核电站一回路主管道焊接接头材料服役行为的高通量评价与预测

彭群家^1*，张涛²，薛飞¹，侯怀宇³，沈耀⁴，刘伟³，张乐福⁴，韩姚磊¹，梅金娜¹

¹ 苏州热工研究院有限公司，苏州，215004，中国

² 东北大学，沈阳，110167，中国

³ 南京理工大学，南京，210094，中国

⁴ 上海交通大学，上海，200030，中国

详细摘要：主管道是核电站最核心的部件之一，长期在高温、高压、强腐蚀的环境下运行。焊接是主管道最主要的连接工艺。在服役过程中焊接部位是主管道最薄弱环节，在应力-腐蚀-热老化耦合作用下易发生开裂失效。多尺度模拟、高通量评价和基于大数据技术建模是一回路主管道焊接接头材料服役行为研究的重要发展方向。（1）多尺度模拟。从腐蚀经典理论出发，利用材料基因组思想，开发高通量、跨尺度计算方法，从三个方面，即固/液界面的腐蚀电位计算、腐蚀电化学动力学曲线的计算、具有随机特征的点蚀模型的建立，解决了腐蚀损伤模拟计算中基本物性参数计算与经典腐蚀理论不相容的相撞，建立了第一性原理计算与腐蚀基本概念之间的桥梁，确保模拟计算模型具备随机性，实现从“形似”到“神似”的跨越。（2）高通量评价。基于多试样串联加载、多平行拉伸轴与多裂纹长度监测通道一体化设计思想，使用具备疲劳、恒载荷、慢拉伸、恒位移等多种加载模式伺服加载机，设计、搭建水化学精确可控的高温高压水实验系统，开发模拟一回路水环境应力腐蚀/环境疲劳行为的高效、集成评价技术，研发高通量应力腐蚀/环境疲劳测试试验平台，裂纹萌生和扩展数据获取效率提高4-16倍。（3）服役寿命预测。基于应力腐蚀/环境疲劳裂纹萌生和扩展模拟模型，综合业界经验反馈数据、文献资料和实验数据，采用数据挖掘方法构建考虑热时效影响的应力腐蚀/环境疲劳裂纹萌生模型、应力腐蚀/环境疲劳裂纹扩展模型。建立一回路主管道焊接接头材料应力腐蚀/环境疲劳裂纹萌生和扩展预测模型，预测结果R²>0.8。