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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

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

The Performance evaluation of electron tracking Compton camera for medical imaging

園田 真也*; 鍋谷 明*; 木村 博之*; 株木 重人*; 高田 篤史*; 久保 英俊*; 木村 正太郎*; 澤野 達也*; 谷森 達*; 松岡 義弘*; et al.

no journal, , 

京都大学において開発されたコンプトンカメラの医療用撮像への性能評価実験を行った。線源としては京都大学薬学部で作られたF-18および原子力機構において生成されたTc-95mを用いた。新しく開発されたコンプトンカメラにおいてF-18およびTc-95mを用いた撮像に成功した。

口頭

宇宙$$gamma$$線望遠鏡の社会応用 電子飛跡検出型コンプトンカメラ(ETCC)の医療応用

園田 真也*; 奈部谷 章*; 木村 博之*; 株木 重人*; 高田 淳史*; 窪 秀利*; 古村 翔太郎*; 谷森 達*; 松岡 佳大*; 水村 好貴*; et al.

no journal, , 

SPECTやPETのような既存の核医学イメージング装置では測定可能な$$gamma$$線のエネルギーが限られているため使用できる薬剤に制限がある。電子飛跡検出型コンプトカメラ(ETCC)にはこのような制限は無いため新しい薬剤開発の促進が期待できる。本研究では医療用$$gamma$$線カメラを開発し医療機能イメージングの可能性を広げ、医療に貢献すること目指している。

口頭

Application of Electron Tracking Compton Camera (ETCC) in medical imaging

園田 真也*; 鍋谷 明*; 木村 寛之*; 株木 重人*; 高田 淳史*; 久保 英俊*; 古村 翔太郎*; 澤野 達哉*; 谷森 達*; 松岡 義弘*; et al.

no journal, , 

F-18による点線源および棒状ファントムをもちいた新しく開発したETCCカメラによる撮像および原子力機構において生成したTc-95mから発せられる204, 583, and 835keVの$$gamma$$線による多重エネルギー撮像を行った。この開発により位置分解能を10度から8度に改善することができた。さらにシンチレーターの厚みを1radから2radに増加させ、ガス圧を1気圧から3気圧に増すことにより検出効率を5倍程度改善することにより新たなETCCの開発を行い、数時間要していたマウスのイメージングを0.1-2.0MeVの多種類のRIから発せられる多種の$$gamma$$線に対して20分以内での撮像が期待できる。

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、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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