换热器管板堆焊数值模拟及残余应力分析.pdf

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1、制造技术／T艺装备现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2016年第7期换热器管板堆焊数值模拟及残余应力分析+王渝皓，何庆中，王佳，郭斌，王永斌，蒲虎(四川理工学院机械工程学院，自贡643000)摘要：针对换热器管板堆焊实际情况，确定了堆焊试验模型及工艺参数，并进行了堆焊试验。同时，在相同模型及工艺条件下，利用Ansys软件进行了堆焊数值模拟，使用APDL语言进行参数化编程，得到了模拟结果温度场和应力场的分布规律。通过试验结果与数值模拟结果的对比分析，证明了分析方法的合理性，对于今后产品局部结构优化设计、焊接残余应力分析及焊接工艺优化等均有直

2、接帮助。关键词：换热器管板；堆焊试验；Ansys软件；堆焊数值模拟中图分类号：TG404文献标志码：A文章编号：1671—3133(2016)07—0090—05DoI：10．16731／j．cnki．167l一3133．2016．07．019NumericalsimulationoftheheatexchangertubesheetweldingandanalysisofresidualstressWangYuhao，HeQingzhong，WangJia，GuoBin，WangYongbin，PuHu(SichuanUniversityofScience&Engineeri

3、ng，Zigong643000，Sichuan，China)Abstract：Inviewoftheactualsituationofheatexchangertubesheetwelding，determinestheweldingtestmodelanditsprocessparameters，andaweldingtestwascarriedout．Meanwhile，undertheconditionofthesamemodelandprocess，weldingnumericalsimulationarecarriedoutusingAnsyssoftware，par

4、ameterizedusingAPDLlanguageprogramming，andobtainedthedistributionoftemperaturefieldandstressfield．Throughcomparingandanalyzingthetestresultsandthenumericalsimulationresults，theanal—ysismethodWasprovedtobereasonable．Thisapproachhaveadirecthelpfortheoptimaldesignofthelocalstructureofprod—ucts，

5、theanalysisoftheweldingresidualstress，theoptimizationoftheweldingprocessandSOon．Keywords：tubesheetwelding；weldingtest；Ansyssoftware；weldingnumericalsimulation0引言换热器是一型通用设备，广泛应用于化工、电力、炼油、节能减排和原子能等工业部门。由于换热器高压、高温的特点，工作时其管板要承受很大的压力，因此管板材料多采用高强度钢。换热器工作介质常为弱碱性或弱酸性，介质中还混有少量的氢气，换热器管板与换热管焊接时存在一定的焊接应

6、力，由于氢气的氢脆作用和弱酸、弱碱的腐蚀作用，使得焊缝处的应力腐蚀加剧，影响其使用寿命，甚至存在安全隐患。为了提高管板与换热管焊接应力、耐腐蚀能力，延长其使用寿命，目前主要的方法是在管板高强度钢上堆焊一层低强度结构钢或不锈钢。本文根据堆焊试验的工艺特点和工艺参数，进行了堆焊试验，同时在相同工艺条件下采用Ansys软件利用间接法对堆焊过程进行了动态模拟，得到了焊后温度场和应力场分布规律，通过试验结果和模拟结果对比分析，得到了残余应力的分布情况，为今后的结构优化设计以及焊接工艺优化奠定了基础。1换热器管板试验模型及工艺参数的确定1．1管板试验模型的确定根据有限元分析思想，当研究对象

7、比较复杂时，可以将对象分解成若干个具有相同或相近特性的单元，对子单元进行研究与分析，即可推导出总体的特性，节约时间和材料。圆具有轴对称性，其对称轴为+材料腐蚀与防护四川省重点实验室开放基金重点应用研究项目(2013CL05)；四川省自贡市2013年度重点科技计划项目(2013C16)；四川理工学院研究生创新基金项目(y2014037)90王渝皓，等：换热器管板堆焊数值模拟及残余应力分析2016年第7期直径，故可将圆形看作由直径旋转一周所经过的路径，而取其一条直径研究即可表征圆形的特征，故取管