高温反应堆焊接堵管蠕变-疲劳寿命评估

摘要

本文介绍了在650℃下对采用钨极氩弧(TIG)焊和激光焊的两种堵管接头进行蠕变-疲劳寿命评估的情况，以评价其作为高温反应堆焊接堵管技术的可靠性.首先，采用热弹塑性有限元法计算了两种堵管接头的残余应力.然后，将残余应力结果作为输入条件，计算了堵管接头在正常运行期间的应力松弛行为和不同瞬态下的应变范围.根据时间分数规则(TFR)，计算了TIG焊和激光焊堵管接头在服役过程中的蠕变损伤和疲劳损伤．最后，依据ASMENH和RCC-MRx标准提供的蠕变-疲劳损伤包络线预测了堵管接头的蠕变-疲劳寿命．结果表明，激光焊堵管焊缝的冷却速率比TIG焊堵管焊缝高60%，这导致了激光焊堵管焊缝有更加细化的晶粒和更高的残余应力水平.堵管焊缝根部存在明显的应力集中现象，且为残余拉应力，是堵管接头中最容易失效的位置.在堵管接头服役过程中，由于蠕变变形，残余应力会发生松弛.同时，残余应力的存在会对蠕变应变的产生有显著影响，但随服役时间的延长，残余应力的影响会逐渐减弱.相同的服役时间下，激光焊堵管接头的蠕变损伤和疲劳损伤均高于TIG焊堵管接头，蠕变损伤占主导地位．此外，TIG堵管接头的蠕变-疲劳预测寿命比激光焊堵管接头长20%左右.即使采用最保守的ASME-NH交互损伤曲线，两种堵管接头的蠕变-疲劳寿命也超过了40 a，验证了两种焊接堵管技术的可靠性.

关键词

焊接堵管 / 残余应力 / 蠕变-疲劳寿命 / 有限元分析