[发明专利]大型承压设备筋板加固刚柔协同局部热处理方法

说明书

本发明公开了一种大型承压设备筋板加固刚柔协同局部热处理方法，属于热处理残余应力调控技术领域。包括如下步骤：首先是筋板设计数学模型，分别确定筋板的数量、尺寸，通过热处理变形测量结果和有限元模拟数据，建立了筋板间距、尺寸、筒体半径、筒体壁厚与径向变形之间的数学关系；然后将径向变形最大的数据作为筋板防开裂设计准则的依据，并对其进行校核；再者是筋板的焊接工艺。最后，根据上述方法，给出了防止在役过程中发生应力腐蚀开裂的设计依据。如果不满足设计要求，进行具体尺寸优化，直到满足工程需要。本发明方法可确认筋板尺寸，大大简化有限元复杂的计算，避免筋板在热处理过程中发生开裂及在役过程中的应力腐蚀开裂问题。

技术领域

本发明属于热处理残余应力调控技术领域，具体涉及一种大型承压设备筋板加固刚柔协同局部热处理方法。

背景技术

超大压力容器由于体积超大、受热处理炉的限制而无法采用整体热处理，只能采用局部热处理的方法。然而，国内外标准中对于局部热处理过程中产生的有害变形尚未考虑，标准的方法由于此局限性而不再适用。对于大型插入板局部热处理，由于存在较大的变形不协调而导致的开裂问题。申请号为201910095841.8公开的分段对称加热-筋板加固的刚柔协同局部热处理方法很好的解决了此难题。该方法包括：首先根据不同插入件类型选择合适的分段对称热处理方案；加强结构沿焊缝切线方向垂直焊缝进行布置，并确定具体加强结构的材料、数量及尺寸；在上述步骤的基础上，通过有限元建模分析，在应力和变形水平达到工程要求后对加强结构的关键位置进行校核，并确定实际加强结构焊接方式。该方法通过有限元建模优化，验证了采用分段对称热处理的基础上，实施强化结构对超大型承压设备局部焊后热处理焊接应力与变形得到有效调控，并提出了强化结构数量及尺寸选择的依据对于插入板进行了分类，介绍了有限元对筋板尺寸进行优化及校核的建模计算方法。但是，未对筋板设计模型及筋板防开裂准则进行研究。

本发明旨在建立筋板间距、尺寸、筒体半径、筒体壁厚与变形之间的数学关系，即筋板设计数学模型，并提出筋板防开裂及防止在役过程中发生应力腐蚀开裂的设计准则。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型承压设备筋板加固刚柔协同局部热处理方法，其旨在建立筋板间距、尺寸、筒体半径、筒体壁厚与变形之间的数学关系，即筋板设计数学模型，并提出筋板防开裂及防止在役过程中发生应力腐蚀开裂的设计准则，大大简化有限元复杂的计算。

其技术解决方案包括:

一种大型承压设备筋板加固刚柔协同局部热处理方法，依次包括以下步骤：

S1、筋板设计数学模型，包括以下子步骤：

步骤1、测量或者计算热处理焊缝的长度，筋板沿着插入板与筒体对接主焊缝垂直均布，通过筋板间距来确定筋板的数量；

步骤2、假设筋板的长度为L，筋板的高度为H，筋板的厚度为W，插入板的厚度为t₂，筒体厚度为t₁，筋板的高度H＝2t₂+t₁，筋板的长度L为插入板整体最小尺寸的四分之一，筋板的厚度W与筒体的厚度t₁相同；

步骤3、通过热处理变形测量结果和有限元模拟数据，建立了筋板间距、尺寸、筒体半径、筒体壁厚与径向变形之间的数学关系，如式(1)所示：

S2、筋板防开裂准则

将径向变形最大的数据作为筋板防开裂设计准则的依据，具体包括以下子步骤：

步骤4、由几何方程导出其周向应变和径向应变表达式，如式(2)所示：

将式(1)代入式(2)，可得式(3)：

步骤5、广义胡克定理可以表示：