电站锅炉异种钢焊接接头应力模拟与使用寿命分析

摘要

该文用有限元分析软件ANSYS模拟了G102(12CrMoWVTiB)和SUS304(0Crl9Ni9)异种钢焊接接头的残余应力分布状况,对比分析了几种不同焊接工艺下的残余应力分布状况,从降低焊接残余应力角度出发,提出了这类接头焊接工艺的具体优化方案.采取同样方法模拟了异种钢焊接接头在实际使用过程中的工作应力分布状况,结果表明工作应力峰值出现在G102侧近熔合线部位的热影响区,从而对实践中该部位的早期断裂失效作出了圆满解释.对淮北电厂在役锅炉部分再热器管和过热器管中的G102 (12CrMoWVTiB)和SUS304(0Crl9Ni9)异种钢接头进行了高温与室温力学性能实验、接头金相组织及显微硬度分布实验.实验结果表明,所截取的在役锅炉异种钢接头较原始状态发生了不同程度组织和性能的变化,接头G102侧HAZ出现软化区,其内最低硬度随回火参数的增大而降低,且软化速率高于G102母材;检测结果还表明,所有被检测接头的抗拉强度与最低显微硬度都还不低于G102母材,即接头尚未成为系统中的薄弱环节.

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符号清单

第一章绪论

1.1课题产生背景

1.2异种钢接头高温运行早期失效的原因

1.3控制异种钢接头早期失效的方法

1.4典型的寿命评估方法

1.5本课题的研究内容及章节安排

第二章通过数值模拟进行异种钢接头焊接工艺的优化

2.1焊接数值模拟概述

2.2有限元模型的建立

2.2.1定义单元类型

2.2.2定义材料属性

2.2.3建立几何模型

2.2.4网格划分

2.2.5生死单元

2.3温度场的计算

2.3.1焊接温度场的基本理论

2.3.2热源模型

2.3.3潜热的处理

2.3.4加载求解

2.3.5温度场的计算结果

2.4应力场的计算

2.4.1焊接应力场的基本理论[28-38]

2.4.2管道环焊缝接头残余应力分布的形成机理

2.4.3基本过程

2.4.4非线性问题

2.4.5残余应力求解结果

2.5异种钢接头数值模拟结果的总体评述

第三章异种钢接头剩余寿命评估

3.1前言

3.2截取管件的状况

3.3接头的实际使用温度评估

3.4接头寿命评估的试验和方法

3.5实验结果综合分析

第四章结论与展望

参考文献