Mechanical properties of full austenitic welding joint at cryogenic temperature for the ITER toroidal field coil structure

ITER TFコイル構造物の極低温における溶接継手機械特性

井口 将秀; 齊藤 徹; 河野 勝己; 千田 豊; 中嶋 秀夫; 小川 剛史*; 片山 義紀*; 小方 大成*; 峯村 敏幸*; 渡海 大輔*; 新見 健一郎*

Iguchi, Masahide; Saito, Toru; Kawano, Katsumi; Chida, Yutaka; Nakajima, Hideo; Ogawa, Tsuyoshi*; Katayama, Yoshinori*; Ogata, Hiroshige*; Minemura, Toshiyuki*; Tokai, Daisuke*; Niimi, Kenichiro*

ITER TF構造物は高さ約17m,幅約9mのD型形状の大型溶接鋼構造物であり、その最大溶接深さは260mmとなる。TF構造物溶接時には、極低温における溶接継手強度を確保するために、溶接材料として、核融合炉設備規格 超伝導マグネット構造規格で規定されているFMYJJ1を、また、構造材料として4種類の窒素添加強化型ステンレス鋼を使用する計画である。原子力機構では、溶接深さと構造材料の組合が極低温における溶接継手の機械特性に与える影響を調査するために、FMYJJ1を使用した片側狭開先TIG溶接により、板厚40mmの4種類の構造材料の組合せ、及び板厚200mmの2種類の構造材料を組合せた溶接継手を製作し、これらの溶接継手から引張試験片を製作した。これらの試験片を用いて実施した4Kでの引張試験の結果、低い強度の構造材料を使用すると溶接継手の強度も低下するが、構造材料の強度を下回らないことがわかった。また、200mm厚さの溶接継手における引張試験結果では、継手強度は板厚方向にほぼ一定であり、極厚材の溶接においても実機TF構造物製作に十分な継手強度を確保できることを明らかにした。

ITER TFC structures are large welding structures made of heavy thick stainless steels. JAEA plans to apply narrow gap TIG welding with FMYJJ1 which is full austenitic stainless filler material to manufacture TFC structure. FMYJJ1 is specified in "Codes for Fusion Facilities -Rules on Superconducting Magnet Structure (2008)". In order to evaluate effect of base material combinations and thickness of welded joint on tensile properties at 4 K, tensile tests were conducted at 4 K by using tensile specimens taken from 40 mm thickness weld joints of four combinations and 200 mm thickness ones of two combinations of base materials. These weld joints were manufactured by one side narrow gap TIG welding with FMYJJ1. As the results, it was confirmed that yield and tensile strengths of welded joint at 4K were decreased with decreasing of nitrogen of base material, and there were no large distribution of strengths at 4 K along the thickness of welded joints of 200 mm thickness.