オーバーパック溶接部の設計手法に関する研究-溶接品質定量化のための基礎データの取得-(研究報告書)

A Study on design methods for overpack welds; Acquisition of basic data to quantify welding quality

柳澤 一郎*; 重 隆司*; 加口 仁*; 冨松 実*; 佐郷 ひろみ*; 内藤 大靖*; 中村 和博*

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本研究では、溶接部の設計手法について見通しを得ることを目的に、溶接部の基礎データを取得し、これを用いた破壊予測解析等を実施した。各項目の成果は下記の通りである。1)供試体の設計および電子ビーム溶接、TIG溶接、MAG溶接を選定し、溶接部の品質が実オーバーパックと同等となるよう溶接条件を検討した。2)供試体の製作 電子ビーム溶接とTIG溶接、MAG溶接の供試体3体を製作し、溶接部の品質がJISZ31041類以上であることを確認した。3)強度試験片等の採取・加工 溶接後の各供試体から試験片を採取し、腐食試験用試験体をサイクル機構殿へ納入した。4)強度試験および組織観察 引張試験は室温と150、破壊靭性試験は0と150で実施し、応力ひずみ曲線とJ-R曲線、ビッカース硬度などを取得すると共に、ミクロ組織、マクロ組織を観察した。5)評価 試験結果から得られた溶接部データを用い、「第2次とりまとめレポート」のオーバーパック構造を対象に、破壊予想解析ならびに溶接欠陥による不安定破壊の評価を実施し、下記の結論を得た。・評価対象としたオーバーパック構造では、破壊荷重に対する溶接部の影響(材料特性、残留応力)ならびに製作公差の影響は無視できる。・さらに板厚を減じた設計でも、崩壊が胴中央部から生じるため、破壊荷重への溶接部の影響は少ないと判断された。・不安定破壊に至る欠陥寸法は10mm程度となり、現状の非破壊検査で検出可能なレベルである。この結論は、板厚を減じた設計でも同様と考えられる。

In this study basic data on welds of overpack structures for HLW were acquired and a predictive destruction analysis was performed usig the data acquired, in order to examine the viability of weld design methods. The results are summarized as follows: (1)Investigation of Design and Welding Condition for Welded Joint Models. Three welding methods--EBW, TIG and MAG--were selected, and welding conditions were determined so that the welding quality almost equivalent to that of an actual over-pack was ensured. (2)Fabrication of Welded Joint Models. Three welded joint models, one for each of EBW, TIG and MAG, were fabricated. It was confirmed that these models satisfied the quality requirements for Class I specified in JIS Z3104. (3)Sampling and Machining of Strength Test Specimens. Test specimens were taken from each welded joint model, and models for corrosion tests were delivered to the Japan Nuclear Cycle Development Institute (JNC). (4)Strength Test and Micro/macro Structure observation. Tensile tests were conducted at room temperature and at 150C, and fracture toughness tests at 0C and 150C, in order to obtain stress-strain curves, J-R curves and Vickers hardness. In addition, an observation of micro and macro structures was performed. (5)Evaluation. Using the data on the welds obtained from the tests, a fracture prediction analysis and an evaluation of unstable fracture due to weld flaws were performed on the over-pack design described in the second progress report. The following conclusions were obtained: (a)For the overpack design examined, the effects of welds (material property and residual stress) and fabrication tolerance on fracture loading are negligible. (b)In addition, it was decided that even in a design with reduced wall thickness, welds have an insignificant effect on fracture loading because fracture initiates in the center of the shell of the overpack. (c)The size of flaws leading to unstable fracture is on ...