1.课题背景： 在核电站中，核反应堆与反应堆冷却剂系统是核电站的重要关键系统。它集中了绝大部分核安全一级的、对安全运行至关重要的主要设备，如反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵、主管道等。而焊接是将这些设备与系统连接起来的主要方式。由于焊接过程出现金属材料的局部熔融、凝固和不均匀冷却等情况，在焊接接头及其附近材料的内部引起不均匀塑性变形，从而产生极高的残余应力和变形。焊接残余应力和焊接变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷，使焊缝特别是定位焊缝部分或完全断裂，而且在一定条件下将严重影响焊件的强度、刚度、受压时的稳定性、加工精度和尺寸稳定性等等。压水堆核电站运行历史表明，广泛分布于压水堆一回路的核反应堆容器、稳压器及蒸汽发生器等重要压力容器上的安全端异种金属焊接接头是一回路发生失效的薄弱环节，在远未达到核电厂设计寿命时，接头内部已产生一些裂纹，甚至引发了严重的冷却剂泄漏事故。目前我国对核电主设备安全端异种金属焊接残余应力的研究刚刚起步，不管是在建设备还是在役设备，对其残余应力的分布情况尚未准确掌握，因此需要对核电主设备安全端异种金属焊接残余应力的计算方法、精准表征以及消除控制等方面进行研究。 本项目通过残余应力的分析，可以在设计阶段提出科学的焊接工艺评定要求，在制造阶段制定合理的焊接与热处理工艺，把焊接结构的残余应力控制在合理可接受的范围内，并在服役过程中对其影响进行准确的评估和预测，为决策者提供足够的信息，有效保证核电站的安全运行。项目获得广东杰出青年科学基金资助，总预算175万，其中广东省财政经费100万，单位自有资金75万。根据省财政相关经费管理办法，合理合规使用项目经费，并进行单独核算。

    2.技术原理及性能指标： 轮廓法的理论基础是基于Bueckner叠加原理的变换。假设试样内部存在未知的残余应力σx，将试样沿着需要研究和评估的截面切开，由于应力释放及重新分布，切割面轮廓发生变形。假设通过施加外力引入弹性形变，可将变形后的切割面恢复到切割前的平面状态，根据弹性力学的叠加原理，原始应力状态A是切割后的释放状态B和施加外力将变形后的切割面恢复到切割前的平面状态C的叠加，由于状态B中第一次切割面上的法向应力（σ_x）和切向应力(τ_xy，τ_xz)都是处于释放状态，因此状态C的应力就等效于切割前的初始残余应力。如果可以得到切割面法向和平面的位移，理论上可以计算出原始状态的三维应力分布σA（x, y, z）。但是在实际的轮廓测量中，一般只能得到切割面的法向位移量，通过有限元模型分析得到的状态C中的变形恢复也是在法向方向，因此轮廓法在实际应用中一般用来测量切割面法向的残余应力分布。轮廓法具有很高的测量精度，可以达到+/-20MPa的水平。

    3.技术的创造性与先进性： 与其他残余应力测量方法相比，轮廓法具有许多独特的优势：（1）轮廓法可以测量获得残余应力的二维分布，具有非常高的空间分辨率，而其他方法只能获得测量点的应力值，空间分辨率低；（2）轮廓法可以测量的样品厚度尺寸范围广，从几毫米到数百毫米的厚度均可以测量，相比较，中子衍射只能测量数十毫米厚度一下的样品，而其他方法更是往往只能测量表面或者近表面的应力；（3）相比于衍射法，轮廓法不容易受到样品粗晶，强织构等微观组织的影响，因此更适合于焊接件等样品的测量；（4）轮廓法可以测量具有复杂形状的样品。

    4.技术成熟度，适用范围和安全性： 轮廓法经过二十余年的发展，在国外已经成为最后欢迎的残余应力测量方法之一，已有诸多轮廓法测量的成功案例。轮廓法测量残余应力的国家或者国际标准虽然还未形成，但已有许多论文介绍讨论了轮廓法测量的操作步骤和控制手段，在国际上已成为较为成熟的测量技术。在我国，轮廓法的发展尚处于起步阶段，仍需要奋起直追，才能达到国际领先水平。轮廓法主要利用慢走丝电火花线切割技术把样品切开，需要样品具有良好的导电性，因此目前轮廓法主要运用于金属部件以及其他一些导电部件的残余应力测量。轮廓法不涉及到x射线或者高能中子束等辐射，只要操作规范，均有良好的安全性。

    5.应用情况与存在的问题 ：目前，项目完成单位已完成数十项轮廓法测量残余应力的项目，涉及包括高校，核电，交通运输，航空航天，高端制造，增材制造等多个前沿高端行业/领域。测量了涵盖从数毫米的高端轴承到厚达100毫米，重达1.2吨的核电领域用管道，从简单的块体结构到复杂的法兰管等不同尺寸形状各异的样品。项目完成单位积累了丰富的轮廓法残余应力测量经验与数据，为日后进一步的发展残余应力的应用与服务打下坚实的基础。目前轮廓法主要存在测量周期相对较长，测量成本相对较高，以及对技术人员要求较高等问题。通过经验的积累和技术的改进，这些问题都将得到一定的解决。