核反应堆压力容器CRDM底座焊接残余应力分布规律研究
发布时间：2020-10-01 15:01
核反应堆压力容器(Reactor Pressure Vessel,RPV)是压水堆的关键设备之一,其完整性对反应堆安全具有举足轻重的地位。控制棒驱动机构(Control Rod Drive Mechanism,CRDM)管座贯穿于RPV上封头之中并与其焊接,所形成的J型坡口焊接形式复杂且不经热消除,焊接残余应力水平较高,可能诱发应力腐蚀,使堆芯冷却剂泄漏,严重影响核电站安全可靠运行。因此有必要对RPV上封头与CRDM贯穿件J型焊缝区的残余应力产生、分布规律及开裂进行研究,从而为核电异种材料焊缝的质量评定和寿命预测提供参考,优化焊接工艺,确保RPV全寿命周期内的安全可靠运行。本文以核反应堆压力容器上封头与CRDM贯穿件的装配底座J型焊缝为研究对象,展开了如下研究工作:(1)首先使用Simufact Welding软件采用热弹塑性有限元法计算CRDM底座焊接过程温度场及残余应力场,分析焊缝表面及贯穿件的受力规律;然后采用盲孔法对全尺寸样品进行试验测量,以对有限元法的计算结果进行有效性验证,得出两者的应力分布规律符合良好,表明本文提出的模拟方法可有效反映J型坡口焊缝多层多道焊的焊接残余应力分布情况。(2)通过对不同坡口形式,不同焊接工艺参数条件下焊后应力残余应力的对比,得到了焊接条件对残余应力分布的影响情况。结果表明:其余焊接条件相同时,焊接残余应力与层间冷却时间呈正相关,而与焊接速度大小呈负相关。(3)在J型坡口的焊接模拟过程中,分析了贯穿件的焊接角变形规律,结果表明贯穿件受热源影响变形总是与热源方向相反。热源加载过程中,加热区域受热膨胀引起该部位角变形增大,且已焊接区域焊道降温收缩,在两者共同作用下贯穿件总是倾斜向焊接起始端方向。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL351.6;TG404
【部分图文】：
坡口角度、焊接速度等对焊后残余应力的影响，完成焊接优化方案的选择。具体研究工作的流程如图所示：图1-1 技术路线图Fig.1-1 Technology roadmap
对于焊接结构，在温度场、应力应变及微观结构之间有着复杂的内在联系，见图 2-1：图2-1 温度场、应力场、金相组织三者之间的相互关系Fig.2-1 The relationship between temperature field, stress field and microstructure2.1.2 基于 Simufact 的焊接过程有限元模拟Simufact Welding 是一款由德国五大汽车公司联合 Simufact Engineering GmbH 公司研发的一款焊接专用有限元模拟软件，其将各领域领先的软件模块集成于 Simufact 软件中，包括求解器、CAD 接口、网格划分和材料性能模拟等。该软件能够定义实际装夹并预测工件的焊缝熔池几何形貌及焊后残余应力、变形量、材料组织成分及热处理等。具有以下特点：1) 支持混合网格模型，焊件接触节点不需匹配。2) 焊缝网格自适应（自动根据焊接进行网格细化和冷却粗化），增加计算效率。3) 集成多种热源混合模型。4) 可以实现多个焊枪和夹具定义与作用时间精确控制。5) 焊接顺序和夹具定义可以灵活变化，方便优化焊接结果。6) 计算结果精确。模拟焊接过程的目标是控制焊接过程使应力梯度和表面拉应力最小，因此载荷循环结束后裂纹出现更少，部件的使用寿命增加。使用该 Simufact.welding 软件进行焊接仿真
在本文的焊接应力应变分析中，仅考虑温度场对应力场的单向影响，将计算得到的温度场作为结果使用间接耦合分析法加载到应力场的数值计算中，步骤如下：图2-2 热力耦合求解过程Fig.2-2 Schematic diagram of coupled thermos-solving process2.2 热源模型在焊接有限元分析中，采用符合实际焊接过程的热源模型极为关键。焊接热源模型是焊件热输入过程与时间和空间相关的数学表达式。热源模型对瞬态焊接温度场的计算精度，特别是靠近热源的地方有很大影响[50]。根据热源不同的加载方式，焊接热源可以分为集中热源、平面分布热源和体积分布热源。与集中热源相比，平面热源和体积热源将能量依照特定规律分布在模拟空间内，更加符合实际。与面热源相比，体积热源能够模拟深宽比较大的焊缝，焊接热源的热流密度不仅作用于工件表面，也沿工件厚度方向作用。因此
本文编号：2831593
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TL351.6;TG404
【部分图文】：
坡口角度、焊接速度等对焊后残余应力的影响，完成焊接优化方案的选择。具体研究工作的流程如图所示：图1-1 技术路线图Fig.1-1 Technology roadmap
对于焊接结构，在温度场、应力应变及微观结构之间有着复杂的内在联系，见图 2-1：图2-1 温度场、应力场、金相组织三者之间的相互关系Fig.2-1 The relationship between temperature field, stress field and microstructure2.1.2 基于 Simufact 的焊接过程有限元模拟Simufact Welding 是一款由德国五大汽车公司联合 Simufact Engineering GmbH 公司研发的一款焊接专用有限元模拟软件，其将各领域领先的软件模块集成于 Simufact 软件中，包括求解器、CAD 接口、网格划分和材料性能模拟等。该软件能够定义实际装夹并预测工件的焊缝熔池几何形貌及焊后残余应力、变形量、材料组织成分及热处理等。具有以下特点：1) 支持混合网格模型，焊件接触节点不需匹配。2) 焊缝网格自适应（自动根据焊接进行网格细化和冷却粗化），增加计算效率。3) 集成多种热源混合模型。4) 可以实现多个焊枪和夹具定义与作用时间精确控制。5) 焊接顺序和夹具定义可以灵活变化，方便优化焊接结果。6) 计算结果精确。模拟焊接过程的目标是控制焊接过程使应力梯度和表面拉应力最小，因此载荷循环结束后裂纹出现更少，部件的使用寿命增加。使用该 Simufact.welding 软件进行焊接仿真
在本文的焊接应力应变分析中，仅考虑温度场对应力场的单向影响，将计算得到的温度场作为结果使用间接耦合分析法加载到应力场的数值计算中，步骤如下：图2-2 热力耦合求解过程Fig.2-2 Schematic diagram of coupled thermos-solving process2.2 热源模型在焊接有限元分析中，采用符合实际焊接过程的热源模型极为关键。焊接热源模型是焊件热输入过程与时间和空间相关的数学表达式。热源模型对瞬态焊接温度场的计算精度，特别是靠近热源的地方有很大影响[50]。根据热源不同的加载方式，焊接热源可以分为集中热源、平面分布热源和体积分布热源。与集中热源相比，平面热源和体积热源将能量依照特定规律分布在模拟空间内，更加符合实际。与面热源相比，体积热源能够模拟深宽比较大的焊缝，焊接热源的热流密度不仅作用于工件表面，也沿工件厚度方向作用。因此
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本文编号：2831593
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