多焊缝管板结构焊接工艺与残余应力分析 摘 要 近年来，压水式反应堆和沸水堆带有贯穿件的焊接结构中发现了应力腐蚀裂纹，对 核电运行造成了潜在的安全隐患，这已经引起了研究人员的重视。材料性能、腐蚀介质 和应力状态是造成应力腐蚀裂纹的三个主要因素，尤其是在焊缝区附近产生的焊接残余 应力较大，是导致焊接件中出现应力腐蚀裂纹的重要因素。采用数值模拟方法，对异种 金属管板焊接结构进行残余应力的预测与评价，对于核反应堆中贯穿件的焊接具有重要 意义。 为了优化大型多焊缝管板结构的焊接工艺，本文利用焊接热传导、焊接热弹塑性有 限元分析理论和 ANSYS 大型有限元分析软件，以同种金属管板结构焊接温度场和残余 应力场的数值模拟为基础，提出了适用于有 T 型材的多焊缝管板结构焊接残余应力场数 值模拟的有限元模型和热源加载方式、多层焊道的填充等计算方法，并分析了坡口角度、 焊接顺序和焊缝相交处堆焊对焊接残余应力的
采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪、维氏硬度仪及金相观察等分析手段,对开裂螺旋焊缝管进行取样分析,利用冲击试验测试了管道母材的抗开裂能力。结果表明:该管道焊缝存在明显缺陷,缺陷类型包括存在于焊缝中的焊缝金属裂纹和夹杂,存在于热影响区中的焊趾裂纹和焊接裂纹,同时在热影响区及母材中存在夹杂。在高外载作用下,由于焊缝区硬度高于热影响区及母材的硬度,使得焊趾裂纹先于焊缝金属裂纹向热影响区扩展。热影响区中沿轧制方向排列的层状夹杂的存在促进了裂纹的扩展,形成层状撕裂,最终导致管道沿热影响区开裂直至母材。
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