Zbytková napětí heterogenních svarových spojů

Vratislav Mareš

Doctoral thesis

Residual stresses of heterogeneous welded joints

Abstract:

Předmětem disertační práce je studium zbytkových napětí v heterogenním svaru tlakové nádoby reaktoru pomocí řezné a odvrtávací metody. V tlakových vodních reaktorech jsou svary tlakové nádoby reaktoru mezi tryskou a bezpečným koncem vyrobeny ze slitiny na bázi niklu. Tento materiál je známý tím, že je náchylný ke koroznímu praskání pod napětím způsobenému vodou v primárním okruhu (PWSCC), pokud je napětí na dostatečné úrovni. Z tohoto důvodu je nanejvýš důležité přesně vyhodnotit pole zbytkového napětí vzniklého svařovací technologií. Za tímto účelem jsou prováděna měření zbytkového napětí na heterogenním spoji z jaderné elektrárny tenzometrickou metodou vrtání otvorů podle ASTM E837. Vzorek mezi tryskou a bezpečným koncem je postupně z vnější strany odebírán (obráběn), aby bylo možno odvodit profil zbytkového napětí přes tloušťku svaru. Tyto profily zbytkového napětí jsou užitečné pro posouzení přijatelnosti vad, které by mohly být případně odhaleny během inspekčních prací v provozu a pro definování přiměřených intervalů inspekcí. Data zbytkových napětí lze použít k plánování a ověřování zbytkové životnosti svarů elektrárny. Znalost zbytkových napětí v heterogenním svaru tak může umožnit optimalizaci svařovací technologie a tím snížit celkovou napjatost systému okruhu. Zbytkové napětí není jedinou veličinou, která ovlivňuje životnost, ale hraje významnou roli. Cílem této práce je získání znalostí o průbězích zbytkových napětí ve svaru mezi tlakovou nádobou reaktoru a tryskou. V práci jsou rozborovány základní metody k určování zbytkových napětí. Část práce je věnována rozboru odvrtávací metody, která je následně aplikačně použita. Odvrtávací metodou jsou zjišťovány lokální zbytková napětí jejichž následnou analýzou a aplikovanou metodikou korekcí jsou sestaveny profily zbytkových napětí přes tloušťku svaru.

Abstract:

The subject of the dissertation is the study of residual stresses in the heterogeneous weld of the reactor pressure vessel using the cutting and drilling method. In pressurised water reactors, the welds of the reactor pressure vessel between the nozzle and the safe end are made of a nickel-based alloy. This material is known to be prone to primary circuit water stress corrosion cracking (PWSCC) if the stress is at a sufficient level. For this reason, it is of utmost importance to accurately evaluate the residual stress field created by welding technology. For this purpose, residual stress measurements are performed on a heterogeneous joint of a decommissioned nuclear power plant using the tensometric method of drilling holes according to ASTM E837. The sample between the nozzle and the safe end is gradually cut externally (machined) to derive the residual stress profile across the weld thickness. These residual stress profiles are useful for assessing the acceptability of defects that might eventually be detected during in-service inspection work and for defining reasonable inspection intervals. Residual stress data can be used to plan and verify the residual life of power plant welds. The knowledge of the residual stresses in the heterogeneous weld can thus enable optimisation of the welding technology and thereby reduce the overall tension of the circuit system. Residual stress is not the only quantity that affects service life, but it plays a significant role. The aim of this work will be to gain knowledge about the course of residual stresses in the weld between the reactor pressure vessel and the nozzle. The basic methods for determining residual stresses will be discussed in the thesis. Part of the work will be devoted to the analysis of the drilling method, which will be applied subsequently. Local residual stresses are determined by the drilling method, and the profiles of residual stresses across the thickness of the weld are compiled by subsequent analysis and applied correction methodology.

Keywords

Zbytková napětí, odvrtávací metoda, heterogenní svar, Inconel 182, jaderná energetika, tlakovodní reaktor, napěťově deformační stav, svařované konstrukce, diagnostika

Keywords

Residual stress, hole drilling method, heterogeneous weld, Inconel 182, nuclear power, pressurized water reactor, stress-strain state, welded structure, diagnostics

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 4. 2024

Thesis defence

• Supervisor: Bohumír Strnadel
• Reader: Stanislav Lasek, Vladimír Dekýš, Rostislav Fajkoš

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta materiálově-technologická

Doctoral programme:
Materiálové vědy a inženýrství