Strålsäkerhetsmyndighetens perspektiv
Bakgrund
Reaktortryckkärl tillverkas vanligtvis av låglegerade ferritiska stål som på insidan beläggs med ett eller flera lager av rostfritt stål, så kallad plätering eller på engelska cladding. Den rostfria pläteringen påverkar den strukturella integriteten på flera sätt, dels har pläteringen annorlunda materialegenskaper jämfört med grundmaterialet vad gäller fysikaliska och mekaniska egenskaper, dels förbättrar pläteringen motståndet mot korrosion. Eftersom pläteringens materialegenskaper skiljer sig från de hos grundmaterialet uppstår i kallt tillstånd relativt stora restspänningar av dragkaraktär i pläteringsskiktet. Dessa omständigheter gör att pläteringen måste tas hänsyn till när man gör analyser av sprickor i närheten av pläteringen i ett reaktortryckkärl.
Restspänningar står normalt för stor del av spänningsbidraget vid utvärdering av reaktortryckkärlets säkerhetsmarginaler. God kunskap om och goda uppskattningar av restspänningarna är därför viktigt vid olika typer av analyser, exempelvis vid analyser av fortsatt drift med skadad anordning eller analyser av långtidsdrift (LTO). I det senare fallet är goda uppskattningar särskilt viktiga vid analys av så kallade kalla lastfall för reaktortryckkärl, där brottsegheten i härdområdet minskat på grund av bestrålningsförsprödning.
Numerisk analys kan användas för att bestämma restspänningar i mekaniska anordningar. Föreliggande rapport beskriver hur restspänningar inklusive effekter av så kallade fastransformationer (volymändringar som uppstår till följd av omvandling av tankstålets kristallstruktur vid uppvärmning eller avsvalning) analyseras för en bandpåsvetsad reaktortank med representativa svetsprocesser och data för svenska reaktortankar. För att kunna simulera långsträckta svetssträngar har en metod tagits fram där modellering och kalibrering av värmekällan utförs med stöd av numerisk analys i tre dimensioner.
Resultat
Restspänningar har beräknats för en bandpåsvetsad plätering. Resultaten har validerats mot väldokumenterade experiment och visar god överensstämmelse mot de uppmätningar som genomfördes för en svetsad plåt i Strålsäkerhetsmyndighetens forskningsrapport 2022:14.
Före värmebehandling predikteras mycket höga svetsegenspänningar i tankstålet strax under pläteringen. Under värmebehandlingen sker mycket omfattande reducering av restspänningar i tankstålet medan restspänningarna i pläteringen är i princip oförändrade. Vid provtryckning genomgår pläteringen betydande plasticering vilket medför en reducering av restspänningarna. I tankstålet sker inte någon märkbar förändring av restspänningarna i samband med provtryckning.
Relevans
Det genomförda projektet har förbättrat förståelsen kring restspänningars storlek och fördelning i området mellan plätering och grundmaterial i ett reaktortryckkärl. Resultaten från projektet är viktiga för att kunna ta fram ändamålsenliga skadetålighetsanalyser för inspektionsprogram eller för att bedöma säkerhetsmarginaler vid eventuella defekter.
Behov av fortsatt forskning
Projektet har analyserat bandpåsvetsad plätering. Då det i svenska reaktorer även förekommer tryckkärl med så kallad seriepåsvetsad plätering finns ett behov att bredda kunskaperna också till denna metod.
Resultat och kunskaper från projektet är användbara i ett pågående internationellt projekt kring analyser av reaktortryckkärlet. Detta projekt kallas APAL (Advanced Pressurized Thermal Shock Analysis for LTO) och redovisas i SSM2020-5721.