对还原炉挠性夹套的焊接残余应力有限元模拟

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1、还原炉挠性夹套的焊接残余应力有限元模拟王和慧。鞠峰(华东理工大学机械与动力工程学院，上海200237)摘要：夹套是广泛运用在化工、医药等行业设备上的加热冷却装置，夹套焊缝是常常发生开裂泄漏的失效部位，焊接残余应力是导致开裂泄漏的重要因素之一。利用有限元技术对一种新型多晶硅还原炉挠性冷却夹套的焊接过程的温度场、残余应力和塑性应变场进行了数值模拟。借助ANSYS的APDL编程和单元生死技术，采用热一结构直接耦合法，传热分析采用含高斯热源的瞬态过程应力分析为稳态，材料本构为随温度变化的双线性随动强化弹塑性模型

2、。通过模拟获得焊缝区域残余应力和塑性应变的分布规律，为同类夹套的焊接强度评定提供了有效方法。关键词：挠性夹套；焊接残余应力；热固耦合；强度评定；单元生死技术中图分类号：TH131．2；TG404；O241．82文献标识码：A文章编号：1001—4837(2012)04—0023—07doi：10．3969／j．issn．1001—4837．2012．04．005FiniteElementSimulationofWeldingResidualStressinFlexibleJacketofPolysili

3、conReductionFurnaceWANGHe—hui，juFeng(SchoolofMechanicalandPowerEngineering，EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shang-hai200237，China)Abstract：Ajacketisakindofheatingorcoolingequipmentwhichiswidelyusedinchemical，pharma-ceuticalandotherindustries．The

4、weldingareaofajacketisthefailurepartwherecracksandleakagealeoftenfound．Theweldingresidualstressintheweldareaisoneofthemostimpo~antcausesfortheleak—age．AnumercialsimulationbyFEMontemperaturefield，weldingresidualthermalstressandplasticstrainofanewtypeofjac

5、ketwithflexibilityofpolysiliconreductionfurnacehasbeenconducted．ByusingtheANSYSAPDLprogramming，theelementbirthanddeathtechnology，thedirectthermo—structureCOU-piingmethod。GaussianheatsourceandtheBKINmaterialconstitutivemodelwithvariousparametersatdiferent

6、temperatureareallemployedinthesimulationincludingthetransientheattransmissionanalysisandthesteadystressanalysiswiththecouplingeffectofthermaldeformationandfield．Asresults，thedis-tributionofresidualstressintheweldareaisobtained．Theeffectivemethodsaleprovi

7、dedfortheweldstrengthevaluationofthesimilartypeofflexiblejackets．KeyWords：jacketwithflexibility；weldingresidualstress；thermo—structurecouplingmethod；strengthe—valuation；elementbirthanddeathtechnology·23·还原炉挠性夹套的焊接残余应力有限元模拟Vo129．No42012形式的挠性夹套。在功能上，该夹套可以兼

8、作还0引言原炉筒体壁的外部加强圈，从而减小还原炉的设计壁厚、增强换热效果；更有意义的是，挠性弧盖夹套设备作为一种加热冷却设备，被广泛运板具有较大的变形协调能力，可有效吸收因筒体用在化工和医药等行业。尤其在多晶硅生产中，壁和导流板受热膨胀而产生的热应力，防止焊缝还原炉内SiHC1的沉积温度在1000℃以上，为开裂，延长使用寿命。夹套焊接部位的残余应力了防止还原炉的筒体壁温度过高，必须进行冷却是夹套装置的初始应力，它取决于材料性能、焊接处理。现