核电汽轮机低压焊接转子热处理残余应力的数值分析.pdf

第3 4 卷第l期动力 工 程学报V o 】3 4N o 1 2 0 1 4 年1 月 J o u r n a lo fC h in e s eS o cie t yo fP o w e rE n g in e e r in g J a n 2 0 1 4 文章编号：1 6 7 4 7 6 0 7 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 1 9 0 6中图分类号：T K 2 6 3文献标志码：A 学科分类号：4 7 0 3 0 核电汽轮机低压焊接转子热处理残余应力的数值分析 喻 超1 ，王炜哲1 ，陈 钢2 ，蒋浦宁2 ( 1 上海交通大学机械与动力工程学院，动力机械与工程教育部重点实验室，上海2 0 0 2 4 0 ； 2 上海电气电站设备有限公司上海汽轮机厂，上海2 0 0 2 4 0 ) 摘要：利用A B A Q U S 建立了大型核电低压转子焊接轴对称有限元模型，基于A B A Q U S 子程序 D F L U X 编制了焊接热源模型，实现了焊接过程的数值模拟，并通过计算分析获得焊缝区域的残余 应力分布规律，探讨了热处理对焊接残余应力分布规律的影响结果表明：焊接残余应力分布局限 于焊缝及其影响区，总体上关于焊缝对称分布，对转子其他部位应力分布未产生影响；热处理后，转 子外表面上焊缝无双向拉伸的应力状态，残余高应力分布于焊缝中部位置；热处理工艺对降低焊缝 残余应力峰值及应力梯度效果显著 关键词：核电汽轮机；焊接转子；热源模型；热处理；残余应力；有限元 I n f lu e n ceo fH e a tT r e a t m e n to nR e s id u a IS t r e s sinL PW e ld e d R o t o ro fN u cle a rS t e a mT u r bin e s Y UC h a 0 1 ，W A N GW e iz h e l，C H E NG a n g2 。J I A N G P u n in g 2 ( 1 K e yL a b o r a t o r yf o rP o w e rM a ch in e r ya n dE n g in e e r in go fM in is t r yo fE d u ca t io n ，S ch o o lo f M e ch a n ica l E n g in e e r in g ，S h a n g h a iJ ia o t o n gU n iv e r s it y ，S h a n g h a i2 0 0 2 4 0 ，C h in a ；2 S h a n g h a i T u r b in eP la n t ，S h a n g h a iE le ct r icP o w e rG e n e r a t io nE q u ip m e n tC o ，L t d ，S h a n g h a i 2 0 0 2 4 0 ，C h in a ) A b s t r a ct ：A na x is y m m e t r icf in it ee le m e n tm o d e lf o rI 。Pw e ld e dr o t o ro f1 a r g en u cle a rs t e a mt u r b in ew a se s t a b lis h e du s in gco m m e r cia l p a ck a g eA B A Q U S ，w h ileaw e ld in gb e a t s o u r cem o d e ls e tu pw it hD F L U X s u b r o u t in einA B A Q U S ，b a s e do nw h ichn u m e r ica ls im u la t io n sw e r ep e r f o r m e dt ot h ew e ld in gp r o ce s s ， a n ds u b s e q u e n t lyr e le v a n tca lcu la t io na n da n a ly s isw e r eca r r ie do u tt ot h er e s id u a ls t r e s sd is t r ib u t io nint h e w e ldz o n e ，S Oa st oa n a ly z et h ein f lu e n ceo fh e a tt r e a t m e n to nt h er e s id u a ls t r e s sd is t r ib u t io n R e s u lt ss h o w t h a tt h ew e ld in gr e s id u a ls t r e s slie so n lyint h ew e lda n dh e a ta f f e ct e dz o n e ，d is t r ib u t in gs y m m e t r ica llya b o u tt h ew e ld ，w it h o u tin f lu e n cin gt h es t r e s sd is t r ib u t io nino t h e ra r e a so fr o t o r ；a f t e rh e a tt r e a t m e n t ，n o b ia x ia lt e n s iles t r e s sisf o u n do nt h ew e lds u r f a ce ，a n dh ig hr e s id u a l s t r e s sd is t r ib u t e sa lo n gt h ece n t e rlin e o ft h ew e ld ；h e a tt r e a t m e n th a sas ig n if ica n te f f e cto np e a kv a lu ea n dg r a d ie n to ft h er e s id u a l s t r e s s K e yw o r d s ：n u cle a rs t e a mt u r b in e ；w e ld e dr o t o r ；h e a ts o u r cem o d e l；h e a tt r e a t m e n t ；r e s id u a ls t r e s s ；f in it e e le m e n t 由于大型核电低压转子直径增大导致自重增加，因此通过焊接工艺焊接较小锻件而成的焊接转 收稿日期：2 0 1 30 2 2 l修订日期：2 0 1 3 - 0 61 3 基金项目：国家自然科学基金资助项目( 5 0 9 0 6 0 4 9 ) 作者简介：喻超( 1 9 8 9 一) ，男，湖北武汉人，硕士研究生，研究方向为：高温结构的强度评估 王炜哲( 通信作者) ，男，副研究员，博士，电话( T e l) ：0 2 13 4 2 0 5 9 8 6 ；E m a il：w a n g w z 0 2 1 4 s j t u e d u cn 动力工程学报 第3 4 卷 子成为核电汽轮机重点发展的转子结构然而，由于 受到焊接过程加热不均及不同材料的限制，热膨胀 过程中会产生不均匀压缩变形；冷却过程中，已塑性 变形的材料受到周围条件的制约而不能自由收缩； 同时，熔池凝固和金属冷却收缩时材料产生不协调 应变，最终导致局部残余应力高，诱发裂纹萌生、疲 劳失效和应力腐蚀开裂因此，研究焊接转子残余热 应力对于核电焊接转子的加工制造具有重要的理论 意义 国内外相关学者对焊接过程残余应力问题进行 过许多研究L in d g r e n 1 1 利用有限元法研究了焊接 过程的热效应及材料力学影响；任维佳等1 2 1 利用有 限元法对电机转子焊接残余应力进行了研究，比较 了不同焊接方法对残余应力的影响；谢永慧等 3 。3 利 用有限元法对三维模型转子焊接残余应力进行了分 析；蔡志鹏等 5 3 利用测量手段得到焊接转子模拟件 热处理前后的残余应力分布；蒋文春等 63 进行了简 单平板对接焊的数值模拟，得到了焊接残余应力在 热处理过程中的演变规律综上所述，对于转子残余 应力的研究主要集中在简单模型焊接接头的残余应 力分布，而很少涉及大型汽轮机焊接转子焊接热处 理前后残余应力的分布 笔者以某大型核电低压焊接转子为研究对象， 采用有限元法建立焊接转子的轴对称数学模型，通 过编制热源模型，并结合A B A Q U S 子程序，模拟焊 接转子的焊接过程，获得焊接过程中内部结构应力 场，并在此基础上加载热处理载荷，得到热处理后的 残余应力场，重点分析了现有工艺条件下核电汽轮 机焊接转子热处理前后残余应力分布的变化，讨论 了热处理对焊接残余应力场的影响 1 焊接转子残余应力分析模型 焊接残余应力是由焊接过程中温度场分布不 均、变形不协调而造成各部分相互牵制产生的笔者 选用有限元分析功能较强的A B A Q U S 软件作为焊 接残余应力分析模型的基础，通过嵌入焊接热源模 型和热处理的边界约束建立完整的焊接残余应力分 析模型考虑到热变形可能导致转子局部塑性变形， 采用硬化塑性弹塑性本构关系，热应力场采用耦合 分析，获得焊接残余应力场以及热处理后的应力场， 进而分析热处理对降低焊接残余应力的影响 1 1 热力耦合有限元模型 焊接过程是典型的瞬态传热过程，是一个多参 数耦合的时变非线性问题温度场是分析转子热应 力场的基础，计算其温度场时，假设转子材料各向同 性，无内热源根据傅里叶定律及能量守恒定理，其 三维瞬态热传导方程为 7 3 凳一袅( A 塞) + 岳( A 考) + 芝( A 瓦O t ) c， 式中：p 为微元体密度，k g m 3 ；f 为微元体比热容，J ( k g K ) ；t 为温度，；r 为时间，S ；A 为导热系数， W ( m K ) 恒壁温、恒热流及给定对流的第三类边界条件 分别为 f f w f ( z ，y ，z ，f ) J A ( 荔) 。一扯，Y ，研， ， 卜( 凳) 。一抛。1 ， 式中：t ( x ，Y ，z ，r ) 为边界温度函数；q ( x ，Y ，z ，r ) 为边 界上热流密度函数；行表示沿壁面法线方向；h 为对 流传热系数，W ( m 2 K ) ；t 。和t ，分别为边界壁面 温度和近壁面流体温度， 根据伽辽金法建立温度矩阵方程( 3 ) A B A Q U S 中温度求解采用向后差分方案，热力耦 合方程求解采用包含非对称雅克比矩阵的牛顿 法 4 ，见式( 4 ) 四7 + K T = P( 3 ) 警： + E cr uc0 儿一U t + K 0K K ： ； 一 L JL T JL T 。J ( 4 ) 式中：c为比热容矩阵；K 为导热系数矩阵；P 为温 度载荷向量；U 为节点位移向量；U 为节点位移对时 间的导数向量；H ”为节点位移对时间的二阶导数向 量；T 为节点温度向量；T 7 为节点温度对时间的导数 向量；r 为节点温度对时间的二阶导数向量；M 为 单元质量矩阵；c“为单元热弹性阻尼矩阵；K “为单 元热弹性刚度矩阵；c为单元比热容矩阵；K 为单 元扩散导热系数矩阵；F u 为单元节点力向量 1 2 焊接转子有限元离散模型 由于转子结构刚性较大，且焊缝截面积尺度远 小于转子结构尺度，焊接过程对转子结构的影响较 小，因此采用轴对称模型( 图1 ) 进行焊缝残余应力 分析，其中编号1 5 是焊缝所处位置 图1 二维轴对称几何模型 F ig 1T w od im e n s io n a la x is y m m e t r icg e o m e t r ym o d e lo ft h e w e ld e dr o t o r 为保证焊缝处残余应力的计算精度和细分焊缝 一 第1 期喻超，等：核电汽轮机低压焊接转子热处理残余应力的数值分析 及其热影响区网格，根据不同部位的几何形状，混合 采用非均匀四节点双线性热力耦合单元( C A X 4 T ) 和三节点双线性热力耦合单元( C A X 3 T ) ，模型网格 划分见图2 焊缝宽度为A ，热影响区范围为B ，焊 缝长度为C ，A 、B 和C 尺寸由汽轮机厂家提供经 过网格敏感性测试，最终焊缝及其附近单元网格尺 寸设为0 4m m 0 4m m ，热影响区网格为1m m 1m m ，转子靠近轴心处网格为1 0m m 1 0m ill，过 渡处网格分布大小为5m lT l最终确定整根转子计 算单元数为2 8 17 7 4 ，其中2 7 79 9 3 个C A X 4 T 单元， 37 8 1 个C A X 3 T 单元，节点总数为2 8 42 1 4 1 ( 转子外表面 恤旦丝塞 P ，f 焊缝中部 r 径向 一一， 轴向 。切向 L ! ! I 图2 转子网格划分与焊缝区域局部网格 F ig 2 R o t o rm e s h in ga n dlo ca lg r ido fw e ldz o n e 1 3材料性质及边界条件 转子材料为2 5 C r 2 N iM o V 钢假设焊材和母材 材质相同，金属相变潜热为2 3 8k J k g ，采用等效热 容法处理相变潜热，将其合并到比热容中各温度下 转子钢的材料特性见表1 表1各温度下转子钢的材料特性 T a b 1 M a t e r ia l p r o p e r t ie so ft h er o t o rs t e e l a t v a r io u st e m p e r a t u r e s 紫，兰淞比线胀蒯 K G P 8 热导率比热容屈服 ( W m 1 ( k J k g _ 1 强度 K1 )KI )M P a 热边界条件：在焊接温度场中，模型外表面为对 流和辐射边界条件，采用牛顿法则将其统一到对流 复合传热7 83 中 一A l一钉( r 一矾) + h 。( T T 。) 一 d ”Ir h7 ( T T 。) 7 一 ca ( T 2 + 丁j ) ( T + 丁。，) + h 。 ( 5 ) 式中：h7 、h 。分别为复合传热系数和对流传热系数， w ( m 2 K ) ；为发射率；盯为S t e f a n - B o lt z m a n n 常 数，W ( m 2 K 4 ) ；T 为结构瞬态热力学温度，K ；T o 为环境温度，K ，初始温度取2 0 ；r 为物体外表面 力边界条件：转子左端推力轴承部位设置轴向 的位移约束 1 4焊接及热处理残余应力分析模型 焊接残余应力模型：焊接残余应力是焊接过程 中焊弧热源移动造成转子温度和热膨胀相互牵制的 结果笔者采用文献 9 3 的双椭球体热源模型作为焊 接热源模型，热源分布在焊缝底部及其中间直槽焊 缝区，以减小热源中心前面的影响式( 2 ) 中热流密 度q 是在局部坐标z 、Y 、z 和时间坐标r 下建立的， 其中工、Y 、z 分别对应柱坐标系下的径向、切向和轴 向热源从焊缝底部开始沿径向移动直至焊接完成， 热源的移动过程采用子程序D F L U X 进行 q ( x ，Y ，z ，r ) 一 器唧( 一等等等一等) 式中：f 。一4 3 ；Q 为焊接有效输入热量，J m 3 ；u 为 焊接速度，m s ；特征参数cz 、b 和“在实际中由电弧 下熔池前沿的宽度和深度以及后沿的宽度和深度来 确定 焊接工艺参数为：电流J 一4 5 0A ，电压【，一2 8 3 0V ，效率叩一0 8 ，焊接速度u 一6 8m m s 热处理残余应力模型：热处理残余应力模型是 在热交换和无外部载荷条件下轴对称转子的弹塑性 有限元计算模型热处理过程中，转子通过与外界热 交换保持高温状态，模型边界为对流和辐射混合换 热( 式( 1 ) ) 残余应力的降低主要是由于金属材料屈 服极限随温度的升高而降低，并在保温过程中发生 应力松弛所致此次热处理来自实际工艺，具体措施 为：焊接转子从室温下以1 5K h 的速率升温至5 2 0 并保温2 0h ，之后以1 5K h 的速率降至室温 2 讨论与分析 图3 给出了5 条焊缝焊接完成时转子的M is e s 应力场由图3 可知，最大应力处于焊缝中心，转子 母体内应力基本为0 ，且5 条焊缝焊接残余应力场 互相没有影响，故取其中1 条焊缝进行焊接应力场 的详细分析以下分析中出现的焊接残余应力曲线 均取自焊缝1 ( 图1 中的编号1 ) O O 7 9 1 7 ： 枷 渤 啪 渤 埘 狮 毖 盟 0 O O O 0 0 8 O O 2 4 5 3 8 3 6 O 4 8 2 3 O 6 6 7 O 2 7 7 7 ； ； 趼 渤 犹 拼 拼 拼 弘 吼 吼 吼 吼 吼 叽 O 0 砒 m m 川 m o 。 0 0 O ， O O O O 0 0 O 加 瑚 猢 动力 工 程学报 第3 4 卷 _ _ 五目 1 1 1 11 1 M is e sJ g z f f 3 M P a 01 0 22 0 43 0 74 0 95 1 26 1 4 网3 焊后转j F ig 3 M is e ss t r e s sf I e lcl M is e s 应力场 ft h er o t o ra f t e rw e ld in g 2 1 焊接过程温度场 根据有限元分析结果，焊接结束时的温度场分 布如图4 ( a ) 所示随着焊接的进行，热量向焊缝左 右附近区域扩散，附近点的温度逐渐升高，最早进行 焊接的部位温度已有所下降图4 ( b ) 为焊缝区距离 底部2 0m m 处节点温度随时间的变化曲线，由图 4 ( b ) 可知，热源中心温度达到17 3 4 ，超过材料熔 点图4 ( c) 为焊接结束时的M is e s 应力分布热影 响区为主要残余应力分布区，总体上关于焊缝呈对 称分布，最大等效应力为6 2 4M P a ，超过此时温度下 的材料屈服应力，主要原因是焊接使焊缝区金属熔 化，而与熔池毗邻材料的热膨胀受到周围材料的限 制，产生不均匀的压缩塑性变形 工口1 N N 2 03 0 65 9 1 8 7 7l】6 3 14 4 8 l7 3 4 ( a ) 焊接结泉寸的温度场分布 b ) 焊缝节点温度随时间的变化 匪口工口M i一5 V ) Y r , A a 01 0 42 0 8 3 1 24 1 6 5 2 0 6 2 4 ( c) 焊接结束时的M is e s 应力分布 图4 焊接结束时温度场及M is e s 应力场分布 F ig 4T e m p e r a t u r ea n dM is e ss t r e s sd is t r ib u t io n a tt h e e n do fw e ld in g 2 2 热处理前后残余应力分布 图5 为热处理前后三向残余应力分布云图由 图5 可以看出，热处理前焊接残余应力集中在焊缝 区，应力明显对称分布3 个坐标方向的最大焊接残 余应力幅值都很大，尤其是切向应力达到8 0 0M P a 以上，轴向应力和径向应力分别达到5 3 1M P a 和 4 7 7M P a ，应力的变化梯度很大三向最大拉伸应力 都出现在焊缝坡口底部表面附近，表面高应力容易 因转子弯曲而萌生裂纹，对转子强度有不利影响 一S l7 一二j 、! 二S Ib u 、一lO O4 二6 8 N ( a 。) 热处理前切向 ( b 。) 热处理后切向 残余应力分布残余应力分布 图5 热处理前后三向残余应力分布云图 F ig 5 T h r e e d im e n s io n a lr e s id u a ls t r e s sn e p h o g r a mb e f o r ea n d a f t e rh e a tt r e a t m e n t 热处理后转子内部应力重新分配，应力峰值减 小，其中最大轴向拉应力由5 3 1M P a 减小为1 6 2 M P a ，最大切向拉应力由8 1 6M P a 减小为6 8 8 M P a ，高应力位置从坡口表面移至转子内部靠近中 心位置高应力区的面积虽有所增大，但最大应力幅 值均明显减小，发生裂纹的危险性降低热处理降低 焊接残余应力的作用十分明显此外，焊缝底部及转 子外表面出现轴向和切向压应力 2 3 焊缝区残余应力曲线比较 为进一步说明残余应力的分布，截取位于焊缝 内径、外径和平均直径处的3 个路径P 。、P 。和P ： ( 见图2 ) ，分别画出这3 个路径的残余应力曲线( 图 罨曼谳曼曼獗曼撼基 第1 期喻超，等：核电汽轮机低压焊接转子热处理残余应力的数值分析 6 ) 由图6 可以看出，热处理前( 图6 ( a 。) 图6 ( a 。) ) ，径向残余应力在P 。、P 。路径焊缝中心均为 压应力，而在P 路径焊缝中心为拉应力3 9 4M P a ， 且在其左右偏离1 5m m 位置处迅速变为4 0 0 M P a 的压应力，在5 0m m 处为2 0 0M P a 的拉应力， 形似“w ”形分布，最大应力梯度达5 2 9M P a m m P 。路径上轴向残余应力在较大范围内为压应力，且 变化平缓，而P 。和P 。路径上轴向残余应力为拉应 力且呈现波动P 。路径上拉应力值最大，焊缝中心 处为1 0 2M P a ，P 。路径上应力梯度最大，为1 1 8 M P a m m 而3 个路径上切向残余应力在焊缝中心 处均为压应力母材区域：P 。路径上应力大小为0 ； P ：路径上在距焊缝中心5 0m m 处存在7 8 6M P a 的拉应力，在一1 7 6m m 处减小为一7 7 1M P a 的压 应力；P 。路径上在距焊缝中心1 8 8m m 处为1 5 8 M P a 的拉应力，在一5 7m m 处减小为一5 6 7M P a 的压应力，最大应力梯度为5 5 3M P a m m 总体来 说，热处理前三向残余应力在3 个路径上的应力分 布具有高度的不均匀性，在焊缝和热影响区存在剧 烈变化，表现为应力梯度过大 薷嗽 涮2 0 0f 1 0 0I 心三萎 崔hf L：* L“ 一 孙尹汐200一 El! 二l 裁5 0 1 1 0 0 I 弼压黧l F一l，! ll 戮 埘、篓烈- Z - 4 0 驿o V 三；i 藜 蔫鬻鼗 沿各路径分布趋于均匀，无剧烈波动由径向残余应 力曲线可以看出，热处理后的径向残余应力波峰数 减少相比热处理前，P ，路径最大拉应力减小为 2 6 3M P a ，P 。路径最大拉应力增大为4 8 2M P a 。应 力梯度降为3 1 2M P a m m ，P 。路径上径向残余应 力几乎为0 与热处理前相比，轴向残余应力在各路 径上的分布曲线凹凸性发生转变具体表现为：在 P ，和P 。路径上残余应力分布趋势由热处理前的上 凸变为热处理后的下凹；P ：路径上残余应力分布趋 势由下凹变为上凸P ，和P ：路径上残余应力存在 较小幅值的拉应力，最大值( 1 4 8M P a ) 位于P ：路径 焊缝中心处，P 。路径上残余应力为压应力切向残 余应力在P 。和P ：路径上由热处理前的“w ”形分 布变为热处理后的抛物型分布( 单峰) ，拉应力最大 值分别为5 0 4M P a ( P 。路径焊缝中心处) 和6 5 3 M P a ( P ：路径焊缝中心处) 热处理后P 。路径焊缝 中心为零应力状态，其左右2 0 7m m 处为2 2 4M P a 的拉应力，随后应力迅速减小至低应力状态，最大应 力梯度降为2 3 4M P a m m 综上所述，从焊接结束时的高度不均匀应力场 到热处理后的均匀、波动较缓的应力场，热处理前后 高残余应力始终集中在焊缝区内部且为对称状态 热处理过程释放和再分配了焊缝区域残余应力，降 低了峰值和应力梯度，但高应力向材料内部集中总 体上，P 。路径径向应力几乎为0 ，焊缝区有一2 0 0 一5 0 0M P a 的轴向压应力，而切向应力在距离焊缝 中心2 0m m 处存在拉应力，无双向拉伸应力状态； P 。路径为主要拉应力区，径向和切向最大拉应力分 别为4 9 3M P a 和6 5 3M P a ，最小轴向应力为1 4 8 M P a ；P 。路径径向、轴向和切向最大应力分别为 2 5 0M P a 、4 9M P a 和5 0 4M P a ，即焊缝底部和焊缝 中间部位存在三向拉伸的应力状态 P 。路径处于转子外表面，且焊缝1 位于低压转 子末级，与湿蒸汽接触，转子外表面易形成含有腐蚀 介质的不利环境，诱发应力腐蚀和腐蚀疲劳，因此， 控制该处残余应力十分重要由P 。路径的残余应 力曲线可以看出，热处理后，转子外表面上焊缝没有 出现双向拉伸的应力状态，这一点与文献E s 的试验 测试结果一致，为抑制焊缝接头表面裂纹萌生及扩 展提供了有利条件但P ：路径经热处理后为三向 拉伸的应力状态，当表面裂纹扩展到一定深度或是 深埋裂纹，有一定不利影响，强度考核时应予以充分 考虑根据文献E lO 可知，由于焊接接头中残余应力 分布的不均匀性，其在热处理过程中将表现出更复 杂的行为，而加热温度和保温时间对残余应力的影 动 力 工 程学报 第3 4 卷 响最大随着加热温度的升高，残余应力将减小到加 热温度下的屈服应力值，因此，加热温度和保温时间 的选择十分重要若条件允许。热处理加热温度越接 近材料临界温度或再结晶温度，消除残余应力的效 果越好，从而使焊缝各部位均有较好的应力状态，提 高焊接接头强度，抑制裂纹的萌生和扩展 2 4 热处理对残余应力的影响 图7 为热处理过程中a 、b 、c和d 点热应力随时 间的变化曲线由图7 可以看出，a 、b 、c和d 各点的 热应力变化不尽相同，但均存在应力波动过程( 图7 ( a ) M is e s 应力变化) 盘点应力波动幅度最大，因为 n 点远离焊缝，无焊接残余应力，热处理过程中随着 温度的升高，材料热应力增大，而b 、r 和d 点由于存 在一定残余应力，升温过程中，材料的屈服强度下降 而达到屈服状态，进而减小了热应力的影响在加热 阶段，应力呈减小趋势；保温阶段，应力基本不变；在 降温阶段应力又增大因此，热处理后的残余应力是 在热处理降温过程中产生的屈服强度随着温度的 升高而降低，材料产生塑性变形而使残余应力减小； 在降温阶段，屈服强度又随温度的降低而增大，导致 燮乏6 0 01 - 6 0 0 避_ 一剽兰怒。黑：! 、一二 鬻厂 、，薰- X2 ) 薯( P - 二= 二= ： i删2 0 0F 巴辞= iI 黧 陋S ； 瑟鞋 - - a 刊1 rh 鳃4 0 0 1 蕊 麟妻：雾丛 3结论 ( 1 ) 焊接转子残余应力集中分布于焊缝及其热 影响区，为对称分布其中三向( 径向、轴向和切向) 最大残余应力分别为4 7 7M P a 、5 3 1M P a 和8 1 6 M P a ，对转子远场几乎没有影响 ( 2 ) 热处理过程释放和再分配了焊缝区域残余 应力，降低了峰值和应力梯度，但高应力向材料内部 集中，焊缝底部和焊缝中间部位存在三向拉伸的应 力状态 ( 3 ) 热处理后，转子外表面上焊缝无双向拉伸 的应力状态，为抑制焊缝接头表面裂纹萌生及扩展 提供了有利条件 ( 4 ) 热处理后残余应力主要是在降温过程产生 的在升温阶段，屈服强度降低，材料产生塑性变形 使得残余应力减小，在降温阶段，屈服强度升高又导 致应力增大 ( 5 ) 残余应力数值分析可以为核电汽轮机转子 焊接和热处理选择加热温度和保温时间等工艺参数 提供支持 参考文献： 1 L I N D G R E NI E N u m e r ica lm o d e llin go fw e ld in g E J 2 C o m p u t e rM e t h o d sinA p p lie dM e ch a n icsa n dE n - g in e e r in g ，2 0 0 6 ，1 9 5 ( 4 8 4 9 ) ：6 7 1 0 - 6 7 3 6 2 任维佳，吴爱萍，赵海燕大型电机转子焊接残余应 力的数值分析 J 焊接学报，2 0 0 2 ，2 3 ( 2 ) ：9 2 9 6 R E NW e ij ia W UA ip in g ，Z H A ( ) H a iy a n L a r g e m o t o rr o t o rw e ld in gr e s id u a ls t r e s sn u m e r ica la n a ly s is J T r a n s a ct io n so ft h eC h in aW e ld in gI n s t it u t io n ， 2 0 0 2 ，2 3 ( 2 ) ：9 2 9 6 3 谢永慧，邓实，张荻，等汽轮机转子焊接的三维有限 元数值模型研究 J 热力透平，2 0 1 0 ，3 9 ( 1 ) ：1 2 1 8 X I EY o n g h u i，D E N GS h i，Z H A N GD i，e ta 1 S t u d y o nn u m e r ica lm o d e lf o rw e ld in gp r o ce s so fs t e a mt u r b in er o t o rb a s e dont h r e e d im e n s io n a lf in it ee le m e n t m e t h o d J T h e r m a lT u r b in e ，2 0 1 0 ，3 9 ( 1 ) ：1 2 1 8 4 邓实谢永慧大型核电汽轮机焊接转子残余应力数 值模型研究E J 汽轮机技术，2 0 0 9 ，5 1 ( 5 ) ：3 2 卜3 2 5 D E N GS h i，X I EY o n g h u iN u m e r ica l s t u d yo nr e s id u a ls t r e s so fw e ld e dr o t o rf o rla r g ep o w e rs t e a mt u r b in einn u cle a rp o w e rp la n tE J T u r b in eT e ch n o lo g y ， 2 0 0 9 ，5 l( 5 ) ：3 2 1 3 2 5 5 蔡志鹏，黄欣泉，潘际銮，等汽轮机焊接转子接头残 余应力研究一：2 5 C r 2 N i2 M o V 钢核电转子模拟件热 处理前后残余应力的对比 J 热力透平，2 0 1 1 ，4 0 ( 3 ) ：1 5 9 - 1 6 4 C A IZ h ip e n g ，H U A N GX in q u a n ，P A NJ ilu a n ，e ta 1 S t u d yo nr e s id u a l s t r e s so fj o in t so fw e ld e dt u r b in e r o t o r s ，p a r t1 ：r e s id u a l s t r e s sco m p a r is o nb e f o r ea n d a f t e rt e m p e r in go fm o d e lso f2 5 C r 2 N i2 M o Vs t e e ln u cle a rt u r b in er o t o r E J T h e r m a lT u r b in e ，2 0 1 1 ，4 0 ( 3 ) ： 1 5 9 1 6 4 ( 下转第3 1 页) 第1 期郑开云，等：A P l0 0 0 设计基准事故试验热冲击过程数值模拟 3 1 均匀且随时间平稳上升，热冲击过程试验仓内温度 分布与蒸汽湍流扩散过程有关，仓内温度阶跃波动 上升，温升主要依靠蒸汽与空气的混合，同时空气绝 热压缩过程对温升也有贡献，在1s 热冲击后期仓 内温度分布趋于均匀 ( 3 ) 储汽罐蒸汽进入管道后达到音速或超音 速，并以超音速射流进入试验仓，在实际设计中，为 进一步确保蒸汽瞬时传输至试验仓，可合理增设蒸 汽管道，同时也有利于提高试验仓内升温同步性 参考文献： 1 2 I n s t it u t eo fE le ct r ica la n dE le ct r o n icsE n g in e e r s I E E E S t d3 2 3 - - 2 0 0 3I E E Es t a n d a r df o rq u a lif y in gcla s s1E e q u ip m e n tf o rn u cle a rp o w e rg e n e r a t in gs t a t io n s S N e wY o r k ，U S A ：T h eI n s t it u t eo fE le ct r ica la n dE le c t r o n icsE n g in e e r s ，I n c，2 0 0 4 王碌L O C A 试验质量影响因素分析 J 中国核电， 2 0 0 8 ，1 ( 2 ) ：1 4 0 一1 4 5 W A N GI 。u A n a ly s iso ff a ct o r sa f f e ct in gt h eI 。( ) C A t e s tq u a lit y J C h in aN u cle a rP o w e r ，2 0 0 8 ，1 ( 2 ) ：1 4 0 14 5 3 4 3 5 2 6 7 1 A s s o cia t io nF r a n ca is ep o u rle sr e g le sd eC o n ce p t io n ， d eco n s t r u ct io ne td e s u r v e illa n cee ne x p lo it a t io nd e s m a t 6 r ie lsd e sC h a u d il? r e sE le ct r oN u cl6 a ir e s ( A F C E N ) N FM6 4 0 0 1Q u a lif ica t io no fe le ct r ic e q u ip m e n tin a n u cle a ra ccid e n te n v ir o n m e n t lS1 P a r is ，F r a n ce ：A S S O cia t io nF r a n ca is ed eN o r m a lis a t io n ( A F N ( ) R ) ，1 9 9 1 龚国祥，