异种金属焊接接头被广泛使用在核电厂的一回路系统中,主要用于连接压力容器(如反应堆压力容器、蒸汽发生器和稳压器)的铁素体钢管嘴和奥氏体不锈钢安全端。核电运行历史表明,接管安全端异种金属焊接接头是容易发生失效的薄弱环节。因此,需要对不同制造工艺的安全端异种金属焊接接头的力学性能和结构完整性进行研究,以优化制造工艺,保障其服役的安全性。本文首先按照R6选择3的方法构建了不同制造工艺的安全端异种金属焊接结构的失效评定图,研究了裂纹尺寸和裂纹位置对失效评定曲线(FAC)的影响规律。其次,对五种不同制造工艺的安全端异种金属焊接接头的力学性能和断裂韧性进行了试验测试研究。最后,利用建立的失效评定图,评定了五种不同制造工艺的安全端异种金属焊接结构的安全性。研究得到的主要结果如下:(1)无隔离层(三材料)和含隔离层(四材料)两种工艺制造的安全端异种金属焊接结构的极限载荷相近,失效评定曲线(FAC)基本相同。随裂纹位置向接管嘴移动,FAC上移,裂纹安全性提高。随裂纹深度和长度的增加,FAC下移,裂纹安全性降低。从结构强度考虑,三材料安全端焊接结构的设计和制造是可行的,可以在保证结构强度的条件下,降低制造成本。(2)试验测得了无隔离层和含隔离层两种制造工艺的安全端异种金属焊接接头的力学性能,包括屈服和抗拉强度、塑性(断裂应变、延伸率及断面收缩率)和加工硬化性能。结果表明:两种接头的力学性能总体上差别不大,采用无隔离层制造的接管安全端接头的力学性能可以达到含隔离层接头的水平。(3)两种制造工艺的安全端焊接接头的裂纹扩展阻力和断裂韧性的试验结果表明:材料界面裂纹的J-R阻力曲线和断裂韧性最低,是接头的最薄弱环节。含隔离层接头最后的高温回火热处理,对接头的断裂韧性影响不大。含隔离层接头不同位置的J-R阻力曲线和断裂韧性J1C·略高于无隔离层接头。总体上两种接头的断裂韧性相差不大。(4)两种补焊接头(含隔离层挖槽补焊和无隔离层挖槽补焊)的J-R阻力曲线和断裂韧性的测试结果表明:含隔离层挖槽补焊接头的J-R阻力曲线和断裂韧性J1C略高于无隔离层挖槽补焊接头。总体上两种补焊区材料的J-R阻力曲线和断裂韧性与其原焊接接头相差不大,即补焊区材料的断裂韧性不低于原接头的水平。(5)用所建立的R6选择3失效评定曲线对五种不同安全端接头(不同制造和补焊工艺)中不同位置和不同尺寸的裂纹在正常工况、紧急工况和事故工况载荷下的安全性(即结构完整性)进行了评定。结果表明:所评价的1/4壁厚和1/2壁厚深度的裂纹(a/t=0.25,a/t=0.5)都是安全的,并且有较大的安全裕度。按R6选择1失效评定曲线和ASME规范的通用失效评定曲线所评定的结果过于保守。采用无隔离层制造的接管安全端焊接结构的完整性与含隔离层接头相近。