完全オーステナイト系ステンレス鋼のレーザ溶接技術開発

Development of laser welding technology for fully austenite stainless steel

高野 克敏; 小泉 徳潔; 芹澤 久*; 坪田 秀峰*; 牧野 吉延*

Takano, Katsutoshi; Koizumi, Norikiyo; Serizawa, Hisashi*; Tsubota, Shuho*; Makino, Yoshinobu*

TFコイル巻線部で使用するラジアル・プレート(RP)は、高さ13m, 幅9m, 厚さ10cmのステンレス鋼製の大型構造物であるにも拘らず、高精度な製作公差が要求されている。また、TFコイルの製作では、ITER計画における製作工程を満足するために、3週間毎に1枚のRPを製作する必要があり、RPの製作は、効率的手法を採用する必要がある。そこで、RPの製作では、組立時の溶接変形を十分に小さく抑える必要があること、及び溶接時間の短縮を図る必要があることから、レーザ溶接を採用することとした。ただし、RPに使用する材料は、機械特性の要求から、高窒素を含有した完全オーステナイト・ステンレス鋼を用いるため、溶接による割れ感受性が高く、欠陥の無い健全な溶接品質を確保するためには、高度なレーザ溶接技術の開発が必要となる。そこで、著者らは、RPへのレーザ溶接の適用を目指し、完全オーステナイト・ステンレス鋼におけるレーザ溶接の試作試験を実施した。その結果、溶接ヘッドの傾斜角を最適化することにより、溶接割れに対し有効であることが分かった。また、RPに使用する材料の化学成分を最適化することにより、溶接割れの感受性を低減できた。これらの結果により、RPへのレーザ溶接の適用性を実証し、高効率な製作方法を確立することができた。

A radial plates (RP), which is used in Toroidal field (TF) coil in ITER, is significantly large, such as 13 m height and 9 m wide, but thin, such as 10 cm thick, and are made of full-austenite stainless steel. Even though they are very large structures, high manufacturing tolerances are required. In addition, it is required that each RP is fabricated every three weeks. Therefore, the authors develop efficient manufacturing methods of RP. The laser welding is selected as a welding method of RP. But the development of the high power laser welding technology is necessary to avoid hot cracking of the materials used for RP, namely full austenite stainless steel with high nitrogen content. The authors carried out trial aiming at an application of the laser welding to RP. As a result, it is effective to optimize the angle of inclination of the weld head. It also seems sensitivity of hot cracking can be less by optimizing the chemical composition of materials to use for RP. It was therefore demonstrated that the application of the laser welding technology in the full austenite stainless steel.