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本论文以锅炉集箱为研究对象,结合企业实际生产情况,针对锅炉集箱所用材料15CrMo、20钢,开展了同种材料(15CrMo/15CrMo)以及异种材料(15CrMo/20)的焊接工艺及焊接接头性能研究,进一步对焊接接头的温度场和应力场进行了模拟分析,最后针对在实际工况下集箱筒体和封头的连接强度进行了安全性评估。针对15CrMo/15CrMo进行两种工艺的焊接(工艺1:氩弧焊+手工焊;工艺2:氩弧焊+手工焊+埋弧焊),并按照“NB/T 47016-2011承压设备产品焊接试件的力学性能检测标准”对焊接接头进行相关力学性能评定,结果显示两种焊接工艺下的焊接接头力学性能均满足要求;对焊接接头进行金相组织观察发现,两种工艺下的焊接接头组织没有明显的差别。针对15CrMo/20进行焊接(焊接工艺为:氩弧焊+手工焊+埋弧焊)发现,焊前对两种母材均进行预热可以避免焊接裂纹的产生,且焊接接头力学性能的评定结果满足标准要求;通过金相组织观测发现焊缝区组织细小,硬度测试显示15CrMo钢一侧硬度大于20钢一侧,硬度峰值出现在热影响区。针对两种工艺下的15CrMo/15CrMo焊接接头进行动态模拟,从焊接过程中焊缝区和热影响区指定节点的温度可以看出,节点在焊接工艺2下的温度值要大于焊接工艺1的温度值,这与两种焊接工艺的热输入一致;两种焊接工艺下的横向残余拉应力峰值均出现在热影响区附近,与试件拉伸测试断裂处一致。针对15CrMo/20焊接接头进行模拟,结果显示在焊接过程中试件焊缝两侧温度场分布是不对称的,等温线在20号钢侧的分布面积大于在15CrMo侧,这与两种材料的导热性能相符;在应力场中,横向残余拉应力峰值分布在热影响区附近,与试件拉伸测试断裂处一致。在实际工况条件下,针对集箱筒体和封头连接强度进行评定。当安全系数n=1.5和n=2时各评定值均小于其限制值,说明集箱筒体和封头的连接强度是安全的。选取安全系数n=2,进一步对其工作环境的极限压强进行了计算,发现压强增大到17 MPa时,局部薄膜应力值已接近其限制值,但还在允许范围内;压强增大到18 MPa时,局部薄膜应力超出了其限制值,发生失效;因此,安全系数n=2时的极限压强为17 MPa。