球閥閥體焊接及振動(dòng)焊接下其應(yīng)力、變形研究

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1、摘要球閥閥體焊接及振動(dòng)焊接下其應(yīng)力、變形研究在全焊接球閥生產(chǎn)中，有三個(gè)基本難點(diǎn)，即(1)控制焊接變形，使焊前組裝好的閥球焊后能開(kāi)、閉自如；(2)控制焊接溫度場(chǎng)，使受熱極限為1504C的密封橡膠0形環(huán)不因焊接而失效；(3)焊后不能采用整體熱處理或整體加熱消除應(yīng)力處理。所以焊接過(guò)程中必須嚴(yán)格控制焊接溫度場(chǎng)以保證橡膠密封圈的正常使用，同時(shí)為了閥芯能自由轉(zhuǎn)動(dòng)必須嚴(yán)格控制焊接過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力和變形。為了有效解決球閥焊接生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的難點(diǎn)問(wèn)題，本文在對(duì)整套試驗(yàn)裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)(包括改進(jìn)了常規(guī)的振動(dòng)焊接設(shè)各，設(shè)計(jì)了溫度、位移和電弧電壓電流的測(cè)量系統(tǒng))的基礎(chǔ)上

2、，進(jìn)行了閥體焊接的工藝試驗(yàn)即等厚度平板對(duì)接試驗(yàn)。測(cè)試了焊接溫度分布、殘余應(yīng)力和變形的大小，同時(shí)通過(guò)有限元數(shù)值模擬了平板對(duì)接試驗(yàn)，并比較了模擬結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)橡膠密封圈所在位置的最高溫度低于120。C，滿足現(xiàn)實(shí)閥門生產(chǎn)中對(duì)橡膠密封圈的溫度不能高于150"C的要求，即在沒(méi)有特殊散熱的條件下依然滿足溫度場(chǎng)對(duì)橡膠密封圈的要求。特定點(diǎn)溫度、殘余應(yīng)力、橫向收縮變形和試樣角變形測(cè)試結(jié)果和有限元計(jì)算結(jié)果吻合，說(shuō)明該有限元計(jì)算模型能夠有效地模擬厚板窄間隙雙絲埋弧自動(dòng)焊的溫度分布、殘余應(yīng)力分布和焊接變形大小。采用數(shù)值模擬的方法分析了不同工藝條件下焊縫根部的殘

3、余應(yīng)上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文力分布，提出了無(wú)焊后熱時(shí)效條件下優(yōu)質(zhì)焊縫工藝，即：采用角接接頭、H08MnA焊絲在小規(guī)范下進(jìn)行焊接，并此基礎(chǔ)上應(yīng)用有限元方法預(yù)測(cè)了閥體焊接的溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力和焊接變形的大小。應(yīng)用振動(dòng)焊接改善球閥焊接接頭性能是本課題關(guān)注的重點(diǎn)。本文基于振動(dòng)焊接在非閥體結(jié)構(gòu)(HT-TU超導(dǎo)托卡馬克核聚變?cè)囼?yàn)裝置焊接構(gòu)件和寶鋼高爐用鋼電渣焊)中的成功應(yīng)用，進(jìn)行了閥f-JN鋼A105振動(dòng)焊接技術(shù)的全面研究。首先研究了振動(dòng)與接頭的金相組織、殘余應(yīng)力及內(nèi)耗、儲(chǔ)能模量的關(guān)系，找出了最佳振動(dòng)加速度0．69：然后將振動(dòng)焊接應(yīng)用在閥體焊接的工藝試驗(yàn)中，在

4、0．69加速度下試樣表面的橫向殘余應(yīng)力和縱向殘余應(yīng)力大小均顯著下降，下降幅度達(dá)到50％左右。同時(shí)，振動(dòng)后試樣的橫向收縮變形、縱向收縮變形和角變形均明顯減小，其中橫向收縮變形大約只有未振動(dòng)時(shí)候的一半大小，角變形的下降率達(dá)到81％。在振動(dòng)焊接試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)了振動(dòng)焊接改善焊接接頭性能的機(jī)理。在焊縫金屬凝固過(guò)程中，微觀上振動(dòng)可以增大形核率Ⅳ和減小晶體的生長(zhǎng)速率o，宏觀上振動(dòng)所產(chǎn)生的能量可使熔池中成長(zhǎng)的晶粒破碎，兩種情況下均細(xì)化了晶粒。焊后冷卻過(guò)程中，由于溫度較高，再加上振動(dòng)，原子熱運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散加劇，不斷產(chǎn)生位錯(cuò)增殖和纏結(jié)，使晶體得以強(qiáng)化，從而提高了構(gòu)件

5、抗變形能力和尺寸穩(wěn)定性。同時(shí)在高溫的時(shí)候屈服強(qiáng)度較低，所以在包辛格效應(yīng)下外加應(yīng)力可以在較小的情況即可達(dá)到降低殘余應(yīng)力的目的。到目前為止，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有關(guān)于振動(dòng)焊接有限元計(jì)算的相關(guān)資摘要料。為考察振動(dòng)焊接對(duì)焊接構(gòu)件動(dòng)態(tài)響應(yīng)和內(nèi)部應(yīng)力分布的影響，本文在相關(guān)焊接應(yīng)力計(jì)算的基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)焊接過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算。本文首先模擬了激振器對(duì)焊接試樣的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，包括焊接試板的模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析；基于假定振動(dòng)焊接軟化高溫焊縫材料，數(shù)值模擬了屈服強(qiáng)度降低情況下的焊接殘余應(yīng)力，然后模擬了焊接完成后施加交變載荷情況下的殘余應(yīng)力分布，最后綜合上面兩種情況來(lái)模擬完整的振動(dòng)

6、焊接過(guò)程，計(jì)算結(jié)果表明振動(dòng)焊接可以降低焊接殘余應(yīng)力。關(guān)鍵詞：全焊接球閥，A105閥門用鋼，振動(dòng)焊接，振動(dòng)加速度，焊接溫度場(chǎng)，殘余應(yīng)力，焊接變形HIStudyonBallValveWeldingandItsStress＆DeformationunderVibratoryWelding(VW)AbstraetInthemanufactureoffull·weldballvalve，therearethreebasicdifficulties：(1)howtocontroltheweldingdeformationeffectivelyinordert

7、hattheballcallbeopenedandclosedfreely；(2)howtocontroltheweldingtemperaturefieldinorderthattherubbersealedringcannotbeinvalidatedbecauseofweld；(3)afterweld，thewholeheattreatmentorthewholeheatstressreliefshouldnotbeadopted．So，intheprocessofwelding，theweldingtemperaturefieldmust

8、becontrolledstrictlytoassurethattherubbersealedringisvalidated；alsot