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304奥氏体不锈钢因其优异的耐腐蚀、抗辐射及高强度等性能而被广泛应用于核电站中,对于在机组分布广泛的304不锈钢支管座,其焊接接头由于残余拉应力作用容易产生裂纹,从而危及核电站运行安全。此外,修复过程有的需要在核电站正常运行的条件下进行。因此,本文通过研究支管座焊接过程中温度场及应力场分布,改善堆焊修复工艺使得原有残余拉应力转变为压应力,从而抑制裂纹萌生及拓展。研究内容能够为国内核电站支管座OVERLAY堆焊修复提供理论支持及工艺指导,具有重要研究意义。首先,采用有限元数值模拟方法在支管座带水带压及不带水条件下,对支管座修复过程中热量分布及残余应力分布进行模拟,提出了在主管道带水条件下若主管道内外壁压差≥1bar时,管壁焊接位置出现较大的局部变形且易发生事故;而主管道内外壁压差≤1bar时,管壁焊接温度明显降低且基本无变形。主管道内部泄压充水施焊,能够明显降低焊接残余应力和焊接变形,与不带水及小焊接热输入相比,内部充水状态下作业其效果具有更大优势。其次,结合模拟分析结果首先进行单层堆焊工艺研究,带水条件下不宜使用大于125A的电流,避免原管道焊缝内流体介质泄漏造成后果;对于管道内带水情况下的原始焊缝堆焊,在105A时熔深达到最大值为1.08mm且均低于不带水环境。带水坏境下焊缝呈规则的鱼鳞纹状且无表面缺陷,建议在95A-115A、焊接速度为2.5mm/s的条件下进行OVERLAY堆焊修复。最后,结合数值模拟结果及单层堆焊试验结果进行OVERLAY堆焊修复工艺、组织及性能研究。结果表明,在不带水条件下实施焊接时,热影响区厚度显著增加且铁素体含量明显增多,大量的铁素体产生使得热影响区体积膨胀导致应力增大;带水环境下焊接电流为100A-110A、焊接速度为2.5mm/s时,焊接变形最小且焊缝凝固组织为FA凝固组织,且具有较高的抗裂纹敏感性。OVERLAY修复时,第一层从母管侧到支管侧焊接,第二层从支管侧到母管侧且采用单焊道从两个方向各焊180°的工艺条件下能够得到理想的堆焊接头。利用γ源拍摄底片结合有限元分析对缺陷的扩展情况进行评估,证明了OVERLAY堆焊可以促进管道内壁形成压应力,有利于现场堆焊的实施。