中频电磁感应加热线圈参数对核电大型工件焊后消氢温度分布的影响

发布时间：2020-05-10 16:46

【摘要】：本文主要研究核电堆芯补水箱筒体和蒸发器管板堆焊焊后消氢的感应加热工艺。针对筒体和管板被加热工件的形状,设计感应线圈结构,研究感应加热线圈的结构参数和电源参数对筒体和管板堆焊焊后消氢感应加热温度分布的影响。基于电磁学和传热学的基本原理,分析了电磁感应加热过程电磁场和温度场的数学模型,建立了核电大型工件感应加热的电磁-热耦合模型,然后使用ANSYS软件,计算了感应加热后被加热工件温度分布情况。首先对补水箱筒体内壁堆焊焊后感应加热温度场进行模拟分析,针对筒体的结构特点,设计了C型感应线圈。研究了感应线圈的匝数、线圈与工件的加热距离、电流、频率对筒体温度分布的影响。结果表明,电流、频率和线圈匝数越大时,筒体感应加热效果越好,筒体内外壁温差越小,温度分布越均匀;感应线圈与筒体的加热距离越近,筒体的温度分布基本不变,但最终加热温度越高。当电流215A,频率10kHz,线圈匝数7匝,线圈与工件的距离25mm时,筒体感应加热温度可以满足焊后热处理的工艺要求。最后通过实验验证的方式,将模拟结果与实验结果对比,发现模拟温度与实验温度趋势相同,存在5℃的温差,两者温度比较吻合。其次对蒸发器管板一次侧大面积堆焊焊后感应加热温度场进行数值分析,设计了管板感应加热的感应线圈结构。分别研究只有侧面感应线圈和只有底面感应线圈以及侧面和底面感应线圈三种情况感应加热后,管板温度的分布情况。结果表明,当电流为145A,频率为10kHz,侧面线圈4匝,底面线圈5匝,管板感应加热后温度场分布满足加热工艺要求。最后通过实验验证方式,管板模拟温度和实验温度趋势相同,大小存在8℃左右的合理温差。
【图文】：

核电,压力容器

因此一回路流体设备的内表面需要堆焊不锈钢或镍基合金以提高设蚀、耐热、耐辐射及服役寿命[1]。此外，石油化工、煤化工、火电设施等压容器装备也会采用金属堆焊技术将合金材料熔覆于基材，，用于强化材件的表面性能[2]。为保证核电设备的正常运行，核电大型压力容器的制造须具有良好的致密性和均匀性、良好的力学性能、焊接性和高温热稳定电一回路设备所用材料通常经过熔炼、铸造、锻造和焊接完成，其中焊是核电流体设备制造的重要一环，因此需要对焊接工艺进行详尽的研究焊接质量并提高设备的服役寿命和可靠性。目前我国压水堆核电站一回路流体设备用钢是采用美国 ASME 标508-3 钢。SA508-3 钢属于低碳、低合金钢[3]，这种钢中碳化物元素 C、o 的含量低，材料的热裂纹敏感性降低，工件堆焊合金层后，焊件产生热倾向较低。SA508-3 钢中含有一定量的 Mn 元素，增加了材料的淬透性和508-3 钢主要用于制造核反应堆压力容器的筒体、封头以及法兰，还广泛造核电稳压器、蒸发器、冷凝器的压力壳及管板，以及主泵和堆芯补水壳等[4]。图 1-1是核反应堆压力容器的筒体和安全注水箱的封头。

传统加热,方式

接材料以及母材中氢气没有及时排出时，在焊接接头处会氢气会成氢致裂纹。这两种缺陷严重影响了焊接接头的性能以及核电设在工业中通常使用焊前预热和焊后消氢处理的方式降低这两种焊可能性。前预热可以提高金属制品的可焊性，尤其是高强度钢的可焊性，可以保证焊接过程的层间温度，降低残余应力的形成几率。焊后后的冷却速度，有助于焊缝中扩散氢的逸出，降低氢致裂纹的可效的减少焊缝和热影响区的淬硬程度，提高焊接接头的抗裂性能大的工件，通过焊前预热裂纹的发生率明显降低[6]。对焊接接头进的焊后热处理的主要目是消氢、消除焊接应力和改善焊缝组织的文主要研究核电一回路大型流体设备工件堆焊焊后的消氢处理，使工件的加热温度在 300℃-400℃范围内进行低温热处理，加快焊中氢的逸出，可有效防止低合金高强钢焊接产生氢致裂纹[7]。前，在我国工业中对大型压力容器焊后热处理的传统加热方式主、电阻加热[8]。传统的火焰加热和陶瓷片电阻加热方式分别如图 1
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM623

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