溶接並びに機械加工時の残留応力分布及びき裂進展挙動の評価

Evaluation of residual stress distribution due to welding and surface machining and crack growth behavior

伊原 涼平*; 橋本 匡史*; 三上 欣希*; 勝山 仁哉  ; 鬼沢 邦雄 ; 望月 正人*

Ihara, Ryohei*; Hashimoto, Tadafumi*; Mikami, Yoshiki*; Katsuyama, Jinya; Onizawa, Kunio; Mochizuki, Masahito*

軽水型原子力発電所において、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼(SUS316L)製の再循環系配管で応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。SCCの発生と進展に影響を及ぼす重要な因子の1つとして、残留応力がある。配管の溶接施工プロセスにおいては、表面の機械加工と溶接が施され、これらが残留応力を発生させる原因となる。本研究では、機械加工と溶接により生じる残留応力を推定するため、機械加工時の切削工具の形状、及び切削速度等の切削条件を考慮するとともに、機械加工中に摩擦により生じる発熱を考慮した有限要素解析手法を開発した。機械加工を模擬したモデル試験体を製作し、X線回折法による残留応力測定を行うとともに、本解析手法を用いて、機械加工により生じる残留応力の評価を行った。この結果、機械加工による残留応力はごく表面付近に限定されることを明らかにした。また、機械加工と溶接による残留応力分布をもとにSCC進展解析を行い、機械加工がSCC進展に大きな影響を及ぼすことを示した。

In light-water reactor nuclear power stations, stress corrosion cracking (SCC) has been observed near the welded joint in recirculation piping made of low-carbon austenitic stainless steel. Residual stress is one of the most important factors in the occurrence and propagation of SCC. The joining process of pipes which usually consists of surface machining and welding results in high tensile residual stress. In this study, finite element analysis method was developed to evaluate residual stress generated by surface machining considering the shape of machining tool and machining condition. Residual stress due to surface machining was measured by X-ray diffraction method and analysed the method developed. It was shown that high tensile residual stress due to machining occurred very limited surface region. It was also shown that surface machining affected SCC growth behavior significantly from the SCC analysis results based on residual stress distributions due to surface machining and welding.