稳压器接管安全端堆焊结构裂纹扩展计算分析

针对核电厂稳压器接管安全端堆焊设计结构,按照稳压器设计载荷,对假设的安全端焊接区域的裂纹开展疲劳和应力腐蚀引起的裂纹扩展分析,获得裂纹扩展尺寸,并进行安全评估,结果表明,异种金属焊缝区域在周期末的最大环向裂纹深度扩展量为0.4×10~(-3) mm,最大轴向裂纹深度扩展量为23.6×10~(-3) mm;不锈钢焊缝区域在周期末的最大环向裂纹深度扩展量为12.4×10~(-3) mm,最大轴向裂纹深度扩展量为0,裂纹扩展量均满足堆焊设计要求,为稳压器接管安全端堆焊结构设计和评定提供参考。     

核压力容器接管安全端不同焊接结构的失效评定图

基于英国R6规范选择3的方法构建了核压力容器接管安全端两种异种金属焊接结构(含隔离层的四材料结构和不含隔离层的三材料结构)的失效评定图(Failure assessment diagram,FAD),并分析了裂纹位置和裂纹深度对FAD的影响。结果表明,两种结构的极限载荷基本相同,裂纹位置对极限载荷基本没有影响。随裂纹位置由管嘴向316L安全端管区域靠近及随裂纹深度的增加,失效评定曲线(Failure assessment curve,FAC)下移,结构的安全性降低。由于两种焊接结构中,相同位置、相同尺寸裂纹的FAD和极限载荷基本相同,因而其抗断裂性能和结构强度基本相同。     

LBB在蠕变温度以上核级管道设计中的应用

LBB（Leak-Before-Break）技术是保证核反应堆结构安全和可靠的一种重要分析方法。对于在蠕变温度以上高温堆（如快堆）的核级管道,运用LBB分析时应考虑疲劳和蠕变对裂纹扩展的影响。本工作以法国规范RCC-MR的A16为基础、以快堆余热排放系统的一段管道为研究对象进行LBB分析,总结出一套运用于蠕变温度以上核级管道安全分析的LBB方法。经计算得到,在蠕变温度以上,蠕变对裂纹扩展的影响较大。经验证,该管道符合LBB技术对于裂纹稳定性及泄漏量可探测性的条件,满足从开始泄漏到裂纹失稳的时间要求。     

核压力容器异种金属焊接接头延性断裂行为数值研究

使用GTN损伤模型与有限元计算相结合的方法,对核电安全端异种金属焊接接头试样裂纹扩展路径及J-R阻力曲线进行数值研究.结果表明:异种金属接头中的堆焊层及焊缝中心裂纹扩展路径和均质材料基本相同,而界面及近界面裂纹的扩展路径显著地偏离初始裂纹位置.界面裂纹及近界面裂纹倾向于向屈服强度低的软材料一侧扩展,这是由裂尖前区域不同材料的强度失配所致.不同初始位置和不同尺寸的裂纹具有不同的材料拘束和几何拘束,其J-R裂纹扩展阻力曲线不同.宏观断裂力学无法预测这种裂纹的扩展路径和扩展阻力,基于GTN损伤模型的数值计算方法可以预测这种裂纹的扩展路径及扩展阻力,可望用于安全端焊接结构的完整性评定和破前漏分析.     

LBB分析中J积分撕裂模量汇交方法研究

介绍了管道破前漏(LBB)分析中极限载荷和临界裂纹长度求解的J积分-撕裂模量汇交方法(J-T法).利用有限元分析软件(ABAQUS)计算3种裂纹长度J积分,并将J积分与裂纹长度采用多项式函数进行拟合,最后在多项式函数的基础上求解极限载荷和临界裂纹长度.采用FLET软件提供的算例对J-T方法的正确性进行验证.结果表明,运用基于ABAQUS的J-T法能提高失稳J积分的计算精度,能适用更广泛范围、更复杂结构的LBB分析.     

反应堆压力容器接管安全端焊缝内壁水下干式修复焊技术研究

采用光纤激光对316L不锈钢板材进行Inconel 690填丝堆焊研究,并在最优工艺参数下,对反应堆压力容器接管安全端焊缝模拟环槽型缺陷进行了水下干式补焊修复。结果表明:采用激光功率4kW、堆焊速度8mm/s、送丝速度2.4mm/s时焊道成形良好,宽高比和稀释率适中。在该最佳工艺参数下,进行多层多道堆焊,搭接率为49.01%。堆焊层抗拉强度与伸长率分别为544.56 MPa和44.49%,侧弯试验无缺陷。在上述工艺基础上,利用管道封堵原理创建水下干式环境,并对管段环槽型模拟缺陷进行全位置补焊修复,各位向均可获得成形良好的堆焊层。     

CRDM中部?密封环堆焊修复裂纹扩展分析

核电厂控制棒驱动机构(CRDM)耐压壳采用?密封环焊接安装在反应堆压力容器顶盖的管座上。一回路水应力腐蚀易诱发?密封环焊缝产生裂纹导致泄漏,需采用堆焊技术进行修复以保证?密封环结构完整性。基于ASME规范中的断裂力学分析方法,针对?密封环堆焊修复的设计结构,开展疲劳和应力腐蚀引起的裂纹扩展分析计算,为?密封环堆焊设计和评定提供参考。     

含环向穿透裂纹管道LBB裂纹扩展稳定性计算程序开发

在管道LBB设计和评定中,J积分和裂纹扩展稳定性的计算过程复杂,为提高计算精度和效率,需采用改进的计算方法,并实现程序软件的计算。本文基于增强参考应力法(ERS法)的J积分计算和J积分稳定性评定图法,开发LBB裂纹扩展稳定性计算程序,此程序可计算含环向穿透裂纹管道的LBB失稳载荷和临界裂纹长度。所开发的程序实现了单纯拉伸载荷、弯曲载荷及拉弯复合非比例加载下的裂纹扩展稳定性计算,并提供了两种材料真应力-真应变关系参数的输入计算方法,拓宽了现有计算方法的局限性。通过有限元计算结果和文献中管线试验结果与程序计算结果的对比分析,验证了计算程序的准确性。     

压力管道“先漏后破”评定的准则研究

以弹塑性断裂力学为基础,分别建立了轴向表面裂纹和周向表面裂纹韧带的极限失稳压力Pu和穿透裂纹的起裂压力Pc的表达式,提出了一种压力管道的"先漏后破"缺陷评定准则:即若管道表面裂纹韧带的极限失稳压力Pu低于相应穿透裂纹的起裂压力Pc,则管道会泄漏失效;若管道表面裂纹韧带的极限失稳压力Pu等于或大于相应穿透裂纹的起裂压力Pc,则管道会爆破失效.该准则得到了一些文献提供的试验数据的验证.     

“华龙一号”核电厂堆内构件钴基合金堆焊优化设计

核反应堆堆内构件的左、右嵌入件与导向销以及径向支承键与U形嵌入件需进行钴基合金堆焊以保证耐磨性能。前期核电项目采用手工钨极氩弧堆焊,堆焊层会出现不同程度的气孔、夹杂甚至裂纹,导致较多不符合项的产生。在大量吸取前期核电厂堆焊经验教训的基础上,本文对堆内构件钴基合金堆焊从设计和工艺方面进行了优化改进,改进后的检验结果显示,堆焊层质量大大提高,表层硬度均匀,硬度线过渡柔和,堆焊层缺陷大大减少。     

核电厂安注系统止回阀密封失效原因分析

某反应堆一回路止回阀密封面发生开裂,影响核电厂安全运行。此阀门的密封面是由铁基耐磨材料NOREM堆焊而成。采用化学成分测定、力学性能试验、金相检验和扫描电镜等分析方法研究了该阀门的开裂原因。该阀门堆焊层的化学成分、力学性能、金相组织都符合要求。该阀门裂纹沿着晶界开裂,裂纹与母材接触部位氧化更严重,此裂纹符合焊接热裂纹的特征。结果表明,发生开裂是该阀门堆焊层材料的本征特性,应调整焊接工艺参数减缓堆焊层的热裂倾向。     

非中心穿透裂纹对LBB技术应用的影响分析

随着LBB技术的发展和应用推广,可运用详细的裂纹扩展分析技术,通过周密的分析论证,以证明带缺陷管系在使用寿期内同样能够满足SRP3.6.3中关于LBB技术应用的、与泄漏探测能力、裂纹稳定性和载荷相关的裕量要求。在这种前提下,一些额外的分析就必不可少。其中之一即为需要考虑载荷对称中心与裂纹对称中心不重合情况,即所谓的非中心裂纹,对LBB技术应用的影响。本文以压水堆核电厂中DN150、DN350和DN550管径的核1级高能管道中非中心裂纹为研究对象,先从偏心角度对裂纹张开面积的分析着手,进而研究其对泄漏率分析与裂纹稳定性分析的影响,并对非中心裂纹对LBB技术应用的影响做了综合性的分析总结,为今后含缺陷管道应用LBB技术的分析提供参考与借鉴。     

秦山核电厂稳压器管嘴DMW焊缝堆焊修复残余应力分析

核电厂一回路系统设备的接管嘴与管道的焊缝结构广泛应用合金81/182,该类焊缝为异种金属焊(DMW),DMW焊缝对一次侧水应力腐蚀(PWSCC)较为敏感,运行过程中易发生裂纹泄漏等问题。堆焊修复方法在国外核电处理该类问题得到广泛应用。本文基于秦山一期核电厂稳压器喷雾管接管嘴尺寸,建立轴对称有限元模型,采用生死单元模拟焊接过程的瞬态热输入,研究了结构在堆焊修复过程中温度场的变化分布特性,将计算得到的结构热分布历程作为热载荷,进而获得了堆焊修复过程中结构残余应力的变化特性,结果表明堆焊修复完成后,DMW焊缝区域内壁的残余应力能够起到控制PWSCC的作用。     

LBB裂纹稳定性分析方法研究

破前漏（LBB）分析是一种先进的管道分析评价技术,其关键技术是裂纹的稳定性分析,决定着LBB技术的可用性。本文从核级管道的失效模式出发研究了LBB分析的裂纹稳定性分析问题,并探讨了修正J积分撕裂模量汇交方法(J-T方法)、修正极限载荷分析法以及两倍弹性斜率法的优缺点和适用范围,最后通过工程算例对不同分析方法进行检验,其结论可为我国核电站管道的LBB设计提供参考。     

核电厂蒸汔发生器制造中的安全问题

核电厂蒸汽发生器的制造质量有助于提高其安全可靠性.本文介绍了管子与管板接头的焊接与胀接,封头与锥形筒体的锻造,堆焊与接管安全端异种钢的焊接,防振条结构工艺,管板深孔加工以及制造中其他与安全有关的工艺等.     

核反应堆管道LBB设计关键软件研发

破前漏(LBB)设计是三代核电技术的重要技术特征之一,但国内直到现在也没有受认可的LBB设计专用程序,开发出受认可的LBB设计程序具有重要意义。简单介绍LBB设计中断裂力学分析、裂纹张开位移分析以及泄漏率计算的技术背景以及我国相关关键程序的研发。算例验证结果表明,自主开发的程序具有较高的精度,进一步完善和验证后可以应用于实际工程。     

控制棒驱动机构上部Ω焊缝堆焊修复结构完整性分析

针对核电厂控制棒驱动机构（CRDM）上部Ω焊缝堆焊修复（WOR）技术,采用数值模拟方法进行了修复结构完整性评估。根据堆焊修复参数制定二维轴对称高斯热源等效输入,并采用ANSYS程序的单元生死技术模拟焊接过程,得到了结构的焊接残余应力。考虑电厂运行的全部瞬态,计算了结构的瞬态应力,并开展了疲劳分析。结合焊接残余应力分析和瞬态应力分析的结果,开展了断裂力学分析。结果表明,WOR结构的疲劳结果、应力强度因子及裂纹扩展等方面均能满足相应的规范要求。      

核电厂蒸汽发生器制造中的安全问题

核电厂蒸汽发生器的制造质量有助于提高其安全可靠性。本文介绍了管子与管板接头的焊接与胀接，封头与锥形筒体的锻造，堆焊与接管安全端异种钢的焊接，防振条结构工艺，管板深孔加工以及制造中其他与安全有关的工艺等。     

LBB设计中管道贯穿裂纹张开位移及泄漏率计算研究

在核电站管道破前漏设计(LBB)过程中,需要对管道的关注部位假设一个贯穿裂纹,然后计算该裂纹在正常运行工况下的裂纹张开位移(COD)以及流体泄漏率,从而验证管道LBB设计准则的适应性。本文介绍了COD以及泄漏率计算的意义,然后探讨了各种计算方法的优缺点和发展方向,最后给出了自主开发程序的验证算例。文中讨论的问题可为LBB技术在我国核电厂中的应用提供参考。     

LBB和BP在核电站管道设计中的异同性分析

对LBB（破前漏）和BP（破裂排除）两种设计理念进行了比较，从材料质量要求、制造要求、应用范围、泄漏监测、裂纹分析及局部效应、全局效应等方面，对BP和LBB管道设计中的异同性进行了分析。分析结果表明：BP的“纵深防御”体系能包络LBB的主体内容；相对于LBB，BP对管道设计的要求更复杂；主冷却剂管道采用LBB和BP后的局部效应和全局效应大体相同。