钢制安全壳作为核电站反应堆的重要安全屏障,作用是在反应堆冷却剂失水事故时包容来自堆芯的辐射。与CAP100核电机组相比,CAP1400非能动核电站的钢制安全壳的厚度由原来的45mm增加至52mm,由此带来更大的焊接残余应力。焊接残余应力的存在会对安全壳的质量和寿命产生影响,进而对核电厂的安全运行带来潜在的风险。根据设计要求,安全壳筒体焊缝需进行焊后热处理消应力。因现场受电功率负荷、变形控制、以及温度均匀性的工艺难度,CAP1400钢制安全壳现场焊后热处理面临一系列挑战,增加了工程实施难度。因此,有必要开展核电厂安全壳焊接残余应力分布及消除工艺研究。首先采用ABAQUS软件对安全壳接头焊接温度场进行有限元模拟,研究结果表明,由于焊接参数及热源模型的差异,不同焊缝层道的温度场结果不完全一致,线能量越大冷却时间越长,且后续焊道峰值温度逐次升高。各层道的升温速度较降温速度要快,峰值温度最高出现在熔池处,近焊缝的热影响区温度场则变化梯度比较剧烈。其次采用ABAQUS软件对安全壳接头焊接应力场进行有限元模拟,研究结果发现,残余应力基本成对称分布,峰值出现在盖面层的焊道的沟槽处以及融合线附近,从熔合线远离,应力数值迅速降低。双面焊接时先焊一侧的整体残余应力水平稍高于后焊接侧的残余应力。此外,在焊接接头的各个路径上,纵向应力和横向应力均远高于法向应力,法向应力则维持低值且变化不大。然后将数值模拟获得的焊接温度场、应力场及熔合线形貌与实测数据进行对比,结果吻合较好,验证了热源模型以及数值模拟结果的可靠性。通过数值模拟结果分析和掌握了焊缝在不同路径上的应力峰值以及分布趋势,为残余应力的调控和消减工艺提供了方向。最后根据有限元模拟的应力分布情况,从优化焊接工艺和超声冲击两个方面对消应力工艺进行了研究。实验发现,通过调整提高预热温度、降低焊接线能量以及采用交替对称的焊接顺序等焊接工艺参数可以一定程度上减小接头残余应力;采用超声冲击处理,随电流和时间的增加,应力消除率提高,尤其当冲击时间≥240s且冲击电流≥2.1A时达到临界饱和,表面应力消除率高达145%,表面残余拉应力转变为压应力,同时表面硬度也增加了约31.9%。