核主泵屏蔽套用薄板激光焊接变形预测及调控

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1、万方数据博士学位论文核主泵屏蔽套用薄板激光焊接变形预测及调控PredictionandControlofLaserWeldingDistortionofThinSheetforNuclearReactorCoolantPumpCan学号：10904014大连理工大学DalianUniversityofTechnology万方数据论文作者签名：指导教师签名：论文评阅人1：评阅人2：评阅人3：评阅人4：评阅人5：答辩委员会主席：委员l：委员2：委员3：委员4：万方数据Author’sSignaturSupervisor’SsignaReviewers：Examini

2、ngCommitteeChairman：ExaminingCommitteeMembers：Dateoforaldefense：万方数据大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：丝圭盈基夔奎旦盏堑邀盘埕焦变显亟型区塑量——作者签名：

3、—郜量L魄业年卫月且日万方数据大连理工大学博士学位论文摘要第三代核电站(APl000)反应堆冷却剂泵(核主泵)采用了屏蔽式电机，而屏蔽式电机中屏蔽套的制造质量是保证核主泵安全可靠运行的重要基础。屏蔽套主要由哈氏合金(HastelloyC．276)薄板经过剪裁和焊接工艺制造而成。由于定子屏蔽套壁厚在O．3～O．5mm之间，长度达3000mm以上，直径为565mm，而且其直径偏差仅为士O．076min，使役寿命更长达60年，因此屏蔽套的制造工艺精度要求非常高。本文针对屏蔽套成形制造高精度和长寿命的设计要求，采用脉冲激光焊接技术，以数值模拟为主要研究手段，分析了Has

4、telloyC．276薄板脉冲激光焊接应力应变及变形分布规律，提出了等效热载荷的计算方法及焊接应力变形的调控策略，揭示了调控参数与屏蔽套尺寸精度的映射关系，为核主泵屏蔽套的自主化制造提供理论基础和工程指导。主要研究内容及结论如下：(1)建立了HastelloyC．276薄板脉冲激光焊接热力过程的有限元模型，模型中考虑了材料随温度变化的热物理和力学性能以及脉冲激光能量间歇加载方式。分析了脉冲激光焊接温度场、瞬态及残余应力应变和变形场的分布特点。通过焊接实验及相关检测设备，测量了温度场和残余变形，两者吻合较好，验证了模拟结果的准确性。(2)通过横向塑性应变的演变历程

5、，分析了横向收缩变形的产生机制，发现了压缩塑性应变是横向收缩变形的直接原因，提出了考虑横向挠曲变形的表征方法，并获得了工件尺寸对横向收缩变形的影响规律。以纵向残余应力分布特征为基础，提出了一种利用纵向残余应力沿横截面分布的函数关系并考虑夹具拘束来确定等效热载荷的计算方法，并采用弹性屈曲分析，实现了对超薄大长径比屏蔽套焊后结构稳定性的判断。(3)采用位移约束假设代替夹具刚性固定拘束的方法，分析了拘束距离对焊接瞬态及残余应力应变和变形的影响规律。随着拘束距离的减小，纵向残余压应力和横向残余拉应力的峰值都呈减小趋势，而纵向残余拉应力的峰值则呈增大趋势；焊接纵向和横向挠

6、曲变形及横向收缩变形都表现为减小的趋势，特别是横向收缩变形的减小幅度非常明显；采用减小拘束距离的方法，能够实现屏蔽套周长尺寸精度的有效控制。(4)针对夹具刚性固定拘束对纵向残余拉应力调控效果的不足，提出了基于一定拘束条件下采用动态温差拉伸对纵向残余应力与失稳变形进行调控的方法。研究了热沉参数对焊接温度场、瞬态及残余应力和变形场的影响规律。随着激冷位置靠近热源或激冷强度增加，纵向残余应力和挠曲变形呈显著减小趋势，而横向收缩变形却呈增大趋势。通过优选方法确定调控参数，能为核主泵屏蔽套高精度低应力焊接制造提供生产指导。关键词：核主泵屏蔽套；脉冲激光焊接；Hastell

7、oyC一276；数值模拟；残余变形万方数据核主泵屏蔽套用薄板激光焊接变形预测及调控PredictionandControlofLaserWeldingDistortionofThinSheetforNuclearReactorCoolantPumpCanAbstractThecannedmotorwasusedinreactorcoolantpumpofthethird-generationnuclearpowerplants(APl000)．Themanufacturingqualityofcannedmotorcansisanimportantbasisfo

8、rsafetyandre