JPH10319172A - 還元性雰囲気と接する構造物の欠陥補修方法及びその欠陥補修装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ナトリウム等の還元性雰囲気と接する構造物の
面に発生した欠陥を効率よく補修する。 【解決手段】還元性雰囲気（ナトリウム３）に接する構
造物（炉容器２）に対する圧縮応力の付与手段（加熱装
置５）が９０度の角度間隔を開けて４方向に配列されて
いる補修装置１を用い、ナトリウム３と接する炉容器２
の面に発生し互いに異なる方向に発生したマルチサイト
クラック状の欠陥（微小亀裂９）に、前記微少亀裂９の
長手方向と前記炉容器２の面内で直角な方向に圧縮応力
７を付与する事によって、互いに異なる方向に発生した
前記微小亀裂９を同時に圧接して消去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、還元性雰囲気と接
する構造物の面に生じた欠陥を補修する方法と装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】還元性雰囲気と接する構造物として、例
えば、原子力産業の当業者間では、高速増殖炉の炉容器
内壁などが、還元性雰囲気を作り出すナトリウムと接す
る構造物として知られている。

【０００３】高速増殖炉は最高温度が５００℃以上の高
温で運転されるため、プラントの安全性・信頼性を確保
するには、材料の高温強度特性を把握し構造物を設計す
る必要がある。材料強度特性は主に引張強度特性，クリ
ープ強度特性，疲労強度特性等に分類でき、構造物を設
計する際には、これらの基本的な材料強度特性データを
取得し強度を満足するように形状・寸法等が決定され
る。

【０００４】高速増殖炉では原子炉から発生するエネル
ギーを伝達する媒体としてナトリウムを用いている。

【０００５】ナトリウムは、熱伝達性が良好なこと、沸
点が高く原子炉の運転温度では常圧で液体を保持できる
こと、核的に中性子の吸収が小さいことなどの特徴を上
げることができる。

【０００６】一方、ナトリウムは化学的に活性で、かつ
還元性物質として作用するため、材料表面では種々の反
応がおこり、その結果材料特性にも影響を与える。

【０００７】ナトリウム中で材料に起こる現象は、腐
食，質量移行，摩耗・自己融着などがあり、その結果、
クリープや疲労等の材料強度に変化を及ぼす。上記のナ
トリウム中腐食の形態は全面腐食であり、材料の腐食量
はナトリウム中の不純物，温度などに依存するが、最も
大きな要素はナトリウム中の酸素や炭素である。質量移
行現象は、材料中の成分元素がナトリウム中に溶出した
り、逆にナトリウム中に溶解している元素が材料中へ拡
散浸入する現象である。

【０００８】摩耗・自己融着現象は、ナトリウムによっ
て材料表面の酸化皮膜が除去される結果、材料の母材自
体が接触してそれらの現象が加速される。

【０００９】上記のナトリウム中現象が引張強度，クリ
ープ強度，疲労強度等の材料強度に変化を及ぼす。

【００１０】これらの材料強度のうち、最も重要なもの
が疲労強度である。高速増殖炉の構造物に加わる外力要
因として、プラント寿命期間中の起動・停止に伴って発
生する熱膨脹や、定常運転時に生じる流力振動や熱衝撃
などによる繰り返し荷重、いわゆる疲労荷重がある。

【００１１】また、疲労亀裂が発生・進展に関わる材料
要因として、材料を構成する結晶の欠陥や、表面あるい
は材料内部に存在する微小欠陥や空孔のように、ミクロ
ン単位の構造欠陥がある。

【００１２】特に溶接部は、組織変化を伴いやすく、溶
接欠陥が存在しやすいことから、その強度特性には注意
する必要がある。

【００１３】破壊は、一つの固体が外力を受けて、２個
またはそれ以上の部分に分解する現象であるが、その様
式を大別すると、脆性破壊と延性破壊に別れる。

【００１４】前者は、ほとんど塑性変形をともなわずに
生じるもので、内部の微細な欠陥が急速に進展し、瞬時
に破壊にいたるものである。

【００１５】後者は、かなりの塑性変形ののちに起こる
もので、欠陥の成長は比較的ゆるやかであり、実機構造
物において発生しやすい。

【００１６】したがって、機械や構造物に対しては、延
性破壊のほうが解決されるべき課題として重要である。

【００１７】また、高速増殖炉では主要な構造材料とし
て、オーステナイト系ステンレス鋼を使用しており、こ
れは延性挙動を示す材料である。また、金属組織学的な
立場から、破壊を結晶粒内破壊と結晶粒界破壊の２つに
分類でき、疲労やクリ−プなどの負荷応力の形態、なら
びに環境等によって決まるものである。

【００１８】上記のように高速増殖炉では、ナトリウム
で使用する機器・構造物に疲労荷重等が負荷される。

【００１９】機器・構造物の設計ではそれらの疲労荷重
等を充分に考慮して形状・寸法等を決定している。

【００２０】しかし、何らかの原因で機器・構造物に欠
陥が発生した場合、構造材料の欠陥を補修する第１の方
法として、従来は構造物内のナトリウムをドレンしたあ
と構造物を分割・解体して、材料表面のナトリウムを洗
浄し、その後補修していた。更に他の従来例による構造
材料の欠陥を補修する第２の方法としては、特開平8−2
20287 号公報に開示されているような、欠陥の長手方向
と直交する両方向に加熱コイルを圧縮応力の付与手段と
して配置し、その加熱コイルで構造材料を加熱して欠陥
に圧縮応力を加え、その圧縮応力によって欠陥を圧接し
て消滅させる方法が公知である。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術による第
１の方法では、ナトリウムのドレン，構造物の分割・解
体及び洗浄など補修前に必要な作業工程を組む必要があ
り、さらに補修後に再組立てする必要があり、プラント
の再運転までに長期間を要する。また、ナトリウムは化
学的に活性で水と急激な反応を起こすため、取り出した
構造物を洗浄する際には、安全面で十分な配慮を払う必
要があった。特に、構造物表面に放射性物質が付着して
いる場合には、被爆や洗浄廃液処理などに関しても対策
する必要があった。

【００２２】また、上記従来技術による第２の方法で
は、欠陥の方向性が一方向の場合で且つその方向が既知
の場合には、圧縮応力が効率よく欠陥を圧接する作用に
供せられるものの、欠陥の方向性が複数方向となるマル
チサイトクラックと称せられる欠陥には圧縮応力が効率
よく欠陥を圧接する作用に供せられ無い。

【００２３】このため、従来の補修方法は期間，安全性
及び経済性などの観点から好ましくない。

【００２４】従って、本発明の目的は、還元性雰囲気に
接する面で発生するマルチサイトクラック状の欠陥の方
向性を検証して効率よく欠陥を圧接により補修する方法
及び装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ための第１の方法は、還元性雰囲気と接する構造物の面
に発生した欠陥に、前記欠陥の長手方向と前記構造物の
面内で直角な方向に圧縮応力を付与することによって、
前記欠陥を圧接して消去する方法において、前記欠陥の
長手方向に対する４直角方向から前記圧縮応力を付与す
ることを特徴とした還元性雰囲気と接する構造物の欠陥
補修方法であり、還元性雰囲気内では欠陥の方向性が構
造物の負荷方向に対して約４５度の角度にて互いにほぼ
直交するから、４直角方向から圧縮応力を付与するいず
れかの方向の圧縮応力がいずれかの方向の欠陥の方向に
直交して作用し、還元性雰囲気と接する構造物の面に発
生したマルチサイトクラック状の欠陥の圧接が効率よく
なせるという作用効果が得られる。

【００２６】同じく第２の方法は、第１の方法におい
て、前記還元性雰囲気と接する構造物の面と反対の面
で、前記欠陥の長手方向と直角な４方向に位置する箇所
を、前記各箇所の内の互いに１８０度の角度で向かい合
う箇所間を互いに近づく方向に機械的に引張して前記構
造物に圧縮応力を付与することを特徴とした還元性雰囲
気と接する構造物の欠陥補修方法であり、第１の方法に
よる作用効果に加えて、機械的に圧縮応力が構造物の欠
陥に付与できるので、熱を圧縮応力に変換して圧縮応力
が構造物に付与されるものに比べて変換ロス少なく効率
よく且つ大きな圧縮応力を構造物に付与して強力な欠陥
の圧接作用が得られ、欠陥の補修効果が一層向上すると
いう効果が得られる。

【００２７】同じく第３の方法は、還元性雰囲気と接す
る構造物の負荷方向に対して互いに４５度の角度にて４
方向に圧縮応力の付与手段を配置し、前記４方向から前
記構造物に圧縮応力を付与することによって前記構造物
のマルチサイトクラックを圧接して消去する還元性雰囲
気と接する構造物の欠陥補修方法であり、還元性雰囲気
内では欠陥の方向性が構造物の負荷方向に対して約４５
度の角度にて互いにほぼ直交する４方向に延るから、そ
の４方向と直交する４方向の圧縮応力の付与手段から圧
縮応力を付与すると、いずれかの方向の圧縮応力がいず
れかの方向の欠陥の方向に直交して作用し、還元性雰囲
気と接する構造物の面に発生したマルチサイトクラック
状の欠陥の圧接が効率よくなせるという作用効果が得ら
れる。

【００２８】本発明の目的を達成するための装置は、還
元性雰囲気に接する構造物に対する圧縮応力の付与手段
が９０度の角度間隔を開けて４方向に配列されている還
元性雰囲気と接する構造物の欠陥補修装置であり、還元
性雰囲気内では欠陥の方向性が構造物の負荷方向に対し
て約４５度の角度にて互いにほぼ直交する４方向に延る
から、その４方向と直交する４方向に圧縮応力の付与手
段が位置するように圧縮応力の付与手段が配置された後
に、圧縮応力の付与手段で構造物に圧縮応力を付与する
と、いずれかの方向の圧縮応力がいずれかの方向の欠陥
の方向に直交して作用し、還元性雰囲気と接する構造物
の面に発生したマルチサイトクラック状の欠陥の圧接が
効率よくなせるという作用効果が得られる。

【００２９】同じく本発明の目的を達成するための装置
は、還元性雰囲気と接する構造物の面と反対の面へ、前
記構造物の還元性雰囲気と接する面に生じた欠陥の長手
方向と直角な４方向に位置する配置で固定した各変形抑
制部材と、互いに１８０度の角度方向で対向し合う前記
各変形抑制部材間を連結した伸縮機構とを備えた還元性
雰囲気と接する構造物の欠陥補修装置であり、伸縮機構
を作動させて互いに１８０度の角度方向で対向し合う変
形抑制部材同志を互いに引き寄せると、変形抑制部材同
志間での構造物に圧縮応力が付与され、その圧縮応力は
互いに直交する４方向から構造物に作用し、還元性雰囲
気内ではマルチサイトクラック状の欠陥の方向性が構造
物の負荷方向に対して約４５度の角度にて互いにほぼ直
交する４方向に延る特性があるから、構造物に作用した
各方向の圧縮応力のいずれかはいずれかの方向の欠陥の
方向と直交して欠陥に作用し、マルチサイトクラック状
の欠陥が効率よく圧接されて補修できるという作用効果
が得られる。

【００３０】

【発明の実施の形態】図１は、液体ナトリウムを蓄えた
高速増殖炉の炉容器に対して本発明によるナトリウム中
での補修方法を適用した実施例を示す。

【００３１】内部にヒータ等の加熱装置５や冷却装置６
を保有する補修装置１は、炉容器２のメンテナンスホー
ル等を利用して炉容器２の上部から挿入する。

【００３２】補修装置１を炉容器２のナトリウム中に挿
入後、アルゴンガスなどの不活性なシールドガスを補修
装置１の内部からナトリウム中にブローして、補修装置
１とナトリウムを隔離しながら移動させる。

【００３３】移動後、補修装置１の先端部は炉容器２の
内表面に密着させ、炉容器２の内表面と補修装置１のケ
ーシング４により空間を形成している。

【００３４】ここで、炉容器２の内表面に発生した微小
欠陥９の周囲において、欠陥面に対して垂直な４方向か
ら加熱装置５で加熱すると同時に、微小欠陥９の中心部
を冷却装置６で不活性ガスをブローして冷却する。

【００３５】このとき、加熱部は熱膨脹するとともに欠
陥中心部は熱収縮し、欠陥面に対して垂直な４方向か
ら、圧縮応力７が作用して圧接する。欠陥部の開口量は
徐々に減少していき、補修することができる。

【００３６】なお、補修装置１の先端部を案内筒８を介
して炉容器２の内表面方向へ強く押しつけて密着性を保
つことにより、周囲に存在するナトリウムが補修空間へ
浸入するのを防止するとともに、熱膨脹しようとする欠
陥周囲の部材の変形を抑制する。

【００３７】図１では、接合個所を熱応力により強く加
圧して、材料に塑性変形を生じさせ接合する。

【００３８】欠陥面に対して垂直な４方向からの応力に
より、接合に必要とする外力を最小限に抑えることがで
き、補修装置１の小型化・軽量化を図ることができる。

【００３９】このような圧接による場合、接合面同士を
結晶の格子定数程度まで接近させると、それぞれに属す
る金属イオンに対して自由電子の共有化が生じ、金属結
合する。

【００４０】このような機械的方法で材料を接合する場
合、接合する材料の両表面を密着するため、表面間の距
離はできるだけ短い方がよい。

【００４１】そのため電気的接合の場合に必要な材料の
開先加工は特に必要とせず、短時間で補修できる利点が
ある。

【００４２】アーク溶接などの電気的方法を用いて材料
を接合する場合、接合付近の材料温度は２０００℃前後
にまで熱せられる。

【００４３】アーク溶接は、低電圧・大電流により母材
と金属電極との間にアークを発生させて、この熱によっ
て母材と溶接棒内の金属電極を溶融させ接合する方法で
ある。

【００４４】このとき、残存するナトリウムがベーパ化
し材料内部に残留する可能性がある。

【００４５】さらに、ナトリウムベーパ以外にも空間中
の酸素，窒素，水素などのガスを吸収しやすい。

【００４６】このためシールドガスを用いてナトリウム
ベーパを除去するとともに、これらのガス吸収を低減化
する必要がある。

【００４７】本実施例は、以下で詳細に述べるように、
ナトリウム中材料強度実験で得た材料表面の損傷特性を
もとに発案したものである。

【００４８】具体的には、ナトリウム中微小欠陥の発生
面が欠陥の原因となる応力方向に対して、ほぼ４５度の
２つの剪断方向に発生するという実験的事実に基づいて
考案したものである。

【００４９】疲労破壊の原因となる疲労現象は、欠陥部
で局所的な塑性ひずみが繰返されることによって発生す
るものである。

【００５０】この点から、疲労に関する基礎的研究の一
つとして、定ひずみ振幅試験が、疲労による材料の硬化
あるいは軟化挙動を解明するため、一般的に実施され
る。

【００５１】発明者らは、高速増殖炉の高応力発生部で
生じる疲労現象による損傷を解明するため、ナトリウム
中疲労強度実験を行った。

【００５２】試験では、高温強度特性に優れている低炭
素−窒素添加型SUS316鋼（以下、３１６ＦＲ鋼）の丸棒
平滑試験体を用いて、疲労亀裂進展ならびに破損挙動を
評価した。

【００５３】図２は、疲労強度実験装置の構造を示す。

【００５４】その装置による実験では、途中、試験体１
０をナトリウム容器１１から取り出して、亀裂を観察し
たあと再装荷する。

【００５５】そのため容器１１は、再装荷可能なフラン
ジ構造となっている。

【００５６】上部フランジは試験体上部に、下部容器は
試験体下部に連結している。

【００５７】上部フランジと試験体上部の中間には、伸
縮性及び気密性を保持するためベローズ１３を設けてい
る。

【００５８】試験体１０は、偏心を抑制する観点からナ
トリウム容器１１を貫通する構造となっている。

【００５９】試験体中央部の材質は３１６ＦＲ鋼で、円
柱形である。この試験体中央部に、試験体標点間の歪を
オンラインで測定するため、ナトリウム中で使用可能な
歪センサー１２を取り付けた。

【００６０】容器１１には、ナトリウム精製装置と連結
して純化するため出入口ノズルを取り付けた。加熱は容
器外側に巻きつけたマイクロヒーターによる。

【００６１】ナトリウム容器１１のカバーガスとしてＡ
ｒガスを用いる。

【００６２】Ａｒガスを封入する時、真空状態とする必
要があり、センサーのベローズは内圧と外圧で差が生じ
ると、座屈する可能性がある。

【００６３】そこで、センサー内空間とカバーガス空間
を図２で示すようにベーパトラップ１５を介して配管で
連結し、常に同一圧力となるようにした。

【００６４】高温の歪測定で最も実績のあるゲージは溶
接型の抵抗線歪ゲージである。しかし抵抗線歪ゲージは
塑性歪の繰り返し強度が低く、さらに局部的な領域での
測定及び微小亀裂の検出は困難である。

【００６５】一方、電気容量型の歪ゲージは大きな歪及
び高温特性に優れている。そこで高温ナトリウム中で使
用可能な局部歪測定センサーとして、電気容量型の歪セ
ンサー１２を使用した。

【００６６】図３はナトリウム中の電気容量型の歪セン
サー１２の詳細図を示す。

【００６７】本歪センサー１２は、試験体にスポット溶
接した先端部１６が、支持部２２を固定端として試験体
の動きに追従して変位し、それに伴なう電極１７の間隔
変化をとらえるものである。

【００６８】電気容量型の歪センサー１２の電極間の電
気容量Ｃは式（１）で表わすことができる。

【００６９】 Ｃ＝Ｋ・Ａ／Ｄ …（１） Ｋ：電極間の物質の誘電率に比例する定数 Ａ：相対する電極の面積 Ｄ：相対する電極の距離 歪εと静電容量変化率ΔＣ／Ｃ０の間には、以下の関係
が成立する。

【００７０】 ΔＣ／Ｃ０＝Ｇｓ・ε …（２） Ｃ０：初期静電容量 Ｇｓ：ゲージ率 ここで、ゲージ率Ｇｓはセンサーの形状により決定され
る定数である。

【００７１】センサー内は、相対する電極１７とそれを
支持する絶縁材１８からなる。ナトリウムは電気伝導性
があるため、ナトリウム中でセンサーを使用するには、
電極１７へのＭＩケーブル１４及び電極周辺の空間は完
全にナトリウムから隔離し、絶縁する必要がある。

【００７２】そこで、ＭＩケーブル１４及び電極１７の
周辺をベローズ１９で覆い、歪検出部である先端部１６
のみをベローズ１９の外側に取り付けた。

【００７３】本電気容量型の歪センサー１２は、被測定
物の歪に連動して先端部が自由に動くことが必要であ
る。

【００７４】そこで、図３に示すような、２個のベース
間にベローズ１９を設けて変形できる構造を採用した。

【００７５】電極を囲む下部ベローズの上側には、下部
ベローズ及び電極１７の重量がスポット溶接部に加わる
のを軽減するため、さらに電極が自由に連動するよう上
部ベローズを設けた。

【００７６】なお、ＭＩケーブル１４の引出管にも、熱
膨脹を吸収するベローズを設けている。

【００７７】疲労試験では、ナトリウム容器１１と一体
化した試験体の上下端を疲労試験機のチャックに連結す
るが、容器内のナトリウム液面が揺らぐのを防ぐため、
試験体下端を疲労試験機の固定側に、試験体上端を疲労
試験機の駆動側に連結する構成とした。

【００７８】疲労試験に先立ち、容器に連結したナトリ
ウムループのコールドトラップ温度を１２０℃に制御し
て循環運転し、ナトリウム純化を行った。

【００７９】このときのナトリウム中酸素濃度は１ppm
である。

【００８０】試験は疲労試験機のシリンダーストローク
制御で実施した。ここで、試験部に取付けた容量型ひず
みゲージのひずみ範囲が一定となるよう、手動により微
調整した。破損に至る途中で、試験体を容器から取り出
し、ナトリウムをアルコールで洗浄後、材料表面のレプ
リカを採取した。

【００８１】このレプリカを用いて、投影顕微鏡によ
り、微小亀裂の発生と成長状況を観察した。

【００８２】なお、上記試験体と同素材・同形状の試験
体を製作し、電気炉を用いた高温大気中試験を、ナトリ
ウム試験と同条件で実施した。大気中試験では、ナトリ
ウム中の電気容量型の歪センサー１２と同じゲージ率の
電気容量型の歪センサーを試験体に取り付け、破損する
まで連続的に疲労荷重を負荷した。

【００８３】図４は、大気及びナトリウム中試験体に関
して、疲労破損後に表面観察した微小亀裂（破断部以
外）の発生状況の模式図を示す。

【００８４】ナトリウム中では、微小亀裂が大気中より
も多数発生しており、いわゆるマルチサイトクラックを
呈している。

【００８５】これは強還元性のナトリウム中では、大気
中で生じるような堅固で脆性的な酸化膜が発生せず、比
較的、材料表面のひずみが均等化しやすいことに起因す
るものと考える。

【００８６】さらに図４より、大気中微小亀裂は、負荷
方向に対してほぼ垂直に発生しているが、ナトリウム中
微小亀裂は、負荷方向と約４５度の角度をなすせん断方
向に発生しており、環境による違いが認められる。

【００８７】微小亀裂は結晶粒内のすべりによって発生
し、せん断型亀裂となるが、ナトリウム中では酸化膜が
なく、このような材料内部の損傷特性が表面に表れやす
いと考える。

【００８８】図５は、単位面積あたりの１０μｍ以上の
亀裂密度（主亀裂を除く。）に関する履歴の模式図を示
す。

【００８９】これより、Ｎ／Ｎｆ＝０.３５(Ｎ：繰返し
数，Ｎｆ：破断繰返し数）からＮ／Ｎｆ＝０.５３ にか
けて、微小亀裂の発生・成長による長さと数の増大がみ
られ、その後、破断繰返し数（Ｎ／Ｎｆ＝１）までは、
微小亀裂の連結による長さの増大と数の減少がみられ
る。

【００９０】以上のように、ナトリウム中では微小亀裂
が寿命中期頃まで多数発生するが、その後、この微小亀
裂が連結し破断に至ると考える。

【００９１】なお、大気中疲労試験の結果では、主亀裂
の発生時期は寿命初期であり、ナトリウム中と比較して
早い。

【００９２】なお、ナトリウム中の破損繰り返し数は、
大気中と比較して長寿命となり、環境効果が認められ
る。

【００９３】微小亀裂の観察結果より、ナトリウム中疲
労の特徴として、材料表面のひずみが均等化しやすく、
マルチサイトクラックが発生することが上げられる。

【００９４】この微小亀裂は寿命中期頃まで発生・成長
するが、その後、微小亀裂が連結して主亀裂を生じ、破
損に至る。

【００９５】つまり、破損の直接的原因となる主亀裂の
発生時期は、ナトリウム中では大気中よりも遅く、それ
がナトリウム中での長寿命化の要因であると考える。

【００９６】さらに、大気中微小亀裂は負荷方向に対し
てほぼ垂直に発生するのに対して、ナトリウム中微小亀
裂の大きな特徴として、負荷方向と約４５度の角度をな
すせん断方向に発生することである。

【００９７】本発明では、このような損傷特性を有する
ナトリウム中微小亀裂を、効率的に補修する方法を提供
している。

【００９８】図６は、図１に示す冷却装置６がない実施
例を示す。

【００９９】これは、欠陥中心部を冷却しないため、図
１に示す実施例と比較して、微小欠陥９を高温にして変
形しやすくする実施例である。

【０１００】内部にヒータ等の加熱装置５を保有する補
修装置１は炉容器２の上部から挿入し、補修装置１の先
端部は炉容器２の内表面に密着し、炉容器２の内表面と
補修装置１のケーシング４により空間を形成している。

【０１０１】ここで、炉容器２の内表面に発生した欠陥
部周囲において、欠陥面に対して垂直な４方向から加熱
装置６で加熱する。

【０１０２】このとき、加熱部は熱膨脹するため欠陥中
心部は収縮し、欠陥面に対して垂直な４方向から圧縮応
力が作用して圧接し、補修することになる。

【０１０３】図６に示す実施例では、欠陥中心部を冷却
しないため、図１に示す実施例と比較して欠陥中心部を
高温に保持することができるため、原子の拡散が生じや
すくなり、強固な接合面を得ることができる。

【０１０４】接合面に強い塑性変形を与えると、酸化膜
が破壊され清浄な新生金属面同士での密着が可能とな
る。

【０１０５】また、図１と比較して冷却装置６がなく、
設備を簡素化できる利点がある。補修装置１は、メンテ
ナンスホール等を利用して炉容器２の上部から挿入す
る。

【０１０６】補修装置１を炉容器２のナトリウム中に挿
入後、アルゴンガスなどの不活性なシールドガスを補修
装置１の内部からナトリウム中にブローして、補修装置
１とナトリウムを隔離しながら移動させる。

【０１０７】図７は、炉容器２の内表面に発生した微小
欠陥９の周囲を、炉容器２の外表面に取り付けた加熱装
置５で加熱するとともに、微小欠陥９の中心部にあたる
外表面を冷却装置６で冷却し、欠陥中心部の周囲の４方
向から圧縮応力を作用させて圧接する補修方法を示す。

【０１０８】図７に示す実施例では、図１に示すように
ナトリウム中に補修装置１を挿入する必要がないため、
補修装置１をナトリウムから隔離するケーシングや案内
筒を必要とせず、補修装置１を大幅に簡素化・軽量化で
き、さらに補修に要する工期を短縮できるという利点が
ある。

【０１０９】図７に示す実施例では、欠陥面がナトリウ
ムと接したまま接合させようとするものである。

【０１１０】この場合、ナトリウムの還元性を利用して
接合をより簡便かつ強固に実施することができる。

【０１１１】ナトリウムは還元性を有するため、材料表
面の酸化膜はナトリウムにより除去され、清浄な材料面
が得られる。

【０１１２】例えば欠陥の破面においても清浄な面が得
られ、再結合しやすい。

【０１１３】図７に示す実施例のように、ナトリウムに
接している微小欠陥に圧縮応力を負荷した場合、欠陥亀
裂が再結合する現象が存在する。

【０１１４】材料中に生じた欠陥に対するこのようなナ
トリウム環境効果の特徴は、ナトリウムの還元性によっ
て説明できる。

【０１１５】ナトリウム中では、空気中と比較して破面
上の酸化物生成が少なく破面間の再結合が生じやすいた
め、亀裂進展速度が低下するという特徴がある。

【０１１６】以下、従来の実験データをもとにナトリウ
ム環境効果について述べる。

【０１１７】図８は、微小な亀裂に関する実験より得た
亀裂長さａと亀裂進展速度ｄａ／ｄＮの関係を表す。試
験体はSUS304の中央切欠付き平板であり、実験温度は55
0℃において繰り返し疲労荷重を負荷した。

【０１１８】これよりナトリウム中の亀裂進展速度はそ
の負荷の繰り返し周波数の影響を受け、高周波数ほど遅
くなる。

【０１１９】さらにナトリウム中の亀裂進展速度は周波
数０.０７Ｈｚ の時、空気中よりも遅い。これは、ナト
リウム中では破面間で再結合が生じやすいことに起因す
ると推測できる。

【０１２０】つまり、ナトリウム中では破面表面が酸化
されにくく、繰り返し負荷の圧縮過程で破面間の再結合
が生じやすい。

【０１２１】一方、空気中では亀裂が進展し破面が形成
されると、破面表面が酸化し両破面間で再結合しにく
い。

【０１２２】このようなナトリウム中における破面間の
再結合は、インコネルを用いた疲労亀裂進展実験におけ
る破面からも観察されている。

【０１２３】実験ではインコネルを用いて温度４２７℃
でナトリウム中と空気中で疲労試験を行い、ストライエ
ーションを比較した。ストライエーションとは、繰り返
し荷重により破面上に形成される波状の模様で、１サイ
クルで１つの波模様が形成される。

【０１２４】その結果、空気中で明瞭に観察される連続
的なストライエーションがナトリウム中では観察され
ず、ストライエーションが除去されたような痕跡が残さ
れており、これは破面間の再結合によるものと考える。

【０１２５】図９は、図７に示す冷却装置がない場合を
示す。

【０１２６】これは、図７に示す実施例と比較して、微
小欠陥９を高温にして変形しやすくする実施例である。

【０１２７】ここで、炉容器２の内表面に発生した微小
欠陥９の周囲において、欠陥面に対して垂直な４方向か
ら加熱装置５で加熱する。

【０１２８】このとき、加熱部は熱膨脹するため欠陥中
心部は収縮し、欠陥面に対して垂直な４方向から圧縮応
力が作用して圧接し、補修することになる。

【０１２９】図９に示す実施例では、欠陥中心部を冷却
しないため、図８に示す実施例と比較して欠陥中心部を
高温に保持することができるため、原子の拡散が生じや
すくなり、強固な接合面を得ることができる。

【０１３０】接合面に強い塑性変形を与えると、酸化膜
が破壊され清浄な新生金属面同士での密着が可能とな
る。

【０１３１】また、図７と比較して冷却装置がなく、設
備を簡素化できる利点がある。

【０１３２】図１０は、炉容器２の内表面に発生した微
小欠陥９の周囲を、炉容器２の外表面に取り付けた機械
的な補修装置１を用いて、欠陥中心部の周囲の４方向か
ら圧縮応力を負荷する場合の実施例を示すものである。

【０１３３】図１０の補修装置１は、機械的に圧縮応力
を炉容器２に付与するものであり、炉容器２の外表面に
溶接等により取り付けた変形抑制部材２０と、変形抑制
部材２０に連結して圧縮応力を負荷させる締結治具２１
からなる。

【０１３４】締結治具２１は内側に逆ネジの構造を備
え、変形抑制部材２０に固定されたロッド２３がねじ込
まれている構成を有し、その構成はターンバックルの構
成を持つ伸縮機構である。

【０１３５】締結治具２１を回転させて締結治具２１の
逆ネジの回転力によりロッド２３を引き寄せると変形抑
制部材２０同志が近づく方向に引張力が作用し、その反
力によって炉容器２に微小亀裂９の長手方向と直交する
圧縮応力７が負荷できる。

【０１３６】変形抑制部材２０間の締結治具２１の代わ
りに、伸縮機構としてエアーシリンダー又は油圧シリン
ダーに置き換えて、そのエアーシリンダー又は油圧シリ
ンダーのピストンロッドの縮み力で変形抑制部材２０同
志を近づく方向に引張力が作用させ、その反力によって
炉容器２に微小欠陥９の長手方向と直交する圧縮応力７
が負荷しても良い。

【０１３７】このような機械的な圧縮応力の付与は、熱
を圧縮応力に変換する際のロスが少なく、効率よく大き
な圧縮応力を付与でき、補修面積が広い場合など、比較
的大きな圧縮力を必要とする場合に有効である。

【０１３８】又、他の実施例で述べたような熱応力で応
力を負荷する場合と比較して、加熱装置や冷却装置を必
要とせず補修装置を簡素化・軽量化でき、また直接的に
応力を発生させるため荷重の制御が比較的簡単であると
いう利点があり、大きな荷重負荷も容易にできる。

【０１３９】上記実施例の補修方法によれば、ナトリウ
ムのドレン，構造物の分割・解体，洗浄及び再組立てな
ど補修前後に必要な作業工程を組む必要がなく、プラン
トの再起動までの期間を短縮することができる。また、
取り出した構造物に付着した、化学的に活性なナトリウ
ムを洗浄するなどの手間が省ける。さらに、構造物表面
に付着している放射性物質による被爆や洗浄廃液処理な
どの問題もない。

【０１４０】さらに、比較的大きな欠陥に至る前に微小
欠陥を補修することが可能であり、原子力プラントの健
全性・信頼性を保つことができる。

【０１４１】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、還元性雰囲気
に接する構造物の面に発生したマルチサイトクラック状
の欠陥を効率よく補修する方法が提供できる。

【０１４２】請求項２の発明によれば、請求項１の発明
による効果に加えて、機械的に圧縮応力を欠陥に作用さ
せて確実に欠陥を補修することが出来る。

【０１４３】請求項３の発明によれば、還元性雰囲気に
接する構造物の面に発生したマルチサイトクラック状の
欠陥を効率よく補修する方法が提供できる。

【０１４４】請求項４の発明によれば、還元性雰囲気に
接する構造物の面に発生したマルチサイトクラック状の
欠陥を効率よく補修する装置が提供できる。

【０１４５】請求項５の発明によれば、還元性雰囲気に
接する構造物の面に発生したマルチサイトクラック状の
欠陥を効率よく補修でき、且つその補修時に利用する圧
縮応力を機械的に発生させてその補修を確実に達成でき
る装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による高速増殖炉の炉容器
に対する欠陥の補修装置を示した立面図である。

【図２】還元性雰囲気に接する面の損傷特性を検証する
ために使用したナトリウム中疲労強度実験装置の縦断面
図である。

【図３】図２に示した電気容量型の歪センサーの縦断面
図である。

【図４】大気及びナトリウム中疲労強度実験で得られた
試験体表面の微小亀裂発生状況の模式図であり、（ａ）
図はナトリウム中疲労強度実験で得られた試験体表面の
微小亀裂発生状況を、（ｂ）図は大気中疲労強度実験で
得られた試験体表面の微小亀裂発生状況を示している。

【図５】ナトリウム中疲労強度実験で得られた試験体表
面の微小亀裂に関する、単位面積あたりの亀裂密度の折
れ線グラフ図である。

【図６】本発明の第２実施例による高速増殖炉の炉容器
に対する欠陥の補修装置を示した立面図である。

【図７】本発明の第１実施例による補修装置を炉容器の
外面から適用した場合の状況を示した模式図である。

【図８】空気とナトリウム中における亀裂長さと亀裂進
展速度の関係を示したグラフ図である。

【図９】本発明の第２実施例による補修装置を炉容器の
外面から適用した場合の状況を示した模式図である。

【図１０】本発明の第３実施例による補修装置の立面図
である。

【符号の説明】

１…補修装置、２…炉容器、３…ナトリウム、４…ケー
シング、５…加熱装置、６…冷却装置、７…圧縮応力、
８…案内筒、９…微小欠陥、２０…変形抑制部材、２１
…締結治具。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】還元性雰囲気と接する構造物の面に発生し
   た欠陥に、前記欠陥の長手方向と前記構造物の面内で直
   角な方向に圧縮応力を付与することによって、前記欠陥
   を圧接して消去する方法において、前記欠陥の長手方向
   に対する４直角方向から前記圧縮応力を付与することを
   特徴とした還元性雰囲気と接する構造物の欠陥補修方
   法。
2. 【請求項２】請求項１において、前記還元性雰囲気と接
   する構造物の面と反対の面で、前記欠陥の長手方向と直
   角な４方向に位置する箇所を、前記各箇所の内の互いに
   180度の角度で向かい合う箇所間を互いに近づく方向に
   機械的に引張して前記構造物に圧縮応力を付与すること
   を特徴とした還元性雰囲気と接する構造物の欠陥補修方
   法。
3. 【請求項３】還元性雰囲気と接する構造物の負荷方向に
   対して互いに４５度の角度にて４方向に圧縮応力の付与
   手段を配置し、前記４方向から前記構造物に圧縮応力を
   付与することによって前記構造物のマルチサイトクラッ
   クを圧接して消去する還元性雰囲気と接する構造物の欠
   陥補修方法。
4. 【請求項４】還元性雰囲気に接する構造物に対する圧縮
   応力の付与手段が９０度の角度間隔を開けて４方向に配
   列されている還元性雰囲気と接する構造物の欠陥補修装
   置。
5. 【請求項５】還元性雰囲気と接する構造物の面と反対の
   面へ、前記構造物の還元性雰囲気と接する面に生じた欠
   陥の長手方向と直角な４方向に位置する配置で固定した
   各変形抑制部材と、互いに１８０度の角度方向で対向し
   合う前記各変形抑制部材間を連結した伸縮機構とを備え
   た還元性雰囲気と接する構造物の欠陥補修装置。