2023年, 第40卷, 第6期　
刊出日期：2023-06-30

  

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试验研究
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  国产P92钢的蠕变裂纹扩展行为研究

  侍克献, 田根起, 张作贵, 谈建平, 刘长军

  压力容器. 2023, 40(6): 1-6,14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.001

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  对国产P92钢开展了600 ℃蠕变试验, 得到了蠕变变形曲线、蠕变指数和蠕变延性等, 再在600 ℃进行蠕变裂纹扩展行为试验研究, 得到了蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^*的关系, 将国产P92钢的性能与BS 7910数据进行比较, 评估NSW模型的预测效果, 计算得到材料的蠕变断裂韧性。结果表明, 蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^*之间有较好的双对数线性相关性。国产P92钢的蠕变裂纹扩展性能优于BS 7910中9%Cr钢的平均性能, NSW模型的平面应力预测结果与试验数据接近, 材料的蠕变断裂韧性随着服役时间的增大逐渐降低。该研究结果可以用于评估长期服役高温结构的安全性。
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  热处理工艺对14Cr1MoR钢组织性能及腐蚀行为的影响

  王储, 孙绍广, 高强, 刘晨希, 贾春堂

  压力容器. 2023, 40(6): 7-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.002

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  采用扫描电镜、透射电镜和电化学工作站, 分析了控轧+回火、淬火+回火、正火+回火不同热处理工艺对14Cr1MoR钢显微组织、力学性能和腐蚀行为的影响。结果表明:控轧+回火和正火+回火后, 试验钢的显微组织由多边形铁素体和贝氏体回火组织构成, 但相比例不同。淬火+回火后, 试验钢的显微组织为回火索氏体, 该热处理工艺下的14Cr1MoR钢室温和高温强度最高, 韧性最佳。耐蚀性能方面, 淬火+回火态试验钢最佳; 其次为正火+回火态试验钢; 控轧+回火态试验钢最差。
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  N06200镍基合金与S32168不锈钢TIG焊接微观组织与力学性能研究

  武靖伟, 王志刚, 刘宝剑, 张雪, 杨洋, 陈莉雅, 李亚亚, 李青

  压力容器. 2023, 40(6): 15-21. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.003

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  采用钨极氩弧焊接实现了N06200镍基合金和S32168不锈钢之间的可靠焊接, 研究了焊接接头组织和力学性能。结果表明:N06200镍基合金和S32168不锈钢TIG焊接接头组织是由母材区的等轴晶、沿垂直于热影响区方向生长的胞状晶及焊缝中心的树枝晶组成; 在焊接电流130～150 A、焊接电压15～17 V、焊接速度80～100 mm/min时接头的强度最优, 抗拉强度为675 MPa, 相较于N06200母材的780 MPa有所降低, 试样断裂方式为发生在S32168不锈钢母材侧的韧性断裂为主、少许脆性断裂为辅的的混合断裂, 未发现明显的解理断裂特征; 焊缝区域的显微硬度均高于镍基合金和不锈钢侧, 焊缝区域的富Nb相可有效地提高接头的显微硬度。
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  核岛主设备不锈钢带极埋弧堆焊剥离机理分析

  杨乘东, 茹祥坤, 唐伟宝

  压力容器. 2023, 40(6): 22-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.004

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  对核岛主设备不锈钢带极埋弧堆焊层剥离机理进行研究, 结果表明:低合金钢母材上的不锈钢带极埋弧堆焊层过渡区出现平均厚度为25 μm的硬化层, 硬化层为高硬度、低塑性的板条马氏体组织; 过渡区存在Ⅱ型边界, 硬化层上存在气孔, Ⅱ型边界和气孔是堆焊层发生剥离的内因; 随着堆焊层数的增加, 接头界面残余应力增大, 堆焊层数达到6层时, 残余应力为380 MPa, 过渡区的Ⅱ型边界在较大的残余应力作用下作为裂纹源扩展导致不锈钢堆焊层剥离。堆焊层界面较大的残余应力是剥离发生的外因。
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  不锈钢管子与管板强度胀接性能对比研究

  刁晓丹, 李晓明, 吕行

  压力容器. 2023, 40(6): 27-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.005

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  为了使换热管与管板接头获得更好的密封性能及拉脱强度, 分析对比了液压胀和机械胀对不锈钢强度胀接头的性能影响及不同槽宽的机械胀对不锈钢接头的性能影响。3块S30408试件管板孔内分别加工宽度为3, 4, 9 mm的两道胀槽, 窄槽采用机械胀, 宽槽采用液压胀, 对比胀接后的胀度、氦检密封性、拉脱应力及解剖线宽。试件经过漏率为1×10^-6(Pa·m³)/s的氦检全部合格, 拉脱应力超出标准要求的4 MPa。试验结果表明机械胀胀度不稳定、容易过胀, 槽宽4 mm和3 mm的机械胀接头的性能差别不明显, 液压强度胀接头综合性能更优。
设计计算
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  基于弹塑性分析的局部过度应变评定方法及其应用

  罗翔鹏, 李正驰, 段成红, 陆明万

  压力容器. 2023, 40(6): 33-39. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.006

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  在弹塑性分析法中, 防止局部过度应变失效的评定是压力容器分析设计中不可缺少的一环。首先阐述了采用弹塑性分析法评定局部过度应变的理论基础; 然后以筒体正交接管为例, 详细阐释了应用弹塑性分析法评定局部过度应变的两种流程。结果表明, 在进行局部过度应变评定时, 应根据容器或元件加载时是一次加载或多次加载的情况, 分别选择相对应的方法进行评定。相比于传统的弹性应力分析设计方法, 弹塑性分析法能够得到压力容器结构中更精确的应力应变分布状况。
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  顺排圆台通道流动与传热性能的数值研究

  赵振, 席雷, 高建民, 徐亮, 李云龙

  压力容器. 2023, 40(6): 40-49,71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.007

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  为了探究新型顺排圆台结构对板式换热器流动与传热性能的影响, 对顺排圆台扰流通道的流动与传热性能进行了详细的数值研究, 分析了雷诺数、圆台角度、流向间距比和展向间距比对顺排圆台通道的流动与传热性能的影响规律, 并在研究参数范围内采用幂函数拟合得到了圆台通道的流动、传热和综合热力性能关联式。研究结果表明:在不同雷诺数下, 当圆台角度从0°增大到30°时, 圆台通道的努塞尔数比增大了14.06%～18.45%, 摩擦系数比降低了32.89%～34.64%, 综合热力性能增大了31.42%～35.29%; 当流向间距比和展向间距比均从1.5增大到2.5时, 圆台通道的努塞尔数比分别增大了12.09%～15.46%和12.09%～15.46%, 摩擦系数比分别降低了13.09%～14.69%和13.09%～14.69%, 综合热力性能分别增大了14.83%～19.13%和14.83%～19.13%。拟合得到的流动、传热和综合热力性能关联式的误差分别分布在±12%, ±8%和±10%以内, 可以准确地预测圆台通道的流动与传热性能。
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  基于GTN损伤模型的均质平板非共线平行双裂纹合并方式研究

  刘红侠, 杨杰, 刘芳, 沈鋆, 王骁晓, 陈浩峰

  压力容器. 2023, 40(6): 50-62. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.008

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  为了对裂纹合并方式进行系统性研究, 以均质平板中非共线平行双裂纹为研究对象, 基于Gurson-Tvergaard-Needleman (GTN)损伤模型, 结合试验, 对双裂纹不同水平距离s(从0～1 mm)和垂直距离h(从0.4～2.0 mm)组合下, 49个模型的合并方式进行研究。并以双裂纹水平距离s与裂纹长度a的比值为横坐标, 双裂纹垂直距离h与裂纹长度a的比值为纵坐标绘制图形, 对双裂纹合并规律进行了探索。结果表明:非共线平行双裂纹呈现出裂尖与裂尖合并、裂间与裂间合并以及裂尖与裂间合并3种合并方式, 且各有特征。在以s/a和h/a为坐标绘制的图形中, 3种裂纹合并方式有规律地分布在3个区域。在左上角h/a较大、s/a较小的区域发生裂尖与裂间合并, 在右下角h/a较小、s/a较大的区域发生裂尖与裂尖合并, 在中间区域发生裂间与裂间合并, 可根据该图方便地确定裂纹合并方式。3种合并方式中, 发生裂尖与裂尖合并的概率约占50%, 发生裂间与裂间合并、裂尖与裂间合并的概率分别约占30%和20%。
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  直流过热刺刀管式蒸汽发生器设计分析

  袁春田, 钱雅兰, 林千, 陈其昌, 汤春桃

  压力容器. 2023, 40(6): 63-71. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.009

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  采用直流过热刺刀管式蒸汽发生器作为自然循环池式铅铋快堆的主蒸汽发生器。刺刀管式蒸汽发生器传热管由内外两根管同心组成, 使得环形通道内工质与内管工质及壳侧工质同时换热, 造成设计困难。提出了刺刀管式蒸汽发生器离散式设计方法, , 并利用该方法设计了热功率为37.5 MW的直流过热式刺刀管式蒸汽发生器。从换热管数量、环形通道尺寸、内管保温层的导热系数三个方面对刺刀管式蒸汽发生器进行了设计分析, 同时采用JF因子对蒸汽发生器的综合性能进行评价。研究表明, 当换热管数量由244根增加到550根, 一次侧流阻由40 kPa下降至5 kPa, JF因子增加0.4, 蒸汽发生器性能提升; 环形通道宽度增加0.5 mm, 换热段长度增加10%左右, 总传热系数和JF因子分别下降13%和14%, 蒸汽发生器性能下降; 内管保温层导热系数与换热段长度成线性关系, 保温导热系数增加, 蒸汽发生器的综合性能下降。因此, 刺刀管式蒸汽发生器设计宜采用较多的换热管数量、导热系数较小的内管保层材料, 同时选择合适的环形通道尺寸, 获得最佳的JF因子值。
检验与维护
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  站场工艺管道小口径支管角焊缝相控阵超声检测工艺

  吴明畅, 杨绪运, 郑贤英, 郭磊, 卜乾, 孙明

  压力容器. 2023, 40(6): 72-79. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.010

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  小口径支管是站场工艺管道重要组成部分, 受其管径小、结构复杂等因素的影响, 目前的无损检测技术有效性不高, 大量小口径支管角焊缝的安全状况不明, 是站场工艺管道的安全隐患。采用CIVA仿真软件对典型规格的小口径接管角焊缝模型进行仿真, 分析不同工艺参数下焊缝内部声场的特点及变化规律, 优化了相控阵无损检测工艺, 并在模拟试件上开展5种典型缺陷的试验验证, 验证结果表明, 提出的相控阵检测工艺可以有效检测出模拟试件中的典型缺陷, 缺陷实测尺寸误差在10%以内。
制造与安装
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  CAP1400型非能动余热排出热交换器支撑组件的关键制造工艺

  路扬, 张军

  压力容器. 2023, 40(6): 80-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-4837.2023.06.011

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  非能动余热排出热交换器的换热管束通过不锈钢支撑框架以及管束支撑组件精确固定, 但是不锈钢材质线膨胀系数高、导热率低, 焊后易产生收缩变形造成管束支撑组件位置偏移, 影响换热管在框架内侧的精确安装。CAP1400型核电机组是我国在现有AP1000型压水堆核电技术基础上改进研发的新型压水堆核电机组, 由于新机组总体尺寸规格有所增大, 焊接收缩和变形趋势更明显, 更难以满足关键设备的焊接与定位精度要求。为此对新机组中换热管束支撑框架的结构和制造工艺进行详细研究, 改进和优化了H型钢的焊接制造工艺和坡口加工工艺, 有效降低H型钢组装时的误差。针对焊接变形问题, 提出反变形支撑及水冷却方法, 防止支撑框架中各部分型钢变形; 提出管束支撑组件精准定位方法, 实现了管束支撑组件在框架内的精准定位安装。实践证明, 用上述改进与优化的工艺和提出的方法能够大大提高支撑框架的制造精度, 达到换热管在支撑框架内的顺利引入以及与管板管孔精准对接的效果。