核反應(yīng)堆壓力容器（Reactor Pressure Vessel,RPV）是核電站的核心設(shè)備,通過J型坡口焊縫將壓力容器上封頭與控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)（Control Rod Drive Mechanisms,CRDM）管座相連接,J型坡口焊接區(qū)為異種金屬焊接,焊接完成后不進(jìn)行熱處理,可能存在較高的焊接殘余應(yīng)力。RPV在17.1MPa壓力和343℃的溫度條件下工作,工作介質(zhì)為具有腐蝕性的硼酸。在腐蝕性的工作環(huán)境條件下,J型坡口焊接區(qū)極易發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂而造成嚴(yán)重的核事故。因此對J型坡口焊接區(qū)殘余應(yīng)力以及殘余應(yīng)力場下裂紋擴(kuò)展的研究具有重要意義,為核電設(shè)備的安全運(yùn)行提供保證。本文以RPV封頭與CRDM貫穿件相連接的J型坡口為研究對象,研究的內(nèi)容如下:（1）基于ANSYS軟件,通過APDL語言模擬J型坡口（43.7°試件）的焊接過程,獲得了整個焊接過程中的溫度場和應(yīng)力場,分析J型坡口外壁和貫穿件內(nèi)壁殘余應(yīng)力分布規(guī)律。然后采用盲孔法對J型坡口試件進(jìn)行殘余應(yīng)力測試,將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行對比,得出兩者的應(yīng)力分布規(guī)律一致,焊趾處存在應(yīng)力極值點(diǎn),驗(yàn)證了數(shù)值模擬的有效性。（2）基于生死單元技術(shù)模擬鉆... 

【文章來源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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CRDM管座與頂蓋結(jié)構(gòu)示意圖

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2以保證焊道平滑過渡。每焊完一道后需進(jìn)行檢查，確保無劃痕、殘渣等，每三層焊道需要通過著色探傷進(jìn)行檢測，待焊接完成后還需要對整個焊縫的表面進(jìn)行著色探傷檢測。（2）角焊縫底部焊接完成后，繼續(xù)對其它焊道進(jìn)行焊接，使用參數(shù)為f2.5mm的焊條對和貫穿件相鄰的焊道進(jìn)行焊接。根據(jù)焊接工藝需要，其余焊道可采取不同直徑的焊條。為了確保焊道自由收縮，并降低焊接殘余應(yīng)力，焊接時由與貫穿件鄰近的部位向外焊接。保證焊道對稱均勻，使高低處應(yīng)力分布均勻。圖1-1CRDM管座與頂蓋結(jié)構(gòu)示意圖圖1-2J型坡口示意圖Fig.1-1SchematicdiagramofCRDMFig.1-2SchematicdiagramoftheJ-weldpiece1.1.2核電設(shè)備焊接接頭斷裂失效事故核電壓力容器金屬焊接接頭屬于易失效的薄弱部位。核電設(shè)備常易發(fā)生腐蝕失效，其中應(yīng)力腐蝕開裂（SCC）是焊接接頭的主要失效形式。焊接接頭發(fā)生應(yīng)力腐蝕失效的原因主要為：焊接部位應(yīng)力集中、較高的殘余應(yīng)力、振動等交變應(yīng)力和存在腐蝕介質(zhì)的外部環(huán)境[7]。據(jù)統(tǒng)計1999年至2005年，美國的核電廠所發(fā)生了45起因應(yīng)力腐蝕而引起的事故，其中有20起事故發(fā)生在J型坡口焊接部位處。目前有很多國家在核電設(shè)備安全檢測時發(fā)現(xiàn)RPV頂蓋與貫穿件焊接接頭處發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋，焊接接頭失效將導(dǎo)致放射性物質(zhì)泄露污染的極其慘重后果，對核電站的安全運(yùn)行以及社會環(huán)境造成惡劣影響，因應(yīng)力腐蝕所導(dǎo)致了多起核電安全事故[8-11]，如2000年V.C.Summer核電站壓水堆安全端異種焊接處因應(yīng)力腐蝕而泄露事故；日本核電廠檢測管貫穿件內(nèi)壁出現(xiàn)裂紋[12]；法國Bugey-3核電站RPV頂部貫穿件應(yīng)力腐蝕開裂而導(dǎo)致的泄漏事故[13]；2002年Davis-besses核電站CRDM噴嘴應(yīng)力腐蝕失效；1969年LaCross沸水堆安全端沿晶應(yīng)力腐蝕失效等[14

Ni，使其具有良好的力學(xué)性能和抗腐蝕性能[60]。焊縫附近區(qū)域存在應(yīng)力集中和較大的殘余拉應(yīng)力，在交變荷載作用下會誘導(dǎo)疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。在腐蝕介質(zhì)作用下，促進(jìn)應(yīng)力腐蝕裂紋萌生，加速應(yīng)力腐蝕過程，從而使核電設(shè)備發(fā)生失效，帶來嚴(yán)重的后果。核電結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力腐蝕開裂的常見機(jī)理有三種：溶解氧化機(jī)理，這種機(jī)理下裂紋通過材料的溶解氧化生長；氫致裂紋機(jī)理，由于最大三維應(yīng)力集中區(qū)氫氣的聚集而導(dǎo)致的晶粒之間的分離；腐蝕促進(jìn)塑性機(jī)理，局部腐蝕與塑性的作用下而導(dǎo)致的脆性斷裂。應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展包括三個階段，如圖1-3所示，當(dāng)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子K小于臨界值KISCC時，裂紋擴(kuò)展速率極低，可認(rèn)為應(yīng)力腐蝕裂紋不擴(kuò)展；當(dāng)裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子K大于臨界值KISCC時，裂紋開始擴(kuò)展并到第二階段，第二階段的裂紋擴(kuò)展速率保持恒定；第三階段為裂紋快速擴(kuò)展階段，裂紋擴(kuò)展速率隨K的增加而急劇增大，此階段裂紋擴(kuò)展壽命非常短[61]。圖1-3應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展過程Fig.1-3Stresscorrosioncrackpropagationprocess對鎳基合金焊接件應(yīng)力腐蝕的研究主要包括裂紋初始階段和裂紋擴(kuò)展速率，通常采用慢應(yīng)變拉伸實(shí)驗(yàn)、定伸長率測試、緊湊拉伸試樣等方法，采用單一變量法，通過改變環(huán)境因素（溫度、PH值等）和材質(zhì)，進(jìn)行焊接件的裂紋擴(kuò)展速率與壽命預(yù)測的研究。TylerMoss等人[62]對核電設(shè)備運(yùn)行的總結(jié)表明182鎳基合金焊接件的抗SCC性能，在相同環(huán)境下應(yīng)力腐蝕開裂速率有一定差異，焊接部位的的殘余應(yīng)力可能為重要的原因之一；熱處理可以降低焊接殘余應(yīng)力，但其也會對材料的SCC敏感性產(chǎn)生影響。PI


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