Internal strain distribution of laser lap joints in steel under loading studied by high-energy synchrotron radiation X-rays

菖蒲 敬久; 城 鮎美*; 河野 史明*; 村松 壽晴; 山田 知典; 永沼 正行; 小澤 隆之

Quantum Beam Science (Internet), 5(2), p.17_1 - 17_9, 2021/06

https://doi.org/10.3390/qubs5020017

自動車産業は、照射面の反対側に照射痕を発生させることなく高エネルギー密度を実現するため、レーザービーム溶接を採用している。ひずみゲージや管球X線などの一般的な測定手法では、接合部の溶接部での局所的なひずみを評価できない。本研究では、高エネルギー放射光X線回折を使用して、高温かつ荷重下でのレーザー重ね継手PNC-FMS鋼(厚さ2および5mm)の内部ひずみ分布を計測した。その結果、引張荷重が増加すると、局所的な引張ひずみと圧縮ひずみが界面近くで増加した。これらの分布は、有限要素解析の結果とよく一致した。ただし、当該分布はレーザー加工によって発生する欠陥に依存するため、X線透過イメージングによる内部欠陥観察を補完的に利用することが不可欠であることもわかった。

高速炉燃料集合体開発に係るフェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)のレーザー溶接試験

河野 史明; 十亀 求; 山田 知典; 菖蒲 敬久; 永沼 正行; 小澤 隆之; 村松 壽晴

JAEA-Technology 2015-004, 57 Pages, 2015/03

JAEA-Technology-2015-004.pdf:20.87MB

高速炉燃料集合体の内部ダクトとラッパ管の溶接技術開発に関し、レーザー溶接の適用性を確認するため、それらを模擬した厚さ2mmと5mmのフェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)板材を用いてレーザー溶接試験を実施した。その結果、スポット溶接とビード溶接それぞれについて、溶接欠陥が少なくかつ十分な溶込み深さが得られる見通しを得た。スポット溶接については、溶接時の冷却速度を低下させることで、また、レーザーをパルス照射にすることで、溶接部の割れや空孔の発生を抑制できることが分かった。また、690C103minの溶接後熱処理により、溶接部のひずみはほぼ除去され、硬さも母材と同程度まで回復した。さらに、せん断試験の結果、溶接部は十分なせん断強度を有していることを確認した。これらの結果から、PNC-FMSラッパ管と内部ダクトの接合方法として、レーザー溶接は有望な手段と考えられる。

平成20年度核燃料サイクル工学研究所放出管理業務報告書(排水)

武石 稔; 松浦 賢一; 渡辺 均; 中野 政尚; 河野 恭彦; 檜山 佳典; 藤井 純*; 菊地 政昭*; 佐川 文明*; 大谷 和義*

JAEA-Review 2009-039, 131 Pages, 2009/12

JAEA-Review-2009-039.pdf:15.22MB

本報告書は、原子力規制関係法令を受けた再処理施設保安規定,核燃料物質使用施設保安規定,放射線障害予防規程,放射線保安規則及び茨城県等との原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定書並びに水質汚濁防止法及び茨城県条例に基づき、平成20年4月1日から平成21年3月31日までの期間に日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所から環境へ放出した放射性排水の放出管理結果をとりまとめたものである。再処理施設,プルトニウム燃料開発施設をはじめとする各施設からの放射性液体廃棄物は、濃度及び放出量ともに保安規定及び協定書等に定められた基準値を十分に下回った。

平成18年度核燃料サイクル工学研究所放出管理業務報告書(排水)

武石 稔; 宮河 直人; 中野 政尚; 水谷 朋子; 河野 恭彦; 檜山 佳典*; 藤井 純*; 菊地 政昭*; 佐川 文明*; 大谷 和義*

JAEA-Review 2007-041, 130 Pages, 2007/12

JAEA-Review-2007-041.pdf:25.46MB

本報告書は、原子力規制関係法令を受けた再処理施設保安規定,核燃料物質使用施設保安規定,放射線障害予防規程,放射線保安規則及び茨城県などとの原子力施設周辺の安全確保及び環境保全に関する協定書並びに水質汚濁防止法及び茨城県条例に基づき、平成18年4月1日から平成19年3月31日までに実施した日本原子力研究開発機構核燃料サイクル工学研究所から環境へ放出した低レベル放射性排水の放出管理結果をとりまとめたものである。再処理施設,プルトニウム燃料開発施設をはじめとする各施設の放出した放射性物質は、濃度及び放出量ともに保安規定及び協定書等に定められた基準値を十分に下回った。

高燃焼度下での高速炉燃料の照射挙動評価

河野 史明; 根本 潤一*; 石井 徹哉; 水野 朋保

no journal, , 

高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)の一環として、ドライバ燃料の高燃焼度下での熱的・機械的照射挙動を概略評価した。本検討では、酸化物燃料に加えて、FaCTの中で補間概念として検討を進めている金属燃料も対象とし、現在検討中の燃料仕様や照射条件を参照したノミナル評価を行った。その結果、燃料の照射中の健全性は十分に確保されているとの考察が得られ、今後はノミナル評価による挙動予測評価精度の向上を図り、設計検討における保守性合理化への反映を図る考えである。

FaCT検討MOX燃料炉心の燃料ピン構造に関する検討; 下部ガスプレナム部燃料ペレット支持構造の開発

河野 史明; 上羽 智之

no journal, , 

高速増殖炉サイクル実用化研究開発(FaCT)におけるMOX燃料炉心では下部ガスプレナム仕様の燃料ピンの使用を想定しており、下部ガスプレナム上部に燃料ペレット支持構造が必要となる。本検討では、ペレット支持構造として、絞り加工を施したプラグを被覆管に挿入し、かしめて固定する構造について試作及び評価を行った。その結果、被覆管の均一なかしめ加工が可能となるプラグ絞り形状等の条件を見いだしたほか、被覆管加工部の硬さが増加し延性に影響があることが示された。また、有限要素法による解析を実施し、被覆管加工部の歪みについて試験結果との比較検討を行い、解析から被覆管加工部の加工度や延性低下についておおよその予測評価ができる見通しを得た。

高速炉燃料集合体開発にかかわる溶接技術開発

河野 史明; 十亀 求; 山田 知典; 菖蒲 敬久; 小澤 隆之; 村松 壽晴

no journal, , 

高速炉燃料の高燃焼度を達成するには、照射耐性に優れる炉心材料が必要であり、ラッパ管には耐スエリング性の観点からフェライト/マルテンサイト鋼(PNC-FMS)の適用が有望である。PNC-FMSラッパ管の溶接技術開発に関し、従来から検討している抵抗溶接では、溶接面の密着状況が電気抵抗に大きく影響するため、ラッパ管寸法に高い精度が要求される。一方、レーザー溶接は材料を圧着させる必要がなく、また高出力密度であるため、密着条件に対する要求の緩和が期待できる。そこで、抵抗溶接の代替技術としてレーザー溶接の適用性を検討するため、PNC-FMS板材を用いて溶接試験を行った。その結果、レーザー出力と入熱量を調節することで、溶接欠陥が少なく、適切な溶融形状が得られる見通しを得た。また、熱処理により溶接部の歪みが低減されること、及び溶接部のせん断強度はPNC-FMSラッパ管の(設計降伏応力から求まる)せん断降伏応力を十分上回っており、抵抗溶接と同等の強度を有していることを確認した。

レーザ溶接による重合せ溶接材内部ひずみ分布の熱処理効果

菖蒲 敬久; Zhang, S.; 城 鮎美; 村松 壽晴; 山田 知典; 河野 史明; 小澤 隆之

no journal, , 

レーザ溶接は近年最も注目されている溶接技術であるが、レーザ溶接を施した材料においては、急激な熱履歴に伴い、凝固割れやポリシティなどの内部欠陥や隣接部に残留応力が発生し、これが産業利用への課題となっている。本研究では、上述のうち、残留応力に注目し、重合せ溶接した鉄鋼材料中の内部ひずみを高エネルギー放射光により明らかにし、それが熱処理に伴いどこまで改善するかを検討した。SPring-8, BL22XUで高エネルギー放射光X線を利用したひずみスキャンニング法の測定結果から、溶接のままでは内部ひずみが複雑に存在しているが、熱処理を施すことで劇的に軽減すること、測定結果の1つである回折プロファイルの幅と材料内部の硬さに相関があり、硬さ評価がX線回折法で非破壊で実施できる可能性を見いだした。

X線回折法を利用した溶接材熱処理最適条件の導出

菖蒲 敬久; Zhang, S.*; 城 鮎美; 山田 知典; 村松 壽晴; 河野 史明; 小澤 隆之

no journal, , 

熱処理による応力除去等は鉄鋼材料で一般的に利用されている手法である。一方で熱処理最適条件は人海戦術により実施されているのが現状である。本研究では高エネルギー放射光を利用し、熱処理中の溶接材内部の回折プロファイルを時分割で測定し、半値幅の変化よりその最適条件の導出に成功したので紹介する。

Neutron diffractometer for protein crystallography at cold neutron beam line of JRR-3

栗原 和男*; 田村 格良; 平野 優*; 廣本 武史*; 河野 史明*; 玉田 太郎*

no journal, , 

The elucidation of the protein-protein interaction, especially among membrane proteins and protein complexes, is one of the most important research fields in life science. Such proteins have large molecular weights, and the lattice lengths of their crystals have large values. Cold neutrons contribute to improve the difficulty in separating Bragg peaks from those crystals. A diffractometer, to be installed at the cold neutron beamline, will be equipped a feature to choose a wavelength appropriate for data collection. As the effectively usable angular divergence is limited for the single crystal diffraction method, neutron beam within the divergence of 1.0 degree at the cold beamline was simulated by the McStas program. From the calculation the peak wavelength of the spectrum at C1-3 beam port was shifted from 0.4 nm to 0.29 nm, and the gain was one order of magnitude at the wavelength of 0.29 nm by the upgrading. The performance of the diffractometer will be discussed.