核电压力容器安全端焊接接头应力腐蚀裂纹扩展行为研究

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核电站的设计、建造非常复杂,为了满足安全性与经济性,核电站的不同部件往往采用不同的材料加工制造,不同材料之间的连接主要是通过焊接实现的。因此,在核电站的建造过程中,一回路系统不可避免的就会存在多种焊接及堆焊材料及由此构成的大量的异种金属焊接件。在这些异种金属焊接件中,最典型的就是反应堆压力容器管嘴的安全端异种金属焊接件。核电站现场的运行经验表明,在一回路水环境中,应力腐蚀(SCC)是不锈钢及镍基合金异种金属焊接件最主要的失效形式。此外在焊缝内部的多道次焊接过程中,前后焊道之间也存在热影响过程,使焊缝组织发生微观转变,导致材料局部的耐腐蚀性能发生变化。因而,针对异种金属焊接接头自身的微观结构以及服役过程中的应力腐蚀问题的研究,对核电站关键部位材料国产化、核电站长期安全运行具有重要意义。本文以SA508-52Mss b/52Mss w-316L镍基焊接接头为研究对象,采用直流电位降数据采集系统(DCPD)实时监测试样的裂纹长度。对比了国产及进口Ni Cr Fe-13焊材在两种焊堆工艺下(不加脉冲冷丝焊、不加脉冲热丝焊)在高温高压水中裂纹扩展情况。同时研究了焊缝区域取样方向(平行于晶粒生长方向、垂直于晶粒生长方向)对裂纹扩展速率的影响。分析了焊料组成成分、焊接方式、组织结构、晶界取向、残余应变分布、显微硬度、元素偏析等对裂纹扩展情况的影响。经实验研究发现,国产焊料裂纹速率与取样位置满足:52Mss w-v>52Mss w-p>52Mss b-p;国产焊料在平行于堆焊层取样时,不加脉冲冷丝焊裂纹扩展速率高于不加脉冲热丝焊。进口焊料裂纹速率与取样位置满足:52Mss w-p>52Mss b-p>52Mss w-v;进口焊料在平行于堆焊层取样时,不加脉冲冷丝焊裂纹扩展速率高于不加脉冲热丝焊。与不加脉冲冷丝焊裂纹扩展速率高于不加脉冲热丝焊相对应的是不加脉冲冷丝焊堆焊层中残余应力以及显微硬度都明显高于不加脉冲热丝焊。而在焊缝区域,裂纹取向对国产Ni Cr Fe-13焊材裂纹扩展速率无较大影响但对进口Ni Cr Fe-13焊材裂纹扩展速率有明显影响。
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