压力管道对焊焊接接头安定性分析

摘要

焊接连接是化工设备中主要连接方式,然而由于复杂的工作环境、焊接结构的缺陷及焊接残余应力等因素,焊接结构经常在焊缝处发生断裂或者热棘轮而失效,本文围绕热棘轮这种过程装备中最常见的失效形式,针对热机载荷下不连续的焊接模型进行全面的安定性分析,主要研究工作及结论如下:
　　本文基于经典的Bree安定图,建立了对焊焊接模型并进行安定性分析,通过对不同安定性计算方法的比较及直接循环法下应力应变的变化情况的观察,表明Abdalla法能准确的计算出焊接结构的安定域。因焊接结构的几何和焊接材料的不连续性,焊接结构的安定性研究存在着许多难题。本文建立了不同厚度下UV型、双U型、X型、U型、单面焊及V型等六种焊接坡口形式的对焊焊接模型,并进一步比较了不同坡口形式对焊接结构安定性的影响。结果表明,选用U型坡口(焊接厚度20mm≤t≤60mm)及选用双U型坡口(焊接厚度 t>60mm)连接时焊接接头的安定域较大,在循环热机载荷下具有更好的承载能力。另外,焊材的材料性能也会影响焊接结构的安定性,本文分析了不同的焊材对安定性的影响,发现可以通过焊材的选择,能使焊接结构在循环热机载荷下具有更好的承载能力,从而对焊接结构焊条的选取有一定的指导意义。
　　本文通过对圆筒与焊接管道的比较并研究了其中的联系,建立了焊接管道与圆筒的关系,就能通过对圆筒的安定性分析,较方便的得到焊接管道的安定域,最终本文总结出一种适于工程安定性评估的简化计算方法。焊接结构由于受焊接过程中高温热源的影响,焊后残余应力成为影响焊接管道安定性的主要因素。特别地,异种焊结构在循环载荷下更易发生失效。过渡焊堆焊法是异种焊中常用的工艺,本文建立异种焊对焊焊接模型并模拟其焊接过程,分析了焊后残余应力的分布情况,同时研究了焊接残余应力在循环载荷的松弛效应。结果表明,异种焊后的最大残余应力明显大于同种钢焊接,且焊接残余应力在循环载荷下出现松弛现象,并循环载荷作用5个循环内焊接结构出现明显的应力松弛现象。

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第1章绪论

1.1课题背景和意乂

1.2对焊焊接接头工艺

1.3异种焊简介

1.4安定分析的研究现状

1.5焊接结构的研究现状

1.6本课题研究的主要内容

第2章安定性分析的基本理论和方法

2.1安定性分析规范介绍

2 .2安定性分析的基本理论

2.3安定性分析的主要方法及其应用

2.4安定性计算方法的比较

2 .5本章小结

第3章对焊焊接接头的安定性研究

3.1引言

3.2有限元模型

3.3稳态温度场的解析解与有限元解的比较

3 .4计算结果的验证

3 .5计算结果及分析

3.6安定性评估方法

3 .7本章小结

第4章循环载荷下焊接残余应力松弛效应

4 .1引言

4 .2焊接高温热源模型

4.3力学分析

4.4有限元模型

4.5焊接残余应力场的验证

4.6焊接过程分析

4.7结果及讨论

4 .8本章小结

第5章全文总结和展望

参考文献

附录A 安定性计算后处理程序

附录B 焊接髙温热源DFLUX子程序

攻读硕士期间已发表的论文

致谢