核电安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂裂尖力学场研究

发布时间：2024-05-19 21:46

　　轻水堆焊接接头的应力腐蚀开裂(SCC)是在裂纹尖端局部微观区域材料、力学和水化学环境交互作用下的一种裂纹缓慢扩展形式,它给核电结构长期安全服役带来重大安全隐患。由于安全端异种金属焊接接头材料组织和力学性能的不均匀性,以及焊接残余应力分布的不均匀性,使得两者交互作用下的SCC裂纹扩展行为的定量预测变得复杂。针对此问题,本文通过理论分析、实验和数值模拟相结合的手段,研究建立了获取安全端异种金属焊接接头的局部材料力学性能和残余应力的获取方法,以及材料力学性能不均匀场和残余应力场交互作用下安全端接头中SCC裂纹尖端场的分析方法,完成的主要研究内容和成果如下:通过压入实验和有限元数值模拟相结合的方式建立了安全端各组成材料的维氏硬度和力学性能的对应关系,并选取低合金钢SA508焊接接头试样,分别采用宏观拉伸实验和维氏硬度与材料力学性能对应关系两种方法获取材料力学性能,两者对比误差不超过1.5%,表明通过压入实验与数值模拟相结合获取焊接接头局部材料力学性能的方法是可行的。利用压入实验获取安全端焊接接头试样焊缝附近区域的维氏硬度分布,并进行了相应的材料力学性能分析,将焊接接头区域模型的材料力学性能分布...

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.2技术路线图

通过对安全端各组成材料标准试样进行拉伸实验和压入实验,获取其标准力学性能和维氏硬度值,结合有限元数值模拟实验建立各材料维氏硬度和材料性能的关系。将上述研究结果引入真实安全端焊接接头试样,获取核电关键焊接接头力学性能场,并建立含连续变化的残余应力和力学性能不均匀场的有限元模型,并研....

图2.1核电安全端异种焊接接头示意图

核电一回路安全端焊接接头是一种典型的大型多道焊异种金属焊接接头,如图2.1所示,其几何形貌和材料构成复杂,加之受到焊接工艺的影响,存在明显的焊接残余应力和力学性能不均匀性。核电一回路为高温高压水环境,极易在焊接接头处产生由材料、环境和力学共同作用导致的应力腐蚀开裂(SCC)。从力....

图2.2硬度实验原理图

金属硬度实验的主要方法有:布氏、洛氏、维氏、努氏、里氏和肖氏硬度实验。本文采用维氏硬度法进行实验,实验过程和方法依据GB/T4340.1-1999,其原理如图2.2所示,图中压头为对面夹角α为136°的正四棱锥体金刚石,几何尺寸2mm×2mm,在设定实验力F下对试样表面进行压入式....

图2.3实验使用的薄板拉伸试样及产生的表面压痕

本文中的硬度实验使用HV-1000Z+ZZD数显显微维氏硬度计完成,实验过程为全自动加卸载,保持加载时间为15s,利用菱形压痕外侧矩形框测出压痕对角线尺寸。实验在室温条件下进行,以奥氏体304不锈钢试样为例,试样为标准薄板拉伸试样如图2.3(a)所示。本文实施的实验中,采用YMP....

本文编号：3978503