核電焊接接頭裂尖力學(xué)特征及環(huán)境致裂裂紋擴(kuò)展速率研究.pdf

1、以安全端異種金屬焊接接頭為代表的核電關(guān)鍵焊接結(jié)構(gòu)環(huán)境致裂已成為影響壓水堆電站長期安全運(yùn)行的關(guān)鍵問題。這種焊接接頭通常是在低合金鋼管嘴堆焊鎳基合金形成隔離層后，再用鎳基合金焊材（如82/182合金）將隔離層與不銹鋼安全端焊接在一起。異種金屬焊接接頭組織和力學(xué)性能的不均勻性、幾何結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性、焊接缺陷以及殘余應(yīng)力的影響，給直接利用實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)定量預(yù)測核電異種金屬焊接接頭的在役壽命帶來困難。為解決核電關(guān)鍵焊接構(gòu)件在役壽命定量預(yù)測和定期檢修的問

2、題，本文對異種金屬焊接接頭標(biāo)準(zhǔn)斷裂力學(xué)試樣和不同承載情況下的安全端異種金屬焊接接頭環(huán)境致裂裂紋尖端局部力學(xué)特征及其對裂紋擴(kuò)展速率的影響進(jìn)行了研究，完成的主要工作如下：
　　(1)比較分析了核電關(guān)鍵材料環(huán)境致裂裂紋擴(kuò)展速率的定量預(yù)測方法，提出了一個適用于全尺寸構(gòu)件、復(fù)雜載荷以及殘余應(yīng)力的高溫水環(huán)境中異種金屬焊接接頭環(huán)境致裂速率的預(yù)測模型。
　　(2)根據(jù)182合金-A533B低合金鋼異種金屬焊接接頭熔合區(qū)的硬度梯度分布，結(jié)合彈

3、塑性有限元方法，建立了焊縫熔合區(qū)附近的非勻質(zhì)材料模型，消除了應(yīng)力應(yīng)變的間斷性，減少了材料性能突變對計(jì)算結(jié)果造成的影響，為研究焊接力學(xué)性能不均勻性對異種金屬焊接接頭環(huán)境致裂行為的影響提供了一種新方法。
　　(3)對不同位置異種金屬焊接接頭試樣裂紋尖端的應(yīng)力應(yīng)變場和擴(kuò)展驅(qū)動力進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，研究了萌生于182合金焊縫的裂紋在熔合線附近的擴(kuò)展行為，得出了裂尖塑性應(yīng)變率對裂紋擴(kuò)展路徑的影響。
　　(4)基于建立的非勻質(zhì)材料模型，

4、模擬了正常工況下安全端異種金屬焊接接頭軸向內(nèi)表面裂紋前緣的應(yīng)力應(yīng)變場，對裂紋擴(kuò)展驅(qū)動力進(jìn)行了討論，發(fā)現(xiàn)在塑性應(yīng)變和應(yīng)力三軸度的共同作用下，裂紋擴(kuò)展方向受到材料屈服強(qiáng)度的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)。
　　(5)模擬了一次超載情況下，安全端異種金屬焊接接頭紋前緣的應(yīng)力應(yīng)變場，得到了裂紋位置和深度不同時(shí)，一次超載系數(shù)對異種金屬焊接接頭裂紋擴(kuò)展驅(qū)動力的影響規(guī)律。
　　(6)對工作應(yīng)力和殘余應(yīng)力交互作用下，含軸向內(nèi)表面裂紋的安全端異種金屬焊接接頭