Insinööritieteiden korkeakoulun väitöskirjat ovat saatavilla yliopiston ylläpitämässä avoimessa Aaltodoc-julkaisuarkistossa.
Väitös konetekniikan alalta, DI Noora Hytönen
Väitös Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulusta, energia- ja konetekniikan laitokselta.
Väitöskirjan nimi: Brittle fracture in weld microstructures
³Õä¾±³Ù³Ù±ð±ô¾±Âáä: Noora Hytönen
³Õ²¹²õ³Ù²¹±¹Ã¤¾±³Ù³ÙäÂáä: Dr. Benoit Tanguay, CEA, Ranska
Kustos: Prof. Iikka Virkkunen, Aalto-yliopiston insinööritieteiden korkeakoulu
Ydinreaktorien käyttöikää rajoittaa materiaalien vanheneminen, erityisesti reaktoripaineastian vanhenemisesta johtuva haurastuminen. Tämä väitöskirja tutkii haurasmurtumailmiötä hitsausliitoksen mikrorakenteissa, keskittyen ydinturvallisuuteen ja ydinvoimalaitosten pitkäaikaiskäytön aikaisiin materiaalin vanhenemisilmiöihin. Tutkimus korostaa hitsien mikrorakenteellisten ominaisuuksien merkitystä ydinreaktorikomponenttien eheyden ja turvallisuuden varmistamiseksi reaktorin ikääntyessä. Tutkimuksessa tuodaan esiin lämpövanhenemisen ja neutronisäteilyn vaikutukset niukkaseosteisen teräksen mekaanisiin ominaisuuksiin ydinvoimalaitoksen turvallisen käytön takaamiseksi.
Pääpaino on kahdessa kriittisessä hitsausliitoksessa ydinreaktorissa: reaktoripaineastian hitsausliitoksissa sekä paineistimen painesyöksysuuttimen eripariliitoksessa. Paineastiahitsien materiaali on kerätty käytöstä poistetusta kiehutusvesireaktorista sekä sen seurantaohjelman korkean säteilyannoksen näytteistä. Tutkittu eripariliitos on edustava korjaushitsauksen mallikappale painevesireaktorista. Hauraan murtuman alkamista ja halkeaman etenemistä tutkitaan mikrorakenteellisesta näkökulmasta. Kokeellisiin menetelmiin sisältyy mikrorakenteiden ja murtopintojen analysointi eri materiaalikarakterisointitekniikoilla sekä lujuus- ja sitkeysominaisuuksien arviointi kovuusmittauksilla ja mekaanisilla testeillä.
Keskeiset havainnot osoittavat, että hitsien mikrorakenteelliset ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi niiden mekaanisiin ominaisuuksiin ja alttiuteen hauraalle murtumiselle. Kaksi partikkelityyppiä tunnistettiin lohkomurtuman ydintäjiksi niukkaseosteisen teräksen hitseissä: ei-metalliset oksidisulkeumat ja karbidit. Eripariliitoksessa havaittiin kolme päätyyppiä sularajan mikrorakenteita: terävä sularaja, temperoitu martensiittinen sularaja, ja osittain sulanut vyöhyke. Rajapinnan mikrorakenteet korreloivat materiaalien seostumisen ja paikallisen lujuuseron vaihteluiden kanssa, mikä vaikuttaa merkittävästi halkeaman etenemispolkuun.
Väitöskirja korostaa, miten hitsien metallurgisten ominaisuuksien ja mikrorakenteellisen kehityksen ymmärtäminen parantaa materiaalin suorituskyvyn ja turvallisuuden arviointia ydinvoimalaitoksen eliniänpidennyksessä. Hitsausliitosten rikkovassa testauksessa näytteen alkusärön tai loven sijainti paikallisessa mikrorakenteessa on tiedostettava, koska yksityiskohdat rakenteessa määräävät paikallisen murtumislujuuden.
Avainsanat: ydinturvallisuus, paineastia, haurasmurtuma, hitsausliitos
Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen (esillä 7 päivää ennen väitöstä):
Insinööritieteiden korkeakoulun väitöskirjat
Zoom pikaopas