在核電站運(yùn)行系統(tǒng)中，反應(yīng)堆壓力容器是核島系統(tǒng)的主要設(shè)備。是實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)和提高核能裝置，起著承受一回路冷卻機(jī)與外部壓差的壓力邊界的作用。驅(qū)動管座是連接控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)（CRDM）與壓力容器內(nèi)部堆芯的通道，采用焊接方式與壓力容器內(nèi)部頂蓋密封固定，成為頂蓋部分內(nèi)外環(huán)境的密封屏障。

由于驅(qū)動管座與頂蓋之間的密封焊縫為部分熔透焊縫，在制造過程中焊縫存在一定的焊接殘余應(yīng)力，在運(yùn)行過程中還需承受高溫高壓和高低溫疲勞載荷作用，一旦外部應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力疊加后超過臨界應(yīng)力值，將導(dǎo)致密封焊縫的應(yīng)力腐蝕開裂。

在某核電項目中，對驅(qū)動管座貫穿件與頂蓋之間的密封焊縫進(jìn)行了模擬件制作，在模擬件上對密封焊縫、鄰近區(qū)域堆焊層及母材進(jìn)行了焊接殘余應(yīng)力檢測，研究了密封焊縫焊后殘余應(yīng)力分布情況，為后期產(chǎn)品的安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

模擬件焊接殘余應(yīng)力檢測試驗

測點(diǎn)位置選擇

表明殘余應(yīng)力測量取自與反應(yīng)堆冷卻液接觸的J型坡口焊縫表面，包含CRDM貫穿件ID（內(nèi)徑）和J型坡口焊縫/預(yù)堆焊縫（隔離層）的表面。從上坡側(cè)、下坡側(cè)和一側(cè)斜坡位置抽取測試樣。在每個位置上，從焊縫區(qū)域內(nèi)和每側(cè)焊縫區(qū)域抽取單項檢測試樣，以便發(fā)現(xiàn)貫穿件ID和焊縫表面的峰值拉伸應(yīng)力。

測試設(shè)備及流程

盲孔法測量儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力檢測系統(tǒng)，主要包括了JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀、JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置、應(yīng)變花及其他附件工具。

盲孔法殘余應(yīng)力測試工藝流程：

1. 將被測點(diǎn)表面打磨到粗糙度Ra08左右；

2. 用酒精將打磨面清洗干凈；

3. 將應(yīng)變花用膠水粘貼在被測點(diǎn)表面；

4. 膠水凝固后，用接線端子將應(yīng)變片引線與殘余應(yīng)力檢測儀的測量線連接起來。

5. 將殘余應(yīng)力檢測儀修正調(diào)零；

6. 用專用裝置在應(yīng)變花中心打一個Φ2mm、深約25mm的盲孔；

7. 打完孔15分鐘后，用檢測儀測量打孔后釋放的應(yīng)變量；對記錄的應(yīng)變量進(jìn)行附加應(yīng)變修正后，采用專用程序進(jìn)行殘余應(yīng)力計算。

模擬件焊接殘余應(yīng)力測試方案

首先采用盲孔法對CRDM模擬件外壁可達(dá)位置進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力檢測，檢測完成后，對模擬件進(jìn)行解剖以便進(jìn)行內(nèi)壁殘余應(yīng)力檢測。在解剖過程中，用應(yīng)變片測試解剖后關(guān)鍵位置的變形釋放值，然后采用有限元建模計算殘余應(yīng)力釋放情況。對于解剖后的模擬件，采用盲孔法對內(nèi)壁待測點(diǎn)進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，并根據(jù)解剖過程中測得的變形結(jié)合有限元計算結(jié)果對測量結(jié)果進(jìn)行修正。

由于CRDM模擬件下坡側(cè)外壁位置直接測量難度較大，完成內(nèi)壁殘余應(yīng)力檢測后，需對模擬件的下坡側(cè)進(jìn)行進(jìn)一步解剖，并在解剖過程中通過應(yīng)變片測量解剖后關(guān)鍵位置的變形釋放情況。對解剖后的測量部位采用盲孔法進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測，并根據(jù)解剖過程中測得的變形結(jié)合有限元計算結(jié)果對測量結(jié)果進(jìn)行修正。

焊接殘余應(yīng)力檢測結(jié)果

采用盲孔法對CRDM貫穿件J型坡口焊縫模擬件進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力檢測。根據(jù)某三代核反應(yīng)堆電壓力容器產(chǎn)品的技術(shù)條件要求，驅(qū)動管座J型坡口密封焊縫焊后殘余應(yīng)力值應(yīng)小于456MPa。根據(jù)本試驗測量結(jié)果，CRDM模擬件J型焊縫焊后殘余應(yīng)力值均小于456MPa，最大值為361MPa，整體分布規(guī)律為外表面焊縫J型坡口焊縫邊緣應(yīng)力最低，焊縫中心位置和焊趾上方9mm部位殘余應(yīng)力水平較高，為拉應(yīng)力；內(nèi)表面焊縫根部下19mm及焊縫根部殘余應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力，其中焊縫根部下19mm部位數(shù)值較高，除此之外，焊趾和焊縫根部中心、焊趾以及焊趾上方19mm三個位置均表現(xiàn)為壓應(yīng)力且應(yīng)力水平相當(dāng)。

結(jié)論

1. 根據(jù)試驗結(jié)果可說明盲孔法可用于核反應(yīng)堆壓力容器驅(qū)動管座J型坡口的焊接殘余應(yīng)力檢測。

2. 本次試驗中測得的驅(qū)動管座J型坡口焊縫表面的殘余應(yīng)力最大值為361MPa，滿足產(chǎn)品技術(shù)條件要求。

3. 驅(qū)動管座J型坡口焊縫表面焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律為：外表面為拉應(yīng)力，以焊縫中心位置和焊趾上方9mm部位殘余應(yīng)力值較高，內(nèi)表面除焊縫根部下19mm及焊縫根部為拉應(yīng)力外，焊趾和焊縫根部中心、焊趾以及焊趾上方19mm三個位置均為壓應(yīng)力。