.1.2 激光焊温度模拟与实验结果比较50-52
• 4.1.3 电子束焊温度模拟与实验结果比较52-53
• 4.2 残余应力模拟与实验结果比较53-57
• 4.2.1 TIG残余应力与实验结果比较53-54
• 4.2.2 激光焊残余应力模拟与实验结果比较54-55
• 4.2.3 电子束焊残余应力模拟与实验结果比较55-57
• 4.3 三种焊接方式模拟与实验结果比较57-59
• 4.3.1 三种焊接方式温度比较57-58
• 4.3.2 残余应力结果对比58-59
• 4.4 本章小结59-61
• 第五章 总结与展望61-63
• 5.1 结论与创新61
• 5.2 不足与展望61-63
• 参考文献63-67
• 致谢67-68
• 作者简介68-69
• `攻读硕士期间发表的论文69

【参考文献】

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本文编号：1000639