有关烟管与管板连接结构的焊接残余应力数值模拟

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1、第51卷第5期化工设吝与管道v01．51NO．52014年10月PROCESSEQUIPMENT&PIPING0ct．2014烟管与管板连接结构的焊接残余应力数值模拟徐君臣，林亚森，左安达，米杰，李彩霞(惠生工程(中国)有限公司，上海201210)摘要为了研究烟管与管板连接处环向裂纹产生的原因，文章基于ANSYS软件中的APDL语言、单元生死技术以及热．结构间接耦合法对烟管与管板焊接结构的焊接温度场、应力场进行了三维数值模拟，获得了焊接残余应力的大小与分布规律，并对模拟结果进行了详细讨论。模拟结果袁明：在焊缝区环向应力较大，容易造成焊缝环向开裂而失效；相

2、邻焊缝的焊接对环向焊接残余应力大小与分布规律影响显著。关键词烟管；管板；焊接残余应力；数值模拟；单元生死技术中图分类号：TQ050．3；TH122文献标识码：A文章编号：1009—3281(2014)05．0035．005烟管锅炉设备设计与制造的关键技术之一就是艺具有一定的参考价值。张莹莹等人对换热器管烟管与管板的焊接，而焊接质量的好坏直接影响设备子与管板焊接接头的残余应力进行三维数值模拟，得的安全性和使用寿命。设备在交变载荷条件下工作，出了残余应力的分布规律。蒋文春等人[3-5]采用内生烟管与管板之间的焊缝会经常开裂而导致介质的泄热法分别对换热器管子与

3、管板焊接接头和304半管夹漏和串流而失效，而较高的焊接残余应力是导致焊缝套焊接部位的残余应力进行了数值模拟，模拟结果对开裂的重要原因之一。图1为某烟管炉烟管与管板焊焊接工艺的改进以及焊接残余应力的控制提供了理接结构详图，由于烟管较薄而管板较厚，很容易造成论依据。Dong『6]对多道管道对接焊的焊接残余应力在焊缝区的烟管因焊接残余应力过大而开裂。焊接残进行了三维数值模拟，获得了焊接残余应力的分布规余应力与结构形式、材料性能和焊缝工艺等有密切关律，也验证了有限元焊接模型的正确性。Sattari—Far系，因此，有必要对该结构进行焊接残余应力数值模等人[8]以

4、管道对接焊为模型，分别从实验和数值模拟来评定其可靠性。拟的方法对其焊接残余应力进行了分析，计算结果表明焊接热输入量对焊接残余应力的大小和分布规3．5705．+II1．I律有显著影响，同时也验证了有限元模型的正确性。Xu等人采用内生热法对换热器管板与换热管焊接l；■Lll●l／；残余应力进行了二维数值模拟，考虑了热输入量、预＼≥：；堕；I热温度等对焊接残余应力的影响，但是没有考虑相邻／；l焊缝的焊接对焊接残余应力大小与分布规律的影响。／基于此，本文采用有限元软件ANSYS中的APDL语；Il言、内生热模型以及单元生死技术，基于随温度变化图1烟管与管板连接结

5、构示意图的双线性随动强化弹塑性材料模型，采用热一结构间Fig．1Schematicplotofsmoketubeandtubesheetstructure接耦合法对烟管炉焊接温度场和残余应力场进行三近年来，随着计算机技术快速发展和有限元理维动态模拟，同时考虑相邻焊缝的焊接对焊接残余应论日趋成熟，采用有限元法对焊接残余应力进行数值收稿日期：2014—06—09模拟得到了越来越多的关注。李奋昆等人Ⅲ对列管基金项目：BASF重庆MDI项目(11015)。式反应器管板与换热管焊接残余应力场进行了三维作者简介：徐君臣(1987一)，男，湖北荆门人，设备助理工程师。

6、有限元模拟，对于保证焊接结构质量和优化焊接工从事压力容器设计与有限元分析工作。2014年10月徐君臣，等．烟管与管板连接结构的焊接残余应力数值模拟39的残余应力值均小于材料的抗拉强度510MPa，满足[3]蒋文春，巩建鸣，陈虎，等换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟[J]．焊接学报，2007，27(12)：1-4．强度设计要求。[4]蒋文春，巩建鸣，陈虎，等．SS304半管夹套焊接部位残余应4结束语力三维有限元模拟[JI．焊接学报，2006，27(10)：77—80．[5】蒋文春，巩建鸣，陈虎，等．304不锈钢半管夹套焊接部位残(1)通过APDL语言

7、建立了烟管与管板焊接结余应力有限元模拟[J]．压力容器，2006，23(5)：25—28．构温度场和应力应变场三维移动热源的有限元分析[6]DongPResidualStressAnalysesofaMulti—PassGirthWeld：模型，通过单元生死技术考虑了焊材的填充作用，3一DSpecialShellVersusAxisymmetricModels[J]．Journalofpressurevesseltechnology,2001，123(2)：207—213．同时也考虑了材料的非线性，获得了烟管与管板焊[7]AkbariD，Sattari—

8、FarI．Effectoftheweldingheatinputon接结构残余应