Study on characteristics of dissimilar material joints for ITER first wall

ITER第一壁の異材接合材の特性

西 宏; 毛利 憲介*; 榎枝 幹男; 谷川 尚; 鶴 大悟; 秋場 真人; 伊尾木 公裕*; Lowry, C.*; Pick, M.*

Nishi, Hiroshi; Mori, Kensuke*; Enoeda, Mikio; Tanigawa, Hisashi; Tsuru, Daigo; Akiba, Masato; Ioki, Kimihiro*; Lowry, C.*; Pick, M.*

ITERブランケットの第一壁は、プラズマ性能の向上と熱応力の緩和のためステンレス(SS)基板や冷却管にCuCrZr熱シンク材を接合し、Beをアーマー材とした異材接合材が使用されている。ITER機構を中心とし第一壁評価試験が接合技術を評価するため行われている。原子力機構では、熱間等方加圧法により第一壁評価試験体を製作し、材料強度試験及び非破壊試験を行った。異材接合材が外力や熱負荷を受けると、接合端では両材料の変形特性が異なるため応力は特異性を示し、非常に大きな応力が発生する。本論文ではBe/CuCrZrとSS/CuCrZr接合材の応力特異性と強度特性について論じた。引張試験の結果、Be/CuCrZr接合材では接合部に大きな応力集中が起こるため界面より破断した。しかしSS/CuCrZr接合材では界面から離れたCuCrZr部より破断した。これは両材の材料特性がほぼ等しいため界面に大きな応力集中が起こらないためであることがわかった。またSS/CuCrZr接合材ではシャルピー衝撃値がCuCrZr母材より非常に小さかったため弾塑性有限要素解析を行い、CuCrZr側にひずみが集中するため衝撃値が低下することを明らかにした。

The first wall of ITER blanket includes Be armor tiles joined to CuCrZr heat sink with stainless steel (SS) cooling tube and plate. Qualification tests of the FW fabrication technology are performed in order to qualify the joining technologies. The Japan Atomic Energy Agency has fabricated the qualification mock-up and carried out the materials tests and the non-destructive examinations. The results of tensile test showed that the Be/CuCrZr joint fractured at the interface because of large stress concentration. For the SS/CuCrZr joint, however, the joint fractured at CuCrZr apart from the interface. There was insignificant stress concentration at the interface edges. Since Charpy impact strength of the SS/CuCrZr joint was inferior to the CuCrZr, finite element analyses were carried out. Those fracture behavior were caused from the plastic deformation properties of both materials.