主管道是连通核反应堆的关键部件,是核电冷却系统的重要组成部分。通常,主管道壁厚较大,并通过焊接工艺进行连接。在服役过程中,主管道会由于冷却水的压力、残余应力及服役环境的共同作用而出现裂纹。确定存在缺陷的管道能否继续服役以及给出相应的缺陷修补原则,对于延续核电主管道的服役寿命有着重要意义。本文通过有限元分析的方法对厚壁管道的焊接残余应力进行了系统性的研究。通过简化焊道层数的方法研究了管道的特征几何尺寸r/t以及焊接热输入Q?对焊后残余应力的影响,并给出了包含特征几何尺寸r/t以及焊接热输入Q?的膜应力及弯曲应力的预估公式,为管道的结构安全性评估提供数据支持。通过理论计算和有限元分析的方法对管道服役时的工作载荷进行了计算,得到了承受内压时管道所受轴向力为42.36MPa,环向力为93.824MPa。随后,通过推导给出了同时包含膜应力与弯曲应力的二次应力引起的裂纹尖端的应力强度因子的计算公式,并依据BS 7910对包含a/c=0.5与a/c=0.2的裂纹的管道进行了结构安全性评估,最终得出其临界裂纹尺寸分别为14mm和15.5mm。最后,通过有限元分析的方法探究了厚壁管道最佳补焊原则。通过改变补焊的长度、宽度和深度进行有限元分析,比较不同补焊模型下焊缝中心线和焊趾部位的轴向力与环向力以及分解后得到的膜应力与弯曲应力,最终给出最佳的补焊原则。结果表明,补焊长度、宽度和深度对补焊后的残余应力存在显著影响,主要表现为随补焊深度增加,壁厚方向上的高应力区的范围扩大,焊缝中心线及焊趾位置较小的轴向弯曲应力和较大环向薄膜应力,选择较小的深度可以获得更加理想的补焊后残余应力分布;补焊长度增加会引起管道壁厚方向上的轴向弯曲应力及环向膜应力减小,环向弯曲应力增加,但轴向弯曲应力及环向膜应力减小幅度要大于环向弯曲应力增加幅度,选择较大的补焊长度可以获得更加理想的补焊后残余应力分布;补焊宽度增大,轴向力在管道内壁由压应力转变成拉应力;环向力在管道内壁处的压应力数值发生变化;补焊宽度变化会引起管道内壁的残余应力状态发生变化,选择较小的补焊宽度更有利。对采用最佳补焊原则的管道进行了结构安全性评估,结果表明,补焊后管道的临界裂纹尺寸有所减小,约为13.5mm。