Failure probability analyses for PWSCC in Ni-based alloy welds

Ni合金異材溶接部のPWSCCに関する破損確率解析

宇田川 誠; 勝山 仁哉  ; 鬼沢 邦雄 ; Li, Y. 

Udagawa, Makoto; Katsuyama, Jinya; Onizawa, Kunio; Li, Y.

Ni合金異材溶接部に対する確率論的破壊力学解析コードPASCAL-NPは、最新の知見を反映して開発されたものである。本解析コードは加圧水型原子炉の一次水質環境中における応力腐食割れ(PWSCC)及び沸騰水型原子炉の水質環境中におけるNi合金の応力腐食割れ(NiSCC)を対象とし、構造健全性に影響を及ぼすパラメータのばらつきを適切に考慮して機器の漏えいや破断確率を評価することができる。本報では、国内プラントである大飯3号機及び米国プラントであるデービスベッセにおける原子炉容器上蓋貫通部のPWSCCによる漏えい事象を対象として事例解析を実施した。その結果、解析コードによる漏えい確率解析結果は、実機における検査結果と概ね一致することを確認し、解析コードの信頼性と有用性を明確にした。本報ではまた、パラメトリック解析を実施し、漏えい確率に及ぼす温度及び確率変数のばらつきの影響を定量的に評価した。その結果、漏えい確率に及ぼす温度の影響が非常に大きく、PWSCCの発生可能な部位を対象とした温度低減はPWSCCの対策として非常に有効であることを明らかにした。

A number of cracks due to primary water stress corrosion cracking (PWSCC) in pressurized water reactors and Ni-based alloy stress corrosion cracking (NiSCC) in boiling water reactors have been detected around Ni-based alloy welds. The causes of crack initiation and growth due to stress corrosion cracking include weld residual stress, operating stress, the materials, and the environment. We have developed the analysis code PASCAL-NP for calculating the failure probability and assessment of the structural integrity of cracked components on the basis of probabilistic fracture mechanics (PFM) considering PWSCC and NiSCC. This PFM analysis code has functions for calculating the incubation time of PWSCC and NiSCC crack initiation, evaluation of crack growth behavior considering certain crack location and orientation patterns, and evaluation of failure behavior near Ni-based alloy welds due to PWSCC and NiSCC in a probabilistic manner. Herein, actual plants affected by PWSCC have been analyzed using PASCAL-NP. Failure probabilities calculated by PASCAL-NP are in reasonable agreement with the detection data. Furthermore, useful knowledge related to leakage due to PWSCC was obtained through parametric studies using this code.