承壓容器焊接接頭殘余應(yīng)力測試及有限元分析.pdf

1、本文通過應(yīng)力測量手段并結(jié)合數(shù)值模擬技術(shù)研究典型承壓設(shè)備焊接接頭的工作應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力。
　　 對δ=150mm超厚板立位焊焊接接頭進(jìn)行殘余應(yīng)力測量，結(jié)果表明:該厚板接頭厚度方向的根部區(qū)域焊后殘余應(yīng)力達(dá)到600MPa;而上端焊縫中心至熔合線處，殘余應(yīng)力由494MPa下降到302MPa;接頭平板方向上，焊縫中心殘余應(yīng)力為508MPa;其余區(qū)域應(yīng)力值與厚度方向相當(dāng)。經(jīng)過熱處理，接頭厚度方向上焊縫區(qū)的應(yīng)力降幅為64％，而平板方向達(dá)到5

2、6％。硬度測量結(jié)果顯示在厚度與平板方向上硬度較熱處理前降低了20-25％，接頭塑韌性得到改善。
　　 水壓試驗(yàn)下的大型管殼式換熱器馬蹄形殼體焊縫工作應(yīng)力的現(xiàn)場測量試驗(yàn)表明:80mm厚的Q345材質(zhì)換熱器殼體在7.5MPa水壓下，殼體表面焊縫最大拉應(yīng)力峰值為160MPa，基于ANSYS-Workbench的數(shù)值模擬試驗(yàn)也印證了這一結(jié)果，且數(shù)值模擬試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)了沿該換熱器B6環(huán)縫上沿位置分別向兩側(cè)周向分布的應(yīng)力集中條帶，且隨著焊縫連接

3、的左右殼體結(jié)構(gòu)形狀突變程度的降低，應(yīng)力集中程度逐漸下降，高應(yīng)力集中區(qū)段在整條B6環(huán)縫上所占比例為28％。
　　 換熱器X形焊接接頭殘余應(yīng)力測量結(jié)果表明:該換熱器馬蹄形殼體上B5環(huán)縫焊縫中心至近縫區(qū)存在500-700MPa的較高殘余應(yīng)力，經(jīng)熱處理后，所測點(diǎn)的應(yīng)力降幅在50％至80％。采用ANSYS的圖形界面操作和APDL相結(jié)合對換熱器殼體X形焊接接頭的焊接過程仿真試驗(yàn)，結(jié)果顯示厚板多道焊中，上層焊縫對已焊的下層焊縫的熱影響作用非常

4、強(qiáng)烈，使得上層焊縫的冷卻過程減慢，近縫區(qū)溫度達(dá)到800℃。焊接后焊縫根部為焊接殘余應(yīng)力的集中區(qū)。在接頭表面，從焊縫熔合線至母材，殘余應(yīng)力當(dāng)量逐漸下降，但在很長一段距離上都處于拉伸應(yīng)力狀態(tài)。
　　 Incone(l)600核電用爐管環(huán)焊縫接頭殘余應(yīng)力測試結(jié)果表明:爐管環(huán)、縱焊縫相交的T型焊縫中心焊后存在700MPa的高殘余應(yīng)力，經(jīng)過時(shí)效振動(dòng)處理，焊縫中心的應(yīng)力下降幅度為72％，而熔合線上的殘余應(yīng)力也有32％的降幅。