减少管道焊接区域应力腐蚀开裂的内部机械应力改进方法技术

用于在核能装置管道的内部(润湿侧)焊接区域缓解应力腐蚀开裂的方法，包括驱动径向可动工具以对焊接区域处或其附近的内部(即通常是湿的)表面上产生径向负载以形成残余应力状态。所述方法通过表面弯曲度的物理测量能够后流程验证。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于减少管道，特别是核能装置所用喷嘴、安全端(喷嘴延伸件)和管道焊接区域的应力腐蚀开裂的内部机械应力改进方法。
技术介绍
核反应堆电场部件应用中镍合金压力界面的应力腐蚀开裂和失效自二十世纪八十年代就已观察到。大部分失效在铬含量低于20%的锻造镍合金材料中被观察到，如高温(通常高于600° F)和高应力(通常大于80%的屈服强度)下，暴露在反应堆冷却剂环境的部件中使用的NiCrFe合金600。开裂也在使用镍基合金焊接材料如合金82和合金182的焊接领域被观察到，它们在核工业中广泛应用以接合不同的金属，例如不锈钢到低合金钢的反应堆电场喷嘴与管道的焊缝。由于焊缝开裂，核工业必须更频繁地进行服役(in-service)焊缝的检测。尚未减少这种焊接区域的核能装置必须每隔五年对反应堆容器喷嘴进行超声检查，这导致每次检查有非常高的费用。超声检查通常需要额外的中心筒体去除操作和三天的停运延期。除了检查的要求，未减少焊缝的电厂暴露于应力腐蚀开裂在焊接区域发生的危险中。为了减少潜在的开裂并获得少的检查频率，核能工业中需要经济上减少反应堆容器管道中的合金82/182焊缝。本文使用的“管道”是指在核能装置中所有的流体管道，包括但不限于管道、喷嘴和安全端部。通过在合金82/182焊缝区域的内部表面或润湿表面上形成较深的压缩应力场，可以减轻裂纹的萌生并且可以阻止先前存在的小裂纹生长。这可以通过在焊接区域的管道上施加精心设计的较大变形层(即超出屈服强度或大于0.2%的应变)达成。一些方法已经得到开发和应用，它们可以通过应用到管道外部(即干的)表面的技术来缓解内部焊缝表面的裂纹敏感性。然而，在核能装置管道中，接触外部表面并不总是可行的。这些例子包括但不限于:焊缝位置出现在通常由坚实厚度(通常5英尺)的钢筋混凝土形成的辐射屏蔽物内，或出现在外部进入通道由设备或高辐射量限制的区域中，或者是完全在反应堆容器(如仪表贯穿物)内的设计。在没有通道进入管道焊接区域外部(即干的)表面的厂区中，这些焊接区域的成本降低是特别具有挑战性的。在过去，合金82/182焊接区域从内部(即从湿润面)减少开裂的尝试包括进行内部焊缝铺设和内部表面喷丸。焊缝铺设过程是十分昂贵的且冒着显著的延误风险，即如果在接受最终的焊缝情况下仍然发生问题。内部表面喷丸方法，例如水射流喷丸、激光喷丸和激光震动喷丸，其缺点在于在喷丸表面仅仅形成较浅的压缩应力场(小于Imm或0.04英寸深)，不能由后流程的测量加以确认且不能阻止预先存在的比浅喷丸金属层更深的小裂纹。这些方法中没有一个目前在美国适用于减轻，也没有方法有确定的路径来缓解焊缝检测频率的需求。
技术实现思路
本专利技术涉及用于减轻管道焊接区域中裂纹生长的内部方法和装置，其通过向管道焊接区域的内部(即湿的)表面直接施加较大径向力，从而在目标焊接区域上形成较深的残余压缩应力状态。这种内部机械应力改进方法，与现有技术的外部(即干面)机械方法相比，能够仅通过直接施加到管道的正常湿润表面(例如通过反应堆容器的内部进入)的力来减轻焊缝。根据本专利技术，管道焊接区域中的缺陷或裂纹生长可通过在焊接区域，例如核能装置喷嘴和管道中的合金82/182焊接区域的内部(即湿的)表面形成较深的压缩应力场来阻止。本专利技术的方法，通过使用位于焊接区域的工具操作端施加到管道润湿表面上的径向力产生较大的变形，在待减轻的焊接区域的润湿表面上形成压缩应力场。本专利技术的主要方面是通过向焊接区域的内部表面施加径向力从而在焊接区域形成较深的残余压缩应力来减少核能装置管道的焊缝区域开裂。各种工具和设备可通过机械、水力和/或气动装置用于形成较大的径向力，包括楔形、辊轮和气动设备。相对于现有技术，本专利技术的一些优点是应力缓解可通过在焊接区域管道内部施加径向力来实现，从而克服了外部不可进入的焊缝区域相关的问题。通过结合附图，本专利技术的其它方面和优点将通过优选实施方式的以下描述变得显而易见，其中每幅图中的类似部件通过相同的附图标记进行标示。【附图说明】图1是具有外部阻塞的反应堆容器喷嘴的核能装置部分的分解图。其中:焊接区域10 ;屏蔽物12 ;加油腔密封板14 ;屏蔽插头16 ;绝缘体18 ;结构钢20 ;喷嘴22。图2是核能装置中通常使用的具有圆周焊接区域的管道分解轴向横截面图，焊接区域为原始结构状态。图3是图2所示的管道在本专利技术的焊接区域或目标区域经受径向力位移的分解轴向截面图。其中:部件26;图4是图3所示的管道在去除径向力后的分解轴向横截面图，显示了形成的压缩状态。图5和图6分别是在本专利技术的方法中使用的延伸工具操作端携带的水力/机械膨胀装置的分解正视图和侧视图。其中:楔形件28 ;轴30。图7是在本专利技术的方法中使用的延伸工具操作端携带的气动膨胀装置分解截面图。其中:轴34 ;操作端36 ;环形膨胀囊38 ;盘40。【具体实施方式】内部施加应力的缓解装置优于外部施加装置有很多原因，例如不便进入、物理干扰或不实际的环境。一个例子是具有外部阻塞的反应堆容器喷嘴结构的核能装置，如图1所示，根据本专利技术待缓解的焊接区域10由混凝土屏蔽物包围，其中只标示了主要的屏蔽物12。将不得不除去来得到外部进入喷嘴焊接区域10的核能装置的其余部件，显示在加油腔密封板14、屏蔽插头16、绝缘体18和结构钢20处，所有这些都位于反应堆容器和反应堆容器壁附近。喷嘴22位于具有所示L型结构的不锈钢管道24长度的自由端。[0024当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在核能装置管道的内部焊接区域缓解应力腐蚀开裂的内部润湿侧机械方法，包括以下步骤：将工具插入管道内部，所述工具具有带径向可动部件的操作端；定位操作端在焊接区域附近；驱动操作端使径向可动部件移动以接触并在焊接区域附近的管道内部表面上产生径向负载；去除工具以当除去工具后在焊接区域形成较深的残余压缩应力状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·E·内斯特尔，戴维·W·拉凯维奇，艾伦·C·开普尔，
申请(专利权)人：MPR联合有限公司，詹姆斯·E·内斯特尔，戴维·W·拉凯维奇，艾伦·C·开普尔，
类型：发明
国别省市：美国;US