Effects of weld-overlay cladding on the structural integrity of reactor pressure vessel during pressurized thermal shock

肉盛溶接が加圧熱衝撃時における原子炉圧力容器の構造健全性に及ぼす影響

西川 弘之; 勝山 仁哉  ; 宇田川 誠; 鬼沢 邦雄 

Nishikawa, Hiroyuki; Katsuyama, Jinya; Udagawa, Makoto; Onizawa, Kunio

原子炉圧力容器の内表面にはオーステナイトステンレス鋼が肉盛溶接される。残留応力を除去するために溶接後熱処理を施すものの、熱膨張係数の差異により、肉盛溶接部には降伏応力に近い引張残留応力が存在する。この残留応力は加圧熱衝撃(PTS)時における原子炉圧力容器の構造健全性に影響を及ぼすと考えられる。そこで本研究では、原子炉圧力容器に存在する肉盛溶接残留応力を、汎用有限要素法解析を用いた熱弾塑性クリープ解析により求めた。また、原子炉圧力容器用確率論的破壊力学解析コードPASCAL2の影響関数法を用いてPTS時の応力拡大係数(K値)を算出した。肉盛溶接を考慮した場合のK値は、肉盛溶接を考慮しない場合に比べて大きいことが示された。

Weld-overlay cladding of austenitic stainless steel is applied to the inner surface on ferritic low-alloy steel of RPV for protecting from corrosion. After the manufacturing processes of an RPV including weld-overlay cladding, post-weld heat treatment (PWHT) and pressure test, welding residual stress still remains in such dissimilar metal welds, which could affect the structural integrity of RPV during PTS. In the present study, thermal-elastic-plastic analysis using finite element method has been performed to evaluate residual stress distribution in reactor pressure vessel produced by weld-overlay cladding. Stress intensity factor during PTS has been calculated using PFM analysis code (PASCAL2). The stress intensity factor considering weld-overlay cladding is larger than that of no weld residual stress.