核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及焊接變形模擬方法，尤其涉及核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變 形模擬方法。
【背景技術】
[0002] 核電站水池不銹鋼襯里是核燃料及核廢料的重要保護體和承載體，由大量的不銹 鋼板拼接而成，其對焊接變形的控制非常嚴格。不同的焊接順序和焊接約束會對焊接變形 產生不同的影響，因此，施工前對核電站水池不銹鋼襯里焊接變形進行快速模擬預測，對核 電站水池不銹鋼襯里的安全施工建設具有重要意義。
[0003] 對于核電站水池不銹鋼襯里等大型薄壁結構的焊接，目前廣泛采用的方法是基于 焊接經驗進行焊接施工，或者依賴國外的焊接技術指導。而第三代EPR核電站屬于新一代 的核電技術，不能憑借焊接經驗進行詳細的焊接工藝指導；第三代EPR核電站為正在建設 的最先進核電站，國外同樣缺乏成熟的焊接工藝。因此，亟需一種焊接模擬方法，實現對核 電站水池不銹鋼襯里等大型薄壁對焊結構進行快速變形模擬預測，從而便于合理的制定不 銹鋼襯里焊接工藝。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是針對上述技術問題，提供了核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構 變形模擬方法，能夠顯著縮短核電站水池不銹鋼襯里的變形模擬周期，提高核電站水池不 銹鋼襯里的焊接質量，提高核電站水池不銹鋼襯里的安全性。
[0005] 本發明的技術方案： 為解決上述技術問題，本發明提供的核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方 法，包括以下步驟： S1:提取核電站水池不銹鋼襯里對焊的典型接頭模型，采用施工焊接參數，展開焊接 實驗，提取典型接頭試件的熔池截面輪廓； 52 :使用SYSWELD焊接有限元軟件，建立典型接頭尺寸相同的體單元模型，采用熔池輪 廓匹配的原則，調節模擬熱源模型參數，使體單元模型的熔池輪廓及變形與接頭試件的相 吻合，完成體單元模型的準確建立； 53 :利用S2的體單元模型，計算橫向塑性變形區的輪廓；采用收縮力 及收縮力矩相等的原則，求得殼單元模型的等效收縮區域寬度w和偏心距 ￡； 54 :利用S3求得殼單元模型的等效收縮區域寬度w和偏心距，殼單元模型的焊接約 束方式與體單元、焊接實驗的約束方式相同，建立與典型接頭焊接實驗尺寸相同的殼單元 豐旲型； 55 :對比殼單元與體單元模型模擬最大變形誤差，若誤差低于15%，提取核電站水池不 銹鋼襯里的中性面，建立整體模型，將典型接頭模型所得的等效收縮區域寬度w和偏心距 Z施加到整體模型上，進行焊接變形模擬。
[0006] 進一步地，典型接頭模型對應的不銹鋼襯里厚度為4-8_。
[0007] 進一步地，S1中所述的焊接參數包括焊接電壓、焊接電流、焊接電源形式以及焊接 速度。
[0008] 進一步地，S3中等效收縮區域寬度w和偏心距f計算公式為：
其中，a為塑性收縮區上部寬度；b為塑性收縮區下部寬度；h為不銹鋼板厚度。
[0009] 進一步地，S4中所述的焊接約束方式為全約束固定。
[0010] 本發明有益效果： 本發明提供的核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，能夠顯著縮短核電 站水池不鎊鋼襯里的變形t旲擬周期，提尚核電站水池不鎊鋼襯里的焊接質量，提尚核電站 水池不銹鋼襯里的安全性。
【附圖說明】
[0011] 圖1是本發明模擬方法流程圖； 圖2是本發明之典型接頭實驗所得熔池輪廓圖； 圖3是本發明之體單元模型； 圖4是本發明之體單元模型模擬所得熔池輪廓圖； 圖5是本發明之體單元模型模擬所得塑性變形區輪廓圖； 圖6是本發明之體單元模型收縮力及收縮力矩示意圖； 圖7是本發明之殼單元模型收縮力及收縮力矩示意圖； 圖8是本發明之殼單元接模型； 圖9是本發明之體單元與殼單元變形模擬圖； 圖10是核電站水池不銹鋼襯里焊接組裝圖； 圖11是核電站水池不銹鋼襯里垂向模擬變形圖。
[0012] 其中： 1.塑性變形區域上部寬度；2.塑性變形區域下部寬度；3.收縮力中心偏離中面距離； 4.等效偏心距，5.等效寬度，6.施加固定約束點，7.體單元變形等高云圖，8.殼單元變形等 尚Z5T圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結合具體實施例和附圖對本發明的核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變 形模擬方法進行詳細說明： 圖1所示核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法流程圖，其包括以下步 驟： S1:提取核電站水池不銹鋼襯里對焊的典型接頭模型，采用施工焊接參數，展開焊接 實驗，提取典型接頭試件的熔池截面輪廓； 具體地，從圖10所示的核電站不銹鋼襯里中提取典型接頭和焊接工藝，進行焊接實 驗，典型接頭模型對應的不銹鋼襯里厚度為4-8mm。
[0014] 本實施例中，采用6mm的不銹鋼板進行實驗，將不銹鋼板一側的兩個部位點焊到 試驗臺進行全約束固定，采用千分表進行變形采集；接頭焊接完成后，提取熔池截面輪廓， 圖2所示為典型接頭實驗所得熔池輪廓圖。
[0015]S2:使用SYSWELD焊接有限元軟件，建立典型接頭尺寸相同的體單元模型，采用熔 池輪廓匹配的原則，調節模擬熱源模型參數，使體單元模型的熔池輪廓及變形與接頭試件 的相吻合，完成體單元模型的準確建立； 圖3是使用焊接有限元軟件建立的體單元模型；采用熔池輪廓匹配的原則，調節模擬 熱源模型參數，使體單元模型的熔池輪廓及變形與接頭試件的相吻合，圖4是體單元模型 的熔池輪廓圖。
[0016]S3:利用S2的體單元模型，計算橫向塑性變形區的輪廓；采用收縮力及收縮力矩 相等的原則，求得殼單元模型的等效收縮區域寬度w和偏心距Z; 在此步驟中，由體單元模型可自動求得橫向塑性變形區輪廓，如圖5所示。圖6是體單 元模型收縮力及收縮力矩示意圖；圖7是殼單元模型收縮力及收縮力矩示意圖。
[0017] 采用收縮力及收縮力矩相等的原則，求得殼單元模型的等效收縮區域寬度w和偏 心距4 〇
其中，a為塑性收縮區上部寬度；b為塑性收縮區下部寬度；h為不銹鋼板厚度。
[0019]S4:利用S3求得殼單元模型的等效收縮區域寬度w和偏心距#，殼單元模型的焊 接約束方式與體單元、焊接實驗的約束方式相同，建立與典型接頭焊接實驗尺寸相同的殼 單元模型； 具體地，按照殼單元模型的焊接約束方式與體單元、焊接實驗的約束方式相同的原則 建立殼單元模型，圖8是建立的殼單元模型。
[0020] S5 :對比殼單元模型、體單元模型模擬變形的等高云圖，若等高云圖吻合度不小于 95%，提取核電站水池不銹鋼襯里的中性面，建立整體模型，將典型接頭模型所得的等效收 縮區域寬度w和偏心距K施加到整體模型上，進行焊接變形模擬。
[0021] 圖9是體單元與殼單元變形模擬圖，其中7是體單元模型變形等高云圖，8是殼單 元模型變形等高云圖。若最大變形的模擬誤差低于15%，提取核電站水池不銹鋼襯里的中性 面，建立整體模型，將典型接頭模型所得的等效收縮區域寬度w和偏心距J施加到整體模 型上，進行焊接變形模擬。
[0022] 圖11是核電站水池不銹鋼襯里垂向模擬變形圖。通過焊接變形模擬，可確定焊接 電壓、焊接電流、焊接電源形式以及焊接速度等焊接參數，從而確定焊接工藝。
[0023] 本發明提供的核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，能夠顯著縮短 核電站水池不鎊鋼襯里的變形t旲擬周期，提尚核電站水池不鎊鋼襯里的焊接質量，提尚核 電站水池不銹鋼襯里的安全性。
[0024] 本發明不局限于上述實施方式，任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式 的產品，但不論在其形狀或結構上作任何變化，凡是具有與本申請相同或相近似的技術方 案，均落在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 核電站水池不誘鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，其特征在于，包括W下步驟： Sl:提取核電站水池不誘鋼襯里對焊的典型接頭模型，采用施工焊接參數，展開焊接 實驗，提取典型接頭試件的烙池截面輪廓； 52 :使用SYSWELD焊接有限元軟件，建立典型接頭尺寸相同的體單元模型，采用烙池輪 廓匹配的原則，調節模擬熱源模型參數，使體單元模型的烙池輪廓及變形與接頭試件的相 吻合，完成體單元模型的準確建立； 53 :利用S2的體單元模型，計算橫向塑性變形區的輪廓；采用收縮力及收縮力矩相等 的原則，求得殼單元模型的等效收縮區域寬度W和偏屯、距公； 54 :利用S3求得殼單元模型的等效收縮區域寬度W和偏屯、距必，殼單元模型的焊接約 束方式與體單元、焊接實驗的約束方式相同，建立與典型接頭焊接實驗尺寸相同的殼單元 模型； 55 :對比殼單元與體單元模型的最大模擬變形，若最大變形誤差小于15%，提取核電站 水池不誘鋼襯里的中性面，建立整體模型，將典型接頭模型所得的等效收縮區域寬度W和 偏必距點施加到整體模型上，進行焊接變形模擬。2. 根據權利要求1所述的核電站水池不誘鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，其特征 在于，典型接頭模型對應的不誘鋼襯里厚度為4-8mm。3. 根據權利要求1所述的核電站水池不誘鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，其特征 在于，Sl中所述的焊接參數包括焊接電壓、焊接電流、焊接電源形式W及焊接速度。4. 根據權利要求1所述的核電站水池不誘鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，其特征 在于，S3中等效收縮區域寬度W和偏屯、距計算公式為：其中，a為塑性收縮區上部寬度；b為塑性收縮區下部寬度；h為不誘鋼板厚度。5. 根據權利要求1所述的核電站水池不誘鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，其特征 在于，S4中所述的焊接約束方式為全約束固定。
【專利摘要】一種核電站水池不銹鋼襯里薄壁對焊結構變形模擬方法，提取核電站水池不銹鋼襯里對焊的典型接頭模型，展開焊接實驗，提取典型接頭試件的熔池截面輪廓；使用SYSWELD焊接有限元軟件，建立尺寸相同的體單元模型；利用體單元模型，求得殼單元模型的等效收縮區域參數；利用殼單元模型的等效收縮區域參數，建立尺寸相同的殼單元模型；對比殼單元模型、體單元模型模擬變形的等高云圖，提取核電站水池不銹鋼襯里的中性面，建立整體模型，將典型接頭模型所得的等效收縮區域參數施加到整體模型上，進行焊接變形模擬。該方法能夠顯著縮短核電站水池不銹鋼襯里的變形模擬周期，提高核電站水池不銹鋼襯里的焊接質量，提高核電站水池不銹鋼襯里的安全性。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105205228
【申請號】CN201510554407
【發明人】李政, 譚俊, 韓建民, 王軍強, 杜恒芳, 李光遠, 劉軍, 劉柏粦
【申請人】中國建筑第二工程局有限公司, 中建電力建設有限公司, 北京交通大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年9月1日