Assessment of residual stress due to overlay-welded cladding and structural integrity of a reactor pressure vessel

原子炉圧力容器における肉盛溶接による残留応力及び健全性の評価

勝山 仁哉  ; 西川 弘之*; 宇田川 誠; 中村 光行*; 鬼沢 邦雄 

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

圧力容器(RPV)の肉盛溶接部と母材部における溶接後及び溶接熱処理(PWHT)後の残留応力分布を、相変態を考慮した熱弾塑性クリープ解析を用いて評価を行った。解析結果と実測値の比較から、肉盛溶接部及び母材部内の残留応力分布の解析結果は実測値とよく一致することを見いだし、すなわち残留応力解析の精度向上のためには溶接中の相変態を考慮することが重要であることがわかった。また、求められた残留応力分布を用いて、加圧熱衝撃時のRPVに対する破壊力学解析を行い、残留応力がRPVに及ぼす影響について評価した。その結果、RPVの健全性を行う場合には、肉盛溶接とPWHTにより生じる残留応力を考慮することが重要であることを明らかにした。

The residual stresses generated within the weld-overlay cladding and base material of reactor pressure vessel (RPV) steel was evaluated for as-welded and post-welded heat-treated conditions using thermo-elastic plastic creep analyses considering phase transformation. By comparing the analytical results with the experimentally determined values, we found a good agreement for the residual stress distribution within the cladding and the base material. It was shown that considering phase transformation during welding was important for improving the accuracy of residual stress analysis. Using the calculated residual stress distribution, we performed fracture mechanics analyses for an RPV during pressurized thermal shock events. We evaluated the effect of the weld residual stress on the structural integrity of an RPV. The results indicated that consideration of residual stress produced by weld-overlay cladding and PWHT is important for assessing the structural integrity of RPV.