大型環(huán)形結(jié)構(gòu)焊接變形剛性控制數(shù)值模擬.pdf

1、因汽輪機隔板服役環(huán)境的特殊性，需要在隔板外環(huán)的指定位置堆焊不銹鋼耐腐蝕層，由于堆焊量大導致隔板外環(huán)焊后焊接變形大影響裝配質(zhì)量。為控制隔板外環(huán)的焊接變形同時降低大型焊接結(jié)構(gòu)焊接試驗成本，應用數(shù)值模擬對汽輪機隔板外環(huán)的焊接變形過程進行了預測。同時針對大型結(jié)構(gòu)焊接過程數(shù)值模擬模型大、數(shù)據(jù)量大、計算時間長等問題，基于相似準則分析焊接溫度場確定了模擬結(jié)構(gòu)與實際結(jié)構(gòu)焊接應力和變形的比例對應關(guān)系，建立模擬結(jié)構(gòu)模型減少了單元數(shù)量和節(jié)點數(shù)量。另外，利用串

2、熱源代替雙橢球熱源減少時間增量步數(shù)以及模擬過程中迭代運算次數(shù)，在盡可能保證計算精度的同時提高運算效率。同時為保證模擬結(jié)果的準確性，設計了相似結(jié)構(gòu)物理試驗，驗證了簡化方法的精度。因此，本課題的研究對控制汽輪機隔板外環(huán)焊接變形具有一定的工程意義。
　　通過增加剛性固定即焊拉筋的辦法控制汽輪機隔板外環(huán)焊接變形。設計了米字型拉筋和梁型拉筋兩種焊拉筋結(jié)構(gòu)，通過數(shù)值模擬結(jié)果對比兩種拉筋形式控制焊接變形的能力，結(jié)果表明兩種拉筋形式都可以減少焊接

3、變形，米字型拉筋控制焊接變形的能力要強于梁型拉筋，當采用米字型拉筋時，筋板的變形要大于隔板外環(huán)的變形，而采用梁型拉筋，隔板外環(huán)的變形要大于筋板的變形。特別是在控制隔板外環(huán)的軸向變形和周向變形上，米字型拉筋可以更好的保證隔板的垂直度和減少隔板因受熱膨脹對形狀的影響。工藝方面，優(yōu)化了焊接速度和夾具數(shù)量，得到了最優(yōu)的焊接速度為6 mm/s，最優(yōu)的夾具數(shù)量是6個。利用串熱源完成了全部堆焊過程的數(shù)值模擬，耗時約50小時。并通過模擬結(jié)構(gòu)與實際結(jié)構(gòu)的