核電不鏽鋼管道插套焊完整性評定與延壽方法研究

《核電不鏽鋼管道插套焊完整性評定與延壽方法研究》是依託天津大學，由荊洪陽擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：核電不鏽鋼管道插套焊完整性評定與延壽方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：荊洪陽
• 依託單位：天津大學

項目摘要

不鏽鋼小支管插套焊在核電機組中得到廣泛使用，其焊接接頭的高周和低周疲勞失效占到核電機組疲勞失效的80%以上，嚴重威脅核電機組的安全運行。本項目擬針對核電不鏽鋼小支管插套焊焊接接頭，基於斷裂力學、疲勞學、塑性力學、金屬學和焊接冶金學方法，藉助試驗技術和數值模擬技術，在弄清軸向間隙、載荷條件等因素對插套焊接頭疲勞失效影響機理的基礎上，一方面改進焊接方案，增加焊接坡口來提高焊根的高周疲勞壽命，另一方面使用低相變點（LTT）焊絲進行焊趾熔修來提高插套焊焊趾的高、低周疲勞壽命。在延壽方法研究中，本項目將探明焊根處焊接殘餘應力與複雜應力狀態對其疲勞抗力的影響規律；基於焊接冶金學原理開發能形成壓縮殘餘應力並具有高衝擊韌性的焊趾熔修用LTT焊絲；弄清插套焊焊趾處棘輪效應、殘餘應力、疲勞等三種因素的互動作用機理，最終形成核電不鏽鋼小支管插套焊疲勞延壽及完整性評定方法。

結題摘要

本項目針對核電不鏽鋼小支管插套焊接頭出現的疲勞失效問題，開展了插套焊接頭的疲勞失效機理、疲勞延壽方法等方面的研究，首先，藉助試驗技術和數值模擬技術，研究原始設計的插套焊接頭徑向間隙、焊根熔深、焊腳尺寸和焊趾處夾角等因素對插套焊接頭疲勞開裂的影響機制，在此基礎上，一方面通過研究坡口尺寸、焊接層數對插套焊接頭焊根處複雜應力的影響規律，進而分析其對接頭疲勞性能的影響，根據此結果制定合理的坡口的參數和焊接工藝方案，通過改進插套焊裝配工藝，增加焊接坡口來提高焊根的高周疲勞壽命；另一方面通過開發LTT焊絲，基於焊接冶金學原理，最佳化LTT焊絲成分，使其在室溫環境下，發生馬氏體相變，產生壓縮殘餘應力，同時提高其焊縫金屬的衝擊韌性，使用LTT焊絲對插套焊焊趾進行熔修，提高焊趾的低周疲勞壽命。研究預製坡口和LTT熔修這兩種改進措施對插套焊殘餘應力分布及疲勞壽命的影響，還對插套焊殘餘應力隨循環載入的釋放再分布進行研究。最後通過對材料棘輪行為的研究，分析殘餘應力、棘輪效應和疲勞三者之間的互動作用，並從微觀層面上對材料的循環行為及棘輪行為進行解釋，這對研究整個插套焊接頭完整性評定具有重要意義。