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報告書

MA含有低除染燃料の開発I; Np含有MOXの焼結特性と相分離挙動

森本 恭一; 加藤 正人; 西山 元邦; 遠藤 秀男; 河野 秀作; 宇野 弘樹*; 田村 哲也*; 菅田 博正*

JNC TN8400 2003-011, 32 Pages, 2003/01

JNC-TN8400-2003-011.pdf:0.62MB

先進的核燃料リサイクルの燃料として Npを含有させた MOX燃料が考えられている。Np含有MOX 燃料の開発を進めるためには、照射燃料製造及び燃料設計に必要となる Np-Pu-U 系混合酸化物に関する基礎的なデータ取得が必要である。本報告では、Np含有(最大 12%)MOXのペレットを作製し、焼結特性に及ぼす Npの影響、相安定性及び均質性について評価した。試験の結果、Np の濃度の増加により密度が低下し、Np は焼結中の緻密化を遅くする効果があることがわかった。相安定性については、O/M=1.90$$sim$$2.00の試料について、相状態を観察し、MOXと Np 含有 MOX の相分離挙動はほぼ同じであることが分かった。また、均質性の評価を行い、本試験で作製した試料は均質性が良く、Puスポットの観点からは燃料仕様上問題がないことが分かった。

論文

Np含有MOXの焼結特性と相分離挙動

加藤 正人; 西山 元邦; 遠藤 秀男

サイクル機構技報, (10), p.33 - 41, 2001/03

先進的核燃料リサイクルの燃料としてNpを含有させたMOX燃料が考えられている。Np含有MOX燃料の開発を進めるためには、照射燃料製造及び燃料設計に必要となるNp-Pu-U系混合酸化物に関する基礎的なデータ取得が必要である。本報告では、Np含有MOXのペレットを調製し、焼結特性に及ぼすNpの影響と効果があることがわかった。また、O/M=1.90$$sim$$2.00の試料について、相状態を観察し、MOXとNp含有MOXの相安定性はほぼ同じであることがわかった。

論文

INFLUENCE OF NP ON SINTERING BEHAVIOR AND PHASE SEPARATION FOR (PU,NP,U)02-X

森本 恭一; 西山 元邦; 加藤 正人; 遠藤 秀男; 河野 秀作

Proceedings of International Conference on; Back-End of the Fuel Cycle; From Research to Solutions (GLOBAL 2001), 0 Pages, 2001/00

約30%Puを含んだMOXにNpを0、5、12%含有MOXペレットを調製し、焼結特性に及ぼすNpの影響を把握するとともに、熱処理条件とO/Mの関係を把握し、O/Mを1.91$$sim$$2.00の範囲の試料を調製して相分離挙動を評価した。評価には密度測定、X線回折測定、光学顕微鏡観察を用いた。試験の結果、Npの含有による密度が低下し、Npは焼結中の緻密化を遅くする効果があることがわかった。また、O/M=1.91$$sim$$2.00の試料について、相状態を観察し、MOXとNp含有MOXの相安定性はほぼ同じであることがわかった。

報告書

溶接部超音波欠陥検査装置の開発; その4 Aスコープメモリー装置の開発と据付、性能試験

関 正之; 西山 元邦; 石橋 藤雄; 本木 和彦*; 上村 勝一郎; 豊島 光男; 平子 一仁*

PNC TN8410 97-055, 19 Pages, 1997/03

PNC-TN8410-97-055.pdf:2.98MB

溶接部超音波検査法は、PMW(パルス磁気溶接)法やPRW(抵抗溶接)法といった固相接合法により発生する溶接欠損の探傷法開発を目的に、装置開発、標準試験片開発等として行ってきた。そしてそれらの中で固相接合法だけでなく、従来の融接法(TIG溶接法)による端栓と被覆管の突き合わせ溶接部についても探傷試験を行い、X線検査法との比較も試みた。(PNCPN841094-010、PN841093-074、PN841096-050にて報告。)これらの試験からPRW法やTIG溶接法の溶接部に発生する欠陥において、端栓と被覆管の境界面及びその溶接部の近傍に発生する欠陥は、内部状態(PRW法=内バリ、TIG法=アンダーカット等)による超音波反射エコーが複雑になり、本来目的とする欠陥エコーの分離、判定が難しい。という問題が生じた。また、PRW法の場合、溶接欠損の有無だけでなく、接合面に生ずるミクロ的な材料変化が、溶接部の強度に大きな影響を及ぼすことが、SEM及びTEM等による観察からわかってきた。本報告書は、これら混在する超音波エコーの分離と材料変化を非破壊検査により定性・定量化するための基礎データの収集を行うために、今年度制作したAスコープメモリー装置の開発、据付及び性能試験についてまとめたものであり、今後の開発課題について検討を加えたものである。

報告書

溶接部超音波欠陥検査装置の開発「その3 装置の改造とPMW,PRW及びTIG溶接部の超音波深傷」

関 正之; 平子 一仁*; 西山 元邦; 豊島 光男; 石橋 藤雄; 井坂 和彦*; 上村 勝一郎

PNC TN8410 96-050, 59 Pages, 1996/02

PNC-TN8410-96-050.pdf:3.51MB

溶接部超音波検査法は、平成元年度よりPMW(パルス磁気溶接)法による固相接合法溶接部欠陥探傷および固相接合長さの測定を目的に検査法の確立と検査装置の開発を行ってきた。そしてこれら開発試験の中から装置のノイズと対策と探傷駆動条件の安定の2つを今後の課題とした。(PNC PN8410 94-010、PN841093-074にて報告。)現在、新たに開発を進めているPRW(抵抗溶接)法の溶接部に発生する溶接欠陥は微細であり、クラック形状となるため、PMW法以上に現行のX線検査による検査が困難となる。そこでPMWと同様に超音波による溶接部検査法の開発を行うこととした。しかし、PRW溶接部の形状は、PMWのそれと異なっており、溶接部に発生する欠陥形状も異なることから溶接部超音波検査装置の改造を行い、新たな検査方法の開発に着手するとともに問題となっていた装置のノイズ対策と探傷駆動条件の安定性の確保についても解決を図った。また、今後、PMW、PRWの品質保障体制を確立する上で参考とするためTIG法溶接部の欠陥探傷についても試験を行い検討を加えた。

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, 56 Pages, 1996/01

PNC-TN8410-96-037.pdf:35.56MB

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

論文

酸化物分散強化型フェライト鋼被覆管の溶接技術開発

関 正之; 西山 元邦; 上村 勝一郎

動燃技報, (95), p.52 - 58, 1995/09

高速炉燃料の新被覆管材料として開発を進めている酸化物分散強化型フェライト鋼は、スエリング特性及び高温クリープ強度に優れた材料である。しかし、TIG溶接法等の溶接法で溶接すると、母材内に均一に分散している酸化イットリウム等が凝集するとともに、溶接金属部には、多くの空孔を形成してしまい、溶接強度は著しく低下してしまう。このため、TIG溶接法に代わる溶接技術を開発する必要が生じ、パルス磁気溶接法及び抵抗溶接法の開発を行った。

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:4.08MB

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。

報告書

溶接部超音波欠陥検査装置の開発「その2 画像処理システムとSTBの製作及びPMW試料の超音波探傷」

関 正之; 平子 一仁*; 西山 元邦; 豊島 光男; 井坂 和彦*; 飛田 典幸; 上村 勝一郎

PNC TN8410 93-074, 74 Pages, 1993/04

PNC-TN8410-93-074.pdf:61.36MB

現在,開発を実施しているPMW(パルス磁気溶接)法は,固相接合となるため,従来の融接法と異なった接合状態と接合欠陥が発生する。また,PMW法の場合,その溶設強度を担保する上でその接合長さの測定が,重要な役割を占めている。従来,溶接部の欠陥検査はX線による透過撮影法により行われてきたが,PMW法により発生しうる溶接欠陥は,X線の解像度($$phi$$200$$mu$$m程度)より小さく,しかもPMW法溶接部の強度評価において最も重要である接合長さの測定が行えない。そこで従来のX線法に変わる固相接合面の検査方法として超音波を利用した検査装置の開発に取り組みその駆動機構の設計,製作,試運転の結果を1991年に(PNC PN8410 91-010)報告した。本報告書は,この駆動装置に新たに付加した画像処理システムの設計,製作,試運転の報告と超音波の検査に不可欠である標準試験片の設計,製作並びにPMW試料溶接部の超音波検査試験に関するものである。

報告書

パルス磁気溶接装置の開発(2)-接合強度測定試験結果の報告ー

関 正之; 西山 元邦; 飛田 典幸; 上村 勝一郎

PNC TN8410 93-022, 63 Pages, 1993/03

PNC-TN8410-93-022.pdf:3.47MB

パルス磁気溶接(Pulsed Magnetic Welding(以下、「PMW」と称す。))装置を用いて、燃料要素の被覆管と端栓の溶接法の開発を進めている。接合部の強度は母材と同等以上の性能が要求される。そのため、PMW装置を用いて溶接した試験片の接合強度を測定・評価するとともに、検査方法及び検査基準の最適化を図る必要がある。本装置はODS鋼の溶接用に開発しているが、今回はODS鋼での試験の前段階として、改良オーステナイト鋼製の被覆管とSUS316相当鋼製の端栓を用いて溶接試験及び接合部の強度の測定試験を行い、結果が得られたのでその一部を報告する。(方法)試験方法としては、まず予備試験として、最適溶接条件の選定を行い、決定した溶接条件にて強度評価試験及び超音波探傷検査に使用する試験片を製作した。強度試験としては、引張試験、内圧バースト試験及び圧縮疲労試験を実施し、超音波探傷装置を用いた溶接部欠陥検査を実施した。

報告書

抵抗溶接に関する技術調査と試験片の製作

西山 元邦; 関 正之; 飛田 典幸; 上村 勝一郎

PNC TN8420 93-001, 153 Pages, 1993/01

PNC-TN8420-93-001.pdf:12.4MB

酸化物分散強化型鋼(ODS鋼)を溶接するための新手法として,加圧抵抗溶接(PRW)法が適していると考え,抵抗溶接の装置,溶接部挙動等に関する情報を取得し,その調査結果をまとめ,今後の開発に資する。ベルギーのベルゴニュークリア社(BN社)に,抵抗溶接装置及び溶接方法に関する技術情報の提供及び溶接試験片の製作を依頼しその調査を行った。I.抵抗溶接に関する技術コンサルテーション・装置の機能上重要となるのは,溶接ヘッドの軽量化,被覆管を確実に固定するためのコレットチャック,溶接後のバリを取るための方法等である。・抵抗溶接で溶接した試料の強度評価を行うためには,回転疲労試験が有効である。・BN社では,抵抗溶接装置により製作したODS鋼の燃料要素を,SNR300,PHENIX等で照射試験を行い,溶接部から破損することは無く,健全であることを実証している。II.試験片の製作・選定した溶接条件において,ODS鋼,高強度フェライト/マルテンサイト鋼を溶接した結果,金相試験及び回転疲労試験において良好な接合が得られていることが分かった。抵抗溶接法に関する詳細な情報が入手でき,国産の装置開発の実現の見通しが得られた。PNC支給のODS鋼試験片の溶接試験においては,良好な結果が得られ,抵抗溶接法はODS鋼を溶接するのに有望な手法であるとの実証データが得られた。

報告書

高強度フェライト/マルテンサイト鋼の溶接部及びラッピングワイヤー玉止部の熱処理条件確立試験

西山 元邦; 関 正之; 井坂 和彦*; 石橋 藤雄

PNC TN8410 92-278, 119 Pages, 1992/10

PNC-TN8410-92-278.pdf:8.04MB

期間平成3年4月$$sim$$平成4年4月 高強度フェライト/マルテンサイト鋼(以下、「高強度F/M鋼」と称す。)は、溶接により溶接部近傍が焼き入れ硬化し、延性、じん性等に劣る。そこで、溶接後の熱処理が行える装置の開発及び熱処理条件の確立を行い、「常陽」で照射する、B型特殊燃料集合体の製造に反映させることが必要となった。IFK材、HT9M材の端栓と被覆管を溶接した試料及びIFK材のラッピングワイヤーを玉止めした試料を用い熱処理装置の性能を確認する性能試験、本部材の熱処理特性を確認し最適な熱処理条件を決める熱処理試験、本装置の焼きもどし信頼性を確認する信頼性試験、溶接部の健全性を評価する機械的強度測定試験を行った。1.高強度F/M鋼の溶接部熱処理条件確立試験 ・加熱部の温度は設定温度に対し+-5度C程度の誤差で収めることができた。

報告書

溶接部局部熱処理装置の開発「その1 装置の設計・製作と基本特性評価試験」

西山 元邦; 平子 一仁*; 関 正之; 飛田 典幸; 長井 修一朗; 上村 勝一郎; 豊島 光男

PNC TN8410 91-221, 67 Pages, 1991/08

PNC-TN8410-91-221.pdf:1.75MB

高強度フェライト/マルテンサイト鋼製被覆管(以下『高強度F/M鋼製被覆管』と称す。)は,日米左同研究に基づき平成4年度から高速増殖炉 実験炉「常陽」のB型特殊燃料集合体としての燃料照射試験が予定されている。ところが高強度F/M鋼製被覆管材は燃料要素加工時の溶接により溶接部近傍が焼入硬化し,延性,じん性等が劣る。そこで溶接後の熱処理が行える装置を新たに開発し,B型特殊燃料集合体の製造に反映させる事が必要となった。溶接部の局部熱処理を行うために装置の設計,製作を行い,装置の基本特性を把握するための性能試験及び熱処理試験を実施した。(1) 規定真空度(1$$times$$10-3Pa)までの到達時間は,約45分であった。(2) プログラムのコントロール機構(昇温,保持,降温)が設定通りに作動することを確認した。(3) 放射温度計の感知温度は,放射温度計の当たる部分の形状の変化によって大きく変わってしまう。(4) 本装置による試料の熱処理において,溶接による焼入れ硬化部の最高硬さは600Hvであったのに対し,熱処理後の溶接部近傍硬さは280$$sim$$320Hvまで軟化している事を確認した。(母材硬さは265Hv)(5) 高周波誘導加熱による溶接部の局部を熱処理する方法を採用し,加熱幅は約5mmに限定でき,且つ,熱処理時間は50分/本と短時間で行なえた。上記の結果から本装置の性能を総合して評価すると,概ね当初の設計性能を満足するものであり,溶接部の熱処理は可能であると判断できる。但し溶接部の形状及び光沢の違いにより熱処理温度にバラツキが生じるため,これらの温度制御の方法の確立と熱処理温度と鋼の焼き戻し硬さの関係の明確化が今後の課題と思われる。

報告書

高強度フェライト/マルテンサイト鋼(61年度材)溶接試験その1

蔦木 浩一; 関 正之; 飛田 典幸; 長井 修一朗; 西山 元邦; 井坂 和彦*; 平子 一仁*

PNC TN8410 91-256, 64 Pages, 1991/05

PNC-TN8410-91-256.pdf:4.7MB

高強度フェライト/マルテンサイト鋼を用いた照射試験計画に先だち,本材料の溶接試験を行いその溶接特性評価の一助とする。TIG及びレーザ溶接法により,高強度フェライト/マルテンサイト鋼を用いて製作した被覆管及び端栓の溶接試験を行った。また本材料は,溶接による焼入れ硬化性を示すため,コールドの焼結炉を用いて溶接後に熱処理(焼きもどし)試験を行った。1. 溶接部断面金相試験において,レーザ溶接の場合は溶接部表面に向かって成長した組織(筋状の組織)が観察された。TIG溶接では,このような現象は観察されなかった。また,結晶粒の大きさはTIG溶接の方が大きくなった。2. 溶接後の溶接部硬さは,どの溶接法の場合も母材よりも大幅に増加した。またレーザ溶接よりTIG溶接の方が硬化度は大きかった。3. 熱処理有り,無し共に引張強度及び単軸クリープ強度は溶接法に関係なく同じような値を示した。

報告書

酸化物分散強化型フェライト鋼材の溶接試験(2)-MA957被覆管形状の模擬による溶接試験

蔦木 浩一; 関 正之; 飛田 典幸; 西山 元邦; 井坂 和彦*; 平子 一仁*

PNC TN8410 91-174, 40 Pages, 1991/02

PNC-TN8410-91-174.pdf:5.06MB

MA957鋼被覆管を用いての溶接試験に先立ち,被覆管形状を模擬した溶接試験を行いその溶接特性,機械的性質等に関するデータを取得し,同材料の溶接特性評価の一助とする。MA957鋼の棒材を被覆管形状に機械加工し,端栓との溶接をレーザ溶接法により溶接試験を行った。1. 従来の端栓のツバ部をテーパ型に改良することにより,溶接金属部のアンダーカットは改善された。2. 溶接金属部全周に渡り,空孔が多数観察された。3. 引張強度については,常温で約82kg/mm2となりSUS316相当鋼と同等値を示したが,600$$^{circ}C$$を超えると急激な強度低下を示した。また内圧バースト試験についても同様な結果が観察された。4. 元素の分散状態としては,空孔部にチタン,イットリウムが凝集しクロムは若干減少した端栓形状を改良することによりアンダーカットは改善できたが,空孔の発生,イットリウムの凝集は解決されなかった。従って,MA957鋼の溶接は融接法であるレーザ溶接法では,健全な溶接ができないため融接法に変る溶接法を検討する必要がある。

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