[发明专利]超大型压力容器局部焊后热处理焊接应力与变形调控方法

权利要求书

1.一种超大型压力容器局部焊后热处理焊接应力与变形调控方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)超大型压力容器局部焊后热处理焊接应力与变形调控

步骤1：根据不同形状的插入件类型选择合适的分段热处理方案；

具体地，通过有限元建模优化，对于圆形插入件采用六段三次分段对称热处理，对于方形插入件采用四段二次分段对称热处理；

步骤2：在筒体外侧沿焊缝切线方向垂直焊缝布置加强结构，并确定具体加强结构的材料、数量、尺寸及布置方式；

具体加强结构的数量及尺寸通过以下方式确定：加强结构的间距采用电加热片宽度的2倍，根据间距由此确定了加强结构的数量；加强结构的高度通过有限元建模优化确定为插入板厚度的两倍加筒体厚度；由于插入板的类型不同，加强结构的长度首先确定为插入板整体最小尺寸的四分之一，通过有限元建模优化的方法确定最佳长度；

步骤3：在上述步骤的基础上，通过有限元建模及模拟分析，在应力和变形水平达到工程要求的合理范围内的基础上进行加强结构尺寸的优化确定；

步骤4：对加强结构的关键位置进行校核，并确定实际加强结构焊接方式；

(2)加强结构的有限元建模优化及验证

步骤5：利用三维造型软件建立筒体模型导入到ABAQUS中，配合有限元建模功能建立加强化结构的三维实体模型；

步骤6：在有限元软件中建立强化结构的Part，在装配模块中通过平移、旋转及布尔运算完成加强化结构模型的建立；

步骤7：对所建立的模型进行切块操作，切出重点研究的区域；

步骤8：将焊缝区和母材区进行分割，并选取合适的截面进行焊道的划分；

步骤9：按照模型尺寸和焊缝尺寸确定整体种子，完成整个模型网格划分，并对网格质量进行检查，不存在错误且警告值小于10％时所画网格合格；

步骤10：创建每道焊缝单元的集合；首先对整个焊缝选择一个集合命名为Weld-0，接着对每道焊缝进行命名，如Weld-1表示第一道焊缝，Weld-1-1表示第一道焊缝的第一段，以此类推，Weld-1-n表示第一道焊缝的第n段；创建热处理面集合；

步骤11：定义焊接及热处理工艺幅值曲线；

步骤12：完成上述网格划分和集合选择之后，进行温度场的计算；定义材料的材料属性以及计算温度场所需要的常量；

步骤13：建立分析步；以焊缝分为多段为例，第1个分析步为step-1，分析时间为1*10-4秒，移除weld-0；第2个分析步为step-2，分析时间为1*10-4秒，添加激活weld-1-1；第3个分析步为step-3，分析时间为焊接第一道焊缝的总时间除以第一道焊缝总的段数，进行weld-1-1的焊接模拟；如果一道焊缝有m段，则总的分析步为2N+1+m，N为焊道数，m为每条焊道的段数；

如果一道焊缝只有一段，则总的分析步为2N+1，N为焊道数，之后分析步的设置参照step-2和step-3，直至焊接模拟结束；

步骤14：焊接模拟完成后，设置添加激活强化结构以及进行热处理模拟的分析步，热处理结束后通过分析步移除强化结构，进而模拟移除强化结构的应力和变形情况；

步骤15：设置温度场的边界条件，主要包括热对流和热辐射，以得到比较精确的温度场；

步骤16：定义焊接体热流载荷，具体数值参考实际焊接热输入；

步骤17：定义模型不同区域的预定义场，具体为所模拟的初始的温度；

步骤18：检查上述步骤，提交计算模型进行计算，得到温度场后进行应力场的计算；

步骤19：对所得的应力场结果进行分析，在应力和变形水平达到工程要求后对强化结构进行校核；

步骤20：如果校核不成功，进行具体尺寸优化，直到满足工程要求；

步骤21：根据计算结果文件，提取出强化结构与筒体连接处径向应力，指导实际强化结构焊接方式。

2.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器局部焊后热处理焊接应力与变形调控方法，其特征在于，步骤8中：对于有加热带且分段进行热处理的情况，先切加热带，然后通过建立辅助面的方式进行分区；切块的原则为切块后能划分出较高质量的网格；采用如下步骤：分离出重点研究的区域，对局部进行切块。

3.根据权利要求1所述的一种超大型压力容器局部焊后热处理焊接应力与变形调控方法，其特征在于，步骤19中：对强化结构进行校核时，重点关注两个位置：一、强化结构与筒体连接处径向应力，防止强化结构与筒体撕裂；二、强化结构横断面轴向应力，防止强化结构从横截面断裂。