多接管核压力容器焊接残余应力的数值模拟研究

摘要

焊接在压力容器制造中是非常重要的加工方法，焊接时局部瞬时高温在焊件上形成很大的温度梯度，导致焊接后将产生相当大的残余应力和焊接变形，焊接结束后有效地降低焊接残余应力以提高焊接结构的质量并保障其在使用中的安全性，是焊接领域研究和工程实际应用方面都一直极为关注的热点问题。本论文通过数值模拟研究了多接管的核压力容器与接管间马鞍形焊缝焊接残余应力的分布规律，并对不同热处理工艺进行了比较。
　　 本论文应用热—弹塑性有限元理论，采用“生死单元”技术，并采用弱耦合算法只考虑温度场对应力应变的耦合作用，不考虑应力应变场对温度场的作用，建立了接管开孔不同尺寸下的三维有限元模型，模拟计算了在多道焊焊接工艺条件下的多接管核压力容器与接管间马鞍形焊缝处的温度场和焊接残余应力场，分析了焊接残余应力的分布规律，针对所建模型采取不同的热处理工艺并对结果加以分析。计算结果表明：与每个接管相邻的另两个接管中，其中先焊接的那个接管的温度场对该接管温度场影响较为明显；方案一中等效残余应力的最大值小于方案二的最大值；热处理11h降低等效残余应力的效果相比优于5h的效果。
　　 目前关于压力容器的焊接模拟较少，仅限于薄壁容器，本论文对多接管的核压力容器与接管间马鞍形焊缝焊接残余应力进行数值模拟，为进一步研究壁厚较厚压力容器的数值模拟提供了借鉴，也对生产实际具有一定的参考作用。