【摘 要】
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安全壳是核电站的最后一道屏障,可防止核物质泄漏和保护核岛免受外来冲击。安全壳在焊接制造过程中会产生较大的残余应力,导致接头区域容易产生裂纹等缺陷。焊后热处理作为消除残余应力的最主要方法,是保障安全壳结构完整性的重要一环。然而,现有标准对局部热处理加热带宽度的选取存在较大差异,而加热宽度作为局部热处理的重要控制参数,会直接影响热处理效果的好坏。本文以安全壳接头为研究对象,采用数值模拟的方法分别对等厚
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安全壳是核电站的最后一道屏障,可防止核物质泄漏和保护核岛免受外来冲击。安全壳在焊接制造过程中会产生较大的残余应力,导致接头区域容易产生裂纹等缺陷。焊后热处理作为消除残余应力的最主要方法,是保障安全壳结构完整性的重要一环。然而,现有标准对局部热处理加热带宽度的选取存在较大差异,而加热宽度作为局部热处理的重要控制参数,会直接影响热处理效果的好坏。本文以安全壳接头为研究对象,采用数值模拟的方法分别对等厚和不等厚接头焊接热处理过程进行模拟,重点分析加热带宽度对接头残余应力消除的影响规律,最终建立基于焊接接头厚度的安全壳局部热处理加热带宽度计算公式,为核电安全壳热处理提供参考。本论文主要工作和研究结论如下:(1)以安全壳筒体环焊缝为研究对象,利用ABAQUS建立二维轴对称模型,对等厚度接头焊接热处理过程进行模拟。结果表明,等厚度接头焊接残余应力分布关于焊缝中心线近似对称。环向应力和Mises应力分布相似,是焊接接头主要残余应力。对于轴向应力,焊缝表面和浅层区域分布较大拉应力,内表面分布高于外表面。焊趾存在应力集中,是接头薄弱区域。局部热处理可改变焊接残余应力分布,使接头沿壁厚方向呈条带状分布。最大残余应力随加热宽度的增加先缓慢上升后大幅下降然后有所回升,基于残余应力消除准则,推荐3 Rt(3000 mm)作为安全壳环焊缝局部热处理加热带宽度。(2)开展安全壳筒体和补强板焊接热处理研究。残余应力场分布显示,不等厚接头各焊道之间也存在较为明显的应力梯度,在盖面层最后一道焊底部存在较大拉应力,其表面应力略有降低。局部热处理时可通过增加厚板侧加热带宽度改善厚薄板变形不协调情况。热处理残余应力场表明,轴向应力受热处理影响最大,是接头局部焊后热处理的主要应力。热处理后薄板内侧表现为较大轴向拉应力,薄板焊趾位置应力较为集中。(3)通过有限元模拟研究了不同厚度比接头在不同辅助加热带宽度下的应力变形情况。结果表明,随着加热带宽度的增加,不等厚接头应力变形变化规律相同。轴向残余应力随加热宽度的增加而降低,当加热宽度达到一定值时,轴向应力变化十分缓慢;环向残余应力表现为先下降后上升再基本不变的趋势。径向残余变形和过程中最大径向位移随加热宽度的增加先下降后基本稳定。保温结束时刻接头轴向和环向应力都随加热宽度的增加表现为先上升后不变的规律,且环向应力变化范围小于轴向应力。(4)基于接头焊接残余应力消除准则,结合不等厚接头在不同辅助加热带宽度下局部热处理后最大残余变形和热处理过程中应力变形情况,分别确定了厚度比为1.5、2和2.5的不等厚接头最佳辅助加热带宽度为1250 mm、1500 mm和1750 mm。不同厚度比接头最佳辅助加热带宽度和厚度比k大致呈正相关的关系,厚度比越大,达到相同热处理效果,所需辅助加热带宽度就更大,推导得到了基于厚度比的不等厚接头加热带宽度计算公式。
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