Effects of weld-overlay cladding on the structural integrity of reactor pressure vessels 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  ; 鬼沢 邦雄 

Nishikawa, Hiroyuki; Katsuyama, Jinya; Onizawa, Kunio

原子炉圧力容器の内表面には耐食性向上のため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溶接後熱処理を施すものの、母材と溶接金属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応力が生じる。残留応力は加圧熱衝撃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。本研究では、原子炉圧力容器肉盛溶接部に存在する溶接残留応力を、汎用有限要素解析コードABAQUSを用いた熱弾塑性クリープ解析により求めた。また、構造健全性に関しては、PTS時の応力拡大係数(K値)を確率論的破壊力学解析コードPASCAL2の影響関数法を用いて算出し、肉盛溶接の影響を検討した。その結果、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高くなることが示された。また、原子炉圧力容器の構造健全性評価時の温度裕度に関して肉盛溶接の影響を評価したところ、本研究で想定した初期き裂等の条件ではその影響は小さく、現状の構造健全性評価手法で用いられているマージンの範囲内であることがわかった。

Thermal-elastic-plastic-creep analyses based on finite element method have been performed to evaluate residual stress distribution in a RPV produced by weld-overlay cladding and PWHT. Stress intensity factors (SIFs) during PTS have also been computed based on the influence function method. The maximum value of SIF during PTS considering weld-overlay cladding is higher than that without the consideration of weld-overlay cladding. The effect of the weld-overlay cladding on the temperature margin of the structural integrity of RPVs has been evaluated. The effect of the weld-overlay cladding on the temperature margin is enough small that the effect would within the range of the margin set in the integrity assessment method.