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核能
发布时间：
2023-11-14 11:07
来源：
《核电站异种金属焊接管道中的残余应力测量》
1．项目背景需求
异种金属焊接接头(DMW)是压水堆核电站一回路反应堆冷却剂循环系统中的薄弱部位,核电站运行历史表明应力腐蚀开裂是其主要失效形式之一。对于异种金属焊接接头的残余应力进行测量，进而了解材料应力腐蚀开裂敏感性,对于现有接头的安全服役和未来相关构件的设计制造具有重要意义。
项目需求单位配合成都核动力院正在对核电站使用的异种金属焊接（DMW）管道相关的断裂力学和结构完整性进行评估，因此了解构件中残余应力的大小和分布对于其安全评估和监管批准至关重要。由于焊接过程中构件机械性能和微观组织结构的局部变化以及焊接过程的非线性特征，DMW 构件焊缝处的残余应力分布往往难以预测。
为了对焊接残余应力模拟的模型进行验证，需要对 DMW 管道的残余应力进行测量。考虑到该测量涉及的材料类型及尺寸，轮廓法可能是最适用于对这类构件残余应力进行测量的方法。金沙8888js官方提出使用轮廓法和 X 射线衍射法对焊接管道环向与轴向残余应力的大小与分布进行测量，其中轮廓法是通过对感兴趣的测量平面进行切割，引起该平面上的残余应力释放，结合残余应力释放前后测量平面的微观形变对该测量平面上的残余应力分布进行量化。
2．项目实施内容
待测部件是异种金属焊接管道，如图 1 所示，该管道长 900mm，外径是 325mm，壁厚 28mm，堆焊层厚度 12.5mm。要求先用轮廓法测量环向和轴向残余应力，然后用 X 射线衍射法和应力叠加原理测量指定位置的环向和周向残余应力。
图 1 异种金属焊接管道和纵切面示意图
1）轮廓法环向残余应力测量
图 2 环向残余应力测量切割方位及切割夹具设计示意图
2）轮廓法轴向残余应力测量
图 3 轴向残余应力测量轮廓法切割示意图
项目中的焊接管道长度有 900mm，需在管道两端截掉 200mm。最终用来测量的管道长度是 500mm（焊缝在管道的中间位置），确保截取后的管道长度通过慢走丝线切割（EDM）和三坐标（CMM）进行后续的处理和测量。
3）X 射线衍射法残余应力测量
在轮廓法应力测量中，利用限元模拟分析给出的是垂直于切面上各位置的残余应力分布，切割件上“剩余”的环向及轴向残余应力通过 XRD 方法测量得到。本项对切割得到的轮廓切割面开展了 XRD 测量平面应力，见图 4。
图 4 管道残余应力 X 射线衍射法测量
3．项目攻关成果
测量结果表明，焊缝覆盖层区域的环向应力为拉应力（~400 MPa），焊缝下半部分为压应力。两个切割面的轴向应力分布趋势相似，在内表面附近分布有~300 MPa的压应力，在外表面附近分布有~300 MPa 的拉应力。大部分轴向应力局限于焊缝覆盖层，且铁素体侧应力水平较高。
图 5 轮廓法切割测量得到的环向、轴向应力分布图
图 6 X 射线衍射法测得管壁厚度方向残余应力分布
附件：合作企业及项目负责人简介
中国核动力研究设计院（以下简称核动力院）隶属于中国核工业集团有限公司，是中国唯一集核反应堆工程研究、设计、试验、运行和小批量生产为一体的大型综合性科研基地。自 1965 年建院以来，已经形成包括核动力工程设计、核蒸汽供应系统设备集成供应、反应堆运行和应用研究、反应堆工程实验研究、核燃料和材料研究、同位素生产和核金沙8888js官方服务与应用研究等完整的科研生产体系。核动力院现有各类专业金沙8888js官方人员 2400 余人，中高级工程师及以上金沙8888js官方人员 1900 余人，中国工程院院士 4 人。全院建立了 90 多个实验室，其中 2 个国家级重点实验室，2 个国家级能源研发（实验）中心，涉及 50 多个工程专业和学科。迄今为止，全院共有 1500 多项科研成果获得国家和省部级奖励，获得 100 多项授权专利，设有多学科的硕士、博士授权点和博士后流动站。
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