Effect of cyclic load on relaxation of residual stress in butt-weld joint of nuclear reactor piping

原子炉配管突合せ溶接部における残留応力緩和に及ぼす繰り返し荷重の影響

勝山 仁哉  ; 山口 義仁 ; Li, Y.* ; 鬼沢 邦雄 

Katsuyama, Jinya; Yamaguchi, Yoshihito; Li, Y.*; Onizawa, Kunio

原子炉配管溶接部に生じる溶接残留応力は、応力腐食割れ進展において最も重要な因子の一つである。新潟県中越沖地震や東日本大震災の発生に伴い、設計基準を超える地震動が配管溶接部の健全性に及ぼす影響の評価は重要な課題である。そこで配管溶接部の残留応力について、地震のような繰り返し荷重が負荷された際の残留応力の変化を解析的に評価した。有限要素法に基づく溶接シミュレーションにより残留応力を算出した後、き裂の有無・大きさ、繰り返し荷重のパターンや荷重の大きさをパラメータとして、残留応力分布の変化の比較を行った。繰り返し荷重が大きいほど、溶接残留応力の緩和が大きくなることが明らかとなった。

Weld residual stress is one of the most important factors for stress corrosion cracking growth in nuclear reactor piping weld joints. Recently very large earthquakes which exceed the design base seismic load, such as the Niigata-ken Chuetsu-Oki Earthquake and the Great East Japan Earthquake, have occurred in Japan. In order to assess the structural integrity of piping welds under such a large earthquake, the effect of cyclic loading subjected to piping due to the large earthquake on the residual stress has been analyzed with finite element method. After conducting welding simulation, effects of crack existence, cyclic loading patterns and maximum load to piping welds on variation of weld residual stress have been evaluated. The analyses showed that higher cyclic load caused larger relaxation of weld residual stress near piping welds.