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《换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第27卷第12期焊接学报Vol.27No.12 2006年12月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONDecember2006换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟蒋文春,巩建鸣,陈虎,涂善东(南京工业大学机械与动力工程学院,南京210009)摘要:利用有限元软件ABAQUS,对换热器管子与管板焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头残余应力的分布规律,比较了伸出角接头和内角接头的优劣。计算结果表明,内角接头残余应力比伸出角接头小。最大径向应力出现在管板表面的
2、热影响区,对管板表面裂纹有主要影响。最大环向应力出现在焊缝根部,对管子与管板连接失效影响较大。相邻两换热管之间,由于后面换热管的焊接加热作用,使前面管子焊缝局部应力值下降,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性。研究结果为优化换热器管子与管板的焊接工艺、控制残余应力提供了理论依据。关键词:换热器;管子与管板;焊接残余应力;有限元ABAQUS中图分类号:TG404文献标识码:A文章编号:0253-360X(2006)12-001-04蒋文春0序言具有重要的意义。换热器最主要的失效形式为管子与管板的连接1有限元模型[1~
3、6]失效。一方面,存在于焊接接头的残余应力为应力腐蚀提供了条件。另一方面,管子与管板孔之间存11几何模型在间隙,壳程介质进入到间隙死角之中,会引起缝隙某换热器,管子与管板材料均为316L,管板尺腐蚀。因此,换热管与管板连接处成为事故率最多部寸1160mm60mm,管子尺寸25mm25mm。位,其连接方式成为换热器设计、制造最关键技术之每端792个接头,可采用伸出角接头和内角接头两一。传统换热器绝大部分采用管子伸出管板的角焊种形式,如图1和图2所示。管子直径仅25mm,间结构,内角接头作为另外一种接头形式,在国外
4、换热距较小,相邻管子之间焊接有影响。因此取相邻两[7]器中使用较多,被广泛应用于核电站蒸发器的管子管子之间的部位,建立二维有限元模型,图3和图4与管板接头上。近年来,随着国外化工企业的大量涌分别给出了伸出角接头与内角接头有限元模型。入,内角接头在中国也被越来越多地使用。目前,关于管子与管板焊接接头完整性的研究,[3~6]主要集中在焊接接头失效行为的研究,从设计制造等方面采取措施来控制应力腐蚀开裂。[8]Merah等利用有限元法研究了管子和管板间隙对接头强度的影响。文中利用有限元软件[9]ABAQUS,从焊接残余应力的角度,比
5、较伸出角接头和内角接头的优劣。关于管子与管板焊接接头残余应力分析,国内外尚没有相关报道,而事故调查[10]图1伸出角接头表明,由残余应力引起的应力腐蚀失效占80%左Fig.1Tubeextendoutendoftubesheetweldedjoint右。因此,文中的工作对于优化管子与管板的焊接工艺,提高管子与管板焊接接头的可靠性和安全性12有限元分析思路利用有限元软件ABAQUS,开发了顺次耦合的收稿日期:2006-04-29焊接残余应力计算程序,先计算焊接温度场,将温度基金项目:国家留学回国人员科技活动择优资助项目
6、(200209);江苏省六大人才高峰项目(06-D-035)场的计算结果作为残余应力计算的预定义场,在力2焊接学报第27卷图5伸出角接头网格划分图2内角接头Fig.5MeshingfortubeextendoutendoftubeFig.2Insideholeweldedjointsheetweldedjoint图3伸出角接头有限元模型图6内角接头网格划分Fig.3FiniteelementmodelfortubeextendoutendofFig.6Meshingforinsideholeweld
7、edjointtubesheetweldedjoint能在1500~3000状态下保持不变,这种假设的[12]依据见参考文献[11]。具体材料性能见图7。固相线1420,液相线1460,潜热为300kJkg,常温屈服强度为278MPa,抗拉强度为325MPa。图4内角接头有限元模型Fig.4Finiteelementmodelforinsideholeweldedjoint分析过程中从此预定义场中读取各节点温度,计算得到焊接残余应力。利用单元生死技术(elementbirthtechnique)来实现焊缝金属的形
8、成。采用相同的焊接工艺来计算比较两种形式接头的优劣。13有限元网格划分焊接接头附近是最值得关注的区域,因此在焊图7316L不锈钢材料参数接接头附近网格划分较密,远离焊接接头区域较疏。Fig.7Materialpropertiesof316Lstainlesssteel图5和图6给出
