KDZS型锅炉筒壁焊接坡口分析及其吊耳焊装研究

发布时间：2017-09-05 10:27

  本文关键词：KDZS型锅炉筒壁焊接坡口分析及其吊耳焊装研究

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【摘要】：本研究以企业产品KDZS型快装蒸汽锅炉为研究对象,对材料为Q345R筒壁板材及吊耳进行不同焊接工艺的三维动态仿真研究,分析了采用不同坡口形式及焊接顺序下的温度场、应力场及残余应力分布;通过焊接试验进行金相组织和硬度分析,比较了不同工艺下的焊接接头显微组织性能;通过吊耳吊装模拟分析,验证了新吊装方案的可行性。(1)通过对KDZS型锅炉20 mm厚筒体焊接坡口形式的研究发现,不同坡口形式对焊接残余应力影响较大,其中V型坡口焊接在平行焊接方向残余应力峰值为142MPa,峰值区域位于热影响区;焊缝区域残余应力为62MPa,受夹具影响,母材区域残余应力与焊缝及热影响区相反,为-30MPa;相比X型坡口的应力水平较高,各区域残余应力水平为:热影响区为245MPa,焊缝区为154MPa,母材区为-80MPa;Y型坡口残余应力为:热影响区为230MPa,焊缝区为130MPa,母材区为-50MPa。对比残余应力分布结果,采用V型坡口可有效降低应力水平。(2)通过对不同焊接顺序的吊耳试样进行显微组织观察及硬度测试发现:双边交替焊与单边依次焊接相比,双边交替焊试样中板条铁素体含有比例多,珠光体含量明显减小,过渡焊缝中的柱状晶比例和尺寸相对较大,晶粒也更加粗大。由于两者都经过了后续焊道的热循环作用,组织转变过程相同,中心焊缝的组织两种方案相似。两方案维氏硬度值相似,母材区域硬度值为165、170、175(kgf/mm~2),焊缝区域硬度值为180、185(kgf/mm~2),热影响区硬度值均高于母材及区域,硬度值为190、195(kgf/mm~2),分析原因为热影响区中存在针状铁素体、少量先共析铁素体组织,故与珠光体和铁素体组成的焊缝区域相比硬度值偏高。根据金相分析结果可知,单边依次焊接组织优于双边交替焊接。(3)通过吊耳的焊接模拟分析发现:后续道次的焊接对前道焊接有预热作用,并消除部分残余应力;从残余应力分布可知,两方案应力极值均位于热影响区,其中单边依次焊接应力水平分布在350MPa阶段,而双边交替焊应力水平为390MPa。可以推出采用单边依次焊接方案较双边交替焊接方案在垂直焊接方向上具有更小的残余应力。(4)通过吊耳吊装模拟分析发现,吊装时主要应力集中危险区域分布于吊耳区域,其中板孔与绳索接触区、耳板外部边缘区以及耳板根部区域,应力较大的区域主要为耳孔与钢丝绳接触区域,耳板最外边下部及耳板底部焊缝中心区域,三处的应力水平分别为83.7MPa、152MPa及179MPa,上锅筒无应力集中分布。随着锅炉装备倾角增加,板孔与绳索接触区、耳板外部边缘区以及耳板根部区域应力水平逐渐增高。当倾角为5°时,焊缝区域应力水平峰值达到200MPa,当倾角达到10°时,应力为280MPa,接近材料屈服极限。通过计算结果及数值分析结果可以看出,再无大倾角情况下,采用8吊耳对该型号锅炉进行吊装方案可行。
【关键词】：KDZS型快装蒸汽锅炉 坡口形式 多层多道焊 金相组织分析 吊耳吊装 数值分析
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG44
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 研究背景及意义10-11
• 1.1.1 选题背景概述10-11
• 1.1.2 课题来源11
• 1.1.3 选题意义11
• 1.2 锅炉焊接数值模拟研究发展11-12
• 1.2.1 大型锅炉焊接数值模拟应用现状11-12
• 1.2.2 当前存在问题12
• 1.3 课题研究目的及内容12-13
• 第二章 KDZS型锅炉焊接及吊装分析设置13-21
• 2.1 KDZS型锅炉焊接及吊装数值分析步骤13-14
• 2.2 KDZS型锅炉多层多道焊模拟材料设定14-15
• 2.3 KDZS型锅炉多层多道焊焊接热源模型设置15-17
• 2.4 KDZS型锅炉多层多道焊焊接传热设置17-19
• 2.5 三维多层多道焊焊接结构应力应变计算法19-20
• 2.6 本章小结20-21
• 第三章 KDZS型锅炉筒壁板材焊接坡口形式数值分析21-29
• 3.1 引言21
• 3.2 KDZS型锅炉筒壁板材焊接坡口模型设定21-24
• 3.2.1 焊接热源模型设定21-22
• 3.2.2 物理模型及材料特性设定22-23
• 3.2.3 初始条件和边界条件的设定23-24
• 3.3 KDZS型锅炉筒壁板材不同坡口焊接模拟结果分析24-27
• 3.3.1 坡口形式对热循环的影响24-25
• 3.3.2 坡口形式对残余应力的影响25-27
• 3.4 本章小结27-29
• 第四章 KDZS型锅炉吊耳焊接试验及数值分析29-45
• 4.1 引言29
• 4.2 KDZS型锅炉吊耳焊接试验29-33
• 4.2.1 试验方案29
• 4.2.2 选材及试验参数29-30
• 4.2.3 焊前准备30-31
• 4.2.4 吊耳焊接试验31-32
• 4.2.5 焊后渗透探伤检测32-33
• 4.3 KDZS型锅炉吊耳焊接接头金相与硬度分析33-37
• 4.3.1 吊耳焊接接头金相分析33-36
• 4.3.2 吊耳焊接接头硬度测试36-37
• 4.4 KDZS型锅炉施焊吊耳接头强度计算37-38
• 4.5 KDZS型锅炉吊耳多层多道焊焊接数值模拟38-40
• 4.5.1 模拟参数的设定38-39
• 4.5.2 吊耳焊接分析模型的建立39-40
• 4.6 KDZS型锅炉吊耳施焊顺序对热循环的影响40-41
• 4.7 KDZS型锅炉吊耳施焊顺序对残余应力的影响41-43
• 4.8 KDZS型锅炉吊耳施焊顺序对变形的影响43-44
• 4.9 本章小结44-45
• 第五章 KDZS型整装锅炉起吊吊耳受力分析45-55
• 5.1 引言45
• 5.2 KDZS型整装锅炉起吊方案及计算45-47
• 5.2.1 设备及参数45-46
• 5.2.2 起吊方案及验证计算46-47
• 5.2.3 吊耳强度计算47
• 5.3 KDZS型锅炉模型简化及参数设置47-48
• 5.4 KDZS型整装锅炉吊装数值结果分析48-50
• 5.4.1 变形结果分析48-49
• 5.4.2 应力结果分析49-50
• 5.5 KDZS型整装锅炉装备倾角状态分析50-53
• 5.5.1 5°倾角受力分析50-52
• 5.5.2 10°倾角受力分析52-53
• 5.6 KDZS型整装锅炉不同倾角下吊装吊耳受力分析53
• 5.7 本章小结53-55
• 第六章 结论与展望55-57
• 6.1 结论55-56
• 6.2 研究展望56-57
• 参考文献57-59
• 发表论文和科研情况说明59-60
• 致谢60-61

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本文编号：797439