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Evaluation of weld residual stress near the cladding and J-weld in reactor pressure vessel head for the assessment of PWSCC behavior

PWSCC挙動評価のための原子炉圧力容器上蓋における肉盛溶接部及びJ溶接部の溶接残留応力評価

勝山 仁哉 ; 宇田川 誠; 西川 弘之*; 中村 光行*; 鬼沢 邦雄 

Katsuyama, Jinya; Udagawa, Makoto; Nishikawa, Hiroyuki*; Nakamura, Mitsuyuki*; Onizawa, Kunio

溶接残留応力は、き裂の発生・成長に影響を及ぼすため、原子炉圧力容器の構造健全性を評価するにあたり最も重要な因子の1つである。圧力容器の内面は腐食を防ぐためステンレス鋼が肉盛溶接されている。上蓋貫通のJ溶接部には、溶接金属としてNi合金が用いられる。このような異材溶接部には、溶接後熱処理を施した後も残留応力が残る可能性がある。そこで本研究では、DHD法により残留応力を測定するとともに、相変態を考慮した熱弾塑性クリープ解析を実施した。解析結果と実測値の比較から、両者はおおむね一致するとともに、解析精度向上のためには相変態の考慮が重要であることを見いだした。求められた残留応力分布を用いて、確率論的破壊力学解析コードを用いて、PWSCCに対する残留応力分布及びき裂進展速度のばらつきがき裂進展に及ぼす影響を評価した。

Weld residual stress is the most important factors to assess the structural integrity of RPV since it affects crack initiation and growth behaviors. Inner surface of the RPV is protected against corrosion by cladding. At the J-weld of the vessel head penetrations, Ni-based alloys are used for weld material. After the fabrication process, the residual stress remains in such dissimilar welds after PWHT. The residual stresses were measured using the DHD method. Thermal-elastic-plastic-creep analyses considering phase transformation were also performed. By comparing analytical results with measured ones, it was shown that there was a good agreement of residual stress distribution. It was suggested that taking phase transformation into account was important to improve the accuracy of analysis. Using the residual stress distributions, PWSCC behavior was calculated using PFM analysis code. Effects of the residual stress and scatter of PWSCC growth rate on the crack penetration were evaluated.

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