常陽MK-III用下部端栓溶接部欠陥発生調査報告書; インクルージョン発生に関する調査報告

An investigation report on the defective occurrence of the lower end plug welded section for JOYO MK-III.; An investigation result about the inclusion occurrence

梶山 登司; 沼田 和明; 大谷 誠二; 後藤 達朗*; 高橋 秀樹*

Kajiyama, Tadashi; Numata, Kazuaki; Otani, Seiji; Goto, Tatsuro*; Takahashi, Hideki*

高速実験炉「常陽」及び高速増殖炉原型炉「もんじゅ」の炉心燃料集合体の下部端栓付被覆管の加工は、プルトニウム燃料センター技術部品質保証室玉造部材検査所において、1989年から実施している。下部端栓付被覆管の加工は、下部端栓への燃料要素番号の刻印、下部端栓と被覆管の溶接、溶接後の検査(外観検査、寸法検査、X線透過検査)からなる。「常陽」MK-IIIの初装荷炉心燃料集合体に用いる下部端栓付被覆管の加工を1996年5月から8月に実施した。この期間のうちの1996年7月から8月にかけて加工した第4製造キャンペーンに用いる下部端栓付被覆管において溶接部に多数のタングステン・インクルージョンがX線透過検査によって確認された。発生原因と推定される下部端栓溶接の作業工程について、作業記録を参考に原因の調査を行った。その結果、以下の事象が確認された。1.X線透過検査で溶接部に確認されたインクルージョンは、EPMA(Electron Probe X-ray Microanalyzer)分析によるタングステン電極と同じ成分であることが分かった。2.下部端栓溶接に使用した電極の先端に割れの入っているもの(以下、「ワレ」と略す)、欠けているもの(以下、「カケ」と略す)、著しい消耗のあるものが確認された。また、未使用の電極においてもワレ、カケが存在しているのが確認された。3.電極先端と被溶接物との距離(以下、「電極間距離」と略す)が、約0.08mm以下になると電極先端が著しく消耗することが分かった。以上の結果をもとにインクルージョンが発生した時と同じワレ、カケの形状及び溶接条件の下で再現試験を実施した。しかし再現ができず、原因を究明することができなかった。このため当面の対策として、電極の消耗及びスパッタの発生を抑制するために電極先端と溶接部の距離を0.08mmから0.1mmに変更した。(これまでの経験において、電極との距離が大きいとスパッタの発生は増加する)。また、電極は使用前に顕微鏡により確認し、カケ及びワレのある電極は使用しないこととした。その結果、インクルージョンの発生は見られなくなった。

Fabrication of the cladding tube with the lower end plug for the core fuel assembly of the experimental fast reactor JOYO and the proto-type fast breeder reactor MONJU has been performed by Tamatsukuri inspection branch of quality assurance section, Technical administration division, Plutonium fuel center since 1989. The fabrication process of the cladding tube with the lower end plug consists of numbering process of fuel element number to the lower end plug, welding process of the lower end plug and the cladding tube, and inspection process after welding (visual inspection, dimensional inspection and X-ray radiography). The processing of cladding tube with the lower end plug which is used for the initial loading core fuel assembly of JOYO MK-III has been carried out from August to May in 1996. The many tungsten inclusions were observed by X-ray radiography in the welds of the cladding tube with the lower end plug that were fabricated in the fourth fabrication campaign performed from July to August in 1996. The investigation of the causes was carried out about the welding process of the cladding tube and the lower end plug based on the fabrication record. The following three items were confirmed as a result. (1)As for the ingredients of inclusions observed by the X-ray radiography, it was proved by EPMA(Electron Probe X-ray Micro-analyzer) analysis that it was the same as the tungsten electrode. (2)Cracks, chips and consumption were observed in the tip of the electrodes used for welding of the lower end plug. And, cracks and chips were observed in the electrodes as well which hadn't been used. (3)It was proved that the tip of the electrode was exhausted remarkably when the distance between the tip of the electrode and the welding section became less than 0.08mm. (here in after to as the distance between the electrodes) Based on the above result, examination of reappearance for the inclusion generation was performed simulating the shape of cracks and chips ...