水輪機轉(zhuǎn)輪T型接頭焊接殘余應力模擬及優(yōu)化.pdf

1、現(xiàn)實中，在大型水輪機長期的使用過程中轉(zhuǎn)輪葉片會出現(xiàn)斷裂的情況，這種斷裂是在設計壽命之內(nèi)發(fā)生的，對轉(zhuǎn)輪的使用產(chǎn)生了極大的威脅。其中轉(zhuǎn)輪的焊接殘余應力是導致轉(zhuǎn)輪葉片出現(xiàn)斷裂的主要原因，所以對轉(zhuǎn)輪葉片上的焊接殘余應力的研究是非常有必要的。
　　 針對大型水輪機空間結(jié)構(gòu)的復雜性和轉(zhuǎn)輪葉片與上冠或下環(huán)之間的焊接接頭屬于標準的T形接頭的特點，本文采用三維熱彈塑性有限元理論，通過Fortran進行Marc有限元軟件的二次開發(fā)，編寫雙橢球移動熱

2、源和焊道焊絲填充的子程序來真實地模擬了T形焊的整個焊接過程和焊后模型的整體退火過程。模擬了T形接頭的單段單層焊來得出焊接過程中焊接溫度場和應力場的分布及變化，并通過改變焊接順序分別模擬了分段焊、多層焊。最后，計算了焊后整體退火熱處理的升溫，保溫，降溫整個過程中的溫度場和應力場。
　　 通過上述研究，本文得到如下主要結(jié)果：
　　 (1)單道單層焊下，焊道處在焊接熱源到達時溫度達到1725℃，熱源前方溫度比熱源后方的溫度變化

3、更明顯，遠離焊道的區(qū)域溫度逐漸下降到室溫附近。
　　 (2)單道單層焊下，焊后焊道在X、Y、Z三個方向上的應力均為拉應力，X、Y、Z三個方向的殘余拉應力峰值分別為247MPa、511MPa、638MPa，離焊道稍遠的區(qū)域為壓應力，X、Y、Z三個方向的殘余壓應力峰值分別為435MPa、430MPa、423MPa。離焊道更遠的區(qū)域殘余應力趨于0。
　　 (3)分段焊下，在中間焊段與兩端焊段的相鄰區(qū)域發(fā)生殘余拉應力下降，最低降

4、至442MPa，殘余拉應力值有明顯降低的焊道區(qū)域最長能達到18.75mm。分段焊可以在焊道局部降低殘余拉應力。
　　 (4)雙層焊下，Z向殘余拉應力最大，第一層焊焊道處Z向殘余拉應力峰值為515MPa，第二層焊焊道處殘余拉應力峰值為571MPa，相比單層焊各下降20％，10％。多層焊比單層焊產(chǎn)生的殘余拉應力值更低。
　　 (5)焊后整體退火過程中，當溫度升到最高600℃時，殘余拉應力峰值為244MPa，冷卻至室溫時，殘余