CN102324254A - Ap1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的lbb评价方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，它包括以下步骤：缺陷表征、材料J-R阻力曲线的选择、周向穿透裂纹失稳扩展极限长度的确定、LBB评价图的选择和缺陷安全性的LBB评价与预测。本发明可以通过所建立的专用LBB曲线和LBB评价图，判别AP1000第三代核电压力容器接管安全端异种金属焊缝区缺陷的安全性；本发明不仅是一种适合于特定核电设备的部件结构和材料的缺陷LBB评价和预测方法，还可用于该部件结构役前假想的大尺寸缺陷和在役扩展到临近穿透及穿透后缺陷的LBB分析评价和预测，从而为核电设备的安全管理与控制提供技术依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种结构完整性评定方法，尤其涉及一种AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB(leak before break，先漏后爆)评价方法。
背景技术
核电压力容器接管安全端异种金属焊接接头区是一回路可能发生失效的薄弱环节，其内表面主要由腐蚀疲劳裂纹的起裂和扩展所产生的缺陷对设备安全运行产生很大影响。因此，需要对含缺陷的接管安全端的可靠性做出准确的评价和预测。关于核电压力管道的可靠性设计和评价，目前国内外的研究发展趋势是按LBB的准则进行设计和评价。
早期压水堆核电厂的设计基准事故定为主管道的双端断裂(DEGB)，即为现用第二代或二代半核电技术中的主要设计方法。但由于核电奥氏体主管道材料的韧性很高且工作在较高温度下，其失效方式往往是先出现泄漏而后再破裂，即LBB，而不是DEGB。因而LBB准则成为防止核电厂压力管道发生灾难性破裂事故的重要评价准则。当满足LBB的要求时，管道是以LBB的方式，而不是DEGB方式失效，则可以免除管道DEGB的动态效应，避免建造管道防甩约束件和喷射屏障，提高核电厂的安全性和经济性。发达国家已将LBB设计和评价方法应用于压水堆主冷却剂管道和部分辅助管道，而国内还没有任何涉及LBB设计和缺陷评价的标准规范。
LBB分析评价的基本思想是：在管道内表面有一个初始的未穿透裂纹，该裂纹以腐蚀疲劳或延性撕裂的方式稳定扩展，达到一个临界尺寸后穿透到外表面，而后裂纹在表面上连续扩展，直到裂纹有足够的张开面积(COA)而引起可检测到的泄漏或失稳扩展。LBB分析评价的目的是确证：穿过裂纹的流体泄漏在裂纹达到快速失稳扩展的极限长度前可以被检测到。因此，在LBB分析评价中，主要是用弹塑性断裂力学的方法计算裂纹刚穿透到外表面时的临界尺寸，裂纹张开面积(用于计算泄漏率)及穿透后裂纹失稳扩展的极限长度。这些临界裂纹尺寸参数取决于结构几何、材料性能(拉伸性能和J-R阻力曲线)、载荷的类型和大小及扩展中裂纹尺寸和形状的演化。
在国际上已有的涉及核电管道缺陷的LBB分析评价的规范中，一般仅给出均匀单一材料的简单直管结构、在简单一次载荷作用下的断裂力学参数、极限载荷及COA的估算方法，来用于延性撕裂分析和LBB评价；而对复杂的几何结构、复杂的焊接接头几何及接头区复杂材料对LBB评价的影响没有充分考虑。
随着第三代核电技术的发展，我国引进了更安全的美国西屋公司设计的AP1000第三代核电技术。与均匀单一材料制造的直管相比，AP1000第三代核电压力容器接管安全端具有复杂的几何结构和焊接接头，这种焊接接头由包括两种母材、两种焊缝及其热影响区和界面的复杂材料所构成，并工作在一回路的高温高压含氧水介质中，承受包括内压、弯矩、自重、热应力、极端地震载荷等复杂载荷。这些复杂性使其缺陷安全性评价的难度增大。目前，国内外还没有用于这种特定复杂结构和材料的LBB分析评价的技术方法，也没有这种特定结构和材料的LBB曲线和LBB评价图。
因此，迫切需要开发一种适用于AP1000第三代核反应压力容器接管安全端异种金属焊缝区缺陷的LBB评价方法。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，以用于评价和预测安全端焊缝区周向缺陷在一定的使用工况条件下是否会发生LBB失效，从而为核电设备的安全管理与控制提供技术依据。
本发明所述的一种AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，它包括以下步骤：
步骤S1，表征检测到的安全端焊缝区周向内表面缺陷尺寸；
步骤S2，获取安全端镍基合金焊缝在315℃-340℃工作温度范围内的J-R阻力曲线族，根据在315℃-340℃工作温度范围内实际测得的安全端焊缝区的J-R阻力曲线，选择用于LBB分析的J-R阻力曲线；
步骤S3，构建描述安全端一次弯矩主载荷M与周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc之间关系的LBB曲线族，根据所述步骤S2中选择的J-R阻力曲线，选择相对应的LBB曲线；
步骤S4，构建安全端焊缝区裂纹在不同的安全端一次弯矩主载荷M和所述步骤S2中J-R阻力曲线族内不同的J-R阻力曲线下的LBB评价图，所述每张LBB评价图包括与所述J-R阻力曲线相对应的韧带失稳线和与所述步骤S3中的LBB曲线相对应的、且垂直于横坐标的穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线；根据实际获取的一次弯矩主载荷M’和所述步骤S2中选择的J-R阻力曲线，选择相应的LBB评价图；
步骤S5，以所述步骤S1中的缺陷尺寸作为评定点的坐标，将评定点描绘在所述步骤S4中选择的LBB评价图中，并评定所述缺陷的安全性及是否为LBB失效；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线下侧的区域，则评定的所述缺陷处于安全状态；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线上侧的区域，则评定的所述缺陷将以LBB的方式失效；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧、韧带失稳线下侧的区域，则评定的所述缺陷处于危险状态；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧、韧带失稳线上侧的区域，则评定的所述缺陷将以断裂爆破的方式失效。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S1包括，用所述缺陷从周向内表面径向向外延伸的最远距离表示缺陷深度a；缺陷相对深度表示为a/t，t为安全端管壁厚；用所述缺陷沿周向内表面弧长所对应的圆心角2θ表示缺陷长度。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，当所述缺陷为穿透缺陷时，缺陷相对深度a/t＝1。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S2中的J-R阻力曲线族的横坐标为裂纹扩展长度Δa，纵坐标为裂纹前端的J积分J。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S3中的LBB曲线族是基于安全端焊接结构的三维有限元模型，进行三维有限元断裂力学计算分析而得的。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S4中的安全端一次弯矩主载荷M分别为8000KN.m、10000KN.m、12000KN.m和14000KN.m。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S4中的LBB评价图的横坐标为缺陷长度2θ，纵坐标为缺陷相对深度a/t。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S4中的韧带失稳线是基于安全端焊接结构的三维有限元模型，进行三维有限元断裂力学计算分析而得的。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S4中的穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线是根据所述安全端一次弯矩主载荷M和所述步骤S3中的LBB曲线族计算得到的。
在上述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中，所述步骤S5还包括对处于安全状态的初始缺陷，根据缺陷在LBB评价图中的扩展路径预测其失效模式，即是否会发生LBB失效。
由于采用了上述的技术解决方案，即本发明基于AP1000第三代核反应压力容器接管安全端异种金属焊接接头结构和材料的三维有限元模型，对安全端焊缝区中不同尺寸的裂纹进行了详细的三维有限元断裂力学计算分析，建立了与安全端结构、复杂接头材料、裂纹几何及服役载荷相关的LBB曲线和LBB评价图，并给出了缺陷安全性的LBB分析评价方法。因此，本发明可以通过所建立的专用LBB曲线和LBB评价图，判别AP1000第三代核电压力容器接管安全端异种金属焊缝区缺陷的安全性；本发明不仅是一种适合于特定核电设备的部件结构和材料的缺陷LBB评价和预测方法，还可用于该部件结构中役前假想的大尺寸缺陷和在役扩展到临近穿透及穿透后缺陷的LBB分析评价和预测，从而为核电设备的安全管理与控制提供技术依据。
附图说明
图1(a)是本发明AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法中安全端焊缝区周向内表面未穿透缺陷的表征示意图；
图1(b)是本发明中安全端焊缝区周向内表面穿透缺陷的表征示意图；
图2是本发明中安全端镍基合金焊缝在315℃-340℃工作温度范围内的J-R阻力曲线族的示意图；
图3是本发明中安全端一次弯矩主载荷M与周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc的关系曲线族，即LBB曲线族的示意图；
图4(a)是本发明中安全端一次弯矩主载荷M＝8000KN.m时的LBB评价图；
图4(b)是本发明中安全端一次弯矩主载荷M＝10000KN.m时的LBB评价图；
图4(c)是本发明中安全端一次弯矩主载荷M＝12000KN.m时的LBB评价图；
图4(d)是本发明中安全端一次弯矩主载荷M＝14000KN.m时的LBB评价图；
图5是按本发明方法进行缺陷安全性的LBB评价与预测的示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
本发明，即一种AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，具体包括以下步骤：
步骤S1，表征检测到的安全端焊缝区周向内表面的缺陷尺寸。
具体来说：将安全端焊缝区周向内表面未穿透缺陷表征为图1(a)所示的尺寸，其中，用缺陷从周向内表面径向向外延伸的最远距离表示缺陷深度a；缺陷相对深度表示为a/t，t为安全端管壁厚；用所述缺陷沿周向内表面弧长所对应的圆心角2θ表示缺陷长度；对穿透缺陷表征为图1(b)所示的尺寸，即缺陷相对深度a/t＝1，用缺陷沿周向内表面弧长所对应的圆心角2θ表示缺陷长度。
步骤S2，获取安全端镍基合金焊缝在315℃-340℃工作温度范围内的J-R阻力曲线族，根据在315℃-340℃工作温度范围内实际测得的安全端焊缝区的J-R阻力曲线，选择用于LBB分析的J-R阻力曲线。
具体来说：研究J积分控制的延性裂纹扩展和LBB分析时，需要获得材料的裂纹扩展阻力曲线，即J-R阻力曲线；由于材料和制造工艺的差异，安全端镍基合金焊缝的J-R阻力曲线不同。
在本发明中，通过实验、文献查找及数值模拟等现有方法获取安全端镍基合金焊缝在315℃-340℃工作温度范围内的J-R阻力曲线族(J-R阻力曲线族的横坐标为裂纹扩展长度Δa，纵坐标为裂纹前端的J积分J)，即如图2所示的在315℃-340℃工作温度范围内的4条典型J-R阻力曲线(这4条J-R阻力曲线代表了在315℃-340℃工作温度范围内镍基合金焊缝的典型J-R阻力曲线及其分散范围)。在这4条J-R阻力曲线中，J-R阻力曲线1为最低的下限曲线，J-R阻力曲线4为最高的上限曲线，J-R阻力曲线2和J-R阻力曲线3为中间曲线。这4条J-R阻力曲线的数学表达式为以下(1)-(4)式，其中，裂纹前端的J积分J的量刚为KJ/m2，裂纹扩展长度Δa的量刚为mm：
J-R阻力曲线1：J＝280Δa0.494 (1)
J-R阻力曲线2：J＝454Δa0.459 (2)
J-R阻力曲线3：J＝629Δa0.619 (3)
J-R阻力曲线4：J＝809Δa0.691 (4)
根据安全端焊缝区在315℃-340℃工作温度范围内实际测得的J-R阻力曲线(这些曲线是依据现有标准测试、数值模拟或其他现有方法得到的)，与图2中典型的J-R阻力曲线1至4对比，按保守的原则确定用于LBB分析评价的J-R阻力曲线；具体确定方法为：
(1)当实际测得的J-R阻力曲线在图2中J-R阻力曲线1和J-R阻力曲线2之间时，选择J-R阻力曲线1做LBB评价；
(2)当实际测得的J-R阻力曲线在图2中J-R阻力曲线2和J-R阻力曲线3之间时，选择J-R阻力曲线2做LBB评价；
(3)当实际测得的J-R阻力曲线在图2中J-R阻力曲线3和J-R阻力曲线4之间时，选择J-R阻力曲线3做LBB评价；
(4)当实际测得的J-R阻力曲线在图2中J-R阻力曲线4之上时，选择J-R阻力曲线4做LBB评价。
步骤S3，构建描述安全端一次弯矩主载荷M与周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc之间关系的LBB曲线族，根据步骤S2中选择的J-R阻力曲线，选择相对应的LBB曲线。
具体来说：如图3所示，LBB曲线族是基于安全端焊接结构的三维有限元模型，依据断裂力学中J积分控制延性裂纹扩展的分析方法构建的，即进行三维有限元断裂力学计算分析而得的。具体构建方法如下：
建立焊缝中不同缺陷长度2θ的安全端焊接结构的三维有限元分析模型，施加17MPa的设计工作内压(此为AP1000核反应压力容器的设计内压)、外弯矩主载荷及自重载荷，计算得到不同缺陷长度2θ的J积分与外加的安全端一次弯矩主载荷M的关系曲线族(在有限元计算中，17MPa的内压和重力恒定，安全端一次弯矩主载荷M，即弯矩M增加)；由此关系曲线族可以得到一定的安全端一次弯矩主载荷M下的裂纹扩展推动力曲线，即J积分与裂纹扩展长度的关系曲线；当此裂纹扩展推动力曲线与图2中的J-R阻力曲线相切时即发生裂纹失稳扩展；此时，对应的安全端一次弯矩主载荷M为裂纹失稳扩展的载荷，对应的缺陷长度2θ即为周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc。对于不同的缺陷长度2θ按此方法可得到一系列的坐标点(M，2θc)，连接这些坐标点(M，2θc)即可得到如图3所示的LBB曲线族。
图3中的LBB曲线1至4，分别对应于图2中的J-R阻力曲线1至4。LBB曲线1至4的数学表达式为以下(5)-(8)式：
LBB曲线1：M＝19821-204.69(2θc)+0.847(2θc)2-0.00131(2θc)3 (5)
LBB曲线2：M＝20492-200.68(2θc)+0.780(2θc)2-0.00114(2θc)3 (6)
LBB曲线3：M＝22405-216.82(2θc)+0.863(2θc)2-0.00133(2θc)3 (7)
LBB曲线4：M＝24312-235.93(2θc)+0.981(2θc)2-0.00161(2θc)3 (8)
评定者可根据步骤S2中确定的用于LBB评价的J-R阻力曲线，从图3中选择相对应的LBB曲线，在该LBB曲线上可根据安全端一次弯矩主载荷M确定出周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc或用(5)-(8)式中相应的公式计算确定2θc；不同工况下安全端一次弯矩主载荷M，由评定者从AP1000核电设备设计报告中的载荷参数计算获得。
步骤S4，构建安全端焊缝区裂纹在不同的安全端一次弯矩主载荷M和步骤S2中J-R阻力曲线族内不同的J-R阻力曲线下的LBB评价图，每张LBB评价图包括与J-R阻力曲线相对应的韧带失稳线和与步骤S3中的LBB曲线相对应的、且垂直于横坐标的穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线；根据实际获取的一次弯矩主载荷M’和步骤S2中选择的J-R阻力曲线，选择相应的LBB评价图。
具体来说：LBB评价图是基于有限元断裂力学分析构建的，其横坐标为缺陷长度2θ，纵坐标为缺陷相对深度a/t；在本发明中，安全端一次弯矩主载荷M分别取为8000KN.m、10000KN.m、12000KN.m和14000KN.m(这4个值包括了可能引起LBB失效及可以用本方法的载荷范围)。
在每一安全端一次弯矩主载荷M水平下的LBB评价图中，含有4条韧带失稳线和4条垂直于横坐标的穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线；如图4(a)-(d)所示，各图中各曲线编号(即1、2、3和4)与图2中J-R阻力曲线编号(即1、2、3和4)以及图3中LBB曲线编号(即1、2、3和4)相对应，其中：穿透裂纹失稳扩展极限尺寸2θc1至2θc4通过安全端一次弯矩主载荷M和图3的LBB曲线1至4或(5)-(8)式确定；对于4个典型的安全端一次弯矩主载荷M，穿透裂纹失稳扩展极限尺寸2θc1至2θc4的测定值如表1：
表1穿透裂纹失稳扩展极限尺寸
韧带失稳线是基于安全端焊接结构的三维有限元模型，依据断裂力学中J积分控制延性裂纹扩展的分析方法构建的，即进行三维有限元断裂力学计算分析而得的。具体构建方法如下：
建立不同周向焊缝缺陷尺寸(a/t，2θ)的安全端焊接结构的三维有限元分析模型，对于一定的缺陷长度2θ，计算得到不同缺陷相对深度a/t的J积分与外加的安全端一次弯矩主载荷M的关系曲线族；由此关系曲线族可以得到一定的安全端一次弯矩主载荷M下裂纹扩展推动力曲线，即J积分与缺陷深度a的关系曲线(具体来说，在上述关系曲线族中，固定安全端一次弯矩主载荷M，可得到J积分与缺陷相对深度a/t的关系，将缺陷相对深度a/t转换为缺陷深度a，即可得到J积分与缺陷深度a的关系曲线)；当此裂纹扩展推动力曲线与图2中的J-R阻力曲线相切时即发生裂纹失稳扩展，对应的安全端一次弯矩主载荷M为裂纹失稳扩展的载荷，对应的缺陷尺寸(a/t，2θ)为裂纹失稳扩展的临界尺寸，此即为韧带失稳线上的一点。在一定的安全端一次弯矩主载荷M下，对于不同的缺陷长度2θ和J-R阻力曲线按此方法计算可得到一系列的坐标点(a/t，2θ)，连接这些坐标点(a/t，2θ)即可得到图4(a)-(d)所示的韧带失稳线族；这些韧带失稳线族的数学表达式为以下(9)-(24)式：
当M＝8000KN.m时：
韧带失稳线1：a/t＝1.011-9.437*10-4(2θ)-1.737*10-6(2θ)2+6.493*10-9(2θ)3 (9)
韧带失稳线2：a/t＝1.005-3.045*10-4(2θ)-5.133*10-6(2θ)2+1.227*10-8(2θ)3 (10)
韧带失稳线3：a/t＝1.002+7.421*10-6(2θ)-4.585*10-6(2θ)2+9.790*10-9(2θ)3 (11)
韧带失稳线4：a/t＝0.998+3.194*10-4(2θ)-4.038*10-6(2θ)2+7.308*10-9(2θ)3 (12)
当M＝10000KN.m时：
韧带失稳线1：a/t＝1.015-9.548*10-4(2θ)-9.718*10-6(2θ)2+2.755*10-8(2θ)3 (13)
韧带失稳线2：a/t＝1.009-3.156*10-4(2θ)-1.311*10-5(2θ)2+3.333*10-8(2θ)3 (14)
韧带失稳线3：a/t＝0.999+6.888*10-4(2θ)-1.849*10-5(2θ)2+4.353*10-8(2θ)3 (15)
韧带失稳线4：a/t＝0.990+1.690*10-3(2θ)-2.386*10-5(2θ)2+5.372*10-8(2θ)3 (16)
当M＝12000KN.m时：
韧带失稳线1：a/t＝1.023-1.800*10-3(2θ)-7.802*10-6(2θ)2+2.712*10-8(2θ)3 (17)
韧带失稳线2：a/t＝1.017-1.160*10-3(2θ)-1.120*10-5(2θ)2+3.290*10-8(2θ)3 (18)
韧带失稳线3：a/t＝1.008-1.599*10-4(2θ)-1.657*10-5(2θ)2+4.310*10-8(2θ)3 (19)
韧带失稳线4：a/t＝0.999+8.445*10-4(2θ)-2.195*10-5(2θ)2+5.329*10-8(2θ)3 (20)
M＝14000KN.m
韧带失稳线1：a/t＝1.022-1.450*10-3(2θ)-1.512*10-5(2θ)2+4.358*10-8(2θ)3 (21)
韧带失稳线2：a/t＝1.016-8.085*10-4(2θ)-1.851*10-5(2θ)2+4.936*10-8(2θ)3 (22)
韧带失稳线3：a/t＝1.012-5.137*10-4(2θ)-1.774*10-5(2θ)2+4.628*10-8(2θ)3 (23)
韧带失稳线4：a/t＝1.009-2.188*10-4(2θ)-1.697*10-5(2θ)2+4.321*10-8(2θ)3 (24)
图4(a)-(d)中对应一定安全端一次弯矩主载荷M下，每一组编号相同的韧带失稳线和穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线及其与坐标轴围成的区域构成一个LBB评价图，因此，图4(a)-(d)中的每一图中包含有4个对应不同J-R阻力曲线1至4的4个LBB评价图，即每一图中所示的LBB-1、LBB-2、LBB-3和LBB-4。图4(a)-(d)显示的一般规律是随J-R阻力曲线的升高(即由编号1至4)，韧带失稳线上移(即由编号1到4)，穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右移(即由编号1到4)；随安全端一次弯矩主载荷M的增大，韧带失稳线下移，穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左移。图4(a)-(d)中的LDS为可以检测到泄漏的穿透裂纹尺寸，由管道内压、裂纹张开面积和流体性质估算的值为9.5度左右。
评定者依据计算的实际获取的一次弯矩主载荷M’和步骤S2中选择的J-R阻力曲线的编号，按保守的原则选择相对应的LBB评价图，其选择原则为：
(1)当实际获取的一次弯矩主载荷M’小于8000KN.m时，用M＝8000KN.m的LBB评价图；选择与J-R阻力曲线编号相同的LBB评价图，即在图4(a)中的LBB-1到LBB-4中选择；
(2)当实际获取的一次弯矩主载荷M’在8000KN.m-10000KN.m之间时，用M＝10000KN.m的LBB评价图；选择与J-R阻力曲线编号相同的LBB评价图，即从图4(b)中的LBB-1到LBB-4中选择；
(3)当实际获取的一次弯矩主载荷M’在10000KN.m-12000KN.m之间时，用M＝12000KN.m的LBB评价图；选择与J-R阻力曲线编号相同的LBB评价图，即从图4(c)中的LBB-1到LBB-4中选择；
(4)当实际获取的一次弯矩主载荷M’在12000KN.m-14000KN.m之间时，用M＝14000KN.m的LBB评价图；选择与J-R阻力曲线编号相同的LBB评价图，即从图4(d)中的LBB-1到LBB-4中选择。
步骤S5，以步骤S1中的缺陷尺寸作为评定点的坐标，将评定点描绘在步骤S4中选择的LBB评价图中，并评定缺陷的安全性及是否为LBB失效；
若评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线下侧的区域，则评定的所述缺陷处于安全状态；
若评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线上侧的区域，则评定的所述缺陷将以LBB的方式失效；
若评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧、韧带失稳线下侧的区域，则评定的所述缺陷处于危险状态；
若评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧、韧带失稳线上侧的区域，则评定的所述缺陷将以断裂爆破的方式失效。
具体来说：按图1(a)或图1(b)表征检测到的或假设的未穿透或穿透缺陷尺寸，即(a/t，2θ)或(a/t＝1，2θ)；将评定点，即缺陷尺寸坐标(a/t，2θ)描在选定的LBB评价图中，根据评定点落在所选择编号的韧带失稳线和穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线和坐标轴围成的不同区域，评价缺陷的安全性，并根据缺陷的扩展路径预测未来可能的失效模式。
韧带失稳线、穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线和坐标轴共围成如图5所示的四个区域：穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线下侧的区域为安全区；穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线上侧的区域为泄漏区；穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧、韧带失稳线下侧的区域为危险区；穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧侧、韧带失稳线上侧的区域为爆破区；这四个区域的危险程度依次递增。具体评价方法如下：
(1)当评定点落在安全区时，则评定的缺陷目前还不会以泄漏或爆破的方式引起失效，即缺陷处于安全状态；
(2)当评定点落在泄漏区时，则评定的缺陷将以先泄漏后爆破的方式失效，即以LBB的方式失效；
(3)当评定点落在危险区时，则评定的缺陷处于危险状态，当缺陷进一步扩展时，可能引起断裂爆破失效；
(4)当评定点落在爆破区时，则评定的缺陷不会以LBB的方式失效，而是直接以断裂爆破的方式失效。
对于位于安全区尺寸较小的初始缺陷，在服役运行中将主要以应力腐蚀(PWSCC)的方式扩展，其最终失效模式取决于缺陷扩展路径，当缺陷沿深度(a/t)方向扩展较快时，将扩展进入泄漏区以LBB的方式失效，如图5中的O-A-A1路径；当缺陷沿长度(2θ)方向扩展较快时，将扩展进入危险区甚至爆破区，可能以断裂爆破方式失效，如图5中的O-B-B1路径。建议对位于安全区尺寸较小的初始缺陷进行定期跟踪检测，或模拟计算裂纹扩展形态，在LBB评价图中做出裂纹扩展路径，则可以预测扩展裂纹的安全性。
此外，对于在实际无损检测中检测出的任意穿透缺陷长度2θ，也可用图3中的LBB曲线辅助评价其在一定安全端一次弯矩主载荷M下的失效方式。其方法是将(M，2θ)作为评定点坐标，描在图3中，当评定点落在选定曲线的下方时，裂纹处于稳定状态，发生泄漏失效(LBB)；当评定点落在曲线上方时，将发生断裂爆破失效。另外，对于可能的极端地震大载荷，可选择最大弯矩载荷Mmax下的LBB评价图来评价和预测缺陷的安全性。
实施例1
如在AP1000安全端异种金属焊缝区检测到了周向内表面未穿透缺陷或计算出了评定周期末的缺陷尺寸，按以下方法进行LBB评价。
(1)缺陷表征：
如按图1(a)表征确定出未穿透缺陷深度a/t＝0.45，缺陷长度2θ＝28度。
(2)材料J-R阻力曲线的选择
如实际测得的J-R阻力曲线在图2中J-R阻力曲线2和J-R阻力曲线3之间，则选择J-R阻力曲线2做LBB分析评价。
(3)周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc的确定
如从AP1000核电设备设计报告中获得某评定工况下实际的一次弯矩主载荷M’＝9700KN.m。根据上述(2)中确定的用于LBB评价的J-R阻力曲线2，从图3中选择相对应的LBB曲线2，用该曲线或用公式(6)，根据实际获取的一次弯矩主载荷M’＝9700KN.m，即可确定出周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc＝73度(穿透缺陷的尺寸表征如图1(b)所示)。如保守地取安全端一次弯矩主载荷M＝10000KN.m，则2θc＝70度，此即为LBB评价图中的垂直线。
(4)LBB评价图的选择
由于实际获取的一次弯矩主载荷M’＝9700KN.m，即在8000KN.m到10000KN.m之间，故选择安全端一次弯矩主载荷M＝10000KN.m的LBB评价图，即图4(b)。由于选择的J-R阻力曲线编号为2，故选择图4(b)中LBB-2所对应的韧带失稳线和穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线2θc＝70度构成的LBB评价图进行缺陷评价。
(5)缺陷安全性的LBB评价与预测
图5即为图4(b)中LBB-2所对应的韧带失稳线和穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线2θc＝70度构成的LBB图。将表征的缺陷深度a/t＝0.45和缺陷长度2θ＝28度的坐标点(即评定点)描在图5中，即为点“O”。由于该点落在安全区，因此，表明缺陷目前还不会以泄漏或爆破的方式引起失效，缺陷处于安全状态。缺陷的最终失效模式可根据缺陷的扩展路径来预测，即：如当缺陷沿深度方向扩展较快，按图5中的O-A-A1路径扩展时，将扩展进入泄漏区，以LBB的方式失效，即在缺陷发生断裂爆破前可以检测到泄漏；如当缺陷沿长度方向扩展较快，按图5中的O-B-B1路径扩展时，将扩展进入危险区甚至爆破区，可能以断裂爆破方式失效。因此建议对位于安全区尺寸较小的初始缺陷进行定期跟踪检测，或模拟计算裂纹扩展形态，在LBB评价图中做出裂纹扩展路径，用以预测裂纹扩展的安全性。
综上所述，本发明中通过选取较低的J-R阻力曲线和较高的安全端一次弯矩主载荷M引入了一定的保守性，其评价结果应是偏于安全的(保守性的大小由评定者根据具体的评价参数分析判断)。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (10)
1.一种AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述评价方法包括以下步骤：
步骤S1，表征检测到的安全端焊缝区周向内表面缺陷尺寸；
步骤S2，获取安全端镍基合金焊缝在315℃-340℃工作温度范围内的J-R阻力曲线族，根据在315℃-340℃工作温度范围内实际测得的安全端焊缝区的J-R阻力曲线，选择用于LBB分析的J-R阻力曲线；
步骤S3，构建描述安全端一次弯矩主载荷M与周向穿透裂纹失稳扩展极限长度2θc之间关系的LBB曲线族，根据所述步骤S2中选择的J-R阻力曲线，选择相对应的LBB曲线；
步骤S4，构建安全端焊缝区裂纹在不同的安全端一次弯矩主载荷M和所述步骤S2中J-R阻力曲线族内不同的J-R阻力曲线下的LBB评价图，所述每张LBB评价图包括与所述J-R阻力曲线相对应的韧带失稳线和与所述步骤S3中的LBB曲线相对应的、且垂直于横坐标的穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线；根据实际获取的一次弯矩主载荷M’和所述步骤S2中选择的J-R阻力曲线，选择相应的LBB评价图；
步骤S5，以所述步骤S1中的缺陷尺寸作为评定点的坐标，将评定点描绘在所述步骤S4中选择的LBB评价图中，并评定所述缺陷的安全性及是否为LBB失效；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线下侧的区域，则评定的所述缺陷处于安全状态；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线左侧、韧带失稳线上侧的区域，则评定的所述缺陷将以LBB的方式失效；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧、韧带失稳线下侧的区域，则评定的所述缺陷处于危险状态；
若所述评定点落在穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线右侧、韧带失稳线上侧的区域，则评定的所述缺陷将以断裂爆破的方式失效。
2.根据权利要求1所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S1包括，用所述缺陷从周向内表面径向向外延伸的最远距离表示缺陷深度a；缺陷相对深度表示为a/t，t为安全端管壁厚；用所述缺陷沿周向内表面弧长所对应的圆心角2θ表示缺陷长度。
3.根据权利要求2所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，当所述缺陷为穿透缺陷时，缺陷相对深度a/t＝1。
4.根据权利要求1所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S2中的J-R阻力曲线族的横坐标为裂纹扩展长度Δa，纵坐标为裂纹前端的J积分J。
5.根据权利要求1所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S3中的LBB曲线族是基于安全端焊接结构的三维有限元模型，进行三维有限元断裂力学计算分析而得的。
6.根据权利要求1所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S4中的安全端一次弯矩主载荷M分别为8000KN.m、10000KN.m、12000KN.m和14000KN.m。
7.根据权利要求1或6所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S4中的LBB评价图的横坐标为缺陷长度2θ，纵坐标为缺陷相对深度a/t。
8.根据权利要求7所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S4中的韧带失稳线是基于安全端焊接结构的三维有限元模型，进行三维有限元断裂力学计算分析而得的。
9.根据权利要求7所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S4中的穿透裂纹失稳扩展极限尺寸线是根据所述安全端一次弯矩主载荷M和所述步骤S3中的LBB曲线族计算得到的。
10.根据权利要求1所述的AP1000核反应压力容器接管安全端焊缝区缺陷的LBB评价方法，其特征在于，所述步骤S5还包括对处于安全状态的初始缺陷，根据缺陷在LBB评价图中的扩展路径预测其失效模式，即是否会发生LBB失效。
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