Mechanical properties of full austenitic welding joint at cryogenic temperature for the ITER toroidal field coil structure

井口 将秀; 齊藤 徹; 河野 勝己; 千田 豊; 中嶋 秀夫; 小川 剛史*; 片山 義紀*; 小方 大成*; 峯村 敏幸*; 渡海 大輔*; et al.

Fusion Engineering and Design, 88(9-10), p.2520 - 2524, 2013/10

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2013.02.165

ITER TF構造物は高さ約17m,幅約9mのD型形状の大型溶接鋼構造物であり、その最大溶接深さは260mmとなる。TF構造物溶接時には、極低温における溶接継手強度を確保するために、溶接材料として、核融合炉設備規格 超伝導マグネット構造規格で規定されているFMYJJ1を、また、構造材料として4種類の窒素添加強化型ステンレス鋼を使用する計画である。原子力機構では、溶接深さと構造材料の組合が極低温における溶接継手の機械特性に与える影響を調査するために、FMYJJ1を使用した片側狭開先TIG溶接により、板厚40mmの4種類の構造材料の組合せ、及び板厚200mmの2種類の構造材料を組合せた溶接継手を製作し、これらの溶接継手から引張試験片を製作した。これらの試験片を用いて実施した4Kでの引張試験の結果、低い強度の構造材料を使用すると溶接継手の強度も低下するが、構造材料の強度を下回らないことがわかった。また、200mm厚さの溶接継手における引張試験結果では、継手強度は板厚方向にほぼ一定であり、極厚材の溶接においても実機TF構造物製作に十分な継手強度を確保できることを明らかにした。

Estimation of tensile strengths at 4K of 316LN forging and hot rolled plate for the ITER toroidal field coils

井口 将秀; 齊藤 徹; 河野 勝己; 高野 克敏; 堤 史明; 千田 豊; 中嶋 秀夫

AIP Conference Proceedings 1435, p.70 - 77, 2012/06

http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.4712082

ITERに使用される超伝導磁石用構造材料は液体ヘリウム温度(4K)にて運転されるため、4Kにおける材料強度評価は必要不可欠である。しかし、4Kでの材料強度評価試験には多大な労力を要するため、効率化のために原子力機構は比較的容易に得ることができる室温強度評価結果と材料の炭素及び窒素の含有量をパラメータとする2次曲線を使用した強度予測式の研究開発を行い、JSME規格の策定に貢献した。本発表ではITER TFコイル実規模試作において鍛造及び熱間圧延によって製作された窒素添加強化型316LNステンレス鋼にこの予測式を適用し、その予測精度について検討を行った。その結果、材料の炭素及び窒素含有量によって使用する予測式により、室温の強度評価結果から4Kでの強度を精度よく予測できることがわかった。本発表ではこの検討結果について発表する。

Development of ITER TF coil in Japan

小泉 徳潔; 松井 邦浩; 辺見 努; 高野 克敏; 千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫; 嶋田 守*; 大勢持 光一*; 牧野 吉延*; et al.

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 22(3), p.4200404_1 - 4200404_4, 2012/06

https://doi.org/10.1109/TASC.2011.2176697

原子力機構は、ITER計画において9個のTFコイルの調達を担当しており、この調達を次に記す3段階に分けて段階的に実施している。第一段階:技術的課題の解決と合理化検討、第二段階:治具の製作及び第一号コイルの製作、第三段階:残りの8個のコイル製作。このうち、第一段階として2009年3月から、中・実規模試作を実施した。これまでに実規模導体を用いた巻線試作,熱処理試作等を実施し、また、実規模ラジアル・プレートも試作した。これにより、TFコイル製作技術の課題を解消することができたとともに、製作の合理化も進めた。

ITERトロイダル磁場コイル製造方法の検討

長本 義史*; 大勢持 光一*; 嶋田 守*; 仙田 郁夫*; 小泉 徳潔; 千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫

低温工学, 47(3), p.200 - 205, 2012/03

https://doi.org/10.2221/jcsj.47.200

トロイダル磁場(TF)コイル開発のフェーズIIとして実施した、中・実規模試作の成果に基づき、実機TFコイルの製造方法を確立するとともに、その製作方法の合理化について検討した。ラジアル・プレート(RP)は10セグメントを高出力レーザにより溶接組立し、カバー・プレート(CP)は部位に応じて3種の製作方法を適用する方針とした。巻線部(WP)製作では、巻線時に導体長を0.01%オーダーの高精度で測定することが要求されており、これを満足する測長システムを含む実機巻線システムなどを考案した。コイル容器製作、及び一体化については、製作フロー、及び溶接部の開先形状の詳細を決定した。今後さらなる合理化を目指す。

Validation of fablicability for ITER TF coil structures

千田 豊; 井口 将秀; 中嶋 秀夫; 大勢持 光一*; 新見 健一郎*; 渡海 大輔*

Proceedings of 2011 ASME Pressure Vessels and Piping Conference (PVP 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/07

https://doi.org/10.1115/PVP2011-57284

ITER TFコイル構造物はコイルに発生する電磁力を極低温(約4K)で支持するために、極厚の高強度・高靱性ステンレス鋼容器と支持構造物で構成されている。原子力機構は2008年度より極厚のステンレス鋼に対する基礎的な溶接試験を開始し、TFコイル構造物の製造に関する技術課題を検証するために、主要部材の実機大部分模型体の試作を行った。また、これらの検証試験と並行して日本機械学会において核融合設備規格超伝導マグネット規格(JSME規格)の制定に寄与した。本論文ではJSME規格の概要を紹介すると同時に、これまで実施した試験及び試作によって得られたTFコイル構造物の製作性検証結果を紹介する。

Latest design of liquid lithium target in IFMIF

中村 博雄; Agostini, P.*; 荒 邦章; Cevolani, S.*; 千田 輝夫*; Ciotti, M.*; 深田 智*; 古谷 一幸*; Garin, P.*; Gessii, A.*; et al.

Fusion Engineering and Design, 83(7-9), p.1007 - 1014, 2008/12

https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2008.06.014

本報告では、国際核融合材料照射施設(IFMIF)の液体リチウム(Li)ターゲットの最近の設計について述べる。IFMIFは、核融合材料照射のための加速器型中性子源である。中性子は、重陽子ビームを液体Li流に照射して発生させる。ターゲット系の主な設計要求は、1GW/mの熱負荷除熱のための流速10m/sから20m/sで安定なLi流を実現することである。そのため、2段絞りのノズル及び曲面流が採用され、流動特性は水とLi流実験で確証された。純化系は、コールドトラップ及び2種類のホットトラップから構成されており、トリチウム,ベリリウム7,酸素,窒素,炭素等を、許容量以下に制御する。窒素は10ppm以下に、トリチウムは1ppm以下である。また、信頼性のある長期運転のため、自由表面計測など種々の計測器が設置される。ターゲットアセンブリの背面壁は、50dpa/yの中性子照射を受けるため、遠隔操作で交換可能な構造が不可欠であり、2つの方式が検討中である。

摩擦溶接評価試験(1) MA957の溶接法検討

鹿倉 栄; 飛田 典幸; 関 正之; 豊島 光男; 蔦木 浩一; 千田 茂久

PNC-TN8430 88-015, 40 Pages, 1988/01

PNC-TN8430-88-015.pdf:5.13MB

(目的)新材料の燃料要素加工に関する新溶接技術開発の一環として、圧接法の一種である摩擦溶接試験を実施した。(方法)試験に用いた材料は酸化物分散強化型フェライト鋼(MA957)棒材(INCO社製)である。摩耗溶接装置は、制動式を使用した。(結果)以下に試験結果の概略を示す。1試料の表面には、軟化した母材の一部がバリ状に発生し概観は良くない。2溶接部の硬さは、母材に比べ25%程軟化した。3溶接部にはボイドのような欠陥の発生は無かった。但し、組織が表面方向に流れているのが観察された。4引張強度は、母材強度と比較すると約20%程減少した。5元素分析結果は、Y2O3等の凝集は無かった。(結論)摩擦溶接法では圧接時に外表面にイバリが発生するが、このイバリは、摩擦熱により接合部が軟化し遠心力により外表面に押し出された物であり、旋盤等による機械加工で十分に除去することが可能である。また、酸化物分散強化フェライト鋼を通常使用されているTIG溶接法及びレーザ溶接法などの融接法で溶接すると、溶接金属部に多数のブローホールが発生するとともに、耐熱性を強化する目的のために母材内に均一に分散させたY2O3が凝集し、母材よも強度的に低下してしまうが、摩擦溶接法では、融接法のような現象は確認されなかった。その為、酸化分散強化フェライト鋼等を溶接する方法は、摩擦溶接等の固相接合が適していると考えられる。また、摩擦溶接法は接合部にイバリが生じるとともに、薄肉管の圧接機が開発されていない為

ITER-TFコイル用構造物の溶接技術開発

新見 健一郎; 中嶋 秀夫; 濱田 一弥; 高野 克敏; 奥野 清; 角井 日出男*; 山岡 弘人*; 千田 豊*; 瀬渡 賢*; 副島 幸二*; et al.

no journal, , 

国際熱核融合実験炉(ITER)のトロイダル磁場(TF)コイルは、高さ14m,幅9mの大型超伝導コイルであり、大電磁力に耐える極厚のコイル容器及び支持構造物が必要となる。TFコイル構造物の特徴は、非常に大きな溶接構造物であることに加え、これまでに使用実績のない完全オーステナイトのステンレス構造材と溶接材料を適用することであり、溶接施工法を含めた製作方法を確立することが必要である。原子力機構では、TFコイル構造物の調達準備活動の一環として、メーカー各社と協力のうえ、溶接施工法を含む製作方法検討並びに試作試験を行っている。本講演では、ITERで使用する材料を用いた狭開先TIG溶接の試作試験結果について報告する。

ITER・TFコイル構造物の溶接技術検証

中嶋 秀夫; 千田 豊; 高野 克敏; 堤 史明; 奥野 清; 新見 健一郎*; 仙田 郁夫*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構(原子力機構)は、ITERの建設において、トロイダル磁場(TF)コイル構造物(以下、「TF構造物」という)の製作を分担する。TF構造物の調達の一環として、原子力機構はTF構造物の詳細製作設計と実規模試作を開始し、現在、一次製作設計,材料品質確認、及び溶接に関する要素技術の検証と小規模試作を進めている。TF構造物の溶接では、実機における溶接変形を把握することが非常に重要であるとともに、溶接部の液体ヘリウム温度での機械特性を検証する必要がある。このため、1mの実機大インボード容器の溶接試作、及び数種の条件で溶接したJJ1溶接部の4K引張試験を実施している。本講演では、これらの試作及び試験で得られた中間結果について報告する。

ITER TFコイル製作に向けた試作の進捗

松井 邦浩; 小泉 徳潔; 辺見 努; 高野 克敏; 千田 豊; 清水 辰也; 中嶋 秀夫

no journal, , 

ITER TFコイルの調達では、中規模及び実規模の試作を実施した後に、それらを踏まえてTFコイルを製作する。原子力機構は、TFコイルの製作に向けて、ラジアル・プレート(RP)及びカバー・プレート(CP)の製作,導体巻線,熱処理,トランスファ,含浸,CP溶接等の試作を、メーカと協力して段階的に実施している。これらの試作のうち、2009年度には、RPの製作,導体巻線の試作,CP溶接を実施した。RPの製作では実規模のRP用ステンレス鋼圧延材を製作し、導体巻線の試作では1/3規模の中規模巻線試作のために巻線装置を製作して実機導体を用いた導体曲げ試験を実施した。また、CP溶接ではレーザ溶接による試作を行い、0.6mmのギャップまで溶接できることを確認した。