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Effect of welding on gigacycle fatigue strength of austenitic stainless steels

オーステナイト系ステンレス鋼のギガサイクル疲労に及ぼす溶接の影響

直江 崇 ; 涌井 隆; 粉川 広行; 若井 栄一; 羽賀 勝洋; 高田 弘

Naoe, Takashi; Wakui, Takashi; Kogawa, Hiroyuki; Wakai, Eiichi; Haga, Katsuhiro; Takada, Hiroshi

核破砕中性子源水銀ターゲット容器は、SUS316L製であり、TIG溶接により製作される。運転中には、陽子線励起圧力はによって、約50s$$^{-1}$$の高ひずみ速度で約10$$^9$$回の繰返し負荷を受ける。本研究では、SUS316L及びその溶接材のギガサイクル領域における疲労強度を超音波疲労試験により調査した。その結果、母材では10$$^9$$回までに明確な疲労限度は観測されなかった。一方、浸透探傷検査により欠陥が観測されなかった溶接材では、応力集中部である試験片中央部に溶接部を配置した試験片において、溶接ビード及び裏波を除去した場合は、母材よりも疲労強度が高くなる傾向が見られた。一方、溶接ビード及び裏波を除去しない場合は、溶接止端部への応力集中により、母材と比較して著しい疲労強度の低下が観測された。

A mercury target vessel, composed of SUS316L, is used for the pulsed neutron source and is assembled via TIG welding. While in operation, the target vessel suffers ca. 10$$^9$$ loading cycles with a high strain rate of ca. 50 s$$^{-1}$$ because of the proton-beam-induced pressure waves in mercury. The gigacycle fatigue strength for solution annealed SUS316L stainless steels and its welded specimens were investigated through ultrasonic fatigue tests. The experimental results showed that an obvious fatigue limit was not observed at fewer than 10$$^9$$ cycles for the base metal. In the case of no weld defects observed via penetration tests, the fatigue strength of the removed-weld-bead specimen, in which the weld lines were arranged at the center of the specimen, appeared to be slightly higher than that of the base metal. By contrast, as-welded specimens with the weld bead intact showed apparent degradation of the fatigue strength owing to the stress concentration around the weld toe.

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