JP6329769B2 - 溶接方法及び補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接方法、補修方法、及び原子炉容器に関する。

特許文献１に開示されているように、構造物の補修が溶接で行われる場合がある。

特開２０００−２４６４３８号公報

例えば、原子炉容器の欠陥（１次欠陥）を溶接で補修する場合、健全な溶接が行われないと、溶接欠陥（２次欠陥）が発生する可能性がある。その結果、補修が良好に行われず、原子炉容器の品質が低下する可能性がある。

本発明の態様は、溶接欠陥の発生を抑制し、健全な溶接を行うことができる溶接方法を提供することを目的とする。また、本発明の態様は、欠陥を良好に補修できる補修方法を提供することを目的とする。また、本発明の態様は、品質の低下を抑制できる原子炉容器を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、中性子が照射された低合金鋼の母材（その母材に既に溶接された溶接部を含む）を、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接材料を用いて溶接すること、を含む溶接方法を提供する。

本発明の第１の態様によれば、低合金鋼の母材を溶接する場合、溶接材料としてオーステナイト系ステンレス鋼が使用されることにより、溶接欠陥の発生が抑制される。母材が中性子の照射を受けると、母材中にヘリウムが発生する可能性がある。ヘリウムを含む母材が溶接された場合、そのヘリウムに起因して、溶接金属にポロシティが発生する可能性がある。本発明者の知見によると、溶融金属のガス圧を一定とした場合、ポロシティは、溶融金属の表面張力が小さいと生成され易く、溶融金属の表面張力が大きいと生成され難い。オーステナイト系ステンレス鋼の表面張力は、低合金鋼の表面張力よりも大きい。したがって、中性子が照射された低合金鋼の母材がオーステナイト系ステンレス鋼の溶接材料を用いて溶接されることにより、ポロシティのような溶接欠陥の発生が抑制される。

本発明の第１の態様において、前記溶接により前記母材と前記溶接材料との溶接金属が生成され、規定入熱量により生成される溶接金属の希釈率を測定することと、測定した前記希釈率と溶接金属の目標フェライト量とに基づいて溶接材料の組成を決定することと、前記決定された組成の溶接材料を用いて前記母材を溶接することと、を含んでもよい。

オーステナイト系ステンレス鋼の溶接金属には、低合金鋼を溶かし込む際に巻き込んだヘリウムが含有されており、多層多パス溶接した際の溶接熱サイクルでヘリウムが結晶粒界に集積し、ボイド欠陥として成長して、高温延性を低下させる。溶接金属に含まれるフェライト量が減少すると、溶接金属の高温延性が低下し、溶接金属に割れ（亀裂）のような溶接欠陥が発生する可能性がある。希釈率と目標フェライト量とに基づいて決定された組成を有する溶接材料で溶接を行うことにより、目標フェライト量を含む溶接金属が生成される。したがって、溶接欠陥の発生が抑制される。

本発明の第１の態様において、前記溶接により前記母材と前記溶接材料との溶接金属が生成され、前記溶接金属の目標フェライト量を設定することと、前記溶接金属の第１希釈率及び前記第１希釈率とは異なる第２希釈率の両方で前記目標フェライト量の溶接金属が生成されるように前記溶接材料の組成を決定することと、前記第１希釈率と前記第２希釈率との間の希釈率となるように入熱量を設定して、前記決定された組成の溶接材料を用いて前記母材を溶接することと、を含んでもよい。

従って、目標フェライト量を有する溶接金属が生成され、溶接欠陥の発生が抑制される。また、第１希釈率と第２希釈率との間で希釈率が変化しても、溶接欠陥の発生が抑制される。

本発明の第１の態様において、前記溶接金属の目標フェライト量は、５％以上１２％以下でもよい。

従って、溶接金属の割れ及び耐食性の劣化などが抑制される。溶接金属に含まれるフェライト量が５％よりも少ない場合、溶接金属は十分な延性が得られず、割れが発生する可能性がある。溶接金属に含まれるフェライト量が１２％よりも多い場合、例えば溶接金属の耐食性が劣化するなど、他の弊害をもたらす。溶接金属のフェライト量が５％以上１２％以下になるように調整されることにより、弊害が生じることが抑制される。

本発明の第２の態様は、中性子が照射された母材の欠陥を検出することと、検出された前記欠陥を第１の態様の溶接方法で補修することと、を含む補修方法を提供する。

本発明の第２の態様によれば、溶接欠陥（２次欠陥）の発生が抑制された溶接方法で母材の欠陥（１次欠陥）が補修されるので、その母材は良好に補修される。

本発明の第２の態様において、前記欠陥を含む前記母材の一部分を除去することを含み、前記母材の溶接は、前記除去により前記母材に形成された凹部の溶接を含み、前記凹部の溶接は、前記凹部を溶接金属で埋めることを含んでもよい。

従って、母材の欠陥が除去された後、その除去により母材に形成された凹部を埋めるように溶接が行われるので、母材の欠陥が良好に補修される。

本発明の第２の態様において、前記溶接は、前記母材の表面に形成されたオーステナイト系ステンレス鋼のクラッド層の溶接を含み、前記除去は、前記クラッド層の一部分を除去することを含み、前記クラッド層の溶接は、前記除去により前記クラッド層に形成された開口部の溶接を含み、前記開口部の溶接は、前記開口部を溶接金属で埋めることを含んでもよい。

従って、母材に欠陥が発生された場合、母材の一部分及びクラッド層の一部分が除去された後、凹部及び開口部が溶接されることにより、母材及びクラッド層は良好に補修される。

本発明の第２の態様において、前記クラッド層に前記溶接金属が接触しないように、前記凹部を第１入熱量で溶接することと、前記凹部の溶接後、前記開口部を前記第１入熱量よりも小さい第２入熱量で溶接することと、を含んでもよい。

従って、溶接欠陥の発生が抑制されつつ、溶接作業時間の短縮が図られる。クラッド層は溶接で形成されており、熱影響部を含む。また、中性子の照射により、クラッド層はヘリウムを含む可能性がある。そのため、溶接材料（溶接金属）がクラッド層と接触すると、割れのような溶接欠陥が発生する可能性がある。クラッド層の開口部が第１入熱量よりも小さい第２入熱量で溶接されることにより、溶接欠陥の発生が抑制される。母材の凹部が第２入熱量よりも大きい第１入熱量で溶接されることにより、溶接作業時間の短縮が図られる。

本発明の第２の態様において、前記凹部及び前記開口部を第３入熱量で溶接することと、前記凹部の溶接及び前記開口部の溶接後、前記凹部の前記溶接金属を残した状態で、前記開口部の前記溶接金属及び前記開口部の周囲の前記クラッド層の一部分を除去することと、前記除去により前記クラッド層に形成された第２開口部を前記第３入熱量よりも小さい第４入熱量で溶接することと、を含んでもよい。

従って、溶接欠陥の発生が抑制されつつ、溶接作業時間の短縮が図られる。凹部及び開口部が第４入熱量よりも大きい第３入熱量で溶接されることにより、溶接作業時間は短縮される。その溶接によって開口部の周囲のクラッド層の一部分に溶接欠陥が発生しても、開口部の周囲のクラッド層の一部分が除去されることにより、その溶接欠陥はクラッド層の一部分とともに除去される。クラッド層に形成された第２開口部は第３入熱量よりも小さい第４入熱量で溶接されるので、溶接欠陥の発生が抑制される。

本発明の第２の態様において、前記凹部の形成後、前記凹部の溶接及び前記開口部の溶接前に、前記凹部にプラグ部材を配置することと、前記凹部に前記プラグ部材が配置された状態で、前記開口部を第５入熱量で溶接することと、前記開口部の溶接後、前記開口部の溶接金属の一部を除去して前記溶接金属に第３開口部を形成することと、前記凹部から前記プラグ部材を除去することと、前記第３開口部の形成及び前記プラグ部材の除去後、前記凹部及び前記第３開口部のそれぞれを前記第５入熱量よりも大きい第６入熱量で溶接することと、を含んでもよい。

従って、溶接欠陥の発生が抑制されつつ、溶接作業時間の短縮が図られる。クラッド層の開口部が第６入熱量よりも小さい第５入熱量で溶接されることにより、溶接欠陥の発生が抑制される。開口部の溶接において凹部にプラグ部材が配置されるため、開口部は溶接され、凹部は溶接されない。したがって、溶接作業時間が短縮される。第３開口部を規定する溶接金属は、溶接欠陥の発生が抑制された健全な溶接部である。第３開口部が形成され、プラグ部材が除去された後、凹部及び第３開口部は第５入熱量よりも大きい第６入熱量で溶接されるため、溶接作業時間が短縮される。

本発明の第２の態様において、前記凹部及び前記開口部の形成後、前記溶接前に、前記開口部をカバー部材で塞ぐことを含んでもよい。

従って、母材の欠陥の除去のために凹部及び開口部が形成された後、補修のための溶接が行われる前に、カバー部材で開口部が塞がれることにより、母材の劣化が抑制される。例えば、十分な補修作業時間が確保されない場合、カバー部材により応急処置が行われる。

本発明の第２の態様において、前記カバー部材は、オーステナイト系ステンレス鋼を含み、前記カバー部材と前記クラッド層の少なくとも一部とが前記溶接材料で溶接されてもよい。

従って、カバー部材はクラッド層に円滑に接合される。

本発明の第３の態様は、中性子が照射される低合金鋼の母材を備え、前記母材が第２の態様の補修方法で補修されている原子炉容器を提供する。

本発明の第３の態様によれば、欠陥が良好に補修されているため、原子炉容器の品質の低下が抑制される。

本発明の第４の態様は、中性子が照射される低合金鋼の母材と、前記母材に設けられ、前記母材とオーステナイト系ステンレス鋼の溶接材料との溶接金属を含む溶接部と、を備える原子炉容器を提供する。

本発明の第４の態様によれば、欠陥が良好に補修されているため、原子炉容器の品質の低下が抑制される。

本発明に係る溶接方法によれば、溶接欠陥の発生が抑制され、健全な溶接が行われる。本発明に係る補修方法によれば、母材は良好に補修される。本発明に係る原子炉容器によれば、品質の低下が抑制される。

図１は、第１実施形態に係る発電プラントの一例を示す概略構成図である。 図２は、第１実施形態に係る補修方法の一例を示すフローチャートである。 図３は、第１実施形態に係る母材の欠陥を溶接で補修する処理の一例を示す模式図である 図４は、母材に生じた欠陥を溶接で補修した後の溶接部の状態の一例を示す模式図である。 図５は、母材に生じた欠陥を溶接で補修した後の溶接部の状態の一例を示す模式図である。 図６は、第１実施形態に係る母材に生じた欠陥を溶接で補修した後の溶接部の状態の一例を示す模式図である。 図７は、溶接材料の表面張力とポロシティの発生状況との関係を示す図である。 図８は、第２実施形態に係る溶接方法の一例を示すフローチャートである。 図９は、シェフラ―組織図の一例を示す図である。 図１０は、第２実施形態に係るシェフラ―組織図の一例を示す図である。 図１１は、第３実施形態に係るシェフラ―組織図の一例を示す図である。 図１２は、第３実施形態に係る溶接方法の一例を示すフローチャートである。 図１３は、図１１の一部を模式的に示す拡大図である。 図１４は、第４実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図１５は、第４実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図１６は、第４実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図１７は、第５実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図１８は、第５実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図１９は、第６実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２０は、第６実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２１は、第６実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２２は、第７実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２３は、第７実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２４は、第７実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２５は、第７実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２６は、第８実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２７は、第８実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２８は、第８実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図２９は、第８実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図３０は、第８実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。 図３１は、第８実施形態に係る補修方法の一例を示す図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。

＜第１実施形態＞
第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る原子力発電プラントＡＰの一例を示す概略構成図である。図１に示すように、原子力発電プラントＡＰは、原子炉系ＣＳ１と、タービン系ＣＳ２とを有する。本実施形態において、原子力発電プラントＡＰは、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）を含む。原子炉系ＣＳ１において１次冷却水が循環する。タービン系ＣＳ２において２次冷却水が循環する。原子炉系ＣＳ１は、高温高圧な１次冷却水（熱水）を生成する。原子力発電プラントＡＰは、蒸気発生器１０３を備えている。蒸気発生器１０３において、１次冷却水（熱水）と２次冷却水との熱交換が行われ、２次冷却水の蒸気が生成される。

原子炉系ＣＳ１は、原子炉容器１０１と、加圧器１０２と、１次冷却水ポンプ１０４とを備えている。原子炉容器１０１、加圧器１０２、蒸気発生器１０３、及び１次冷却水ポンプ１０４のそれぞれは、原子炉格納容器１００に格納される。原子炉容器１０１は、炉心１２９及び燃料集合体１２０を収容する。原子炉容器１０１で加熱され、加圧器１０２によって加圧された高温高圧な１次冷却水（熱水）は、蒸気発生器１０３に供給される。蒸気発生器１０３で熱交換された低温の１次冷却水は、原子炉容器１０１に供給される。

タービン系ＣＳ２は、高圧タービン１０８及び低圧タービン１０９を含む蒸気タービン１０７と、蒸気タービン１０７により駆動されて発電する発電機１１０と、湿分分離加熱器１１１と、蒸気タービン１０７で仕事をした蒸気を冷却して液化する復水器１１２と、給水ポンプ１１６と、復水ポンプ１１３と、低圧給水加熱器１１４と、脱気器１１５と、高圧給水加熱器１１７とを備えている。蒸気タービン１０７は、蒸気発生器１０３から供給された蒸気により作動する。復水器１１２は、例えば海水を使って蒸気を冷却して水に戻す。給水ポンプ１１６は、復水器１１２からの２次冷却水が蒸気発生器１０３に供給されるように作動する。

原子炉容器１０１は、炭素鋼又は低合金鋼で形成される。本実施形態において、原子炉容器１０１は、低合金鋼製の部材を含む。

稼働した原子炉容器１０１の検査を実施して、原子炉容器１０１の欠陥（１次欠陥）が検出された場合、その欠陥の補修が行われる。欠陥は、原子炉容器１０１の少なくとも一部に生じた割れ（亀裂）を含む。本実施形態においては、原子炉容器１０１に生じた欠陥が、溶接によって補修される。

以下の説明においては、溶接によって補修される補修対象部材を適宜、母材１、と称する。母材１は、原子炉容器１０１の母材を含む。また、母材１は、その母材に既に溶接された溶接部を含む。母材１は、低合金鋼である。原子炉容器１０１の稼動において、原子炉容器１０１の母材１は、中性子の照射を受ける。

次に、本実施形態に係る母材１の補修方法の一例について説明する。図２は、本実施形態に係る母材１の補修方法の一例を示すフローチャートである。図２に示すように、本実施形態に係る補修方法は、中性子が照射された母材１の欠陥を検出する工程（ステップＳＡ１）と、検出された欠陥を溶接で補修する工程（ステップＳＡ２）と、を含む。

図３は、母材１の欠陥を溶接で補修する処理の一例を示す模式図である。本実施形態において、ステップＳＡ２の溶接は、中性子が照射された低合金鋼の母材１を、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接材料２を用いて溶接することを含む。図３に示すように、溶接材料２を用いて母材１を溶接すると、その溶接により母材１と溶接材料２との溶接金属３が生成される。溶接金属３とは、溶接部４の一部で、溶接中に溶融凝固した金属をいう。すなわち、溶接金属３は、溶融凝固した母材１及び溶融凝固した溶接材料２を含む。溶接部４とは、溶接金属３及び熱影響部を含んだ部分の総称である。溶接材料２を用いて母材１が溶接されることにより、母材１と溶接材料２との溶接金属３を含む溶接部４が母材１に設けられる。

合金鋼とは、鉄を主成分とする鋼であって、Ｆｅ及びＣ以外に、Ａｌ（０．１質量％）、Ｂ（０．０００８質量％）、Ｃｏ（０．１質量％）、Ｃｒ（０．３質量％）、Ｃｕ（０．４質量％）、Ｌａ（０．０５質量％）、Ｍｏ（０．０８質量％）、Ｎｂ（０．０６質量％）、Ｎｉ（０．３質量％）、Ｐｂ（０．４質量％）、Ｓｅ（０．１質量％）、Ｔｅ（０．１質量％）、Ｔｉ（０．０５質量％）、Ｖ（０．１質量％）、Ｗ（０．１質量％）、及びＺｒ（０．０５質量％）を含むものをいう（但し、括弧内の数値は下限値）。低合金鋼とは、上述の合金元素の合計量が５質量％以下の合金鋼をいう。

オーステナイト系ステンレス鋼とは、常温においてもオーステナイト組織を示すステンレス鋼であって、クロム（Ｃｒ）及びニッケル（Ｎｉ）を含むものをいう。オーステナイト系ステンレス鋼は、冷間加工だけで硬化し、熱処理では硬化しないで軟化する。オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼に比べて、機械的特性及び溶接性に優れる。

母材１が中性子の照射を受けると、母材１の材質が変化する可能性がある。中性子の照射による材質の変化は、ヘリウムの発生及び延性の低下の一方又は両方を含む。材質が変化した母材１を溶接すると、溶接欠陥（２次欠陥）が発生する可能性がある。溶接欠陥は、ポロシティ及び割れの一方又は両方を含む。ポロシティは、例えばヘリウムの発生に起因する。割れは、例えば延性の低下に起因する。

例えば母材１にヘリウムが発生し、そのヘリウムを含む母材１を溶接すると、そのヘリウムに起因して、溶接金属３にポロシティが発生する可能性がある。ポロシティ（porosity）とは、溶接欠陥の一種であって、溶融金属中に発生したガスによって、凝固後の溶接金属３に生じたブローホール及び表面まで孔が開いたピットなどの総称をいう。本実施形態において、ポロシティは、母材１との境界部において溶接金属３に発生した気孔を含む。

本発明者の知見によると、ヘリウムを含む母材１の欠陥（１次欠陥）を溶接によって補修するとき、溶接材料２として母材１と同じ材料（本実施形態においては低合金鋼）を使用すると、ポロシティ（２次欠陥）が多数発生する可能性が高くなる。

入熱を抑制することにより、ポロシティの発生が抑制される可能性がある。しかし、入熱を抑制すると、所期の溶接部４を形成するための溶接作業時間の長期化をもたらす。入熱（入熱量）とは、溶接作業において外部から溶接部４に与えられる熱量をいい、溶接速度に反比例する。溶接速度とは、溶接作業において溶接ビードを置く速度をいい、単位時間当たりのビード長さをいう。

低合金鋼の母材１を溶接する場合、溶接材料２としてオーステナイト系ステンレス鋼を使用することにより、ポロシティの発生を抑制することができる。本発明者の知見によると、溶融金属のガス圧を一定とした場合、ポロシティは、溶融金属の表面張力が小さいと生成され易く、溶融金属の表面張力が大きいと生成され難い。

以下の（１）式は、ポロシティの生成条件を示す。（１）式に示すように、溶融金属のガス圧を一定とした場合、溶融金属の表面張力が小さいほどポロシティは生成され易い。

オーステナイト系ステンレス鋼の表面張力は、低合金鋼の表面張力よりも大きい。したがって、溶接材料２としてオーステナイト系ステンレス鋼を使用することにより、溶接金属３にポロシティが発生することが抑制される。

図４、図５、及び図６のそれぞれは、低合金鋼の母材１に生じた欠陥（１次欠陥）を溶接で補修した後の溶接部の状態の一例を示す模式図である。補修のための溶接は、母材１の少なくとも一部を溶接材料で肉盛り溶接することを含む。図４は、溶接材料として、母材１と同じ低合金鋼２Ｒａを使用した場合の溶接部４Ｒａの例を示す。図５は、溶接材料として、母材１よりも表面張力が大きい低合金鋼２Ｒｂを使用した場合の溶接部４Ｒｂの例を示す。図６は、溶接材料として、オーステナイト系ステンレス鋼２を使用した場合の溶接部４の例を示す。

母材１は、中性子の照射を受けた後の低合金鋼である。また、図４、図５、及び図６は、第１回目のパス（溶接操作）によって生成された溶接部を示す。

図７は、低合金鋼２Ｒａ（母材１と同種の低合金鋼）、低合金鋼２Ｒａよりも表面張力が大きい低合金鋼２Ｒｂ、及びオーステナイト系ステンレス鋼２それぞれの表面張力の計測結果と、ポロシティの発生状況との関係を示す図である。本実施形態において、オーステナイト系ステンレス鋼２は、ＳＵＳ３０４である。図７に示すように、１５６０℃における低合金鋼２Ｒａの表面張力は、１２８６ｍＮ／ｍである。１５６０℃における低合金鋼２Ｒｂの表面張力は、１４３９ｍＮ／ｍである。１６００℃におけるオーステナイト系ステンレス鋼２の表面張力は、１５３０ｍＮ／ｍである。

図４及び図７に示すように、溶接材料として低合金鋼２Ｒａを使用した場合、母材１との境界部の近傍の溶接金属３Ｒａにポロシティが多数発生する。

図５及び図７に示すように、溶接材料として低合金鋼２Ｒｂを使用した場合、母材１との境界部の近傍の溶接金属３Ｒｂにポロシティが僅かに発生する。

図６及び図７に示すように、溶接材料として表面張力が大きいオーステナイト系ステンレス鋼２を使用した場合、ポロシティは発生しない。

このように、中性子の照射を受けた母材１の欠陥を溶接で補修する場合、表面張力が大きい溶接材料２を使用することにより、ポロシティの発生を抑制できることができる。本試験の結果より、母材１の溶融温度である１５６０℃において表面張力が１４００ｍＮ／ｍ以上の溶接材料２を使用すれば、ポロシティの発生が抑制できることが確認できる。

溶接材料として、低合金鋼２Ｒａ、低合金鋼２Ｒｂ、及びオーステナイト系ステンレス鋼２のそれぞれを使用して、中性子の照射を受けていない母材１の欠陥を溶接で補修した。その結果、低合金鋼２Ｒａ、低合金鋼２Ｒｂ、及びオーステナイト系ステンレス鋼２のいずれを使用した場合でも、ポロシティは発生しなかった。これにより、溶接によるポロシティの発生原因の一つが、母材１に対する中性子の照射（中性子の照射に起因するヘリウムの発生）であることが確認できる。

以上説明したように、本実施形態によれば、低合金鋼の母材１の欠陥を溶接によって補修する場合、溶接材料２としてオーステナイト系ステンレス鋼を使用することにより、ポロシティの発生を抑制することができる。そのため、健全な溶接を行うことができ、母材１の補修を良好に行うことができる。また、母材１が原子炉容器１０１の母材である場合、その原子炉容器１０１の品質の低下を抑制できる。

ポロシティは、例えば、ＪＩＳ Ｚ ３１０４「鋼溶接継手の放射線透過試験方法」の附属書４「透過写真によるきずの像の分類方法」の附属書４表１の「きずの種別」において、第１種に分類される。「試験視野の大きさ」は付属書４表２で規定され、「きず点数」は付属書４表３で規定される。第１種のきずの合否判定は、附属書４表５の基準に従って行われる。本実施形態においては、溶接材料としてオーステナイト系ステンレス鋼を用いることにより、本規格の基準を満たすことができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

上述の実施形態においては、ポロシティの発生を抑制する例について説明した。溶接欠陥は、割れ（亀裂）を含む。本実施形態においては、溶接金属３の割れ（凝固割れ、高温割れ）の発生を抑制する例について説明する。

溶接金属３（溶接部４）において、割れが発生する可能性がある。割れの発生の原因の一つとして溶接金属３の延性の低下が挙げられる。特に、第１回目のパス（溶接操作）によって生成された溶接金属３に割れが発生する可能性がある。

中性子が照射された母材１を溶接材料２で溶接する場合、母材１に含まれるヘリウムに起因して割れが発生する可能性が高い。例えば、ヘリウムが溶接金属３の結晶粒界（凝固組織境界）に拡散してバブルを形成し、その結果、溶接金属３の延性が低下して割れが発生すると考えられる。また、第１回目のパスでバブルが形成された場合、第２回目のパスの溶接熱によりバブルが成長し、その結果、粒界強度が低下して溶接金属３の延性が低下することも考えられる。

本発明者の知見によると、溶接金属３のフェライト量が少ないと、溶接金属３の延性が低下して割れが発生し易くなる。溶接金属３のフェライト量が多いと、溶接金属３の延性が向上して割れが発生し難くなる。フェライト量とは、溶接金属３中に含まれるフェライト組織の含有量をいう。

そこで、本実施形態においては、溶接金属３の割れを抑制するために、溶接金属３に含まれるフェライト量が目標値（目標フェライト量）に調整される。本実施形態において、溶接金属３の目標フェライト量は、５％以上１２％以下である。溶接金属３に含まれるフェライト量が５％よりも少ない場合、溶接金属３は十分な延性が得られず、割れが発生する可能性がある。溶接金属３に含まれるフェライト量が１２％よりも多い場合、例えば溶接金属３の耐食性が劣化するなど、他の弊害をもたらす。そのため、本実施形態においては、溶接金属３のフェライト量が５％以上１２％以下になるように調整される。

また、入熱を抑制することにより、溶接金属３の割れの発生が抑制される。本実施形態においては、溶接金属３の割れを抑制するために、入熱量が十分に低減される。本実施形態においては、入熱量が低減されたＴＩＧ溶接又はレーザ溶接で溶接が行われる。以下の説明においては、溶接金属３の割れを抑制するために十分に低減された入熱量を適宜、規定入熱量、と称する。

次に、本実施形態に係る溶接方法の一例について説明する。図８は、本実施形態に係る母材１の溶接方法の一例を示すフローチャートである。図８に示すように、本実施形態に係る溶接方法は、溶接金属３の目標フェライト量を設定する工程（ステップＳＢ１）と、規定入熱量により母材１と溶接材料２とから生成される溶接金属３の希釈率を測定する工程（ステップＳＢ２）と、測定した希釈率と目標フェライト量とに基づいて溶接材料２の組成を決定する工程（ステップＳＢ３）と、決定された組成の溶接材料２を用いて母材１を溶接する工程（ステップＳＢ４）と、を含む。

溶接金属３の目標フェライト量が設定される（ステップＳＢ１）。上述のように、本実施形態において、溶接金属３の目標フェライト量は、５％以上１２％以下である。

規定入熱量により母材１と溶接材料２とから生成される溶接金属３の希釈率が測定される（ステップＳＢ２）。希釈とは、溶接材料２が溶融した母材１で薄められ、溶接金属３の合金成分が溶接材料２の合金成分よりも少なくなる現象をいう。希釈率とは、溶接材料２が母材１で薄められる度合いをいい、以下の（２）式で定義される。

希釈率が低い場合、溶接金属３の組成は、溶接材料２（フェライト系ステンレス鋼）に近い組成となる。希釈率が高い場合、溶接金属３の組成は、母材１（低合金鋼）に近い組成となる。溶接において入熱量が低減されると、溶接材料２の供給量が低下し、その結果、希釈率は高くなる。入熱量が小さい場合、希釈率は、例えば３０％以上５０％以下となる。入熱量が大きい場合、希釈率は、例えば１０％程度となる。

ｎ回のパスで母材１を溶接材料２で溶接する場合、第ｎ層目の溶接金属３のＸ成分の値は、以下の（３）式で表される。

次に、ステップＳＢ２で測定した希釈率と、ステップＳＢ１で設定した溶接金属３の目標フェライト量とに基づいて、溶接材料２の組成を決定する処理が行われる。本実施形態において、溶接材料２の組成を決定する処理は、シェフラ―組織図を用いて行われる。

図９は、シェフラ―組織図の一例を示す。溶接金属３中に含まれるフェライト量をその合金成分から推定する方法として、シェフラ―組織図が使用される。図９は、溶接材料２が既存のオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＹ３０８Ｌ）である例を示す。図９において、ラインＬ１は、母材１である低合金鋼の組成（クロム当量及びニッケル当量）を示す点Ｐと、溶接材料２であるオーステナイト系ステンレス鋼の組成（クロム当量及びニッケル当量）を示す点Ｑ１とを結んだラインである。母材１と溶接材料２とを溶接することにより生成される溶接金属３の組成（クロム当量及びニッケル当量）は、ラインＬ１上に存在する。希釈率の変化により、溶接金属３の組成を示す点は、ラインＬ１上を移動する。希釈率が低い場合、溶接金属３の組成は、溶接材料２に近い組成となる。希釈率が高い場合、溶接金属３の組成は、母材１に近い組成となる。

希釈率が低い場合、溶接金属３の組成は、溶接材料２の組成に近いオーステナイト（Ａ）及びフェライト（Ｆ）の混合領域（Ａ＋Ｆ）にある。希釈率の増加に伴って、溶接金属３の組成は、オーステナイト（Ａ）の単相領域を経て、オーステナイト（Ａ）及びマルテンサイト（Ｍ）の混合領域に変化する。

図９において、溶接材料２（希釈率０％の溶接金属３）のクロム当量は約２４％であり、ニッケル当量は約１６％である。（３）式より、希釈率１０％の場合、第１層目の溶接金属３のクロム当量は約２１．６％であり、ニッケル当量は約１４．４％である。希釈率２０％の場合、第１層目のクロム当量は約１９．２％であり、ニッケル当量は約１２．８％である。

図９に示す例では、希釈率が１０％よりも大きくなると、溶接金属３に含まれるフェライト量は５％よりも少なくなる。したがって、上述のフェライト量の目標値（５％以上１２％以下）を達成するためには、希釈率が１０％以下である必要がある。すなわち、図９に示す溶接材料２で目標フェライト量を達成するためには、入熱量を大きくする必要がある。

図１０は、規定入熱量により生成される溶接金属３の希釈率を測定し、その測定した希釈率に基づいて、フェライト量が目標フェライト量（目標値）になるように、溶接材料２の組成を調整した例を示す。以下の説明においては、測定した希釈率と目標フェライト量とに基づいて組成が調整された溶接材料２を適宜、改良溶接材料２、と称する。図１０において、ラインＬ２は、母材１である低合金鋼の組成を示す点Ｐと、改良溶接材料２であるオーステナイト系ステンレス鋼の組成を示す点Ｑ２とを結んだラインである。母材１と改良溶接材料２とを溶接することにより生成される溶接金属３の組成は、ラインＬ２上に存在する。希釈率の変化により、溶接金属３の組成を示す点は、ラインＬ２上を移動する。希釈率が低い場合、溶接金属３の組成は、改良溶接材料２に近い組成となる。希釈率が高い場合、溶接金属３の組成は、母材１に近い組成となる。

図１０において、改良溶接材料２（希釈率０％の溶接金属３）のクロム当量は約３２％であり、ニッケル当量は約１８％である。（３）式より、希釈率１０％の場合、第１層目の溶接金属３のクロム当量は約２８．８％であり、ニッケル当量は約１６．２％である。希釈率４０％の場合、第１層目のクロム当量は約１９．２％であり、ニッケル当量は約１０．８％である。

図１０において、希釈率が４０％になっても、溶接金属３に含まれるフェライト量は５％程度であることが分かる。したがって、図１０に示す組成を有する改良溶接材料２を用いて溶接した場合、上述のフェライト量の目標値（５％以上１２％以下）を達成するためには、希釈率が４０％まで許容される。換言すれば、小さい入熱量（規定入熱量）で溶接しても、図１０に示す改良溶接材料２を使用すれば、溶接金属３の目標フェライト量を達成することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、測定された希釈率と溶接金属３の目標フェライト量とに基づいて決定された組成を有する溶接材料（改良溶接材料）２で溶接を行うことにより、目標フェライト量を含む溶接金属３が生成される。したがって、溶接金属３の延性の低下が抑制され、溶接欠陥の発生が抑制される。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。本実施形態は、上述の第２実施形態の変形例である。

図１１は、本実施形態に係る溶接材料２の組成を決定するためのシェフラ―組織図の一例を示す。図１１において、領域Ｃは、目標フェライト量が達成される溶接金属３の組成の範囲を示す。領域Ｃは、数値範囲Ｊｃのクロム当量と数値範囲Ｋｃのニッケル当量とで規定される。領域Ｃは、４つのコーナー（点）を有する。第１の点Ｃ１は、目標フェライト量が達成される溶接金属３の組成のうち、クロム当量が最も少ない組成を示す。第２の点Ｃ２は、目標フェライト量が達成される溶接金属３の組成のうち、ニッケル当量が最も多い組成を示す。第３の点Ｃ３は、目標フェライト量が達成される溶接金属３の組成のうち、クロム当量が最も多い組成を示す。第４の点Ｃ４は、目標フェライト量が達成される溶接金属３の組成のうち、ニッケル当量が最も少ない組成を示す。

一例として、点Ｃ１の組成は、クロム当量が１８．３％であり、ニッケル当量が１０．８％である。点Ｃ２の組成は、クロム当量が２１．５％であり、ニッケル当量が１４．１％である。点Ｃ３の組成は、クロム当量が２２．８％であり、ニッケル当量が１２．６％である。点Ｃ４の組成は、クロム当量が１９．５％であり、ニッケル当量が９．８％である。

図１１において、領域Ｄは、希釈率が３０％において、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成の範囲を示す。領域Ｄは、数値範囲Ｊｄのクロム当量と数値範囲Ｋｄのニッケル当量とで規定される。領域Ｄは、４つのコーナー（点）を有する。第１の点Ｄ１は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も少ない組成を示す。第２の点Ｄ２は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も多い組成を示す。第３の点Ｄ３は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も多い組成を示す。第４の点Ｄ４は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も少ない組成を示す。

一例として、点Ｄ１の組成は、クロム当量が２５．７％であり、ニッケル当量が１３．９％である。点Ｄ２の組成は、クロム当量が３０．３％であり、ニッケル当量が１８．５％である。点Ｄ３の組成は、クロム当量が３２．２％であり、ニッケル当量が１６．４％である。点Ｄ４の組成は、クロム当量が２７．５％であり、ニッケル当量が１２．５％である。

例えば、希釈率が３０％であって、溶接金属３を点Ｃ１の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｄ１で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ２の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｄ２で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ３の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｄ３で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ４の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｄ４で示される組成に決定される。溶接金属３を領域Ｃの中心の点の組成にする場合、溶接材料２は、領域Ｄの中心の点の組成に決定される。

図１１において、領域Ｅは、希釈率が４０％において、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成の範囲を示す。領域Ｅは、数値範囲Ｊｅのクロム当量と数値範囲Ｋｅのニッケル当量とで規定される。領域Ｅは、４つのコーナー（点）を有する。第１の点Ｅ１は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も少ない組成を示す。第２の点Ｅ２は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も多い組成を示す。第３の点Ｅ３は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も多い組成を示す。第４の点Ｅ４は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も少ない組成を示す。

一例として、点Ｅ１の組成は、クロム当量が２９．８％であり、ニッケル当量が１５．６％である。点Ｅ２の組成は、クロム当量が３５．２％であり、ニッケル当量が２１．０％である。点Ｅ３の組成は、クロム当量が３７．４％であり、ニッケル当量が１８．６％である。点Ｅ４の組成は、クロム当量が３１．９％であり、ニッケル当量が１３．９％である。

例えば、希釈率が４０％であって、溶接金属３を点Ｃ１の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｅ１で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ２の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｅ２で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ３の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｅ３で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ４の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｅ４で示される組成に決定される。溶接金属３を領域Ｃの中心の点の組成にする場合、溶接材料２は、領域Ｅの中心の点の組成に決定される。

図１１において、領域Ｆは、希釈率が５０％において、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成の範囲を示す。領域Ｆは、数値範囲Ｊｆのクロム当量と数値範囲Ｋｆのニッケル当量とで規定される。領域Ｆは、４つのコーナー（点）を有する。第１の点Ｆ１は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も少ない組成を示す。第２の点Ｆ２は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も多い組成を示す。第３の点Ｆ３は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も多い組成を示す。第４の点Ｆ４は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も少ない組成を示す。

一例として、点Ｆ１の組成は、クロム当量が３５．６％であり、ニッケル当量が１８．０％である。点Ｆ２の組成は、クロム当量が４２．１％であり、ニッケル当量が２４．５％である。点Ｆ３の組成は、クロム当量が４４．７％であり、ニッケル当量が２１．６％である。点Ｆ４の組成は、クロム当量が３８．１％であり、ニッケル当量が１６．０％である。

例えば、希釈率が５０％であって、溶接金属３を点Ｃ１の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｆ１で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ２の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｆ２で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ３の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｆ３で示される組成に決定される。溶接金属３を点Ｃ４の組成にする場合、溶接材料２は、点Ｆ４で示される組成に決定される。溶接金属３を領域Ｃの中心の点の組成にする場合、溶接材料２は、領域Ｆの中心の点の組成に決定される。

このように、数値範囲Ｊｃのクロム当量と数値範囲Ｋｃのニッケル当量とで規定される溶接金属３の目標フェライト量の範囲Ｃを設定し、所定の希釈率３０％（４０％、５０％）で範囲Ｃの目標フェライト量の溶接金属３が生成されるように、数値範囲Ｊｄ（Ｊｅ、Ｊｆ）のクロム当量と数値範囲Ｋｄ（Ｋｅ，Ｋｆ）のニッケル当量とで規定される溶接材料２の組成の範囲Ｄ（Ｅ、Ｆ）を決定し、所定の希釈率となるように入熱量を決定して、その決定された入熱量で、範囲Ｄ（Ｅ、Ｆ）の組成を有する溶接材料２を用いて母材１を溶接してもよい。

図１１において、領域ＤＥは、領域Ｄと領域Ｅとの重複領域である。すなわち、希釈率が３０％以上４０％以下のときの目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成の範囲を示す。領域ＤＥは、４つのコーナー（点）を有する。第１の点ＤＥ１は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も少ない組成を示す点であって、上述の点Ｅ１に相当する。第２の点ＤＥ２は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も多い組成を示す。第３の点ＤＥ３は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も多い組成を示す点であって、上述の点Ｄ３に相当する。第４の点ＤＥ４は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も少ない組成を示す。

一例として、点ＤＥ１の組成は、クロム当量が２９．８％であり、ニッケル当量が１５．６％である。点ＤＥ２の組成は、クロム当量が３１．５％であり、ニッケル当量が１７．２％である。点ＤＥ３の組成は、クロム当量が３２．２％であり、ニッケル当量が１６．４％である。点ＤＥ４の組成は、クロム当量が３０．５％であり、ニッケル当量が１５．０％である。

図１１において、領域ＥＦは、領域Ｅと領域Ｆとの重複領域である。すなわち、希釈率が４０％以上５０％以下のときの目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成の範囲を示す。領域ＥＦは、４つのコーナー（点）を有する。第１の点ＥＦ１は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も少ない組成を示す点であって、上述の点Ｆ１に相当する。第２の点ＥＦ２は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も多い組成を示す。第３の点ＥＦ３は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、クロム当量が最も多い組成を示す点であって、上述の点Ｅ３に相当する。第４の点ＥＦ４は、目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成のうち、ニッケル当量が最も少ない組成を示す。

一例として、点ＥＦ１の組成は、クロム当量が３５．６％であり、ニッケル当量が１８．０％である。点ＥＦ２の組成は、クロム当量が３６．８％であり、ニッケル当量が１９．２％である。点ＥＦ３の組成は、クロム当量が３７．４％であり、ニッケル当量が１８．６％である。点ＥＦ４の組成は、クロム当量が３６．２％であり、ニッケル当量が１７．５％である。

図１２は、本実施形態に係る溶接方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る溶接方法は、溶接金属３の目標フェライト量を設定する工程（ステップＳＣ１）と、溶接金属３の第１希釈率及び第１希釈率とは異なる第２希釈率の両方で目標フェライト量の溶接金属３が生成されるように溶接材料２の組成を決定する工程（ステップＳＣ２）と、第１希釈率と第２希釈率との間の希釈率となるように入熱量を設定して、決定された組成の溶接材料２を用いて母材１を溶接する工程（ステップＳＣ３）と、を含む。

図１３は、図１１の一部を模式的に示した図である。図１３において、点Ｐは、母材１の組成を示す点である。点Ｑｄは、希釈率が３０％のときに目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成を示す点である。点Ｑｄは、領域Ｃに配置される。点Ｑｅは、希釈率が４０％のときに目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成を示す点である。点Ｑｅは、領域Ｅに配置される。点Ｑｄｅは、希釈率が３０％以上４０％以下のときに目標フェライト量を達成可能な溶接材料２の組成を示す点である。点Ｑｄｅは、領域ＤＥに配置される。

図１３に示すように、点Ｑｄの組成の溶接材料２と母材１とから生成される溶接金属３の希釈率が３０％のとき、その組成を示す点は領域Ｃに配置され、目標フェライト量を達成できる。一方、希釈率が４０％のとき、その組成を示す点は領域Ｃの外側に配置され、目標フェライト量を達成できない。

図１３に示すように、点Ｑｅの組成の溶接材料２と母材１とから生成される溶接金属３の希釈率が４０％のとき、その組成を示す点は領域Ｃに配置され、目標フェライト量を達成できる。一方、希釈率が３０％のとき、その組成を示す点は領域Ｃの外側に配置され、目標フェライト量を達成できない。

図１３に示すように、点Ｑｄｅの組成の溶接材料２と母材１とから生成される溶接金属３の希釈率が３０％及び４０％のそれぞれにおいて、その組成を示す点は領域Ｃに配置され、目標フェライト量を達成できる。

本実施形態においては、溶接金属３の目標フェライト量（領域Ｃ）が設定され（ステップＳＣ１）、希釈率３０％及び希釈率４０％の両方で目標フェライト量の溶接金属３が生成されるように溶接材料２の組成が決定される（ステップＳＣ２）。すなわち、ステップＳＣ２では、溶接材料２の組成を示す点が領域ＤＥに配置されるように、溶接材料２の組成が決定される。そして、希釈率が３０％以上４０％以下となるように入熱量が設定され、その入熱量に基づいて、溶接材料２を用いて母材１が溶接される（ステップＳＣ３）。

以上説明したように、本実施形態においても、目標フェライト量を有する溶接金属２が生成されるため、溶接欠陥の発生を抑制することができる。また、本実施形態によれば、溶接において３０％と４０％との間で希釈率が変化しても、目標フェライト量の溶接金属３が生成されるため、溶接欠陥の発生を抑制することができる。

なお、本実施形態においては、希釈率３０％以上４０％以下のときに目標フェライト量の溶接金属３が生成されるように溶接材料２の組成が決定される例について説明した。希釈率４０％以上５０％以下のときに目標フェライト量の溶接金属３が生成されるように溶接材料２の組成を決定する場合、溶接材料２の組成を示す点が領域ＥＦに配置されるように、溶接材料２の組成が決定される。

＜第４実施形態＞
次に、第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１４、図１５、及び図１６は、本実施形態に係る補修方法の一例を説明するための模式図である。図１４に示すように、本実施形態においては、母材１の表面にクラッド層５が設けられる。本実施形態において、クラッド層５は、オーステナイト系ステンレス鋼で形成される。本実施形態においては、図１４に示すように、母材１に発生した欠陥を補修する例について説明する。

図１５に示すように、欠陥を含む母材１の一部分が除去される。母材１の一部分の除去において、クラッド層５の一部分も除去される。本実施形態においては、切削加工により、母材１の一部分及びクラッド層５の一部分が除去される。母材１の一部分の除去により、母材１に凹部６が形成される。また、クラッド層５の一部分の除去により、クラッド層５に開口部７が形成される。

次に、補修のための溶接が行われる。母材１及びクラッド層５のそれぞれが溶接される。母材１の溶接は、凹部６を溶接して、凹部６を溶接金属３で埋める処理を含む。クラッド層５の溶接は、開口部７を溶接して、開口部７を溶接金属３で埋める処理を含む。上述の実施形態に従って、溶接材料２を用いて母材１及びクラッド層５のそれぞれが溶接される。本実施形態においては、凹部６及び開口部７のそれぞれが溶接金属３で埋まるように肉盛り溶接が行われてもよい。これにより、図１６に示すように、凹部６及び開口部７が溶接金属３で充填され、健全な溶接部２が形成される。

入熱量が十分に低減されたレーザ溶接によって、凹部６及び開口部７の溶接が行われる。これにより、溶接欠陥の発生が抑制される。本実施形態においては、レーザ溶接におけるレーザ出力は、７２０Ｗ以上８８０Ｗ以下に定められる。レーザ出力が７２０Ｗよりも小さくなると、溶接材料２の添加が困難となる可能性がある。レーザ出力が８８０Ｗよりも大きくなると、入熱量が大きくなって溶接欠陥が発生する可能性が高くなる。また、レーザ溶接における溶接速度は、１２．１ｍｍ／秒以上１４．６ｍｍ／秒以下に定められる。溶接速度が１４．６ｍｍ／秒よりも高くなると、溶接材料２の添加が困難となる可能性がある。溶接速度が１２．１ｍｍ／秒よりも低くなると、入熱量が大きくなって溶接欠陥が発生する可能性が高くなる。

以上説明したように、本実施形態によれば、母材１の表面にクラッド層５が設けられている場合においても、母材１の欠陥を良好に補修することができる。

＜第５実施形態＞
次に、第５実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１７及び図１８は、本実施形態に係る補修方法の一例を説明するための模式図である。上述の実施形態に従って、欠陥を含む母材１の一部分及びクラッド層５の一部分が除去される。これにより、図１５に示したように、凹部６及び開口部７が形成される。凹部６及び開口部７が形成された後、図１７に示すように、クラッド層５に溶接金属３が接触しないように、凹部６が溶接される。凹部６の溶接は、凹部６を溶接金属３で埋める処理を含む。本実施形態においては、入熱量Ｈ１のＴＩＧ溶接で凹部６の溶接が行われる。

凹部６が溶接された後、図１８に示すように、開口部７が溶接される。開口部７の溶接は、開口部７を溶接金属３で埋める処理を含む。本実施形態においては、入熱量Ｈ１よりも小さい入熱量Ｈ２のレーザ溶接で開口部７の溶接が行われる。

以上説明したように、本実施形態によれば、溶接欠陥の発生を抑制しつつ、溶接作業時間の短縮を図ることができる。クラッド層５は、溶接で母材１の表面に形成されており、熱影響部を含む。また、中性子の照射により、クラッド層５はヘリウムを含む可能性がある。そのため、溶接材料２（溶接金属３）がクラッド層５と接触すると、割れのような溶接欠陥が発生する可能性がある。クラッド層５の開口部７を溶接するとき、入熱量Ｈ１よりも小さい入熱量Ｈ２で溶接することにより、溶接欠陥の発生を抑制することができる。母材１の凹部６を溶接するとき、入熱量Ｈ２よりも大きい入熱量Ｈ１で溶接することにより、溶接作業時間の短縮を図ることができる。

＜第６実施形態＞
次に、第６実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図１９、図２０、及び図２１は、本実施形態に係る補修方法の一例を説明するための模式図である。上述の実施形態に従って、欠陥を含む母材１の一部分及びクラッド層５の一部分が除去される。これにより、図１５に示したように、凹部６及び開口部７が形成される。本実施形態においては、入熱量Ｈ１のＴＩＧ溶接で凹部６及び開口部７の溶接が行われる。

クラッド層５は、熱影響部を含む。また、中性子の照射により、クラッド層５はヘリウムを含む可能性がある。そのため、入熱量Ｈ１でクラッド層５の開口部７を溶接すると、図１９に示すように、割れのような溶接欠陥が開口部７の周囲のクラッド層５の一部分に発生する可能性がある。

凹部６の溶接及び開口部７の溶接が行われた後、図２０に示すように、凹部６の溶接金属３を残した状態で、開口部７の内側の溶接金属３及び開口部７の周囲のクラッド層５の一部分が除去される。開口部７の周囲のクラッド層５の一部分の除去により、図２０に示すように、開口部７よりも大きい開口部７Ａがクラッド層５に形成される。開口部７の周囲のクラッド層の５一部分を除去することにより、そのクラッド層５の一部分とともに溶接欠陥も除去される。

クラッド層５に開口部７Ａが形成された後、図２１に示すように、開口部７Ａが溶接される。入熱量Ｈ１よりも小さい入熱量Ｈ２のレーザ溶接で開口部７Ａの溶接が行われる。

以上説明したように、本実施形態によれば、凹部６及び開口部７を溶接するとき、入熱量Ｈ２よりも大きい入熱量Ｈ１で溶接することにより、溶接作業時間の短縮を図ることができる。開口部７の周囲のクラッド層５に溶接欠陥が発生しても、その溶接欠陥を含むクラッド層５の一部分を除去して開口部７Ａを形成した後、その開口部７Ａを入熱量Ｈ１よりも小さい入熱量Ｈ２で溶接することにより、溶接欠陥の発生を抑制することができる。

＜第７実施形態＞
次に、第７実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図２２、図２３、図２４、及び図２５は、本実施形態に係る補修方法の一例を説明するための模式図である。欠陥を含む母材１の一部分及びクラッド層５の一部分が除去される。これにより、図２２に示すように、凹部６及び開口部７Ｂが形成される。開口部７Ｂは、凹部６の上端の開口よりも大きい。

本実施形態においては、凹部６及び開口部７Ｂが形成された後、凹部６の溶接及び開口部７Ｂの溶接が行われる前に、凹部６にプラグ部材１０が配置される。図２３に示すように、凹部６にプラグ部材１０が配置された状態で、開口部７Ｂが溶接される。入熱量Ｈ１よりも小さい入熱量Ｈ２のレーザ溶接で開口部７Ｂの溶接が行われる。

開口部７Ｂが溶接された後、開口部７Ｂの内側の溶接金属３の一部分が除去される。これにより、図２４に示すように、溶接金属３に開口部７Ｃが形成される。開口部７Ｃは、開口部７Ｂよりも小さい。また、凹部６からプラグ部材１０が除去される。

開口部７Ｃが形成され、プラグ部材１０が凹部６から除去された後、凹部６及び開口部７Ｃのそれぞれが溶接される。入熱量Ｈ２よりも大きい入熱量Ｈ１のＴＩＧ溶接で凹部６及び開口部７Ｃの溶接が行われる。

以上説明したように、本実施形態においても、溶接欠陥の発生を抑制しつつ、溶接作業時間の短縮を図ることができる。本実施形態においては、クラッド層５の開口部７Ｂを溶接するとき、入熱量Ｈ１よりも小さい入熱量Ｈ２で溶接することにより、溶接欠陥の発生を抑制することができる。開口部７Ｂの溶接において、凹部６にプラグ部材１０が配置されているため、開口部７Ｂが溶接され、凹部６は溶接されない。したがって、溶接作業時間が短縮される。開口部７Ｂが溶接された後、溶接金属３に開口部７Ｃが形成されることにより、その開口部７Ｃを介してプラグ部材１０を円滑に除去することができる。開口部７Ｃを規定する溶接金属３は、溶接欠陥の発生が抑制された健全な溶接部である。開口部７Ｃが形成され、プラグ部材１０が除去された後、凹部６及び開口部７Ｃが入熱量Ｈ２よりも大きい入熱量Ｈ１で溶接されることにより、健全な溶接が短時間で行われる。

＜第８実施形態＞
次に、第８実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。

図２６は、本実施形態に係る補修方法の一例を説明するための模式図である。上述の実施形態に従って、欠陥を含む母材１の一部分及びクラッド層５の一部分が除去される。これにより、図１５に示したように、凹部６及び開口部７が形成される。

本実施形態においては、凹部６及び開口部７が形成された後、溶接が行われる前に、図２６に示すように、開口部７がカバー部材１１で塞がれる。本実施形態において、カバー部材１１は、オーステナイト系ステンレス鋼を含み、カバー部材１１とクラッド層５の少なくとも一部とが溶接材料２で溶接される。

本実施形態において、カバー部材１１は、凹部６及び開口部７に配置されるプラグ部１１Ｐと、クラッド層５の表面から突出するように配置されるフランジ部１１Ｆとを有する。

図２７は、凹部６及び開口部７に配置されたカバー部材１１の一例を示す平面図である。図２６及び図２７に示すように、本実施形態においては、フランジ部１１Ｆが隅肉溶接によってクラッド層５に接合される。隅肉溶接による溶接部１２がフランジ部１１Ｆの周囲に配置される。

以上説明したように、本実施形態によれば、母材１の欠陥（１次欠陥）の除去のために凹部６及び開口部７を形成した後、補修のための溶接を行う前に、カバー部材１１で開口部７を塞ぐことにより、簡易な補修を短時間で行うことができる。例えば、補修作業時間を長時間確保できない状況の場合、カバー部材１１により応急処置が行われる。開口部７を塞ぐようにカバー部材１１が配置されることにより、例えば原子炉容器１の稼動において原子炉容器１０１に供給された１次冷却水と母材１（凹部６の内面）との接触が抑制される。したがって、母材１の腐食が抑制され、母材１の品質の低下が抑制される。

図２８及び図２９は、カバー部材１１Ｂの一例を示す図であって、図２８は側断面図であり、図２９は平面図である。図２８及び図２９に示すように、カバー部材１１Ｂは、凹部６及び開口部７に配置されるプラグ部１１Ｐを有し、フランジ部を有しない。カバー部材１１Ｂの上面は、クラッド層５の表面と同一平面内に配置される。

図２８及び図２９に示す例では、カバー部材１１Ｂは肉盛り溶接によってクラッド層５に接合される。肉盛り溶接による溶接部１３がカバー部材１１Ｂの上面を覆うように配置される。

図３０は、カバー部材１１Ｃの一例を示す図である。図３０に示すように、カバー部材１１Ｃは、凹部６及び開口部７に配置されるプラグ部１１Ｐと、クラッド層５の表面から突出するように配置されるフランジ部１１Ｆｂとを有する。

図３０に示す例では、カバー部材１１Ｃは肉盛り溶接によってクラッド層５に接合される。肉盛り溶接による溶接部１３がカバー部材１１Ｃ（フランジ部１１Ｆｂ）の上面を覆うように配置される。

図３１は、カバー部材１１Ｄの一例を示す図である。図３１に示すように、カバー部材１１Ｄは、プレート状であり、開口部７を塞ぐように配置される。図３１に示す例では、カバー部材１１Ｄは肉盛り溶接によってクラッド層５に接合される。肉盛り溶接による溶接部１３がカバー部材１１Ｄの上面を覆うように配置される。

なお、上述の第４実施形態から第８実施形態においては、母材１の表面にクラッド層５が設けられることとした。クラッド層５は無くてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、中性子の照射を受けた母材１を溶接することとした。中性子の照射を受けていない低合金鋼を含む母材１を、オーステナイト系ステンレス鋼を含む溶接材料２で溶接してもよい。

なお、上述の各実施形態においては、溶接で原子炉容器１０１の補修を行うこととした。上述の各実施形態に従って、原子炉容器１０１とは別の構造物を補修してもよい。

なお、上述の各実施形態においては、溶接で母材１の欠陥を補修することとした。欠陥の補修とは別の目的で、上述の各実施形態で説明した溶接方法が使用されてもよい。例えば、上述の各実施形態で説明した溶接方法に従って、構造物が肉盛り溶接されてもよいし、継手溶接されてもよい。

なお、上述の各実施形態においては、原子力発電プラントＡＰが加圧水型原子炉を含むこととした。原子力発電プラントＡＰは、沸騰水型原子炉（ＢＷＲ：Boiling Water Reactor）を含んでもよい。

１ 母材
２ 溶接材料
３ 溶接金属
４ 溶接部
５ クラッド層
６ 凹部
７ 開口部
１０ プラグ部材
１１ カバー部材
１０１ 原子炉容器

Claims (10)

1. 中性子が照射された低合金鋼の母材を、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接材料を用いて溶接する溶接方法であって、
   前記溶接により前記母材と前記溶接材料との溶接金属が生成され、
   前記溶接金属の目標フェライト量を設定することと、
   前記溶接金属の第１希釈率及び前記第１希釈率とは異なる第２希釈率の両方で前記目標フェライト量の溶接金属が生成されるように前記溶接材料の組成を決定することと、
   前記第１希釈率と前記第２希釈率との間の希釈率となるように入熱量を設定して、前記決定された組成の溶接材料を用いて前記母材を溶接することと、
   を含む溶接方法。
2. 前記溶接金属の目標フェライト量は、５％以上１２％以下である請求項１に記載の溶接方法。
3. 中性子が照射された母材の欠陥を検出することと、
   検出された前記欠陥を請求項１又は請求項２に記載の溶接方法で補修することと、
   を含む補修方法。
4. 前記欠陥を含む前記母材の一部分を除去することを含み、
   前記母材の溶接は、前記除去により前記母材に形成された凹部の溶接を含み、
   前記凹部の溶接は、前記凹部を溶接金属で埋めることを含む請求項３に記載の補修方法。
5. 前記溶接は、前記母材の表面に形成されたオーステナイト系ステンレス鋼のクラッド層の溶接を含み、
   前記除去は、前記クラッド層の一部分を除去することを含み、
   前記クラッド層の溶接は、前記除去により前記クラッド層に形成された開口部の溶接を含み、
   前記開口部の溶接は、前記開口部を溶接金属で埋めることを含む請求項４に記載の補修方法。
6. 前記クラッド層に前記溶接金属が接触しないように、前記凹部を第１入熱量で溶接することと、
   前記凹部の溶接後、前記開口部を前記第１入熱量よりも小さい第２入熱量で溶接することと、を含む請求項５に記載の補修方法。
7. 前記凹部及び前記開口部を第１入熱量で溶接することと、
   前記凹部の溶接及び前記開口部の溶接後、前記凹部の前記溶接金属を残した状態で、前記開口部の前記溶接金属及び前記開口部の周囲の前記クラッド層の一部分を除去することと、
   前記除去により前記クラッド層に形成された第２開口部を前記第１入熱量よりも小さい第２入熱量で溶接することと、を含む請求項５に記載の補修方法。
8. 前記凹部の形成後、前記凹部の溶接及び前記開口部の溶接前に、前記凹部にプラグ部材を配置することと、
   前記凹部に前記プラグ部材が配置された状態で、前記開口部を第１入熱量で溶接することと、
   前記開口部の溶接後、前記開口部の溶接金属の一部を除去して前記溶接金属に第３開口部を形成することと、
   前記凹部から前記プラグ部材を除去することと、
   前記第３開口部の形成及び前記プラグ部材の除去後、前記凹部及び前記第３開口部のそれぞれを前記第１入熱量よりも大きい第２入熱量で溶接することと、を含む請求項５に記載の補修方法。
9. 前記凹部及び前記開口部の形成後、前記溶接前に、前記開口部をカバー部材で塞ぐことを含む請求項５から請求項８のいずれか一項に記載の補修方法。
10. 前記カバー部材は、オーステナイト系ステンレス鋼を含み、
    前記カバー部材と前記クラッド層の少なくとも一部とが前記溶接材料で溶接される請求項９に記載の補修方法。

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