JP2014065061A - Surface modification method and structure of nickel base alloy weld metal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、原子炉等の構造物に用いられるニッケル基合金溶接金属の表面改質方法及び構造物に関する。 The present invention relates to a surface modification method and structure for a nickel-base alloy weld metal used in a structure such as a nuclear reactor.
一般の沸騰水型原子炉(以後BWRと称す)では、原子炉建屋内に原子炉格納容器が設置されており、この原子炉格納容器内には原子炉圧力容器がペデスタル上に設置されている。原子炉圧力容器内には炉心および冷却水が収容されており、この冷却水は炉心の下方から上方に流通する際、炉心の核反応熱を奪い昇温する。昇温した冷却水は蒸気と水との二相流状態になり炉心の上方に設けられた気水分離器内に流入する。気水分離器で水と蒸気に分離され、分離された蒸気は気水分離器の上方に設けられた蒸気乾燥器で乾燥されて乾燥蒸気となり、上記原子炉圧力容器に接続された主蒸気配管を介してタービン系に供され、タービン系を駆動する。一方、分離された水は炉心の下方に流下して、再度炉心の下方から上方に向かって流通し、以下同様のサイクルを繰り返す。 In a general boiling water reactor (hereinafter referred to as BWR), a reactor containment vessel is installed in the reactor building, and a reactor pressure vessel is installed on the pedestal in the reactor containment vessel. . A reactor core and cooling water are accommodated in the reactor pressure vessel, and when this cooling water flows from the lower side to the upper side of the reactor core, the temperature rises by taking away the nuclear reaction heat of the core. The heated cooling water is in a two-phase flow state of steam and water, and flows into a steam separator provided above the core. The steam is separated into water and steam by the steam separator, and the separated steam is dried by the steam dryer provided above the steam separator to become dry steam, which is connected to the reactor pressure vessel. Is provided to the turbine system via the turbine to drive the turbine system. On the other hand, the separated water flows down below the core and flows again from below to above the core, and the same cycle is repeated thereafter.
上記原子炉圧力容器は、容器本体と、この容器本体の上部開口を閉塞するように設けられた蓋体と冷却水を取水し、主蒸気を導出する配管から構成されている。この圧力容器本体は円筒状の胴体と、この胴体下端に接続された下鏡とから構成されている。 The reactor pressure vessel is composed of a vessel main body, a lid provided so as to close the upper opening of the vessel main body, and piping for taking cooling water and leading out main steam. The pressure vessel body is composed of a cylindrical body and a lower mirror connected to the lower end of the body.
上記原子炉圧力容器内の内部構造物、接続配管セーフエンド、炉内計装管や制御棒駆動機構案内管の貫通部等の構造物、及び原子炉圧力容器内面の肉盛オーバレイ部などの溶接部には、溶接金属として主にニッケル基合金が用いられている(特許文献1)。 Welding of internal structures in the reactor pressure vessel, connection pipe safe end, structures such as in-core instrumentation tubes and control rod drive mechanism guide tube penetrations, and overlay overlays on the inner surface of the reactor pressure vessel A nickel-based alloy is mainly used as the weld metal in the part (Patent Document 1).
このようなニッケル基合金を溶接金属として用いた溶接継手部の例を図6に示す。この溶接継手部1は、母材2、3と、母材2、3に突き合わせ溶接されたニッケル基合金からなる溶接金属4から構成される。
An example of a welded joint using such a nickel-based alloy as a weld metal is shown in FIG. The
ところで、ニッケル基合金からなる溶接金属4は高耐食性材料であるが、高温純水中で応力腐食割れ(SCC)感受性を示すことが知られている。600合金では母材が粒状組織であるのに対し、182合金のような溶接金属は、図6に示すように柱状晶4aが形成された方向性を持った金属組織であり、接液部となる表面から溶接金属内部に向う方向性を有している。
By the way, although the
このような金属組織の182合金からなるニッケル基合金溶接金属4は、原子炉冷却水のような高温水中で柱状晶に沿った粒界型のSCC感受性を有し、有意な進展速度を示すことが知られている。もしも供用運転中に、仮に、応力腐食割れによるき裂が発生した場合は、溶接部の残留応力に依存して柱状晶に沿ったき裂の進展が生じ、構造物の健全性が損なわれる可能性がある。
The nickel-base
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、原子炉等の構造物の溶接継手部や肉盛オーバレイ部等の溶接部における柱状晶組織のニッケル基合金からなる溶接金属の表面を改質することにより、耐応力腐食割れ性を向上させ、構造物の健全性及び信頼性を高めることができるニッケル基合金溶接金属の表面改質方法及び構造物を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The surface of a weld metal made of a nickel-based alloy having a columnar crystal structure in a welded joint portion such as a welded joint portion or a built-up overlay portion of a structure such as a nuclear reactor is provided. An object of the present invention is to provide a nickel-base alloy weld metal surface modification method and structure capable of improving the stress corrosion cracking resistance and improving the soundness and reliability of the structure by modification.
上記課題を解決するために、本発明に係るニッケル基合金溶接金属の表面改質方法は、構造物の溶接部における柱状晶組織のニッケル基合金溶接金属を溶融し、次に溶融した溶接金属を攪拌することにより柱状晶組織を粒状組織に改質することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, a surface modification method for a nickel-base alloy weld metal according to the present invention involves melting a nickel-base alloy weld metal having a columnar crystal structure in a welded portion of a structure, and then melting the weld metal. The columnar crystal structure is modified to a granular structure by stirring.
本発明によれば、原子炉等の構造物の溶接部におけるニッケル基合金溶接金属の応力腐食割れの発生、進展を抑制することにより、構造物の健全性及び信頼性を高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the soundness and reliability of a structure can be improved by suppressing generation | occurrence | production and progress of the stress corrosion crack of the nickel base alloy weld metal in the weld part of structures, such as a nuclear reactor.
以下、本発明に係るニッケル基合金溶接金属の表面改質方法及び構造物の実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a surface modification method and a structure of a nickel-base alloy weld metal according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施形態]
第1の実施形態に係るニッケル基合金溶接金属の表面改質方法を図1乃至図3により説明する。
[First Embodiment]
A surface modification method for a nickel-base alloy weld metal according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
(構成)
本実施形態では、構造材の溶接部として溶接継手部1に本実施形態の表面改質方法を適用した例について説明する。
(Constitution)
This embodiment demonstrates the example which applied the surface modification method of this embodiment to the welded
溶接継手部1は、例えば600合金等のニッケル基合金からなる母材2、3が、例えば182合金等からなるニッケル基合金溶接金属4で突き合わせ溶接されている。このニッケル基合金溶接金属4は柱状晶の金属組織であり、本実施形態では図1に示すようにティグアークを用いた表面改質装置により表面改質をおこなう。
In the
この表面改質装置は、ティグトーチ6と、その周囲に配置された磁性材料7と、磁性材料7の外周に巻回された励磁コイル8と、交流矩形波発生電源9と、外部電源10とから構成される。
This surface modifying apparatus includes a
(作用)
柱状晶の金属組織であるニッケル基合金溶接金属4の表面改質を行う際は、被対象物である溶接継手部1とティグトーチ6の間に外部電源10から電圧を印加することによりティグアークを発生させ、ニッケル基合金溶接金属4の表面に溶融池11を形成させる。
(Function)
When the surface modification of the nickel-base
この溶融池11が形成されている状態で、交流矩形波発生電源9より励磁コイル8に電流を流し、ティグトーチ6を移動するのに合わせて励磁コイル8を巻回した磁性材料7を移動する。この時、磁場強度、磁場周波数を調整することにより、交流磁場12を前記溶融池11に対して垂直方向に形成することができる(図1の矢印で示す方向)。
In a state where the
これによって、図2に示すように、溶融池11内を流れる溶接電流13との関係でローレンツ力14の作用方向が周期的に逆転し、上記溶融池11内が効果的に攪拌される。この攪拌により柱状晶の成長が抑えられ、図3に示すように、溶融、凝固した表面改質層5に粒状組織が形成されることになり、SCC発生、進展に対する抵抗が高くなる。
As a result, as shown in FIG. 2, the action direction of the Lorentz
この粒状組織の表面改質層5の厚みは、ニッケル基合金溶接金属4に形成される溶融池11の深さに関連するが、ニッケル基合金溶接金属4の接液側に所定厚みの表面改質層が形成されればよく、その厚みは接液水の水質等の周囲の環境に応じて適宜設定される。
The thickness of the surface-modified
(効果)
本実施形態によれば、冷却水等に接する柱状晶組織のニッケル基合金溶接金属4の表面層が溶融、攪拌、凝固され、その結果、ニッケル基合金溶接金属4に粒状組織の表面改質層5が形成されるため、応力腐食割れの発生、進展を効果的に抑制することが可能となる。これにより、構造物の健全性、信頼性を向上させることができる。
(effect)
According to this embodiment, the surface layer of the nickel-base
[第2の実施形態]
第2の実施形態に係る溶接金属の表面改質方法及び構造物を図4により説明する。
(構成)
本第2の実施形態ではレーザー光を用いて表面改質を行うことを特徴とする。
[Second Embodiment]
The weld metal surface modification method and structure according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
(Constitution)
The second embodiment is characterized in that surface modification is performed using laser light.
本実施形態では、表面改質装置として、溶融用のレーザー光15と攪拌用のレーザー光17をそれぞれ発振する2台のレーザー発振器(図示せず)と、レーザー光15を集光する集光光学系16と、レーザー光17を集光する集光光学系18と、溶融部にシールドガス19を供給するシールドガスノズル20と、から構成される第1及び第2のレーザー光照射装置を用いて表面改質をおこなう。
In the present embodiment, as a surface modification device, two laser oscillators (not shown) that respectively oscillate melting
(作用)
柱状晶の金属組織であるニッケル基合金溶接金属4の表面改質をおこなう際は、第1のレーザー光照射手段のレーザー発振器から発振されたレーザー光15を集光光学系16にて集光し、表面改質の対象部であるニッケル基合金溶接金属4の表面を照射する。そのレーザー光15の進行方向前方から、溶接金属の酸化を防止するためにシールドガス19を供給する。これにより、レーザー光照射部分は溶融し、溶融池11が形成される。
(Function)
When the surface modification of the nickel-base
なお、溶接用のレーザー光には、例えばYAGレーザーが用いられる。また、集光光学系に放物面ミラーのような集光ミラーを用いても良い。さらに、YAGレーザーの代わりにCO2レーザーを用いても良い。 For example, a YAG laser is used as the laser beam for welding. A condensing mirror such as a parabolic mirror may be used for the condensing optical system. Further, a CO 2 laser may be used instead of the YAG laser.
この第1のレーザー光照射手段による溶融に合わせて、第2のレーザー光照射手段のパルスレーザー発振器から発振されたレーザー光17を集光光学系18にて集光し、凝固直前の溶融池11に照射する。この第2のレーザー光照射手段のレーザー光17は、通常のパルスよりもパルス幅が短く、ピークパワーの高いQスイッチレーザー等が用いられる。このレーザー光17により発生した衝撃波は溶融池11に攪拌作用を与え、凝固した溶接金属表面層において柱状晶の成長が阻止され、図3に示すように、溶融、凝固した表面改質層5に粒状組織が形成されることになる。
In accordance with the melting by the first laser light irradiation means, the
(効果)
本実施形態によれば、レーザー光の移動に合わせて、上記第1及び第2のレーザー光照射手段により溶融池11を形成し、攪拌することにより、ニッケル基合金溶接金属4の表面に粒状組織の表面改質層5が形成され、SCC発生、進展に対する抵抗を向上させることができる。これにより、構造物の健全性、信頼性を向上させることができる。
(effect)
According to the present embodiment, in accordance with the movement of the laser beam, the
[第3の実施形態]
第3の実施形態に係る溶接金属の表面改質方法及び構造物を図5により説明する。
本第3の実施形態は、図5に示すように、上記実施形態の表面改質方法を施工した後、最終的に得られた表面改質層5の材料よりも耐食性の高いERNiCrFe−7、ERNiCrFe−7A、又はそれよりもNb濃度が高いCr含有Ni基溶接金属を肉盛溶接して高耐食性最外層22を形成する。これにより、耐食性がさらに向上し、SCC発生、進展に対する抵抗が高くなるため、構造物の健全性、信頼性をさらに向上させることができる。
[Third Embodiment]
A weld metal surface modification method and structure according to a third embodiment will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, as shown in FIG. 5, after applying the surface modification method of the above embodiment, ERNiCrFe-7 having higher corrosion resistance than the material of the
[変形例]
上記実施形態では表面改質法を構造材の溶接継手部のニッケル基合金溶接金属に適用した例を説明したが、これに限定されず、圧力容器の内面を改質するために肉盛溶接されたオーバレイ部のニッケル基合金溶接金属4に適用してもよい。
[Modification]
In the above embodiment, the example in which the surface modification method is applied to the nickel-base alloy weld metal of the weld joint portion of the structural material has been described. However, the present invention is not limited to this, and overlay welding is performed to modify the inner surface of the pressure vessel. Further, it may be applied to the nickel-base
また、ニッケル基合金溶接金属4にSCCなどの欠陥が既に存在する場合でも、その部分に本実施形態の表面改質方法を適用することができる。その場合、欠陥も含めた部分が溶融、凝固されて、欠陥が消失するのと合わせて組織の粒状化が生じ、上述した実施形態と同様な効果が得られる。
Even when a defect such as SCC already exists in the nickel-base
以上、説明したように本実施形態に係るニッケル基合金溶接金属の表面改質方法によれば、原子炉圧力容器等の構造物の溶接部におけるニッケル基合金溶接金属に対し、接液部となる溶接金属表面を溶融、凝固させ、その過程で攪拌力を作用させることにより、表層の金属組織を粒状化させ、これにより、SCCの発生、進展に対する抵抗を向上させ、構造物としての健全性及び信頼性を向上することができる。また、原子炉全体の信頼性及び安全性を大幅に向上させることが可能となる等その効果は大である。 As described above, according to the surface modification method for a nickel-base alloy weld metal according to the present embodiment, it becomes a wetted part with respect to the nickel-base alloy weld metal in a weld part of a structure such as a reactor pressure vessel. By melting and solidifying the surface of the weld metal and applying a stirring force in the process, the surface metallographic structure is granulated, thereby improving the resistance to the occurrence and progress of SCC, the soundness of the structure and Reliability can be improved. In addition, the reliability and safety of the entire nuclear reactor can be greatly improved, and the effect is great.
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, combinations, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…溶接継手部、2、3…母材、4…ニッケル基合金溶接金属、5…表面改質層、6…ティグトーチ、7…磁性材料、8…磁励コイル、9…交流矩形波発生電源、10…外部電源、11…溶融池、12…交流磁場、13…溶接電流、14…ローレンツ力、15、17…レーザー光、16、18…集光光学系、19…シールドガス、20…シールドガスノズル、22…高耐食性最外層。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
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Cited By (1)
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JP2016165738A (en) * | 2015-03-09 | 2016-09-15 | 日本電気硝子株式会社 | Bonding method, bonding device and joined body |
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2012
- 2012-09-26 JP JP2012212424A patent/JP2014065061A/en active Pending
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