OVERLAY堆焊技术在核电设备维修中的应用

核电用奥氏体不锈钢和镍基合金的应力腐蚀问题常导致管道等设备产生缺陷和失效。OVERLAY堆焊技术是针对应力腐蚀问题的实用可靠修复手段,通过堆焊一定尺寸的耐应力腐蚀镍基合金材料,形成新的压力边界(密封)焊缝和结构加强。在实际应用过程中,除完成必要的检验和试验项目外,还应进行相应的残余应力和服役寿命等分析评价。     

核电管道安全端异种金属焊接接头表面堆焊的有限元分析

根据热弹塑性有限元分析原理,建立核电管道异种金属焊接接头表面堆焊修复的有限元模型。应用ANSYS软件模拟某核电厂稳压器安全端接管堆焊修复试验过程,计算分析焊接温度场和应力场及焊接残余应力。结果表明,焊接过程中的不均匀热过程直接引起了复杂的应力状态。焊接过程中,环向应力变化比轴向应力快,环向残余应力比轴向残余应力大。堆焊后,在原管道内表面原焊缝附近形成了压缩残余应力,沿半径方向残余应力由拉应力逐渐向压应力过渡。     

核级支管座焊缝结构堆焊修复数值模拟及分析

为优化核级支管座焊缝结构的OVERLAY堆焊修复工艺,基于有限元分析软件Abaqus建立三维有限元模型,结合双椭球热源、生死单元技术,采用热-力顺序耦合计算方式对堆焊修复过程进行数值模拟,研究了结构在堆焊修复过程中温度场、焊接变形及残余应力的分布特性.基于计算结果开展了堆焊影响因素的分析,结果表明在原焊缝结构内侧形成了...     

工具钢新型堆焊焊缝设计及分析

设计了“强韧基体＋高硬度质点”组织的高硬度堆焊焊缝，Nb,Ti,V的碳化物作为高硬度质点，基体组织为低碳马氏体＋少量薄膜状残余奥氏体，韧性、抗裂性均能满足工具、模具的要求。配合低应力冷焊措施对轧辊进行了堆焊修复，效果良好。     

工艺参数对压力容器异种钢接头残余应力的影响及优化分析

为明晰焊接过程产生的残余应力对核电压力容器管道疲劳裂纹扩展和结构断裂失效的影响,优化焊接工艺,从而减小残余应力,借助了Ansys和Isight软件,以核电压水堆一主回路焊接接头焊缝区域为研究目标,利用“生死单元法”进行多层多道焊条件下温度场的模拟,同时利用DOE方法探究焊接结构参数与焊接产生的残余应力间关联关系,得出压力管道异种金属焊接接头残余应力分布规律,明晰了主要工艺参数对结构残余应力的影响机制。结果表明,环向残余应力是压力容器管道焊缝结构发生破坏的直接因素,减小焊接残余应力应增大焊接处的坡口角度和接头内外径差值。     

低合金钢与不锈钢异质金属平板堆焊数值模拟

核电设备由于其复杂的服役环境,不同位置对材料提出不同要求,因此大量使用了异质金属堆焊。本文为研究异质金属堆焊接头温度场和焊接残余应力的分布规律,基于有限元分析软件ABAQUS,开发了用于模拟平板堆焊接头温度场、应力场的热-弹-塑性有限元计算方法。计算结果表明,所开发的基于高斯面热源的移动热源模型很好地拟合了实际生产时的熔池形态;同时由于材料性能的差异,在界面上存在明显的残余应力不连续的现象;在多道焊条件下后焊焊道对先焊焊道有一定的退火作用,可以适度降低先焊焊道时形成的残余应力。     

焊接矩形薄板的振动时效模拟与分析

根据金属晶胞结构,建立了面心立方结构的二维金属多晶胞模型。利用该模型和ANSYS有限元软件,对堆焊矩形薄板的焊接过程进行了模拟,得出其温度和残余应力分布。在以上研究的基础上,利用谐响应分析技术对堆焊过后有残余应力的矩形薄板在不同激振位置、各阶固有频率和不同激振力大小下的振动时效过程进行了仿真分析,并通过理论与试验进行验证。结果表明,激振位置在焊缝区比在非焊缝区具有更好的消除残余应力效果;在高阶固有频率下比在低阶固有频率下振动时效具有更好的消除残余应力效果;激振力为屈服强度的0.27倍时,消除残余应力效果最好。     

反应堆压力容器安全端异种金属焊缝超声检查技术

堆焊层、奥氏体粗晶材料的存在以及焊缝几何结构的复杂性使得反应堆压力容器安全端异种金属焊缝的超声检查非常具有挑战性。为提高安全端异种金属焊缝超声检查的可靠性和检查效率,利用常规双晶纵波检查技术及相控阵检查技术开展了安全端异种金属焊缝超声检查技术研究。试验结果表明,常规双晶纵波检查技术及相控阵检查技术均可有效检出安全端异种金属焊缝中的缺陷,且缺陷定量精度满足相关规范要求。其中,常规双晶纵波检查技术现已应用到核电站的役前检查及在役检查中,相控阵检查技术的缺陷定量精度及检查效率均优于常规双晶纵波检查技术。     

管道结构环焊缝焊接残余应力的计算与测量

由于管道结构的残余应力与焊接热源、焊接顺序、焊接接头形式、材料性能等多种因素有关， 采用数值计算往往很困难， 管道结构环焊缝所引起的焊接残余应力一直为焊接结构设计人员所关心。为了研究焊接残余应力对管道结构断裂的影响， 计算并实测了管道环焊缝多层 （三层） 焊的残余应力， 分析了焊缝强度匹配对计算结果的影响， 其结果对指导实际生产具有一定的参考价值。     

激光冲击电火花堆焊焊缝表面的有限元模拟

为了探究激光冲击强化对电火花堆焊表面应力状况的影响,采用有限元分析软件ANSYS模拟电火花堆焊焊接过程,计算得出了焊接残余应力场的分布。在此基础上,利用ANSYS/LS-DYNA软件、进行了激光冲击堆焊焊缝表面的有限元模拟。结果显示:焊缝区域、热影响区域和基体残余应力经激光冲击处理都有明显的改善,焊缝区残余拉应力有效减少或消除。模拟结果与实验结果相吻合,这为有限元软件对焊接修复及激光处理工艺参数的优化提供了可靠的依据。     

大型核电结构焊接残余应力高效数值计算

提出采用模拟件-产品件有限元数值计算方法进行大型结构多道焊接残余应力的高效三维数值计算。首先进行模型件制造和试验测试,获得温度循环、残余应力等数据,然后针对模拟件残余应力进行数值计算,以试验数据标定模拟件模型和算法,并开展一系列的优化和高效计算,如焊道简化等,最后将优化算法和模型应用于产品件的数值计算上。实现了包含两非中心孔位置J型焊缝的压力容器顶盖产品件焊接残余应力高效计算,并研究了两J型焊缝间的应力叠加效应。结果表明:模拟件-产品件的研究方法可应用于核电大型焊接结构的残余应力高效数值分析,计算结果说明控制杆驱动结构管座焊缝之间的应力叠加效果不明显。     

残余应力对Super304H焊缝金属再热裂纹敏感性的影响

采用预压缩CT试样的方法研究了残余应力对Super304H奥氏体不锈钢焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。通过ABAQUS模拟结合EBSD表征分析了不同残余应力下的焊缝金属的塑性应变分布和位错密度分布,并从残余应力诱导焊缝金属晶内析出相的方面解释了残余应力对焊缝金属再热裂纹敏感性的影响。结果表明：高预压缩载荷的CT试样具有更高的残余应力,更容易产生再热裂纹。随着残余应力的增加,焊缝金属拉伸试样的抗拉强度逐渐降低。焊缝金属CT试样靠近U型口的高残余应力区域具有更高的位错密度和更高比例的亚晶,促进了晶内小颗粒相的析出,使得晶内硬化更为严重,再热裂纹更容易产生。     

小尺寸环形焊缝对接焊管焊接变形控制研究

针对环形焊缝焊管接头焊接时焊接局部升温快,焊接变形高,残余应力高等问题,采用有限元法对焊接过程的变形和残余应力研究.分析常用结构尺寸、材料、焊接温度下焊管热变形及残余应力分布情况;基于热变形计算不同尺寸下焊管预弯曲范围,降低焊接过程中的变形.同时对数值仿真模型进行试验对比验证.分析发现,焊缝两侧焊管的残余应力和变形分布...     

长输管道B型套筒修复关键技术问题探讨

管道建设运行中产生腐蚀、裂纹和机械损伤缺陷，可能导致油气泄漏事故。B型套筒在应用于大面积腐蚀、环焊缝和油气泄漏修复具有优越性。介绍了传统B型套筒技术原理和设计安装要求。为解决应用于高钢级管道的难题，包括尺寸不合理、设计壁厚大、焊接残余应力和角焊缝开裂，介绍了国内外X80钢级管道环焊缝修复B型套筒在尺寸优化设计、焊接工艺条件和无损检测的实践做法。研究成果可指导管道企业科学高效开展管道修复工作。     

核电厂BOSS头焊缝缺陷处理及质量改进

分析核电厂部分BOSS头焊缝存在未熔合、夹渣、气孔等超标缺陷问题,确定了BOSS焊缝缺陷产生的原因主要为焊工经验欠缺、焊接过程实施和控制不当等。考虑缺陷情况和现场条件等因素,制定了挖补返修、管件更换、Overlay堆焊修复、评估与监控等缺陷处理方案。根据经验总结,提出了BOSS头焊缝坡口角度、焊接工艺和无损检验的优化建议,降低了BOSS头焊缝缺陷产生几率,提升了核电厂的安全性和经济性。     

考虑相变诱导塑性的埋弧堆焊过程数值模拟方法研究

目的 通过数值计算预测埋弧堆焊修复失效轧辊工艺过程中相变塑性应力、组织相变对堆焊效果的影响.方法 利用CALPHAD(Calculation of Phase Diagram)方法计算了堆焊材料温变物性参数,基于COMSOL多物理场耦合平台,对轧辊埋弧堆焊过程的瞬态温度场、马氏体相成分及相变诱导塑性(TRIP)应力演变过程进行了数值计算.结果 轧辊堆焊过程的温度场分布、马氏体相变均对传热速率影响敏感.靠近基体一侧的焊缝,相比于堆焊层其传热更快,导致马氏体相变更加迅速,其相变塑性应力值呈更大的宽带分布.冷却过程中因马氏体相变使焊缝热影响区的应力值缓慢下降,焊件完全冷却后的残余应力最大值为376 MPa,马氏体相占比为94％.采用Zeiss-?igma HD场发射扫描电镜观察了轧辊堆焊切片金相组织,验证了模型的准确性.结论 该数值模拟方法能准确预测轧辊埋弧堆焊过程中塑性应力变化及组织演变规律,为减小和消除残余应力提供了有效途径与方法,且为预防轧辊堆焊层开裂等缺陷提供了一定的理论基础.     

10Ni5CrMoV钢焊接残余应力研究

焊接结构中较大的焊接残余应力的存在往往导致焊接结构性能恶化.而一般来说.钢的屈服强度越高则往往导致其焊接结构中的焊接残余拉应力越大.本文针对屈服强度近800MPa的高强钢10Ni5CrMoV钢平板堆焊试样的焊接残余应力进行了研究.结果表明,焊接各区域并未出现较大值的焊接残余拉应力,甚至出现压应力.分析其原因,是焊缝与母材的线膨胀系数匹配、焊缝材料在焊接冷却过程中的低温相变所致.     

陶瓷/金属连接界面残余应力缓解策略研究

随着服役环境恶劣化和加工制造复杂难度增加,对陶瓷/金属异质结构综合性能提出了更高的要求。目前钎焊技术被广泛应用于陶瓷与金属异质材料连接,而二者焊接接头残余应力缓解难题非常棘手。残余应力对陶瓷/金属连接性能有极大影响,其大小受多种因素影响,因此系统概述陶瓷与金属焊接残余应力状态与分布规律,从工艺参数优化、施加中间层、复合钎料和表面结构设计4种缓解途径进行系统评述,最后展望了未来陶瓷/金属异质结构残余应力研究面临的机遇和挑战。     

基于逐层铣削法测量桥钢厚板焊缝区残余应力

桥钢厚板焊接常采用多层焊,由于焊接过程中焊缝区热应力作用和金属复杂相变过程,在厚度方向上产生了变化较大的焊接残余应力。目前,桥钢厚板内部残余应力的测量暂无统一方法,数值模拟分析也存在诸多困难。采用逐层铣削法对厚度为45 m m的对接焊钢板焊缝区沿焊缝方向的残余应力进行了测量,得到其沿焊缝厚度方向的具体分布情况。测量结果可为钢桥焊接残余应力数值模拟和钢桥疲劳研究提供参考。     

镍铝青铜表面腐蚀损伤精密脉冲等离子粉末堆焊修复可行性研究

9-4-4-2以镍铝青铜合金板材为研究对象,配用与其成分相近的合金粉末进行了铸态铜合金精密脉冲等离子粉末堆焊探索性试验,从宏观形貌、显微组织、显微硬度、残余应力和耐腐蚀性能等各方面对堆焊层进行了评价,探讨了使用该技术修复舰船螺旋桨等铜质装备零部件表面腐蚀损伤的可行性。研究结果表明:精密脉冲等离子粉末堆焊能够在镍铝青铜合金表面制备出连续均匀、组织致密的堆焊层,堆焊层残余应力较小,耐腐蚀性能、硬度满足生产要求,可应用于装备制造、修复螺旋桨等零部件的表面腐蚀损伤。