Laser-arc hybrid welding for the cover plate of ITER TF coil

ITER-TFコイルカバー・プレートのレーザー・アーク・ハイブリッド溶接

椎原 克典*; 牧野 吉延*; 小川 剛史*; 浅井 知*; 金原 利雄*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

Shiihara, Katsunori*; Makino, Yoshinobu*; Ogawa, Tsuyoshi*; Asai, Satoru*; Kanahara, Toshio*; Senda, Ikuo*; Okuno, Kiyoshi; Koizumi, Norikiyo; Matsui, Kunihiro

レーザー・アーク・ハイブリッド溶接は、通常のレーザー溶接に比べて、溶接ギャップが広くても溶接が可能なこと、溶接スピードが速いなどの利点を有している。そこで、溶接総長が1コイルあたり9kmと非常に長いITER-TFコイルのカバー・プレート(CP)溶接へのレーザー・アーク・ハイブリッド溶接技術の適用性を検討した。試験の結果、溶接ギャップ0.6mm(通常のレーザー溶接では0.2mmが限界)に対して、3m/min(通常のレーザー溶接の約2倍)の速い速度で、高品質の溶接を行えることが実証できた。また、TFコイルの部分モデルに対して溶接試験を実施したところ、ITERのたわみに対する仕様1mmに対して、0.9mmのたわみが発生し、十分な裕度を確保するまでには至らなかったが、仕様を満足することができた。さらに、試験の結果、たわみ量は拘束条件に依存することもわかっており、今後、拘束条件の改善を行うことで、たわみを低減することが期待できる。以上より、レーザー・アーク・ハイブリッド溶接技術のCP溶接への適用性に目処を立てることができた。

The toroidal field coil is manufactured as one of superconducting coil systems in the ITER. For welding the cover plate of TF coil, the prevention of the thermal effect on the coil and the deformation of the whole coil are required. Moreover, the application of high efficient welding is required in consideration for the productivity. Therefore, laser-arc hybrid welding process was investigated for the application to the cover plate welding, because its process is superior in the tolerance of the joint gap and the ease of the control for the heat input. In the experiment, it was confirmed that the application of laser-arc hybrid welding with the double gas shielding for high concentration arc and the filler wire for controlling the deposit amount is effective in the joint gap up to 0.8mm. Besides, twin spot laser head with the arc was developed in order to weld the both sides of cover plate simultaneously. By the optimization of welding condition for twin spot laser-arc hybrid welding process, it was confirmed to be effective in the prevention of the gap movement during welding and the acquisition of the proper penetration without the weld defect. Finally, the effectiveness of laser-arc hybrid welding for the welding deformation and the weldability on the quality was verified by the scale model test with the actual shape.