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宮元 展義; 井上 佳尚*; 小泉 智; 橋本 竹治
Journal of Applied Crystallography, 40(s1), p.s568 - s572, 2007/04
被引用回数：5 パーセンタイル：53.48(Chemistry, Multidisciplinary)フォスファゼン(PZN)触媒を用いたリビングアニオン重合により重水素化テトラヒドロフラン(THF)中でメチルメタクリレートの重合を行い、重合過程を中性子小角散乱(SANS)により観察した。触媒溶液のSANS観察では、PZN1分子より大きな散乱体の存在が確認され、THF中で10,ベンゼン中で100程度のPZNカチオンが会合して存在していることが示唆された。触媒溶液にモノマーを加えると重合反応が一気に進行した。リビングポリマー溶液のSANS観察ではゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で見積もられた分子量と同程度の分子量のポリマー鎖が、会合した触媒分子と共存していることが示唆された。溶液を空気中の水分と接触させて失活させても、SANS曲線に変化は観察されなかった。これらのことから、本系においてリビングポリマーは会合せずに単独で存在していることが示された。強い静電相互作用によりLiイオンと複数のリビングアニオン末端が会合体を形成する有機リチウム化合物触媒としたリビングアニオン重合とは対照的な結果である。PZNカチオンの電荷密度が極めて小さくまたリビングアニオン末端も多くのポリマー鎖に非局在化されているためにPZNカチオンとリビングアニオン末端間の相互作用が非常に弱く、このような違いが生じたものと考えられる。
宮元 展義; 井上 佳尚*; 小泉 智; 橋本 竹治
no journal, ,
フォスファゼン(PZN)触媒を用いたリビングアニオン重合により重水素化テトラヒドロフラン(THF)中でメチルメタクリレートの重合を行い、重合過程を中性子小角散乱(SANS)により観察した。触媒溶液のSANS観察では、PZN1分子より大きな散乱体の存在が確認され、THF中でPZNカチオンが会合して存在していることが示唆された。触媒溶液にモノマーを加えると重合反応が瞬時に進行した。リビングポリマー溶液のSANS曲線は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で見積もられた分子量と同程度の分子量のポリマー鎖が、会合した触媒分子と共存しているモデルでほぼ説明された。溶液を空気中の水分と接触させて失活させた場合、低角度領域(実スケールで10nm以上の領域)でのみ散乱強度のわずかな減少が観察された。これらのことから、本系ではリビングポリマーとPZN会合体は非常にゆるやかな集合体を形成していることが示唆された。これら結果は有機リチウム化合物触媒としたリビングアニオン重合とは対照的である。有機リチウムの系では強い静電相互作用によりイオンと複数のリビングアニオン末端がスターポリマー状の会合体を形成する。PZN系では、PZNカチオンの電荷密度がリチウムイオンと比べて極めて小さくまたリビングアニオン末端も多くのポリマー鎖に非局在化されているために、PZNカチオンとリビングアニオン末端間の相互作用が非常に弱い。このことが、両者の違いの原因であると考えられる。
宮元 展義; 井上 佳尚*; 小泉 智; 橋本 竹治
no journal, ,
リビングアニオン重合では、反応中に触媒や重合末端が形成する超分子構造が重要な役割を担うことが知られている。本研究では、中性子小角散乱(SANS),ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC),紫外可視分光法(UV-Vis)による複合測定システムを活用して、フォスファゼン触媒(PZN)によるメチルメタクリレートのリビングアニオン重合過程をその場観察し、触媒・助触媒・重合末端が形成する超分子構造を明らかにし、重合メカニズムを検討した。PZN溶液のSANS観察では、PZN1分子より大きな散乱体の存在が確認され、PZNカチオンが会合して存在していることが示唆された。PZN溶液に助触媒Irgacure 184を加えると過剰な散乱が現れ、Irgacure 184がPZN会合体に取り込まれた複合構造の形成が示唆された。さらにモノマーを加えると重合反応が進行し、リビングポリマー溶液が得られた。リビングポリマー溶液のSANS観察では、GPCで見積もられた分子量と同程度の分子量のポリマー鎖が、PZN/IRG会合体と共存していることが示唆された。溶液を空気中の水分と接触させて失活させると、紫外可視スペクトルに大きな変化が現れたが、SANS曲線に変化は観察されなかった。これらのことから、本系においてリビングポリマーは会合せずに単独で存在していることが示された。
寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔
no journal, ,
原子力機構ではFBRの1インチ伝熱管に挿入可能な伝熱管検査補修システムを完成させた。このシステムは渦電流探傷装置(ECT),観察用及びレーザー照射用ファイバが一体となった複合型光ファイバスコープとレーザー加工ヘッドで構成されており、1インチ管内の模擬微小欠陥を発見し、観察しながらレーザー溶接補修することができる。この検査補修技術は、火力発電,ボイラー,石油化学プラントなどの大型機器から食品加熱装置のような小型機器まで幅広く適用が可能である。本報告ではこれまでのシステムを改良発展させ、配管内に生じた流れ加速型腐食によって、配管の内径が大きく損傷した場合、これを補修するレーザークラッディング技術開発について述べる。
寺田 隆哉; 西村 昭彦; 岡 潔
no journal, ,
長期連続運転が求められるプラントの熱交換器伝熱管では種々の使用条件から表面が腐食し損傷が生じる。これらの損傷は重大事故を引き起こす要因であり、保守保全が重要である。原子力機構では、高速増殖炉熱交換器の1インチ伝熱管に挿入可能な伝熱管検査補修システムを開発した。このシステムは渦電流探傷装置(ECT),複合型光ファイバスコープ,レーザー加工ヘッド,カップリング装置,300Wファイバレーザーで構成されている。微小亀裂をECTで発見し、複合型光ファイバスコープにより観察しながら正確な溶接補修が可能である。現在、新たな技術開発として配管減肉が生じた伝熱管を補修するレーザー肉盛り溶接技術開発に取り組んでいる。新たに溶接用ワイヤを送給し、母材とワイヤを溶融させて肉盛り溶接を行うため、従来システムより熱量が必要になる。2kWファイバレーザーを用いた基礎試験の結果、溶接品質は十分であるが、ヒュームの大量発生,母材の変形,装置が大型であることが問題点と判明した。これらの結果を踏まえ、専用レーザー加工ヘッドの設計や補助熱源の併用によるレーザー出力の抑制に取り組んでいる。
寺田 隆哉; 西村 昭彦
no journal, ,
1インチ伝熱管に発生した配管減肉のレーザー肉盛り溶接補修装置の開発に取り組んでいる。本研究では配管接続部近傍で開口部に近い、検査補修時に比較的アクセスしやすい場所に発生した配管減肉を補修対象とした。レーザー肉盛り溶接補修装置は、レーザー加工ヘッド,レーザー加工ヘッド動作装置,ワイヤ送給装置,複合型光ファイバカップリング装置,ファイバレーザー,制御用PCで構成されている。レーザー加工ヘッドは1インチ伝熱管に挿入可能で、配管外部の動作機構で回転,前後動作させることで、管内のさまざまな個所に発生した欠陥に対応可能である。また、レーザー加工ヘッドと配管の隙間を利用し、溶接ワイヤ及び溶接アシストガスを供給する。レーザーは300Wでは溶接品質が不十分、2kWでは煙ヒュームの大量発生、大型で現場補修に不向きという問題点を確認しており、補助熱源の利用も含めた最適なレーザー源の選定が必要である。今後、伝熱管内レーザー肉盛り溶接技術は高経年化軽水炉,石油化学プラント,新型炉などさまざまなプラントに発生する配管減肉補修への応用を行う。
寺田 隆哉; 山田 知典; 菖蒲 敬久; 西村 昭彦
no journal, ,
レーザー溶接中の溶融池やワイヤ溶融滴の挙動は、溶接品質や溶接環境に深く関係するため、原子力プラントの保守保全の観点からも非常に重要である。しかし、レーザー照射は熱放射やヒューム,レーザー光反射を伴うため、直接観察を行うことは困難である。本研究ではSPring-8からの放射光高輝度単色X線を利用し、配管減肉を模擬した試験片へのワイヤ送給レーザー肉盛り溶接過程の観察を行った。肉盛り溶接過程において、まずワイヤ先端に金属溶融滴が形成、その後溶融滴の溶け込みと安定的な肉盛り部の形成が生じることがわかった。ワイヤ供給開始直後の液滴形成を防止することが、通電による溶融池の追加熱や溶融池の表面温度測定などのレーザー肉盛り技術の高度化に有用である。またプラント保守保全を目的として現在開発中である伝熱管内レーザー肉盛り溶接システムにおいて、溶接品質の向上、溶接中の煙やヒュームの抑制に役立つ知見である。
寺田 隆哉; 山田 知典; 菖蒲 敬久; 西村 昭彦
no journal, ,
溶融地内の流体の挙動は科学的な観点だけでなくエンジニアリングの観点からも興味深い。しかし、レーザー照射により形成される溶融地は表面における熱放射,レーザー光反射,ヒュームの発生などにより観察が困難である。われわれはこれまでにX線吸収コントラストイメージングにより溶融地深さのその場観察に成功した。今回、この技術をレーザー肉盛り溶接に応用した。母材とワイヤの溶融、凝固過程はSPring-8のビームラインBL22XUを利用して行った。X線のエネルギーは二結晶Si(111)モノクロメータにより調整し、70keVとした。300Wファイバレーザーを厚さ5mmの鋼材に照射した。レーザー肉盛りの初期過程において、ワイヤの先端には溶融滴が形成され、ワイヤ径の約3倍の大きさまで成長した。その直後に溶融滴はワイヤ先端から離れ、母材に設けたくぼみを充填した。以降は溶融地に対するワイヤ供給と肉盛り部の成長がレーザー照射終了まで連続的に観察された。この肉盛り溶接過程の可視化は高経年化したプラント補修のためのレーザー肉盛り溶接装置の設計に有用である。
寺田 隆哉; 伊東 富由美; 西村 昭彦
no journal, ,
狭隘部における二種類のレーザープロセシング技術開発に取り組んでいる。一つはナノ秒パルスレーザーを用いた表面クリーニングとLIBSを行う技術、もう一つはCWレーザーを用いた肉盛り溶接技術である。レーザー伝送用ファイバの周囲に画像伝送用ファイバを配置した複合型光ファイバシステムにより狭隘部での画像観察とレーザー照射を実現している。高経年化プラントへの適用を見据えた取り組みについて報告する。
寺田 隆哉; 伊東 富由美; 西村 昭彦
no journal, ,
We developed two brand new devices. One is an inspection machine with surface cleaning and LIBS by a nanosecond pulsed Nd:YAG laser. Another is a cladding machine for heat exchanger tubes by a CW Yb-doped fiber laser. In both cases, a composite-type optical fiber system successfully delivered the laser beams to limited tubular space. The pulsed laser beam repetitively ablated the oxide layer and atomic emission lines were analyzed by a spectrometer simultaneously. The CW fiber laser cladding with wire feeding was performed to fill up the inner wall wastage. We are proposing to apply our technologies to plant maintenance.
寺田 隆哉; 伊東 富由美; 西村 昭彦
no journal, ,
レーザー伝送用ファイバと画像伝送用ファイバを同軸上に束ねた複合型光ファイバを用い、1インチ配管内においてレーザー肉盛り溶接、画像観察および分光分析が可能な装置、技術の開発に取り組んでいる。肉盛り溶接ではミリ秒パルスレーザーを用い、ワイヤ送給による連続的な溶接を実現した。肉盛り溶接の成功にはワイヤ、母材、レーザー照射位置を狭隘空間において一致させることが重要であり、画像による確認とワイヤ母材間の電圧計測によりこの課題を克服した。また、同装置においてナノ秒パルスレーザーを肉盛り溶接後のサンプルに照射、LIBS分析により母材と溶接部の組成の違いを確認することに成功した。本技術は高経年化した原子力プラントや石油化学プラントの配管保守保全への適応が期待される。
寺田 隆哉; 西村 昭彦
no journal, ,
レーザー肉盛り溶接では、ワイヤと母材の接触点にレーザー照射スポットを重ね合わせることが重要である。我々はこれまでに開発した複合型光ファイバシステムを用い、1インチ配管内において画像によるワイヤ送給とレーザー照射位置の一致を実現した。またワイヤと母材間の電位差計測から両者の接触をモニタリングし、配管内壁への多層肉盛り溶接に成功した。既存装置では補修困難であった配管減肉補修への適応が想定される技術である。
寺田 隆哉; 山田 知典; 西村 昭彦
no journal, ,
We developed a laser cladding system in 1-inch tube with a composite-type optical fiberscope which has a laser delivery fiber and image delivery fibers. By X-ray imaging with SPring-8 synchrotron radiation, we found that a molten droplet was formed at the edge of a wire. Here we measured the thermo-electromotive force voltage between a wire and a tube metal to confirm whether both came in contact. The QCW laser cladding with our system was performed and we succeeded to make a line clad layer on a 1-inch tube inner wall. We are proposing to apply our technologies to plant maintenance.
寺田 隆哉; 岡 潔; 西村 昭彦
no journal, ,
蒸気発生器伝熱管検査補修技術開発で培った技術をもとに新しいレーザー溶接補修ツールの産業化を進めている。レーザー源にはナノ秒パルスYAGレーザーからCWファイバレーザーにいたる各種レーザーが利用可能である。ツール先端分は手持ち溶接トーチのデザインとし、配管内や隅肉などの狭隘空間でのレーザー溶接及び表面改質を行うことができる。溶接トーチの先端部からのガス供給により、溶接等の作業において雰囲気を制御することができる。また、レーザー伝送用ファイバと画像伝送用ファイバを同軸上に配して一体溶融化した複合型光ファイバにより、直視が困難な場所でも観察しながらの作業が可能である。装置全体は小型で可搬型であるため、プラントなどの現場に持ち込んで使用することができる。
