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論文

Development of PRW welding technology for 9Cr-ODS cladding tube

関 正之; 木原 義之; 皆藤 威二; 塚田 竜也*; 本木 和彦*; 平子 一仁*

Proceedings of International Conference on Toward and Over the Fukushima Daiichi Accident (GLOBAL 2011) (CD-ROM), 5 Pages, 2011/12

原子力機構では、高速炉における集合体平均150GWd/tの燃焼度を達成するために、耐スエリング性と高温強度に優れた酸化物分散強化型被覆材(ODS鋼)の開発を進めている。ODS鋼の端栓溶接に際しては、従来のTIG溶接のような融接法では溶融部にポロシティーが生じて必要な溶接強度が得られないことから、固相溶接法の一つである加圧抵抗溶接法の開発を行っている。また、溶接部における残留応力の緩和のために溶接部熱処理装置及び溶接部の健全性確認のために超音波探傷装置の開発も合わせて実施している。本報告は、これら装置の特徴と溶接強度及び原子炉を用いた照射試験結果についてまとめて報告するものである。

報告書

ODS鋼被覆管を用いた炉外強度評価試験片の製造-製造条件設定試験及び試験片製造結果-

木原 義之; 関 正之; 石橋 藤雄; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8430 2005-002, 27 Pages, 2005/07

JNC-TN8430-2005-002.pdf:32.93MB

平成16年度に酸化物分散強化型(Oxide Dispersion Strengthened;以下、「ODS」と言う。)鋼被覆管により製造したMARICO-2試験片の、炉内クリープ破断データの採取を目的とした照射試験が計画されている。これに伴い、ODS鋼被覆管の強度評価の信頼性を向上させるため、これまでに得られている炉外のクリープ破断データを補完することが計画され、大洗工学センター システム部 核燃料工学グループの依頼により、この試験に供する炉外強度評価試験片の製造を行った。炉外強度評価試験片は、MARICO-2と同様の、マルテンサイト系ODS鋼(以下、「M-ODS鋼」と言う。)とフェライト系ODS鋼(以下、「F-ODS鋼」と言う。)の2鋼種の被覆管を用いて製造した。製作本数はM-ODS鋼試験片20本、F-ODS鋼試験片12本として、平成17年4月5日から平成17年5月13日にかけて試験片の製造を無事終了し、平成17年5月中旬に、大洗工学センターシステム部核燃料工学グループへ支給した。

報告書

酸化物分散強化型(ODS)フェライト鋼の接合技術開発

関 正之; 石橋 藤雄; 木原 義之; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8410 2005-009, 131 Pages, 2005/04

JNC-TN8410-2005-009.pdf:41.38MB

ODS鋼の接合技術開発は、昭和62年頃から融接法であるタングステンイナートガス(TIG)溶接法及びYAGパルスレーザ溶接法を用いて開始した。しかし融接法では、溶接金属部に多数の気泡を形成するとともに、母材中に均一分散させた酸化物が凝集粗大化し、接合強度を著しく低下させるため、加圧抵抗接合法(PRW法)などの固相接合法の開発に着手した。 PRW接合部の接合強度を確認するために、接合条件の最適化の後に引張試験、内圧バースト試験及び内圧クリープ試験を行った。その結果、接合部の強度は、被覆管母材と同等の強度であることを確認した。また、接合技術の開発と平行して接合部の健全性を検査するために超音波探傷検査法の非破壊検査法の開発も行った。

報告書

BOR-60第2期照射試験用上部端栓付ODS鋼被覆管の製造; 製造条件設定試験及び製品製作

関 正之; 石橋 藤雄; 木原 義之; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8430 2004-003, 78 Pages, 2005/03

JNC-TN8430-2004-003.pdf:61.9MB

ODS鋼被覆管の実用化見通しを早期に判断するため、日露共同研究としてロシア原子炉科学研究所(RIAR)の高速炉実験炉BOR-60を用いて照射試験を実施している。照射試験は、2003年6月から燃焼度15 at%を最終目標に約5年間にかけて行うもので、第1期照射試験は、2004年5月に目標燃焼度である5at%を達成し、現在も照射試験を継続している。第2期照射試験は、2005年5月から開始する計画となっており、この照射試験のために前回同様、マルテンサイト系ODS鋼被覆管に上部端栓を抵抗溶接法により接合し、製品検査を経て、RIARまで輸送した。今回も長尺被覆管の溶接において、接合時の加圧により被覆管にたわみ変形が発生したため、可変加重方式を採用することにし、接合開始時の初期の軸加重を低く設定することで、被覆管の挙動を抑え、製品製作を可能とした。今回、この可変加圧方式を採用したことで接合条件の許容値を広げられたことは、HOT装置の設計に関して大きな意味を持つと思われる。なお、上部端栓付被覆管は、2004年12月15日に製造を終了し、2005年1月13日にRIARに向け、出荷している。

報告書

MARICO-2・CMIR-6 ODS鋼試験片の製造; 製造条件設定試験および試験片製造結果

関 正之; 石橋 藤雄; 木原 義之; 塚田 竜也*; 平子 一仁*

JNC-TN8430 2004-002, 49 Pages, 2005/03

JNC-TN8430-2004-002.pdf:72.34MB

ODS鋼被覆管の照射特性を把握することを目的として、MARICO-2およびCMIR-6照射試験片の製作を行った。MARICO-2試験片およびCMIR-6試験片は、マルテンサイト系ODS鋼とフェライト系ODS鋼の2鋼種の被覆管を用いて製作した。試験片形状は、2鋼種共通仕様である。マルテンサイト系ODS鋼の製作は、平成16年2月19日から平成16年3月11日にかけ行い、その製作本数は、MARICO-2:38本(予備+QA用試験片11本を含む。)、CMIR-6:6本である。フェライト系ODS鋼の製作は、平成16年8月17日から平成16年9月22日にかけ行い、その製作本数は、MARICO-2:32本(予備+QA用11本を含む。)、CMIR-6:6本である。試験片の製作は無事終了し、マルテンサイト系ODS鋼製試験片は、平成16年5月上旬に、フェライト系ODS鋼製試験片は、10月上旬にそれぞれ大洗工学センターシステム部核燃料グループへ支給した。

報告書

超音波探傷法による抵抗溶接部品質保証法の開発 -抵抗溶接部用STBの試作と探傷試験-

河野 秀作; 関 正之; 石橋 藤雄; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8430 2003-010, 28 Pages, 2003/07

JNC-TN8430-2003-010.pdf:2.18MB

抵抗溶接部に発生する欠陥は、微細であるため、従来からのX線による検査では、その欠陥を識別できないため、X線検査法に変わる手法としてより欠陥の分解能が高い、超音波法の適用について開発を行ってきた。超音波は、X線よりも物質内部へ伝わり易く、直進性も良いため、欠陥の検出能力に優れているが、超音波で得られる欠陥信号の強度と欠陥の大きさは必ずしも相対しない。これは、超音波の欠陥からの反射エコーの大きさが、反射源である欠陥の形状、向きに大きく影響されるためである。そこで、パルスモーターで探触子と試料回転軸を駆動制御させ、欠陥位置データと超音波エコーを組み合わせて画像処理を行い、欠陥の寸法及び位置を正確に把握できる溶接部超音波検査装置を開発した。しかし、超音波検査法は、あくまで比較検査法であるため、検査装置の持つ欠陥検出能や探傷感度の保証には、既知の欠陥を持つ、標準試験片や対比試験片が必要となる。標準試験片は、JIS等でも規定されているが、抵抗溶接部のような特殊な部位に発生する特異な欠陥に対しては、その形状に特化した標準試験片が必要となる。そこで、標準試験片加工方法の検討を行い、放電加工と拡散接合により標準試験片を試作した。この試作標準試験片の人口欠陥を用いて探傷感度、データ画像処理用しきい値の校正を行い、超音波による探傷結果とその部位の金相試験による実測と比較した結果、欠陥深さ方向分解能が3$$mu$$m、欠陥寸法、接合長さ測定において誤差が10$$mu$$m以内の探傷性能を持つことが判明し、標準試験片による探傷条件校正の有効性が確認された。また、溶接部欠陥の出来方と探傷画像に特異なパターンが存在することも探傷結果と金相試験の対比により確認された。

報告書

抵抗溶接法の開発(VI)-マルテンサイト系ODS鋼の溶接特性評価試験-

河野 秀作; 関 正之; 石橋 藤雄; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8410 2003-009, 108 Pages, 2003/05

JNC-TN8410-2003-009.pdf:9.54MB

マルテンサイト系ODS鋼被覆管の溶接特性評価のために、溶接条件及び熱処理条件の最適化試験を行った。その後に、強度測定評価試験片を製作し、接合部の強度評価試験として引張試験、内圧バースト試験、内圧クリープ試験及び単軸クリープ試験を実施した。(1)溶接特性について 良好な溶接特性を示した。 溶接時に懸念された接合開始点に発生する微細剥離等は生じることなく、接合開始点のバラツキも0.05mm以内で均一な接合状態であった。母材自体の組織が均質であったことが、良好な溶接特性を示した一因と考える。(2)端栓材について 端栓材は、被覆管材と共材を用いることにより、接合部近傍における組織、炭化物の析出状態は被覆管材と同等の結果が得られた。(3)熱処理条件の最適化 溶接後に焼きならし(1050$$^{circ}C$$)と焼き戻し(780$$^{circ}C$$-10分)処理を兼用することにより、接合部近傍の組織は転位密度の低い等軸粒の組織となった。また、炭化物の析出状態についても母材と同等の分布を示した。溶接時の残留応力も緩和できることから、溶接後の熱処理(焼きならし(1050$$^{circ}C$$)と焼き戻し(780$$^{circ}C$$-10分))は必須条件となる。(4)接合強度 すべての強度試験において、接合部の強度は、被覆管母材と同等の強度が得られた。そのため、マルテンサイト系ODS鋼の溶接技術開発は完結したと考える。

報告書

BOR-60照射試験用上部端栓付ODS鋼被覆管の製造 -溶接条件設定試験、装置改造及び端栓溶接-

河野 秀作; 関 正之; 石橋 藤雄; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8430 2003-003, 249 Pages, 2003/04

JNC-TN8430-2003-003.pdf:247.75MB

ODS鋼被覆管の実用化見通しを早期に判断するため、日露共同研究としてロシア原子炉科学研究所(RIAR)の高速炉実験炉BOR-60を用いた照射試験が計画されている。この共同研究に使用する燃料ピンの燃料設計はRIAR側が行い、製造についてはサイクル機構側がマルテンサイト系、フェライト系2鋼種のODS鋼被覆管と端栓棒材の製造、上部端栓製作、加圧抵抗溶接法による上部端栓溶接及びRIARまでの輸送を分担し、RIAR側が振動充填燃料ピンの製造と照射を分担する。このサイクル機構側の製造分担において、上部端栓の製造、ODS鋼被覆管への上部端栓溶接及び製品検査が東海事業所の所掌範囲となる。抵抗溶接による上部端栓溶接においては、被覆管や端栓形状変更による溶接条件の決定に加え、長尺被覆管溶接のための装置改造、ハンドリングを含めた長尺被覆管溶接工程確立、製品検査のための品質保証法の確立といった課題に取り組んできた。特に長尺被覆管の溶接において、溶接時の加圧により被覆管にたわみ変形が発生し、溶接不良を引き起こすという問題が生じたが、装置改造において被覆管コレットチャックと加圧受けの距離を短くすることと溶接機の内部空間にスリーブを入れて被覆管のたわみを抑えることでこの問題を解決した。また、被覆管の内面状態、内面に残存する欠陥及び再結晶度合いのバラツキによる溶接欠陥の発生という問題に対しても、溶接端面の内面研磨と超音波による斜角探傷及び超音波波形確認により対処法を確立した。この他にも溶接部の残留応力を除去するための熱処理等を含めた試験を行い、ODS長尺被覆管の上部端栓溶接を実施した。品質保証体制については、大洗工学センターが制定した品質保証計画書を基に常陽における要領書を参考とした製造要領書等を策定し、それに基づき製品製作及び検査を実施した。これらの品質保証方法は、今後、常陽での照射試験を行う上で参考となると考える。 尚、上部端栓付被覆管は、2002年12月3日に大洗側の検査に合格し、12月13日に出荷、2003年1月10日にRIARに到着している。

報告書

抵抗溶接法の開発(V)(内圧クリープ試験片の破損要因究明試験)

河野 秀作; 関 正之; 石橋 藤雄; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8410 2002-013, 88 Pages, 2003/01

JNC-TN8410-2002-013.pdf:39.21MB

ODS鋼製被覆管の抵抗溶接部の内圧クリープ試験において、接合部から破損する事象が生じた。このため、接合部断面の組織観察, 抽出レプリカ法によるTEM観察および接合部近傍における残留応力を測定し、破損要因の推定を行い、以下の結果が得られた。(1)フェライト系ODS鋼、内圧クリープ試験の破損要因の推定。抵抗溶接時に接合境界の褶曲部に生じた微細剥離部に内圧負荷による応力が集中し、伸張した結晶粒界に沿って粒界滑りが生じることにより破損が生じたと推察される。改善策として、被覆管の押し込み量, 接合面の角度等の溶接条件の最適化を図る必要がある。(2)マルテンサイト系ODS鋼, 内圧クリープ試験の破損要因の推定。端栓材の高温強度の低下, 褶曲部に生じた微細剥離及びフェライト化が接合境界強度の弱化に起因していると考えられる。改善策として、端栓材は高温強度に優れたODS鋼を用いることと、炭化物の凝集粗大化の軽減のために、780$$^{circ}$$C程度のSR(応力除去)処理あるいは再NT(焼ならし・焼き戻し処理を溶接後に行う必要がある。(3)残留応力の測定結果。抵抗溶接部の残留応力は、フェライト系・マルテンサイト系ODS鋼とも狭い領域に最大500MPaの応力であることがわかった。また、溶接後に熱処理を行うと、マルテンサイト系ODS鋼の残留応力は64MPaまで減少したが、フェライト系ODS鋼については、外表面で最大150MPa, 断面方向では、170MPa程度の応力が残存していた。この事から、熱処理時間を長くする等の対策を行い、熱処理条件の最適化をはかる必要がある。

報告書

抵抗溶接法の開発(4)(7A材内圧封入型クリープ試験片の製作)

遠藤 秀男; 関 正之; 石橋 藤雄; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8410 2001-004, 45 Pages, 2001/02

JNC-TN8410-2001-004.pdf:6.53MB

1.目的 平成11年度に抵抗溶接部の強度試験を行った結果、内圧クリープ試験において、破損目標時間よりも短時間で接合部から破損した。その破損要因を確認する試験に供するために試験片を製作した。2.方法 抵抗溶接法にて、内圧封入型クリープ試験片を製作する。被覆管は、管肉厚の偏肉が少なく、再結晶率の高い材料を用いた。溶接後には熱処理を行い、残留応力の影響と鋭敏化及び炭化物の影響を軽減した。3.結果のまとめ (1)試験片の製作においては、試験用部材を用いて試験条件を設定し、本番用部材を用いて内圧封入型クリープ試験片を製作した。製作した試験片3本のうち、2本は後熱処理を行わず大洗)MMSへ送付した。(平成12年8月4日)残りの1本は、後熱処理条件の最適化のために行う残留応力測定試験の結果を受け、熱処理を施した後に試験に供した。(2)試験片は、フェライト系ODS鋼製被覆管の両端に端栓を溶接した構造である。端栓の材質は、内圧封入口側を高強度フェライト/マルテンサイト鋼、もう一方はフェライト系ODS鋼材を用い、抵抗溶接法にて接合した。(3)接合部の健全性の確認としては、溶接中に各種波形データを採取し、異常値の無いこと及び溶接部の超音波探傷試験を行い、未接合部の無いことを確認した。異常値が発生した場合は、再度試験片の製作をおこなった。(4)機械的強度は、高温(800$$^{circ}C$$)引張試験において母材のリング引張強度と同等以上であることを確認した。4.結論 以上の結果から、現状では最良と考えられる試験片製作を行うことができた。

報告書

抵抗溶接法の開発(3)(ODS鋼強度評価用試験片の製作)

遠藤 秀男; 関 正之; 石橋 藤雄; 平 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8410 2000-007, 89 Pages, 2000/03

JNC-TN8410-2000-007.pdf:6.28MB

1.目的 平成9年度に試作したODS鉄製被覆材(フェライト系ODS鋼(以下、「F系ODS」と称す。)とマルテンサイト系ODS鋼(以下、「M系ODS」と称す。))の強度特性及び抵抗溶接部の接合強度を確認することを目的として、内圧封入型クリープ試験片、引張試験試験片、内圧バースト試験及び急速加熱バースト試験片を製作した。2.試験方法 抵抗溶接法を用いて試験片の製作を行うあたり、溶接条件設定試験を兼ねてODS鋼の溶接特性を確認するとともに、試験片製作時には、接合部の健全性を保証するために必要な項目の洗い出しと検証を実施した。また、接合強度を確認するために、引張試験(RT,600,700,800$$^{circ}C$$)と参考までに内圧クリープ試験を実施した。3.試験結果と考察 3.1溶接特性について(1)被覆管の肉厚が厚くなると、接合界内部における被覆管内厚の減少が生じた。これは、被覆管側のコレットチャックによる冷却効果が弱まり、接合部近傍における加熱範囲が拡張し、バリとして接合面外へ排出されたものと考える。また、被覆管の偏肉が大きくなると、肉厚の薄い方は異常発生を生じた。均一な接合継ぎ手を得るためには、予熱電流を下げ、時間を長くし、高加圧力で行い、溶接時における接触抵抗を低く抑えられる条件にする必要がある。(2)M系ODS及びF系ODS被覆管と高強度フェライトマルテンサイト鋼(以下、「62PFS」と称す。)端栓の組合せでは、接合部近傍の硬さが増加した。しかし、溶接後熱処理(710$$^{circ}C$$-10分)を行うと、その硬さは、母材と同等の硬さまで回復した。これらの材料を溶接する場合は、溶接後に熱処理が必要となる。3.2接合強度について(1)引張試験結果は、一部を除き母材と概ね同様な強度を示した。しかし、F系ODS被覆管と62FS端栓の組合せでは、接合部に細粒組織が、M系ODS被覆管では、接合部近傍の被覆管側に炭化物が析出した。これらの析出物等が高温(800$$^{circ}C$$)引張試験において接合部から破断した要因と考えられる。(2)M系ODS(M91材)材を用いて参考のために、内圧クリープ試験を実施した。破断設定時間は、100hと300hの2試料とし、いずれも管部からの破断であり、接合部は健全であった。(3)今後は、析出物等と接合強度の関係を確認する目的からシャルピー衝撃試験等を行い、接合部の破壊ジン性評価を行う。また

報告書

抵抗溶接試験結果報告(基本特性把握試験結果その2)

遠藤 秀男; 関 正之; 石橋 藤雄; 石橋 藤雄*; 平子 一仁*; 塚田 竜也*

JNC-TN8430 2000-002, 30 Pages, 1999/12

JNC-TN8430-2000-002.pdf:1.62MB

1.目的 酸化物分散強化型フェライト鋼(以下、ODS鋼」と称す。)は、中性子照射量50$$times$$10 26n/m2を目標に開発している長寿命被覆管材料であり、本材料の溶接法として抵抗溶接法の技術開発を実施している。本試験は、抵抗溶接法を用いてODS鋼の溶接試験を行い、基本的な溶接特性を確認するために実施した。2.実施期間 平成11年3月$$sim$$8月末(レーザ試験棟)3.試験方法 抵抗溶接装置を用いて、昭和63年度に試作したODS鋼材の溶接特性確認試験を実施した。溶接条件は、電流、加圧力、溶接雰囲気等をパラメータとして試験片を作製し、各種破壊検査を行った。評価項目としては、溶接時の波形データ、接合部近傍の硬さ、接合状態、引張強度及び単軸クリープ強度等と接合強度の関連性を確認した。4.結論4.1最適溶接条件と設定した根拠[溶接電流:7KA-14.5KA,加圧力:600kg]既存の装置でODS鋼を溶接する場合における本溶接条件は妥当な溶接条件と考える。特に、溶接時における接触抵抗は、必要以上に発熱を伴うため、既存の装置では溶接ヘッドの追従性を改善しない限り、溶融金属を全て接合部外へ排出することは困難である。よって、既存の溶接装置で健全な溶接継ぎ手を得るためには、可能な限り接触抵抗を低く抑えることが肝要である。この事により、接合部の硬さ低下の防止、酸化物の凝集幅の縮小等について改善を図ることができ、母材と同等の強度を得られると考えられる。また、溶接雰囲気についても大気中と真空中で溶接試験を行った結果、真空中の方が高強度の接合継ぎ手を得られることを確認した。

報告書

抵抗溶接法の開発(2)[ODS鋼を用いた溶接条件選定試験と接合部の観察]

西山 元邦; 関 正之; 石橋 藤雄; 塚田 竜也*; 上村 勝一郎

PNC-TN8410 96-037, 65 Pages, 1996/01

PNC-TN8410-96-037.pdf:36.23MB

抵抗溶接法は、TIG溶接法等にくらべ溶接時の入熱量が非常に少なく、母材に極力影響をあたえずに接合できるため、酸化物分散強化型鋼(以下「ODS鋼」と言う)の溶接手法として有望と考え、溶接装置を開発した。しかし、本溶接法を用いてODS鋼の基本特性把握試験を行った結果、高温(650度C)引張試験において、接合部からの破断となり、また、引張強さも母材より低下するといった現象が生じた。そこで、今回は、接合部の強度を低下させる要因を究明するために、溶接条件にパラメータを取り試験片を製作し、各種強度試験と破面の観察およびTEMを用いて接合部の観察を行った。本試験、観察から得られた主な知見は、以下の通りである。1.主に接触抵抗を利用した場合の溶接試験(1段溶接)(1)接合部の硬さは母材よりも150Hv程度軟化し、これまでの結果と比べ改善は認められなかった。また、180kg程度の低い加圧力の場合においては、溶接の再現性が得られなかった。2.主に体積抵抗を利用した場合の溶接試験(2段溶接)(1)溶接電流および溶接時間は、硬さの変化にあまり影響をあたえず、加圧力を600kgfと大きくすると、硬さ低下は50Hv程度と非常に小さくなることが分かった。(2)金相上良好な接合部の得られる条件は、予熱電流7KA2cycle、溶接電流13$$sim$$14KA0.6$$sim$$0.9cycle、加圧力180$$sim$$600kgfの範囲であった。(3)常温から650度Cの引張試験、650度Cの単軸クリープ試験では、加圧力の高い方が強度は強くなった。引張試験においては、加圧力の高い600kgfの場合は被覆管母材部からの破断となったが、単軸クリープ試験においては、どの条件の場合も接合部からの破断となってしまい、長時間側になるほど母材との強度差が大きくなった。(4)接合部のTEM観察においては、Y、Ti等の酸化物の粗大化が生じ、加圧力の増加に伴いその領域は狭くなった。分散材の粗大化が生じたのは接合部の温度が融点付近まで上昇したことが考えられる。なお、接合部の組織は、どの溶接条件においても再結晶組織になっていた。強度低下が生じるのは、接合部の粒界滑りおよび分散材の凝集、粗大化が原因であり、酸化物の凝集領域が狭いほど接合部の高温強度は強くなり、凝集領域の幅は接合部に加わる加圧力と相関のあることが分かった。(5)SEM観察による破断面の形状

報告書

抵抗溶接法の開発,1; 抵抗溶接法の基本特性評価試験およびクミール5照射用試験の製作

西山 元邦; 上村 勝一郎; 関 正之; 塚田 竜也*; 石橋 藤雄; 井坂 和彦*

PNC-TN8410 95-046, 81 Pages, 1995/01

PNC-TN8410-95-046.pdf:4.07MB

抵抗溶接法は、接合面近傍の母材は溶融せず、軟化した状態で接合するため、熱影響部の幅はTIG溶接法等の融接法に比べ非常に小さくなる。そこで、酸化物分散強化型鋼(以下「ODS鋼」と言う)を溶接するため、加圧抵抗溶接(PRW-Pressurized Resistance Welding)法の技術開発を行うこととし、本溶接法に関しての基本特性の把握、クミール5照射試験(高速実験炉「常陽」にて実施する)のための試験片の製作を行い、その結果が得られたので報告する。(1)今回13KA(電流)2cycle(通電時間)250kgf(加圧力)で溶接した試料は、未接合部は無く被覆管と端栓の接合状態は良好なものが得られたが、高温引張試験において接合部破断となった。また、熱影響部の幅は、1.0mmとBN社のものより若干大きい程度であった。今後は、硬さ低下を少なくする、熱影響部の幅を狭くする等の溶接条件のさらなる検討(入熱パターンを変える・突き合わせ部の変更等)を行う必要がある。(2)今回、接合面の元素分析の結果、EPMAレベルではTi、Y等の耐熱元素の凝集は確認されなかった。今後は、接合部に溶融相が残っているかどうかをTEM等により解析を行う必要がある。(3)装置付属機器の改善について以下のことがらを実施した。1.被覆管コレットチャックの隙間を0.3mmにすることにより、全体にわたり熱が均一にもたらされ、未接合部の無い接合部が得られた(今後はさらに狭くする)。2.多分岐型の給電部にすることにより、チャックとホルダの接触面の電食を無くした。(4)今回は、常温・高温引張試験のみによる強度評価を行ったが、今後は、これらの試験に加えて内圧・単軸クリープ、回転曲げ疲労試験等のデータを採取し接合部の健全性評価を行う。(5)接合部の品質保証は、モニタリング機器による溶接条件の管理および超音波探傷法を用いた検査法の開発を行う予定である。

口頭

酸化物分散強化型鋼の溶接技術開発,12; 人工欠陥を用いた強度評価

関 正之; 木原 義之; 平子 一仁*; 本木 和彦*; 塚田 竜也*

no journal, , 

酸化物分散強化型(ODS)鋼被覆管の接合技術として、加圧抵抗溶接法の開発を行っている。加圧抵抗溶接部に発生する接合欠陥は、接合境界部に間隙を有する剥離欠陥が主であり、この剥離欠陥の許容寸法を明確にするため、人工的に剥離欠陥を製作し、剥離欠陥部から破壊させることができる試験検査法の選定及び剥離欠陥寸法と強度について試験を行ったので報告する。

口頭

酸化物分散強化型鋼の溶接技術開発,13-2; 人工欠陥を用いた強度評価

関 正之; 木原 義之; 塚田 竜也*; 本木 和彦*; 平子 一仁*

no journal, , 

加圧抵抗溶接(PRW)装置を用いて被覆管と端栓を接合した接合境界部に発生する接合欠陥を人工的に製作し、人工欠陥寸法等をパラメータとした曲げ疲労試験を行い、欠陥寸法と接合強度について評価した。

口頭

改良ステンレス鋼燃料被覆管のBWR装荷に向けた研究開発,3-6; PRW法を用いた端栓接合試験

丹野 敬嗣; 矢野 康英; 塚田 竜也*; 坂本 寛*; 山下 真一郎

no journal, , 

軽水炉の事故耐性燃料用として、FeCrAl-酸化物分散強化型(ODS)鋼被覆管の開発が行われている。ODS鋼被覆管の端栓接合に溶融を伴う一般的な溶接方法を用いると、微細な酸化物粒子が粗大化するなどして十分な強度を担保できなくなる可能性がある。本研究ではFeCrAl-ODS鋼被覆管について、原子力機構が高速炉用ODS鋼燃料被覆管向けに開発した、溶融を伴わない固相接合である加圧抵抗溶接(PRW)法での接合試験を実施した。その結果、条件を調整することで外観および断面形状が良好な接合を行うことができた。細径厚肉の被覆管については金相観察でも欠陥が確認されず、引張試験でも接合部近傍で破断しなかった。一方、太径薄肉の被覆管では欠陥を生じない接合条件を見出すには至らず、引張試験では接合部近傍の被覆管で破断した。引き続き、再現性の確認や接合条件の最適化が必要である。本件は、経済産業省資源エネルギー庁の平成29年度原子力の安全性向上に資する共通基盤整備のための技術開発事業(安全性向上に資する新型燃料の既存軽水炉への導入に向けた技術基盤整備)の成果である。

口頭

改良ステンレス鋼燃料被覆管のBWR装荷に向けた研究開発,3-6; PRW法を用いた端栓接合試験

丹野 敬嗣; 矢野 康英; 塚田 竜也*; 坂本 寛*; 山下 真一郎

no journal, , 

軽水炉の事故耐性燃料用として、耐水蒸気酸化性を高めるためにAlを添加したFeCrAl-酸化物分散強化型(ODS)鋼被覆管の開発が行われている。ODS鋼の強度は微細に分散した酸化物粒子によるものであり、端栓接合に溶融を伴う一般的な溶接方法を用いると、微細な酸化物粒子が粗大化するなどして十分な強度を担保できなくなる可能性がある。原子力機構では高速炉用ODS鋼燃料被覆管向けに、溶融を伴わない固相接合である加圧抵抗溶接(PRW)法を開発した。本研究ではFeCrAl-ODS鋼被覆管についてPRW法を適用した接合試験を実施した。

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