核级管道材料高温疲劳裂纹扩展行为实验研究

罗娟; 齐敏; 唐鹏; 唐龙; 姚迪

doi:10.13832/j.jnpe.2022.S1.0142

核级管道材料高温疲劳裂纹扩展行为实验研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.S1.0142

罗娟^1,,
齐敏²,
唐鹏¹,
唐龙²,
姚迪¹

1.
中国核动力研究设计院，成都，610213
2.
中国原子能科学研究院，北京，102400

详细信息

作者简介:
罗　娟（1988—），女，硕士研究生，现主要从事反应堆结构力学方面的研究，E-mail: 708932574@qq.com

中图分类号: TL341
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出版历程
- 收稿日期: 2022-01-18
- 修回日期: 2022-03-09
- 刊出日期: 2022-06-15

Experimental Investigation on Fatigue Crack Propagation Behavior of Nuclear Pipe at High Temperature

1.
Nuclear Power Institute of China, Chengdu, 610213, China
2.
China Institute of Atomic Energy, Beijing, 102400, China

摘要

摘要: 为研究核级管道材料在500℃以上的高温疲劳裂纹扩展性能，对管道母材、焊缝和热影响区材料进行了高温条件下的疲劳裂纹扩展速率试验，基于概率分析方法获得了考虑不同存活率的概率疲劳裂纹扩展曲线。研究结果表明，高温条件下，管道不同位置区域材料的疲劳裂纹扩展性能存在较为明显的差异，焊缝和热影响区的抗疲劳裂纹扩展能力明显优于母材。试验研究结果可用于核反应堆管道结构安全评估和断裂力学分析。
- 核级管道 /
- 高温 /
- 疲劳裂纹扩展 /
- 概率
Abstract: In order to study the fatigue crack growth performance of nuclear piping materials at elevated temperature above 500℃, the fatigue crack propagation rate experiments on the materials of base metal, welded seam and heat affected zone of tube were carried out under high temperature conditions. The probabilistic fatigue crack growth curves with different survival rates were obtained according to the method of probability analysis. The results show that there are obvious differences in fatigue crack growth performance of materials in different positions of pipelines at high temperature, and the resistance of fatigue crack propagation for welded seam and heat-affected zone is much better than that of base metal. The results can be used for safety assessment and fracture mechanics analysis of nuclear reactor pipeline structure.
- Nuclear pipe /
- High temperature /
- Fatigue crack propagation /
- Probability

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图 1 管道剖面示意图（单位：mm）

Figure 1. Schematic Diagram of Pipe Section (Unit: mm)

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图 2 CT试样构形及尺寸

Figure 2. CT Sample Configuration and Size

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图 3 焊缝CT试样取样示意图（单位：mm）

Figure 3. Sampling Diagram of Welded Seam CT Sample (Unit: mm)

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图 4 热影响区CT试样取样示意图

Figure 4. Sampling Diagram of Heat Affected Zone CT Sample　　　　　

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图 5 母材的(da/dN)-ΔK曲线

Figure 5. (da/dN)-ΔK Curves for Base Metal

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图 6 不同条件下母材试样p=50%时的概率Paris模型预测(da/dN)-ΔK曲线对比

Figure 6. Comparison of Base Metal Sample (da/dN)-ΔK Curves Predicted by Probability Paris Model at p=50% under Different Conditions

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图 7 焊缝的(da/dN)-ΔK 曲线

Figure 7. (da/dN)-ΔK Curves for Welded Seam

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图 8 热影响区的(da/dN)-ΔK 曲线

Figure 8. (da/dN)-ΔK Curves for Heat Affected Zone

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图 9 不同区域试样概率Paris模型预测(da/dN)-ΔK 曲线对比　　　　　

Figure 9. Comparison of (da/dN)-ΔK Curves of Different Positions of Sample Predicted by Probability Paris Model

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表 1 试验工况

Table 1. Test Conditions

取样位置 B /mm R 试样数量/件 T/℃

母材 10 0.1 15 580
母材 10 0.5 3 580
母材 10 0.1 4 505
母材 5 0.1 5 580
焊缝 5 0.1 5 580
热影响区 5 0.1 5 580

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参考文献(4)

[1]	FISHER A. 新型核反应堆[J]. 严小平,译. 世界科学,1997(9): 31-34.
[2]	朱继洲. 核反应堆安全分析[M]. 西安: 西安交通大学出版社, 2004.
[3]	杨冰,赵永翔,何朝明,等. 考虑概率与置信度的疲劳裂纹扩展率模型及其参数测定方法[J]. 机械工程学报,2004, 40(6): 183-187. doi: 10.3321/j.issn:0577-6686.2004.06.036
[4]	ASTM. Standard test method for measurement of fatigue crack growth rates: ASTM E647[S]. West Conshohocken: ASTM, 2008.