低活化铁素体马氏体钢焊接模拟与实验研究.doc

低活化铁素体马氏体钢焊接模拟与实验研究托卡马克的核聚变装置是世界上被公认可以实现磁约束核聚变的装置,未来可以用此装置实现聚变能发电。其中核聚变装置最为重要的部件之一是包层模块。由于包层模块工作条件比较恶劣,因此对结构材料的各方面性能要求都比较高,低活化铁素体/马氏体钢(简称RAFM钢)以其优良的物理性能、机械性能被科学家看作是未来聚变堆的最理想结构材料。焊接作为重要的制造工艺被广泛用于包层的各个重要部位的接合。中国在RAFM钢焊接方面的研究相对较少,目前正处于研究测试阶段,需要进一步研究RAFM钢的焊接制造工艺技术。为寻找RAFM钢合适的焊接方法和工艺,本文在ANSYS有限元分析软件的基础上,针对RAFM钢包层焊接工艺,分别设计了TIG焊、激光焊以及电子束焊三种焊接方法进行研究。主要研究内容有:1.以ANSYS有限元分析软件为基础,运用APDL参数化语言编程实现参数化建模,实现整个焊接过程的动态模拟,分别采用均匀热源、高斯热源以及电子束热源模型,建立了精准的RAFM钢TIG焊、激光焊、电子束焊平板对接三维有限元模型,提高了计算精度。2.通过模拟计算和实测得出瞬态温度场的分布以及焊件不同位置在焊接过程中经历的焊接热循环曲线,验证了ANSYS模拟结果和实验结果的一致性。对焊后三种焊件分别测量热影响区宽度、焊缝宽度以及焊后的变形量等,并将三种焊件的实验结果分析比较。3.采用热-结构耦合技术,模拟TIG焊、激光焊、电子束焊焊后残余应力,并运用盲孔法测量三种焊接方式下焊件不同位置的残余应力,并与模拟值分析比较,得出正确的RAFM钢焊件残余应力分布情况。4.对三种焊接方式下的焊件进行各项力学性能测试实验,并将所得实验数据进行对比分析,结果表明:电子束焊试件温度分布和残余应力分布都较其他两种小,各项力学性能都最为优异,最合适用于RAFM钢焊接。