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論文

完全オーステナイト系ステンレス鋼のレーザ溶接技術開発

高野 克敏; 小泉 徳潔; 芹澤 久*; 坪田 秀峰*; 牧野 吉延*

溶接学会論文集(インターネット), 33(2), p.126 - 132, 2015/06

TFコイル巻線部で使用するラジアル・プレート(RP)は、高さ13m, 幅9m, 厚さ10cmのステンレス鋼製の大型構造物であるにも拘らず、高精度な製作公差が要求されている。また、TFコイルの製作では、ITER計画における製作工程を満足するために、3週間毎に1枚のRPを製作する必要があり、RPの製作は、効率的手法を採用する必要がある。そこで、RPの製作では、組立時の溶接変形を十分に小さく抑える必要があること、及び溶接時間の短縮を図る必要があることから、レーザ溶接を採用することとした。ただし、RPに使用する材料は、機械特性の要求から、高窒素を含有した完全オーステナイト・ステンレス鋼を用いるため、溶接による割れ感受性が高く、欠陥の無い健全な溶接品質を確保するためには、高度なレーザ溶接技術の開発が必要となる。そこで、著者らは、RPへのレーザ溶接の適用を目指し、完全オーステナイト・ステンレス鋼におけるレーザ溶接の試作試験を実施した。その結果、溶接ヘッドの傾斜角を最適化することにより、溶接割れに対し有効であることが分かった。また、RPに使用する材料の化学成分を最適化することにより、溶接割れの感受性を低減できた。これらの結果により、RPへのレーザ溶接の適用性を実証し、高効率な製作方法を確立することができた。

論文

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

 被引用回数:7 パーセンタイル:53.45(Engineering, Electrical & Electronic)

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。

論文

ITERトロイダル磁場コイルのカバー・プレート溶接試験

小泉 徳潔; 松井 邦浩; 清水 辰也; 中嶋 秀夫; 飯島 亜美*; 牧野 吉延*

低温工学, 47(3), p.186 - 192, 2012/03

ITER-TFコイルのダブル・パンケーキ(DP)は、高さ14m,幅9m,厚さ0.1mの薄肉大型構造物である。DPでは、ラジアル・プレート(RP)の溝内に導体を挿入し、その上にカバー・プレート(CP)を被せて、RPとCPをレーザー溶接することで、導体をRP溝内で固定する構造を採用している。このCP溶接の長さは約1.5kmにも及ぶが、これによる溶接変形は平面度で1mm、輪郭度で約5mmの高い精度が要求されている。さらに、CPとRP間のギャップは、CP及びRPの製作精度から0.5mm以下となり、通常のレーザー溶接では溶接品質の確保が困難である。そこで、0.5mmの幅広のギャップに対してレーザー溶接を可能とする技術を開発し、さらに、実機短尺RPサンプルを用いて、面外変形を1mm以下に抑える溶接手順を確立した。加えて、実機短尺RPサンプルの試験結果から固有歪を導き、これを用いて解析的に、実機DPの面内変形が約5mmと評価できることを示した。RPの側面にビード・オン溶接することで、この面内変形を矯正する方法も考案し、TFコイルのCP溶接技術に目途を立てた。

論文

ITERトロイダル磁場コイル用ラジアル・プレートの試作

高野 克敏; 小泉 徳潔; 清水 辰也; 中嶋 秀夫; 江崎 康一*; 長本 義史*; 牧野 吉延*

低温工学, 47(3), p.178 - 185, 2012/03

TFコイルの巻線部で使用するラジアル・プレート(RP)は、長さ13m,幅9m,厚さ10cmの大型構造物であるにもかかわらず、平面度で1mm,輪郭度で2mm以下の高精度の製作公差が要求されている。また、RPの溝の中に導体を挿入し、導体を固定するために、RP溝にカバー・プレート(CP)という蓋をする。CPはRPとレーザー溶接するため、CPとRP間のギャップを0.5mm以下に管理する必要がある。このため、RPとCPは高い寸法精度で製作する必要がある。そこで原子力機構は、高精度、かつ、合理的な製作方法の確立を目指して、中規模及び実規模RP及びCPの試作試験を実施した。試作の結果、製作公差を満足する高精度な製作技術の開発に成功し、実機RPの製作に目途を立てることができた。

論文

Laser-arc hybrid welding for the cover plate of ITER TF coil

椎原 克典*; 牧野 吉延*; 小川 剛史*; 浅井 知*; 金原 利雄*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

Proceedings of 26th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics (ICALEO 2007) (CD-ROM), p.316 - 324, 2007/10

レーザー・アーク・ハイブリッド溶接は、通常のレーザー溶接に比べて、溶接ギャップが広くても溶接が可能なこと、溶接スピードが速いなどの利点を有している。そこで、溶接総長が1コイルあたり9kmと非常に長いITER-TFコイルのカバー・プレート(CP)溶接へのレーザー・アーク・ハイブリッド溶接技術の適用性を検討した。試験の結果、溶接ギャップ0.6mm(通常のレーザー溶接では0.2mmが限界)に対して、3m/min(通常のレーザー溶接の約2倍)の速い速度で、高品質の溶接を行えることが実証できた。また、TFコイルの部分モデルに対して溶接試験を実施したところ、ITERのたわみに対する仕様1mmに対して、0.9mmのたわみが発生し、十分な裕度を確保するまでには至らなかったが、仕様を満足することができた。さらに、試験の結果、たわみ量は拘束条件に依存することもわかっており、今後、拘束条件の改善を行うことで、たわみを低減することが期待できる。以上より、レーザー・アーク・ハイブリッド溶接技術のCP溶接への適用性に目処を立てることができた。

口頭

ITER-TFコイルカバープレートのレーザーアークハイブリット溶接

浅井 知*; 小川 剛史*; 牧野 吉延*; 椎原 克典*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

no journal, , 

ITER-TFコイルのカバープレート(CP)溶接では、最大0.5mmのギャップを少ない入熱量で溶接することが要求されている。入熱量の少ない溶接としてはレーザー溶接があるが、通常のレーザー溶接では0.5mmのギャップを溶接することは困難である。そこで、レーザー・アークハイブリット溶接のCP溶接への適用性を実証するための試験を実施した。その結果、フィラー・ワイヤーの送給速度を最適化することで、最大0.7mmのギャップまで健全に溶接することに成功し、CP溶接で発生しうる0.5mmの比較的大きなギャップに対しても、溶接を健全に行えることを示すことができた。

口頭

ツイン・スポット・ファイバー・レーザTIGハイブリッド溶接のITERカバー・プレート溶接への適用検討

小川 剛史*; 浅井 知*; 牧野 吉延*; 椎原 克典*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

no journal, , 

ITER-TFコイルのラジアル・プレート(RP)とカバー・プレート(CP)間の溶接で、CPの両脇の溝を順次レーザー溶接する場合、反対側の溝を溶接した後に、他方の溝のギャップが広がってしまってレーザー溶接が困難になる可能性がある。この課題は、両溝を同時にレーザー溶接することで解決されるが、レーザー溶接ヘッドを2台使用することは、TFコイルの製作コストの増加につながる。そこで、レーザーをハーフ・ミラーを用いて2分岐して、両溝を同時に溶接する手法を開発した。本手法を用いて、RP部分モデル試験サンプルのRP-CP間のツイン・スポット・レーザー溶接を実施し、その適用性を確認することができた。

口頭

ITER-TFコイルカバー・プレートのレーザー・アーク・ハイブリッド溶接

浅井 知*; 小川 剛史*; 牧野 吉延*; 椎原 克典*; 仙田 郁夫*; 奥野 清; 小泉 徳潔; 松井 邦浩

no journal, , 

ITER-TFコイルのラジアル・プレート(RP)とカバー・プレート(CP)との間の溶接の実現性を検証するために、1/8サイズの縮小D型モデルを用いて、RP-CP間をレーザー・アーク・ハイブリッド溶接の試験を実施した。試験では、TFコイルのRP-CP溶接で行われる曲線部の溶接も実施し、溶接欠陥なく溶接を行えることが確認できた。また、本縮小モデル・サンプルの溶接変形量は、$$pm$$1mm以下に抑えることができた。加えて、試験の結果、溶接変形量は拘束条件に大きく依存することがわかった。

口頭

ITER・TFコイル・ラジアル・プレートのレーザ溶接

牧野 吉延*; 後藤 悠*; 金原 利雄*; 長本 義史*; 大勢持 光一*; 小泉 徳潔; 高野 克敏; 松井 邦浩; 中嶋 秀夫

no journal, , 

ITERトロイダル磁場(TF)コイル用ラジアル・プレート(RP)は、高さ13m,幅9m,厚さ10cmの大型構造物であるが、数mmの高精度で製作することが要求されている。RP製作は、厚肉のステンレス鋼板から、機械加工で部分セグメントを製作して、これらを溶接して組立てる計画である。原子力機構は、本製作方法の検証のために、実規模試作を実施した。RPセグメント間の溶接では、導体を挿入するU溝形状の継手断面での溶接が求められるため、(1)溶接姿勢が連続的に変化可能、(2)溶け込み深さも数ミリから30mmまで連続的に変化可能、さらに、(3)コイル製作の工程の制約から溶接速度の高速化も可能であることが要求される。これらの要求を満足する溶接法として、レーザ溶接が考えられる。そこで、著者らは、大出力レーザ溶接の適用性を検討するために、実規模試作を実施した。この結果、溶接条件を最適化することにより完全溶け込みを実現するとともに、要求値を満足する機械特性試験結果を得ることができた。また、一継手あたりの溶接収縮量は約0.4mm、実機RPの輪郭度は約1mmを達成した。一方、実機RPでは、溶接部に微小な欠陥も観測され、今後改善を進める計画である。

口頭

ITER-TFコイルラジアル・プレートのレーザ溶接

牧野 吉延*; 後藤 悠*; 金原 利雄*; 長本 義史*; 大勢持 光一*; 小泉 徳潔; 高野 克敏; 松井 邦浩; 中嶋 秀夫

no journal, , 

ITERトロイダル磁場コイル用ラジアル・プレート(RP)は、高さ約13m,幅9mの大型溶接構造物であるが、数mmの高精度の公差で製作することが要求されている。RPの製作では、ITERの要求工程を満足するために複数の部分セグメントを並行して製作した後、これらを溶接して1枚のRPを組立てる。これらセグメント間の溶接断面形状は、超電導導体を挿入するための溝を有するU溝形状となるため、溶接姿勢,溶接出力など溶接条件を連続的に変化させる必要がある。さらに、ITERの要求工程を満足するために、溶接時間の短縮化が必要であり、これらの要求を満足する溶接法としてレーザ溶接が有効である。そこで、レーザ溶接のRP組立への適用性を検証するための試作を実施し、溶接条件を最適化して完全溶け込みを実現するとともに、要求値を満足する機械特性を得ることができた。

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