大厚度接頭殘余應(yīng)力分布特征及焊縫力學(xué)不均勻性影響.pdf

1、大厚度內(nèi)環(huán)件是核電壓力容器的重要構(gòu)件，在制造過程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力會(huì)影響其承載能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及使用壽命等。研究大厚度內(nèi)環(huán)件的焊接殘余應(yīng)力分布對(duì)于提高核電壓力容器的安全可靠性有非常重要的意義。
　　本課題結(jié)合實(shí)驗(yàn)測量和有限元模擬研究核電內(nèi)環(huán)形件模擬件的殘余應(yīng)力分布情況。采用小孔法測試了熱處理前后的表面應(yīng)力，基于輪廓法測量了焊接模擬件熱處理后內(nèi)部縱向應(yīng)力分布，通過有限元方法計(jì)算焊接模擬件的焊后及熱處理后應(yīng)力場，分析大厚度內(nèi)環(huán)形件模

2、擬件的應(yīng)力分布特征；基于微沖剪法測試了接頭力學(xué)性能分布的不均勻性，結(jié)合有限元法分析接頭力學(xué)性能不均勻性對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響。
　　小孔法表面應(yīng)力測試結(jié)果表明：熱處理前，焊接模擬件的表面縱向殘余應(yīng)力在焊縫區(qū)域?yàn)槔鞈?yīng)力，母材區(qū)域出現(xiàn)壓縮應(yīng)力；橫向殘余應(yīng)力在焊縫區(qū)域?yàn)槔鞈?yīng)力，峰值拉伸應(yīng)力出現(xiàn)在上下表面的焊縫區(qū)域及靠近焊趾區(qū)域，表面應(yīng)力狀態(tài)呈明顯的M形分布；熱處理后，表面應(yīng)力明顯降低，且整個(gè)模擬件上下表面上的橫向應(yīng)力與縱向應(yīng)力分布趨勢(shì)

3、基本保持一致。輪廓法內(nèi)部應(yīng)力測試結(jié)果表明，熱處理后模擬件中截面上焊縫區(qū)域拉伸縱向應(yīng)力幅值大于200MPa，峰值拉伸縱向應(yīng)力出現(xiàn)在焊縫中心距上下表面一定深度，壓縮縱向應(yīng)力出現(xiàn)焊縫兩側(cè)。
　　結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測量的焊后應(yīng)力結(jié)果發(fā)現(xiàn)其趨勢(shì)和數(shù)值上都吻合良好。有限元模擬的結(jié)果表明：廣義平面應(yīng)變模型和軸對(duì)稱模型，計(jì)算的結(jié)果都能反映大厚度模擬件焊接應(yīng)力分布特征：焊后熱處理對(duì)殘余應(yīng)力的消除作用主要發(fā)生在熱處理的加熱階段后期和保溫階段初期

4、，保溫階段后期對(duì)殘余應(yīng)力的消除作用較小。
　　考慮焊接接頭力學(xué)性能不均勻性的有限元模型計(jì)算結(jié)果表明，力學(xué)性能不均勻性會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力在焊接接頭區(qū)域的應(yīng)力幅值發(fā)生變化，但分布趨勢(shì)基本不變，焊后上表面的縱向應(yīng)力相比均勻力學(xué)性能模型上升了18.7％，橫向應(yīng)力上升了18.7%，中等厚度位置的縱向應(yīng)力下降了18.7%，橫向應(yīng)力上升了59.7%；熱處理后上表面的縱向應(yīng)力相比均勻力學(xué)性能模型上升了14.4%，橫向應(yīng)力上升了33.3%，中等厚度位置