论文部分内容阅读
核电蒸汽发生器作为核电设备中至关重要的一环,有着较为复杂的原理和结构,而焊接作为连接不同部位的关键技术,其作用和影响不容忽视。正是焊接过程中所产生的残余应力对设备的密封效果、承压强度等构成了一定的威胁,严重左右着整个核电站能否安全、稳定的工作。为此,针对蒸汽发生器焊接残余应力的研究具有十分重要的意义和价值。本论文的研究对象为AP1400系列核电蒸汽发生器的水室下封头冷却剂出口接管与安全端焊接接头。出口接管材料为铁素体低合金钢SA508Gr.3Cl.2,安全端材质为铸态奥氏体不锈钢CF8A,预堆隔离层和对接焊所用填充材料主要为镍基合金Inconel 52M,焊接方法主要为热丝GTAW。首先,本文对异种钢接头的焊接残余应力进行了基于SYSWELD的二维及三维有限元模拟分析。模拟结果表明:最大轴向残余应力分布在SA508隔离堆焊层与母材的交界位置,外壁轴向残余应力最大值为600 MPa,焊缝区周向残余应力普遍较高。三维有限元模拟与实际焊接过程更为接近,经内外壁的切削加工后残余应力值下降明显。不论是三维还是二维模拟,在内外壁对接焊缝两侧位置残余应力比较接近焊后屈服强度,属于发生应力腐蚀开裂的危险位置。其次,采用盲孔法对异种钢接头进行了残余应力测量,并与有限元模拟值进行对比分析,结果表明:实测周向和轴向残余应力都处于较低水平。通过模拟值与实测值对比发现,轴向残余应力与实测值较吻合,周向残余应力与实测值出入较大,主要原因为周向残余应力受到切削加工的影响较大。最后,为了更好地预测安全端应力分布和演变,将有限元模型扩展到实际结构,并在焊接完成之后施加350℃的温度和17 MPa内压力来模拟实际的服役环境。结果表明:安全端在服役温度和压力下的应力状态与试验件差别较大,服役前后的应力场变化明显。二维模型下服役温度和压力的施加对内外壁的轴向应力影响较为明显,外壁降幅达到了27.6%,内壁降幅达到50.7%;服役条件对周向应力未见明显影响。三维模型下的服役温度和压力的施加对内壁位置残余应力的影响较大,尤其是能显著降低该处的轴向应力。