铍环焊接残余应力的中子衍射测试与有限元分析

发布时间：2019-11-02 17:37

【摘要】：利用稳态堆上的中子衍射应力谱仪开展了铍环激光焊接后的残余应力测试。先进行铍材中子衍射应力测试的参数及其优化研究,在固定堆功率、衍射晶面和规范体积的条件下,选取测试时间分别为600s和6 000s进行铍环上同一点的中子衍射峰的重复性测试,结果表明,后者测试铍材应变的统计误差仅为前者的1/3,其标准偏差约为1.10×10-5。取后者测试时间作为优化参数,对铍环焊缝附近轴向应变和环向应变方向的中子衍射峰进行测试,获得两个方向的残余应变分布,进一步计算出焊接残余应力分布。对铍环激光焊接过程的温度场和应力场进行三维有限元数值模拟,将有限元计算得到的铍环焊缝附近中间壁厚处的残余应力和应变与中子衍射测试结果进行对比,结果表明二者分布规律较为一致。
【图文】：

冷却过程中不同晶面的应变和应力进行了中子衍射测试，并分别建立理论模型评估实验测试的结果，但其实验在散裂中子源上进行。本文利用中国工程物理研究院绵阳堆旁的中子衍射应力谱仪，开展铍材中子衍射应力的测试研究，对测试参数进行优化，利用优化参数进一步测试得到铍环焊缝附近的轴向应变和环向应变分布，以及焊接后的残余应力分布，同时开展铍环激光焊接过程温度场和应力场的三维有限元模拟，对比铍环激光焊接后残余应力和应变有限元计算和测试结果的差异。１实验１．１实验样品实验样品为薄壁铍环（图１）的激光钎熔焊试样，其壁厚为３ｍｍ。焊缝采用自嵌接的焊接止口，为防止铍环在焊接过程中发生开裂，焊接时通常需在焊缝止口内填充铝硅合金作为焊接钎料，以降低铍环的焊接温度并减小焊接应力。采用先预热后焊接的激光钎熔焊工艺，预热温度为９０～１２０℃，焊接时将激光束在焊缝表面聚焦，在夹具的夹持作用下，铍环轴向旋转，实现铍环焊缝一周的激光焊接，激光焊接时采用的激光线能量为１０８Ｊ／ｍｍ。图１铍环结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＢｅｒｉｎｇ图２中子应力谱仪光路示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｂｅａｍｐａｔｈｆｏｒｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ１．２中子衍射应力分析中国工程物理研究院绵阳堆旁的中子衍射应力谱仪的光路结构如图２所示，该谱仪为常波２２５６原子能科学技术第４９卷

图１）的激光钎熔焊试样，其壁厚为３ｍｍ。焊缝采用自嵌接的焊接止口，为防止铍环在焊接过程中发生开裂，焊接时通常需在焊缝止口内填充铝硅合金作为焊接钎料，以降低铍环的焊接温度并减小焊接应力。采用先预热后焊接的激光钎熔焊工艺，，预热温度为９０～１２０℃，焊接时将激光束在焊缝表面聚焦，在夹具的夹持作用下，铍环轴向旋转，实现铍环焊缝一周的激光焊接，激光焊接时采用的激光线能量为１０８Ｊ／ｍｍ。图１铍环结构示意图Ｆｉｇ．１ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＢｅｒｉｎｇ图２中子应力谱仪光路示意图Ｆｉｇ．２Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｏｆｂｅａｍｐａｔｈｆｏｒｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ１．２中子衍射应力分析中国工程物理研究院绵阳堆旁的中子衍射应力谱仪的光路结构如图２所示，该谱仪为常波２２５６原子能科学技术第４９卷

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【共引文献】

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