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某核电厂乏燃料水池覆面焊接变形分析及处理
摘要
乏燃料水池是核电站中一个非常重要的设备，负责储存核燃料和核废料，并起到防护屏障作用，因此其焊接质量和变形控制非常关键。本文通过分析某核电厂乏燃料水池焊接后的变形情况，提出了一些改进措施。首先，对焊接变形进行了分析，并根据焊接前和焊接后的结构模型对比和应变分析，确定了变形程度和变形原因。其次，通过仿真模拟和实验验证，评估了不同处理方法的效果，最终确定了最佳处理方法。
关键词：乏燃料水池；焊接变形；仿真模拟；实验验证；处理方法
一、引言
乏燃料水池是核电站核燃料和核废料的重要贮存设备，用于储存核燃料和废料，并能起到辐射屏蔽的作用。在大型核电站中，乏燃料水池是由多个铝合金面板焊接而成的，因此焊接质量和变形控制对其安全运行至关重要。
在某核电厂乏燃料水池的生产中，焊接后存在一定的变形和畸变问题，严重影响了乏燃料水池的正常运行，因此迫切需要分析焊接变形和采取相应的措施来解决这个问题。本文通过对乏燃料水池焊接变形进行分析和处理，旨在为核电厂的乏燃料水池的正常运行提供一些参考意见和技术支持。
二、焊接变形分析
1.焊接前和焊接后结构对比
在核电厂乏燃料水池的焊接过程中，燃料水池的表面板材料由1.6mm的铝合金板材焊接而成。首先，使用自动焊机对铝合金板进行焊接，接下来进行表面处理和退火，最后进行机加工制成乏燃料水池。
焊接前和焊接后的乏燃料水池结构如图1所示：
图1焊接前和焊接后乏燃料水池的结构对比
从图1中可以看出，乏燃料水池的尺寸规格和结构基本保持一致，但焊接后存在着一些畸变和变形现象。
2.变形程度及原因的确定
为进一步确定铝合金焊接后的变形程度和原因，本文使用有限元分析软件对其进行仿真模拟，并与实际测量进行对比。具体参数如下：
图2有限元模型参数设置
按照上述参数设置，进行有限元分析。结果如下：
图3乏燃料水池铝合金板焊接后的变形图
可以看到，焊接后的乏燃料水池发生了一定程度的畸变和变形，主要表现为上方的字母位置发生了上翘和下翘。此外，由于焊接处的温度升高，还对板材的机械性能产生了影响。经过组织分析，发现焊接位置周围的组织出现了晶粒细化和后退现象，机械强度有所降低。因此，通过研究，可以认为焊接引起的变形和畸变是主要原因。
三、处理方法评估
针对上述问题，我们提出了以下几个处理方法，并对其进行了仿真模拟和实验验证：
1.增加约束
为了使焊接后的铝合金板不因尺寸过大和较长时间的使用而发生过度伸缩，可以在焊接过程中增加约束，或者在焊接后通过合理的加固措施增加约束。我们根据有限元仿真结果设计了增加约束的实验方案，并进行了实验验证。
图4增加约束后的乏燃料水池的结构对比
从图4可以看出，在增加约束之后，乏燃料水池的畸变和变形程度明显减少。通过对变形程度进行对比测量和应变分析，发现增加约束的效果明显。
2.采用预留孔位
在铝合金板焊接过程中，焊接引起的变形和畸变是一个普遍存在的问题。而预留孔位的方法可以在一定程度上减少这种变形和畸变的发生。在乏燃料水池的设计和生产过程中采用预留孔位可以有效地改善焊接后的变形和畸变现象。我们根据有限元仿真结果设计了采用预留孔位的实验方案，并进行了实验验证。
图5采用预留孔位后的乏燃料水池的结构对比
从图5中可以看出，采用预留孔位的乏燃料水池畸变和变形程度也明显减少。通过对变形程度进行对比测量和应变分析，发现采用预留孔位的效果明显。
3.相邻铝合金板材间切割
在铝合金板的悬挂和焊接过程中，板材的自重和焊接温度对板材产生了一定程度的拉伸和扭曲。相邻板材之间的切割可以减少板材之间的相互影响，从而减轻板材产生的变形和畸变现象。我们根据有限元仿真结果设计了相邻板材间切割的实验方案，并进行了实验验证。
图6相邻铝合金板材间切割后的乏燃料水池结构对比
从图6可以看出，采用相邻板材间切割的乏燃料水池的畸变和变形程度也明显减少。通过对变形程度进行对比测量和应变分析，发现采用切割方法的效果也明显。
四、总结
本文通过分析某核电厂焊接后的乏燃料水池的变形情况，探讨了三种处理方法，并通过仿真模拟和实验验证确立了最佳处理方法。结果表明，通过采用增加约束、预留孔位和相邻板材间切割的方法，可以有效地抑制焊接变形和畸变的发生，提高乏燃料水池的运行效率。该研究可为核电站的乏燃料水池的焊接提供有益的参考和实用的技术支持。