Kim, Jong-Sung;Kim, Ji-Soo;Jeon, Jun-Young;Kim, Yun-Jae
Nuclear Engineering and Technology
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v.48
no.4
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pp.1036-1046
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2016
We propose a primary water stress corrosion cracking (PWSCC) initiation model of Alloy 600 that considers the stress triaxiality factor to apply to finite element analysis. We investigated the correlation between stress triaxiality effects and PWSCC growth behavior in cold-worked Alloy 600 stream generator tubes, and identified an additional stress triaxiality factor that can be added to Garud's PWSCC initiation model. By applying the proposed PWSCC initiation model considering the stress triaxiality factor, PWSCC growth simulations based on the macroscopic phenomenological damage mechanics approach were carried out on the PWSCC growth tests of various cold-worked Alloy 600 steam generator tubes and compact tension specimens. As a result, PWSCC growth behavior results from the finite element prediction are in good agreement with the experimental results.
Park, Jae Phil;Yoo, Seung Chang;Kim, Ji Hyun;Bahn, Chi Bum
Nuclear Engineering and Technology
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v.53
no.6
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pp.1909-1923
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2021
We experimentally investigated the effects of thermal aging and cold work on the microstructure, mechanical properties, and primary water stress corrosion cracking (PWSCC) initiation time for Alloy 182 welds. The effects of thermal aging and cold work on the PWSCC initiation time of Alloy 182 were modeled based on the plastic energy concept and the PWSCC initiation data of this study and previous reports by considering censored data. Based on the results, it is estimated that the PWSCC resistance of the Alloy 182 weld firstly increases and then decreases with thermal aging time when the applied stress is kept constant.
Kim, H.-S.;Hong, J.-D.;Lee, J.;Gokul, O.S.;Jang, C.
Corrosion Science and Technology
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v.14
no.3
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pp.113-119
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2015
Alloy 82/182 weld metals had been extensively used in joining the components of the PWR primary system. Unfortunately, there have been a number of incidents of cracking caused by PWSCC in Alloy 82/182 welds during the operation of PWR worldwide. To mitigate PWSCC, optimization of water-chemistry conditions, especially dissolved hydrogen (DH) and Zn contents, is considered as the most promising and effective remedial method. In this study, the PWSCC behaviours of Alloy 182 weld were investigated in simulated PWR environments with various DH content. Both in-situ and ex-situ oxide characterizations as well as PWSCC initiation tests were performed. The results showed that PWSCC crack initiation time was shortest in PWR water (DH: 30cc/kg). Also, high stress reduced crack initiation time. Oxide layer showed multi-layered structures consisted of the outer needle-like Ni-rich oxide layer, Fe-rich crystalline oxide, and inner Cr-rich inner oxide layers, which was not altered by the level of applied stress. To analyse the multi-layer structure of oxides, EIS measurement were fitted into an equivalent circuit model. Further analyses including TEM and EDS are underway to verify appropriateness of the equivalent circuit model.
Often, probabilistic fracture mechanics (PFM) approaches have been adopted to quantify the failure probabilities of Ni-base alloy components, especially due to primary water stress corrosion cracking (PWSCC), in a primary piping system of pressurized water reactors. In this paper, the key features of an advanced PFM code, PINEP-PWSCC (Probabilistic INtegrity Evaluation for nuclear Piping-PWSCC) for such purpose, are described. In developing the code, we adopted most recent research results and advanced models in calculation modules such as PWSCC crack initiation and growth models, a performance-based probability of detection (POD) model for Ni-base alloy welds, and so on. To verify the code, the failure probabilities for various Alloy 182 welds locations were evaluated and compared with field experience and other PFM codes. Finally, the effects of pre-existing crack, weld repair, and POD models on failure probability were evaluated to demonstrate the applicability of PINEP-PWSCC.
Primary water stress corrosion cracking (PWSCC) is a major safety concern in the nuclear power industry worldwide. PWSCC is known to initiate only in the condition in which sufficiently high tensile stress is applied to alloy 600 tube material or alloy 82/182 weld material in pressurized water reactor operating environments. However, it is still uncertain how much tensile stress is re-quired to generate PWSCC or what causes such high tensile stress. This study was performed to pre-dict the magnitude of weld residual stress and operating stress and compare it with previous experi-mental results for PWSCC initiation. For the study, a pressurizer safety nozzle was selected because it is reported to be vulnerable to PWSCC in overseas plants. The assessment was conducted by nu-merical analysis. Before performing stress analysis for plant conditions, a preliminary mock-up ana-lysis was done. The result of the preliminary analysis was validated by residual stress measurement in the mock-up. After verification of the analysis methodology, an analysis under plant conditions was conducted. The analysis results show that the stress level is not high enough to initiate PWSCC. If a plant is properly welded and operated, PWSCC is not likely to occur in the pressurizer safety nozzle.
Transactions of the Korean Society of Pressure Vessels and Piping
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v.7
no.1
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pp.9-16
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2011
Primary water stress corrosion cracking (PWSCC) has been found in the weld region of the nuclear power plant. Welding can produce tensile residual stress. Tensile residual stress contributes to the initiation and growth of PWSCC. It is important to estimate weld residual stress accurately to predict or prevent the initiation and growth of PWSCC. This paper shows the results of finite element analysis and measurement experiment for weld residual stress. For the study, four kinds of specimen were fabricated with the materials used in the nuclear power plant. Residual stresses were measured by four kinds of methods of hole drilling, x-ray diffraction, instrumented indentation and sectioning. Through the study, numerical analysis and measurement results were compared and the characteristics of each measurement technique were observed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.269-273
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2015
The study investigated the effect of the distance between two collinear circumferential surface cracks on the primary stress corrosion crack (PWSCC) growth in alloy 600TT steam generator tubes using a finite element damage analysis based on the PWSCC initiation model and macroscopic phenomenological damage mechanics approach. The damage analysis method was verified by comparing the results to the previous study results. The verified method was applied to collinear circumferential surface PWSCCs. As a result, it was found that the collinear cracks showed earlier coalescence and penetration times than the a single crack, and the times increased with the distance. In addition, it is expected that penetration may occur before coalescence of two cracks if they are more than a specific distance apart.
The primary water stress corrosion cracking (PWSCC) of dissimilar metal weld based on Alloy 82/182 is one of major issues in material degradation of nuclear components. It is well known that the crack initiation and growth due to PWSCC is influenced by material's susceptibility to PWSCC and distribution of welding residual stress. Therefore, modeling the welding residual stress is of interest in understanding crack formation and growth in dissimilar metal weld. Currently in Korea, a numerical round robin study is undertaken to provide guidance on the welding residual stress analysis of dissimilar metal weld. As a part of this effort, the present paper investigates distribution of welding resisual stress of a ferritic low alloy steel nozzle with dissimilar metal weld using Alloy 82/182. Two-dimensional thermo-mechanical finite element analyses are carried out to simulate multi-pass welding process on the basis of the detailed design and fabrication data. The present results are compared with those from other participants, and more works incorporating physical measurements are going to be performed to quantify the uncertainties relating to modelling assumptions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.10
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pp.873-881
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2008
Weld overlay is one of the residual stress mitigation methods which arrest crack initiation and crack growth. Therefore weld overlay can be applied to the region where cracking is likely to be. An overlay weld used in this manner is termed a preemptive weld overlay(PWOL). In pressurized water reactor(PWR) dissimilar metal weld is susceptible region for primary water stress corrosion cracking(PWSCC). In order to examine the effect of PWOL on residual stress mitigation, PWOL was applied to a specific dissimilar metal weld of Kori nuclear power plant by finite element analysis method. As a result, strong compressive residual stress was made in PWSCC susceptible region and PWOL was proved effective preemptive repair method for weldment.
Although there has been no general agreement on the mechanism of primary water stress corrosion cracking (PWSCC) as one of major degradation modes of Ni-base alloys in pressurized water reactors (PWR's), common postulation derived from previous studies is that the damage to the alloy substrate can be related to mass transport characteristics and/or repair properties of overlaid oxide film. Recently, it was shown that the oxide film structure and PWSCC initiation time as well as crack growth rate were systematically varied as a function of dissolved hydrogen concentration in high temperature water, supporting the postulation. In order to understand how the oxide film composition can vary with water chemistry, this study was conducted to characterize oxide films on Alloy 600 by an in-situ Raman spectroscopy. Based on both experimental and thermodynamic prediction results, Ni/NiO thermodynamic equilibrium condition was defined as a function of electrochemical potential and temperature. The results agree well with Attanasio et al.'s data by contact electrical resistance measurements. The anomalously high PWSCC growth rate consistently observed in the vicinity of Ni/NiO equilibrium is then attributed to weak thermodynamic stability of NiO. Redox-induced phase transition between Ni metal and NiO may undermine the integrity of NiO and enhance presumably the percolation of oxidizing environment through the oxide film, especially along grain boundaries. The redox-induced grain boundary oxide degradation mechanism has been postulated and will be tested by using the in-situ Raman facility.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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