基于双焊炬工艺的管道焊接残余应力有限元模拟与实验测量对比研究

来源：核动力工程杂志2025年第6期北京时间：

作者：李兴华, 刘震顺, 吴桂毅, 陈宏远, 郑向远

单位：1.深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳，518172；2.清华大学深圳国际研究生院，广东深圳，518055；3.核电安全技术与装备全国重点实验室，广东深圳，518172；4.东莞材料基因高等理工研究院，广东东莞，523808；5.中国石油集团工程材料研究院有限公司，西安，710065；

摘要：由于焊接残余应力是预测和避免核电厂管道环焊缝失效的关键因素之一，因此需要获取准确的管道环焊缝焊接残余应力分布。本文针对核电厂常用的高强度碳钢管道，采用基于双椭球热源模型的有限元模拟、X射线测量以及轮廓法测量的方法，对比研究了基于熔化极气体保护电弧双焊炬自动焊接管道焊接残余应力场的分布规律。研究结果表明，在焊接区域，轴向残余应力从外壁到内壁呈现“压应力-拉应力-压应力-拉应力”分布规律，环向残余应力为呈明显的“山”状分布的拉应力；在热影响区域，轴向残余应力从管道外壁到内壁呈现“拉应力-压应力”分布。焊缝区域表面轴向残余应力的有限元模拟结果和X射线测量结果重合度较高，沿焊缝厚度分布的轴向残余应力分布趋势与轮廓法测量结果分布趋势一致，且双焊炬自动焊工艺下导致的管道环焊缝压应力降低了焊缝表面开裂的可能性。

关键词：双焊炬, 残余应力, 有限元模拟, X射线, 轮廓法