Development of manufacturing technology for ITER TF coil structure

ITER TFコイル構造物製作技術の開発

櫻井 武尊; 井口 将秀; 中平 昌隆; 稲垣 隆; 松井 邦浩; 小泉 徳潔

Sakurai, Takeru; Iguchi, Masahide; Nakahira, Masataka; Inagaki, Takashi; Matsui, Kunihiro; Koizumi, Norikiyo

原子力機構は、ITER計画において、9個のトロイダル磁場コイル(TFコイル)と19個のTFコイル構造物の調達を担当している(予備1個を含む)。TFコイル構造物は、D型形状の超伝導巻線を格納する高さ16.5m、幅9mの超大型で複雑な構造物本体と、TFコイル及び他の機器とを接続する付属品で構成される。TFコイル構造物の完成寸法には2mm以下というTFコイルの大きさに比して非常に厳しい公差が要求されている。その要求を達成するためには、溶接変形を見込んで完成寸法よりも大きい材料(余肉付きの材料)を調達し、溶接後にその余肉を機械加工して完成寸法に仕上げる必要がある。合理的な製造を実現するには、詳細な溶接変形を把握し、余肉量を適正化することで機械加工量の低減を図ることが重要である。原子力機構では、TFコイル構造物の一部、曲率3mを持つコの字型容器の試作試験を行った。コの字型容器の溶接変形で最も顕著に表れるのは、容器の側板が外板に対して倒れる変形である。過去に実施した形状が等しい試作体を対象とした試作試験では、治具による強拘束を採用し、側板の倒れ量は+6.5/+8.9mmであった。本試作ではバランス溶接と呼ばれる変形を随時モニタリングしながら溶接を行う方法を採用し、右側板の倒れ量は-3.0/+1.6mm、左側板の倒れ量は0.0/+2.4mmと、大幅に狙い値(0mm)近傍に変形を制御できた。本試作から得られた知見を踏まえ、2014年4月から実機製造を開始した。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has responsibility to procure 9 Toroidal Field (TF) coils and 19 TF coil structures for ITER. A TF coil structure consists of the main body structure having a D-shape with 16.5 m in height and 9m in width in which superconducting winding is stored and the components to connect adjacent TF coil or other ITER devices. TF coil structures are required the very tight tolerance which is less than 2 mm for the final dimension, which is quite challenging considering large size of TF coil structure. To achieve this tolerance, extra material will be put on the each material, and machining must be performed after welding. It is important to figure out detail welding deformation and reducing the machining process to optimize manufacturing. JAEA performed an additional manufacturing trial of A1 segment which is part of TF coil structure. JAEA adopted balance welding instead of using strong restriction jig welding in additional trial. The angular distortion of previous result was +6.5/+8.9mm, however angular distortions of latest trial were -3.0/+1.6mm (right side) and 0.0/+2.4mm (left side). This progress shows that welding deformation could be controlled closer in the target value (0.0 mm) than previous method applied. Based on latest knowledge, JAEA started actual TF coil structure manufacturing from April 2014. Actual manufacturing is steadily progressing with development process improvement by learning effect and improvement of manufacturing sequence.