核压力容器SA508Gr4钢焊接质量控制研究

发布时间：2017-07-16 11:30

  本文关键词：核压力容器SA508Gr4钢焊接质量控制研究

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【摘要】：在核压力容器制造过程中，特厚钢板焊接质量直接影响着整个反应堆的安全运行，而焊接过程中的温度场分布以及焊后的残余应力分布对整个焊缝区域的影响尤为重要。本文以承压材料SA508Gr4钢为研究对象，通过计算机模拟技术计算钢板焊接过程的温度场及应力场并进行试验验证，掌握残余应力分布规律及焊后变形情况，建立了热影响区宽度的预测方法，最终达到控制材料焊接成型质量、预测接头局部质量的目的。 分别采用差热分析仪、淬火膨胀仪、热模拟实验机测定SA508Gr4钢焊接模拟计算时所需的材料热物理性能参数，同时对该材料的高温力学性能进行分析并绘制SH-CCT图，综合评定其焊接性。SH-CCT图表明，在焊接热影响区组织连续转变过程中，只有马氏体和贝氏体转变区，t8/5在4.6~15s时，冷却形成板条状马氏体；当t8/5大于1200s时，则完全转变为贝氏体组织；此外，SA508Gr4钢的高温抗拉强度在800~1250℃范围内随温度的升高而降低，高温塑性较好，但存在偏向高温侧的第Ⅱ脆性区，尤其在1230℃拉伸时，断口呈明显的脆性断裂，断面收缩率仅为50%，脆性断裂主要是氧化物沿晶界析出所致。在SA508Gr4特厚板焊接时，淬硬倾向严重，焊接性较差，需通过控制焊接工艺并且在200℃以上焊前预热来保证质量。 基于以上数据基础，应用数值模拟技术建立SA508Gr4钢板X形坡口双面单道焊接实体模型，采用分层加载热源以及添加体生热率修正系数的方法，对电弧焊温度场和应力场进行计算及试验验证。结果显示，，在首道焊后，试板两端在厚度方向向上翘曲2.53mm，第二道焊后，试板向上翘曲变为向下偏移1.75mm。残余应力测定值与模拟值基本吻合，距焊缝中心20mm位置的横向残余应力为550Mpa拉应力，中心处为压应力，而纵向残余应力主要为拉应力。 通过研究热输入对过热区、相变重结晶区、不完全重结晶区组织及宽度的影响规律，模拟计算不同热输入下的焊接热循环过程，建立热影响区及子区宽度预测方法。预测发现SA508Gr4钢接头热影响区宽度中性能较不稳定的过热区及不完全重结晶区宽度占优，需要通过焊后热处理来改善接头性能。
【关键词】：SA508Gr4钢 电弧焊接 数值模拟 温度场 应力场
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL351.6;TG457.5
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 引言9-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 核压力容器用钢简介10-12
• 1.1.1 核压力容器用钢的特点10-11
• 1.1.2 核电压力容器用钢发展及研究现状11-12
• 1.2 SA508Gr4 钢概况及焊接性12-13
• 1.3 焊接材料基础数据的测定13-16
• 1.3.1 材料热物理参数测定14
• 1.3.2 钢的高温力学性能14-15
• 1.3.3 焊接 CCT 曲线测定15-16
• 1.4 焊接数值模拟技术研究进展16-19
• 1.4.1 数值模拟技术现状及进展17
• 1.4.2 焊接温度场及应力场研究进展17-19
• 1.5 研究的主要内容及意义19-21
• 2 SA508Gr4 钢焊接性评定21-36
• 2.1 材料热物理性能参数测定21-24
• 2.2 连续冷却组织转变图的制定24-33
• 2.2.1 实验方案24-25
• 2.2.2 组织性能分析25-30
• 2.2.3 SH-CCT 图分析30-32
• 2.2.4 热影响区组织百分含量及性能图32-33
• 2.3 焊接性的间接评定33-35
• 2.3.1 碳当量33-34
• 2.3.2 冷裂纹敏感性34
• 2.3.3 热裂纹敏感性34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 3 高温力学性能分析36-45
• 3.1 实验方案36-37
• 3.2 高温热强度分析37-39
• 3.3 高温热塑性分析39-41
• 3.4 高温脆性区间脆化机理分析41-43
• 3.4.1 扫描断口分析41-42
• 3.4.2 能谱分析42-43
• 3.4.3 动态再结晶分析43
• 3.5 本章小结43-45
• 4 SA508Gr4 钢温度场及应力场分析45-56
• 4.1 焊接工艺制定45-46
• 4.2 焊接温度场及应力场测定46-48
• 4.2.1 焊接温度场的测定46
• 4.2.2 焊接应力场测定46-48
• 4.3 有限元模型48-50
• 4.3.1 模型建立48-49
• 4.3.2 控制方程及加载方式49-50
• 4.4 焊接温度场及应力场分析研究50-55
• 4.4.1 焊接温度场瞬态分析50-52
• 4.4.2 焊接热循环曲线分析及验证52-53
• 4.4.3 焊接应力场分析及验证53-55
• 4.5 本章小结55-56
• 5 焊接热影响区及子区宽度预测56-70
• 5.1 宽度预测的理论依据56-58
• 5.2 热影响区宽度测定预备试验58-67
• 5.2.1 焊接工艺及试验方法58-59
• 5.2.2 焊接热输入对组织及性能的影响59-63
• 5.2.3 HAZ 宽度测定63-64
• 5.2.4 焊接温度场模拟及准确性验证64-65
• 5.2.5 热影响区宽度模拟值与试验值对比65-67
• 5.3 SA508Gr4 钢焊接热影响区及子区宽度预测67-68
• 5.4 本章小结68-70
• 结论70-71
• 参考文献71-77
• 在学研究成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

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本文编号：548492