Applicability assessment of plug weld to ITER vacuum vessel by crack propagation analysis

クラック進展解析によるプラグ溶接のITER真空容器への適用性評価

大森 順次; 中平 昌隆; 武田 信和; 柴沼 清; 佐郷 ひろみ*; 小野塚 正紀*

Omori, Junji; Nakahira, Masataka; Takeda, Nobukazu; Shibanuma, Kiyoshi; Sago, Hiromi*; Onozuka, Masanori*

核融合実験装置(ITER)の真空容器の製作性を向上させるため、真空容器の外壁と、補強リブあるいはブランケット支持用ハウジングの溶接に、プラグ溶接を適用できる可能性を、プラグ溶接部のクラック進展解析を行って評価した。ITERの真空容器は、内壁と外壁からなる二重壁で構成され、二重壁間にはリブやハウジングが設けられる。真空容器の製作では、内壁にリブとハウジングを溶接した後、これらを外壁と溶接するため、多数の溶接部の位置合わせが必要である。プラグ溶接は、通常の突き合わせ溶接に比べて溶接部の位置ずれを許容することができる。しかしながら、プラグ溶接は溶接部に外壁表面に沿った、非溶け込み部を生ずるので、ITER真空容器製作にプラグ溶接を適用するためには、許容非溶け込み長さを評価する必要がある。評価は、非溶け込み部を保守的に亀裂とみなし、溶接部にかかる荷重条件に対し亀裂進展解析を行って許容非溶け込み長さを求めた。インボード側の代表的直線部と、ハウジングの応力が最大となるインボード側上部曲線部について行った解析の結果、溶接部の非破壊検査による誤差を4.4mmと仮定して、真空容器のリブに許容される初期亀裂長さは8.8mm、ハウジングは38mmとなり、外壁の溶接部にプラグ溶接を適用することができる。

In order to improve the fabricability of the vacuum vessel (VV) of International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), applicability of plug weld between VV outer shell and stiffening ribs/blanket support housings has been assessed using crack propagation analysis for the plug weld. The ITER VV is a double-wall structure of inner and outer shells with ribs and housings between the shells. For the fabrication of VV, ribs and housings are welded to outer shell after welding to inner shell. A lot of weld grooves should be adjusted for the outer shell weld. The plug weld can allow larger tolerance of weld groove gaps than ordinary butt weld. However, un-welded lengths parallel to outer shell surface remain in the plug weld region. It is necessary to evaluate the allowable un-welded length to apply the plug weld to ITER vacuum vessel fabrication. For the assessment the allowable un-welded lengths have been calculated by crack propagation analyses for the load conditions, conservatively assuming the un-welded region is a crack. The analyses have been carried out for typical inboard straight region and inboard upper curved region with maximum housing stress. The allowable cracks of ribs are estimated to be 8.8mm and 38mm for the rib and the housing, respectively, considering inspection error of 4.4mm. Plug welding for welding between outer shell and ribs/housings could be applicable.