ピッティング損傷による疲労強度劣化

Fatigue strength degradation by pitting damage

直江 崇   ; 二川 正敏  ; 大井 俊志; 涌井 隆  ; 本橋 嘉信*

Naoe, Takashi; Futakawa, Masatoshi; Oi, Toshiyuki; Wakui, Takashi; Motohashi, Yoshinobu*

J-PARC核破砕水銀ターゲットでは、パルス陽子線が水銀ターゲットに入射すると、水銀中で熱衝撃に伴った圧力波が生じる。これにより、ターゲット容器は、圧力波に起因した巨視的応力変動と、キャビテーション気泡崩壊による局所衝撃を受ける。これらの事象は同時に進行し、ターゲット容器構造材を劣化させる。したがって、ピッティング損傷時の疲労強度を評価することは、ターゲット容器の構造健全性を確保するうえで不可欠である。そこで、まず陽子ビーム入射回数によるピッティング損傷の成長挙度を評価するために、高サイクルの衝撃圧力負荷試験を行った。さらに、ピッティング損傷を付加した材料を用いて疲労試験を行い、ピッティング損傷深さと疲労強度の劣化について検討した。その結果、水銀ターゲット容器は、設計寿命である半年間の1MW運転後にピッティング損傷による残強度が1/2程度に低下することが推測された。

Mercury target will be installed at the material and life facility in J-PARC. Pressure waves will be generated in mercury by thermally shocked heat deposition when the high intense proton beams bombard the mercury target. Cavitation will be induced through the pressure wave propagation in the mercury and eroded the vessel inner surface contacting with the mercury. The eroded vessel wall is damaged by cyclic fatigue because pulsed proton beams strike the target repeatedly. It is, therefore, important to investigate the fatigue strength of the eroded vessel wall. In order to precisely investigate the effects of damages, at the first, the pitting damage by erosion was evaluated against the number of pulses, and then the fatigue test was carried out using the specimen with a certain pitting damage. As a result, the fitigue limit with pitting damage is degraded to less than half of that without pitting damage, after 2500 hrs operation at 1MW.