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高速炉燃料集合体開発に係るフェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)のレーザー溶接試験

A Study on laser welding of ferritic/martensitic steel (PNC-FMS) for fast reactor fuel assemblies

河野 史明; 十亀 求; 山田 知典; 菖蒲 敬久; 永沼 正行; 小澤 隆之; 村松 壽晴

Kono, Fumiaki; Sogame, Motomu; Yamada, Tomonori; Shobu, Takahisa; Naganuma, Masayuki; Ozawa, Takayuki; Muramatsu, Toshiharu

高速炉燃料集合体の内部ダクトとラッパ管の溶接技術開発に関し、レーザー溶接の適用性を確認するため、それらを模擬した厚さ2mmと5mmのフェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)板材を用いてレーザー溶接試験を実施した。その結果、スポット溶接とビード溶接それぞれについて、溶接欠陥が少なくかつ十分な溶込み深さが得られる見通しを得た。スポット溶接については、溶接時の冷却速度を低下させることで、また、レーザーをパルス照射にすることで、溶接部の割れや空孔の発生を抑制できることが分かった。また、690$$^{circ}$$C$$times$$103minの溶接後熱処理により、溶接部のひずみはほぼ除去され、硬さも母材と同程度まで回復した。さらに、せん断試験の結果、溶接部は十分なせん断強度を有していることを確認した。これらの結果から、PNC-FMSラッパ管と内部ダクトの接合方法として、レーザー溶接は有望な手段と考えられる。

Laser welding of ferritic/martensitic steel (PNC-FMS) sheets with different thicknesses (2 mm and 5 mm) was examined to investigate the weldability between the inner and outer duct in fast reactor fuel assemblies with inner duct structure (FAIDUS); the objective of the inner duct is to avoid the re-criticality in case of the core melting accident. Laser-spot and melt-run welding was performed at various laser powers, welding times and velocities to find out the appropriate welding conditions with few defects and enough penetration depth. As for the spot welding, furthermore, slow cooling rate or pulsed laser irradiation could reduce the crack and porosity in the welded zone. The strain of the welded zone almost disappeared and the hardness was comparable with that of the base metal by applying post welding heat treatment at 690 $$^{circ}$$C for 103 min. In addition, the shear strength of welded joints was confirmed to be sufficiently higher than the provisional allowance shear stress. These results indicate that laser welding would be probably applied to the PNC-FMS inner and outer ducts.

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