Gigacycle fatigue strength evaluation of welded 316L stainless steels for mercury target vessel

水銀ターゲット容器用SUS316L溶接材のギガサイクル疲労強度評価

直江 崇   ; McClintock, D.*

Naoe, Takashi; McClintock, D.*

パルス核破砕中性子源の水銀標的は、運転中に2種類の繰返し応力を受ける。一つは内部発熱による熱応力がビームトリップによって除荷される応力、もう一つは陽子ビーム入射によって生じる圧力波による衝撃応力である。J-PARCの水銀ターゲットにおける2年間の運転での応力の負荷回数は、前者が2万回、後者が8億回に達する。水銀ターゲット容器はSUS316L製であり、電子ビーム溶接とTIG溶接による溶接構造物である。しかしながら、SUS316Lの溶接材のギガサイクルまでの疲労データは十分整備されていない。溶接材のギガサイクルまでの疲労挙動を評価するために、超音波共振によって応力を負荷する超音波疲労試験によりSUS316L溶接材の疲労試験を実施した。発表では、電子ビーム溶接、電子ビーム溶接とTIG溶接の複合溶接における疲労強度について、溶接ビードの影響を含めて議論する。

Mercury target vessel for the pulsed spallation neutron source suffers two kinds of cyclic stress during operation. One is the thermal stress due to the internal heating and swings by proton beam trip. The other is the impulsive stress by the pressure waves generated by the proton beam injection. The total number of loading cycles for the former is , and the later is for 2 years operation in the J-PARC mercury target vessel. The target vessel is made of 316L stainless steels and assembled by electron beam welding (EBW) and gas tungsten arc welding (GTAW). However, fatigue data of welded 316L stainless steels up to gigacycle is insufficient. Ultrasonic fatigue test, applying load cycle by utilizing ultrasonic resonance, for the welded metals were performed to investigate the effect of welding on gigacycle fatigue behavior. Fatigue strength of EBW and EB+GTAW specimens including weld bead effect will be discussed.