報告書番号

Q09005

タイトル（和文）

配管系統応力解析に基づく溶接部損傷評価システムの開発

タイトル（英文）

Development of Damage Assessment System for Weld Joints based on Stress Analysis for Boiler Tube

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

USCプラントでは高クロム鋼製長手溶接継手管の溶接熱影響部（HAZ）におけるクリープ損傷（タイプIV損傷）が問題となっている。これらの問題を受けて当所では，改良9Cr鋼製長手溶接継手管の内圧クリープ試験と有限要素法（FEM）によりクリープ損傷過程を明らかにした。また，ボイドシミュレーションを行い，その結果をもとにHAZのクリープ破断寿命を定量的に予測する損傷評価法を提案した。本損傷評価法を実機プラントに適用するには，内圧に加えて，配管系統全体に作用するシステム荷重（熱変形）を把握する必要がある。本研究では内圧とシステム荷重を同時に考慮できるFEM解析プログラムを開発し，本プログラムとボイドシミュレーションプログラムを組み合わせて損傷評価システムを構築した。システムの検証のためのケーススタディとして主蒸気管系統を想定した応力解析と溶接部の損傷評価を実施した。その結果，内圧のみを考慮した結果と比べ，内圧とシステム荷重の両方を考慮した場合に応力が最大となる位置と損傷が最も厳しくなる位置が変化することを明らかにした。

概要 （英文）

In USC power plants, there are problems related to type IV or creep damage occurred in the head affected zone (HAZ) of the tubes made from high-chromium steels with longitudinal weld joint. In response to these problems, we performed the internal pressurized creep tests and finite element analysis (FEM) for the tubes with longitudinal weldments made from modified 9Cr steels to clarify the process of creep damage. Then, void initiation and growth simulation were carried out and a unique damage assessment method was proposed to predict the creep rupture life in HAZ quantitatively. In order to conduct the damage assessment method for actual power plants, it is necessary to understand the system load (thermal expansion) acting in total pipe system in addition to internal presure. For that purpose, we developed an FEM analysis program considering both internal pressure and system load simultaneously and constructed a damage assessment system in combination with the developed program and the void simulation program. Then, a case study was carried out for a pipe system assuming main steam one to verify the developed system. Through that calculation, a system load acting in an elbow was brought out. Then, it was revealed that the damage rate and position where creep damage was the severest in case of considering both system load and internal pressure was different from those considering only internal pressure.

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