JPS61140840A - ジルコニウムおよびジルコニウム合金溶接部のための高速腐蝕試験 - Google Patents

ジルコニウムおよびジルコニウム合金溶接部のための高速腐蝕試験

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JPS61140840A
JPS61140840A JP60276174A JP27617485A JPS61140840A JP S61140840 A JPS61140840 A JP S61140840A JP 60276174 A JP60276174 A JP 60276174A JP 27617485 A JP27617485 A JP 27617485A JP S61140840 A JPS61140840 A JP S61140840A
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JP
Japan
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minutes
zircaloy
zirconium
test
heat
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JP60276174A
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English (en)
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ドナルド・ウイリアム・パーカー
マール・アルフレツド・パーカー
ジヨージ・ポール・サボル
イザベル・ノウルトン・ロイド
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CBS Corp
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
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    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N17/00Investigating resistance of materials to the weather, to corrosion, or to light

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  • Testing Resistance To Weather, Investigating Materials By Mechanical Methods (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 1吸Δij7 J( 本発明は、ジルコニウムおよびジルコニウム基合金の腐
蝕試験の分野に係わるものであり、特に、ジルコニウム
合金の溶接部の腐蝕試験に関する。
ジルコニウム合金は、一般に、商用加圧水型原子炉およ
び沸騰水型原子炉において、燃料棒の案内管および格子
のような構造要素ならびに管状の燃料被覆等の熱伝導要
素のような構造要素に用いられている。これらの要素を
形成するなめに、成るジルコニウム合金部材を他のジル
コニウム合金部材に結合する最も一般的な方法の1つは
、溶接による方法である。
ジルコニウムおよびその合金は、高温度で極めて高い反
応性を有する材料であることは周知である。即ち、ジル
コニウムおよびその合金は、大気中の酸素および窒素と
容易に且つ迅速に結合する。
これらの元素でジルコニウム合金が汚染されると、合金
の水による腐蝕に対する抵抗および(または)機械的性
質が悪影響を受は得ることが知られている。したがって
、ジルコニウム合金から形成される原子炉用要素の溶接
においては、溶接はすべて真空或いはヘリウムガスまた
はアルゴンガス雰囲気のような不活性雰囲気内で実施す
るのが一般的慣行である。例えば、ジルカロイ−4(z
ircaloy−4)製の端プラグを、ジルカロイ−4
製の燃料被覆管の端部に結合する周溶接は、典型的には
ヘリウムガスが充満された室内で「タングステン不活性
ガス(TIG)J溶接により形成されている。
空気が溶接室内に侵入して溶接部を汚染しないことを確
かめるなめに、周期的もしくは定期的に溶接試料につい
て3日間360℃(680下)の水腐蝕試験(A S 
T M試験No、G2)を行っている。
この試験は、有害な不純物(特に窒素)量を含有する溶
接試料の検出に非常に有効であるが、時間消費が大きく
試験結果を得るのに3日から長い場合には7日もの長い
期間を必要とする。この長い所要時間が原因で、3日間
水腐蝕試験は、プロセス制御試験としては殆ど価値がな
い。また、容認し得る試験結果を待機する間溶接製品を
貯蔵するのに必要なスペースに費用がかかり、在庫管理
上の問題が由々しくなる。したがって、有害な不純物量
を含有する溶接物の検出に上述の3日間水腐蝕試験と同
程度に有能であって然も極めて迅速に実施することがで
きる試験を開発することが望ましい。
光朋!11」 本発明者等は、現在用いられている慣用の360℃水腐
蝕方法に匹敵する精度を確保しつつ1時間以内で行われ
る点で、上述の要件を満たす迅速腐蝕試験を見出した。
本発明の試験は、溶接部および感熱部(HA Z )を
有するジルコニウム溶接物またはジルコニウム合金溶接
物を、好ましくは約400℃より高い温度に維持されて
いる高温の溶融塩浴内に浸漬することからなる。
溶融塩浴の温度ならびに浸漬期間は、汚染された非耐蝕
性溶接物にはスケール酸化物腐蝕生成物を形成しつつ、
而(触性の溶接部には本質的に黒色の付着性のよい酸化
物皮膜を形成するように制御される。溶融塩浴から取出
した後に、溶接物試料を、スケール酸化物腐蝕生成物の
有無に関して評価する。
溶融塩浴は、N a N O3、K N O3およびに
■の混合物から構成するのが好ましい。
溶融塩浴の温度および試験期間は、耐蝕性のジルカロイ
−4に、約6+ng/dm2〜約16 mg/ dm2
の付着性酸化物による重量増加が得られるように制御す
るのが好ましい。
また、浴の温度は、約400℃(750下)〜約500
℃(932下)に維持するのが好ましく、さらに好まし
くは、浴温度を約460℃(860下)〜約482℃(
900下)に維持する。浸漬期間は、約2.5分〜約1
6分の間が有利であり、最も好ましくは約5分ないし約
10分の浸漬期間を用いる。
本発明の上に述べた特徴および他の特徴は、添付図面を
参照しての本発明の以下の詳細な説明から一層明瞭にな
ろう。
゛な f!、1の5明 本発明によれば、 約48.6重量%のN a N Oyと、約41.0重
量%のK N O3と、 約10.4重量%のKIと からなる溶融塩浴を用いて、この浴を、約460℃(8
60下)から482℃(900下)の範囲内の温度に保
持し、ジルカロイ−4溶接物の浸漬時間を約2.5分な
いし約16分、さらに好ましくは約5分ないし、約10
分とした場合に最良の結果が達成されることが判明した
。しかしながら、これらパラメータは、以下に述べる主
旨にしたがい変えることも可能であり、しかも優れた結
果を達成することもできると考えられる。
浸漬時間および温度の組合せの制御が非常に重要である
と思われる。浸漬時間および浴の温度は、汚染された非
耐蝕性の溶接物にスケール酸化物腐蝕生成物を形成しつ
つ、耐蝕性溶接物に本質的に黒色の付着性もしくは粘性
のある酸化物皮膜が生成されるように制御すべきである
。この時間一温度の組合せの値の範囲は、用いられる特
定の塩浴ならびに特定の金属または合金(例えば、ジル
コニウム、ジルカロイ−2,ジルカロイ−4,2,5重
量%のニオビウムを含むジルコニウム)の酸化メカニズ
l\にしたがって変わり得る。例えば、ジルカロイ−4
の場合には、慣用の水腐蝕試験で、高品質のジルカロイ
−4溶接試料の、約6ないし16ミリグラム/平方デシ
メートル<mg/ den2)の酸化物重量増加か得ら
れることが知られている。
したがって、本発明にしたがい、ジルカロイ−4溶接物
を試験する際における本発明者等の目標の1つは、汚染
されていないジルカロイ−4溶接物に約6ないし16 
mg/ dm2範囲内の重量増加を発生ずるような時間
一温度組合せを選択することであった。
数理的には、460ないし482℃に保持された48.
6重量%のNaNo*、41.0重量%のK N O3
および10.4重量%の■ぐ■からなる浴に浸漬した場
合、上述の重量増加を得るのに必要な時間は約6ないし
16分である。しかしながら本、発明者等の行った試験
の示すところによれば、2.5分程度の短い時間でも、
汚染されたジルカロイ−4の溶接物を識別できることが
判別した。
丈な、0.5分程のさらに短い浸漬時間でも、許容し得
る製品と許容し得ない製品とを識別することができるが
、しかしながら、試験結果の最適な再現性を得るために
は、浸漬時間を約2.5分ないし16分、そしてさらに
好ましくは約5分ないし約10分に保つのが有利である
。約10分よりも長い浸漬時間では、汚染に関係のない
疑似酸化物スケールが高い頻度で発生することがあって
、試験結果の正確な評価を妨害することになり得る。
400℃程度のような低い塩浴温度ならびに約500℃
程度の高温度の塩浴温度の使用も考えられる。しかしな
がら、汚染された部材を再現性良く識別するのに要求さ
れる時間は、浴温度で変化することが予想される。例え
・ば、約400℃の浴温度では、6ないし16 mg/
 c1m2の重量増加を得るための浸漬時間は460℃
ないし482℃の浴7一 温度で必要な約5ないし16分の浸漬時間より顕著に長
くなり、他方、約500℃の浴温度で同し重量増加を得
るための浸漬時間は上記の時間よ、りも減少する。
上にのべたような結果を達成するのに塩浴の組成は重要
ではあるが、決定的な因子であるとは考えられない。し
たがって、K I対K N O3対N a N O3の
他の割合もしくは比を用いることもできようし、またこ
の組成物に代わり他の実質的に等価な塩混合物を用いる
ことができる。
以下に述べる実施例においては、試薬等級のN a N
 Os、K N 03および■ぐ■が用いられているが
、市販品等級のこのような塩を用いても類似の結果が得
られると考えられる。
以上に述べた本発明の様相は、以下に掲ける実施例を考
察することによりさらに明瞭になろう。
なお、これら実施例は、本発明の思想を単に例示するに
過ぎないものであると理解され度い。
実]L伝」− 75個のジルカロイ−4の試験片を用いて、3週間の期
間に亘り、異なる日を8日選んで、塩浴腐蝕試験を行っ
た。使用した溶融塩浴は、次の組成 48.6%のN a N O3 41,0重量%のK N O。
10.4重量%のK I の混合物を形成する試薬等級の塩の混合物であった。浴
温度は、460℃に設定したが、実際の温度範囲は46
0℃ないし482℃とすることができる。浸漬前にすべ
ての試片をイソプロパツールで洗浄した。用いた浸漬期
間を変えて次のような期間とした。
2.5分、5分、7.5分、10分、12.5分、15
分、20分、30分、45分、および60分塩浴から取
出す時に、試片を水中で急冷し、付着している塩を洗い
流した。次いで、各試片の酸化物重量増加を測定した。
図面にグラフで示されている結果から明らかなように、
勾配が約rljの原点を通る直線の相関関係が存在する
。データの最小二乗法による解析によれば下記の関係:
重量増加(+n)g / den2) = (時間(分
)Xo、982+−0,183 (但しR2=0.984) が得られる。3日間の水中オートクレーブ試験を行った
試片は、6,1ないし16 、1 mg/ dm2の重
量増加を示した。この慣用の3日間水中試験で観察され
る重量増加に匹敵する最適塩浴試験期間は、約6分ない
し約16分である。
九1蝕1 3日間水中腐蝕試験結果を正確に予測する本発明の能力
を例証するために、(ジルカロイ−4溶接部を有する)
ジルカロイ−4製の端プラグを、3日間水中腐蝕試験て
検出された僅かな大気汚染のために放擲されていた燃料
棒から切断した。これら50個の端プラグについて、5
回の別個のオートクレーブ法で3日間水中試験を行った
。これら試験から得られた結果(表I参照)は、38%
の不良率(即ち溶接および/または感熱部におけるスケ
ール酸化物)を示した。
表  I 3 日オートクレーブ試験 試験数 合格数 不合格数 不良% 第1日   10    7     3     3
0第2日   10    5     5     
50第3日   10    8     2    
 20第4日   105550 第5日   10    6     4     4
0合計 50  31  19  38 次いて、75個の端プラグを、実施例Iで述べた塩浴方
法を用いて試験した。試験では、異なる日を8日選んで
2.5ないし15分の範囲に亘る6つの異なった試験期
間で行った。浸漬後、溶接中の大気汚染を表す溶接部の
溶接および感熱部における白色のスクール酸化物の存在
に関して試料を評価しな。全体的不良率は40%(30
/75)であった。
(表■および表■を参照され度い)。
表  ■ 割■用 試験期間 試験数 合格数 不合格数 不良%Z、15
分   20   13    7    355.0
分   25   12   13    527.5
分    9    5    4    4410.
0分    9    7    2    2212
.5分    4    3    1    251
5.0分    8    5    3    38
表  ■ U祖誹 試験日 試験数 合格数 不合格数 不良%第1日  
 5    4    1    20第2日   1
0    6     4     40第3日   
10    7     3     30第4日  
 10    5     5     50第5日 
  1.0    6     4     40第6
日   10    6     4     40第
7日   10    7     3     30
第8日   10    4     6     6
0自計 75 45 30  40 試験期間および試験日は、塩浴に浸漬された試料の不良
率に対し見掛は上の影響を与えていない。
5分ないし7.5分て試験した試料が視覚的に最も検査
し易かった。7.5分より長い試験期間においては、疑
似スケール形成が全てのプラグで観察された。このスケ
ール形成は、基質金属腐蝕に起因するものであって不良
例とは考えられない(即ち溶接金属或いは感熱部に関係
がない)。
支1叶l スケール形成をさらに検査するために、幾本かのプラグ
を、1つの例外を除いて実施例■および■で用いた方法
にしたがい塩浴で試験した。30秒毎に試料を視覚試験
だけの目的で(したがって急冷はしない)で取出した。
欠陥の有るプラグは、試験を始めて30秒程度の早い時
期にスケールの形成の証しを示した。
上の実施例においては、溶融塩浴温度は、約460℃と
約482℃との間、即ち約22℃の範囲内で制御した。
浸漬中温度を綿密に制御することにより、試験はさらに
改善されると考えられる。
約6℃の温度範囲(例えば約460℃ないし約466℃
)が考えられる。
以上、本発明を、溶接中の大気汚染の検出と関連して説
明したが、当該技術分野の専門家には、本明細書の開示
内容に基づき、必要に応し変更を加えるなどして、上に
述べた試験をタングステンおよび(または)ウラン汚染
の検出にも適用し得ると考えられる。
また当該技術分野の専門家には本明細書の開示内容また
はここに開示した本発明を実施することにより他の実施
態様を想到し得るであろう。したがって、本明細書の内
容ならびに実施例等は単なる例に過ぎず、本発明の範囲
を制限するものと解釈されてはならないことを付記する
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法の結果をグラフで例示する図であ
る。 慄 1図 詰問(分)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、ジルカロイ溶接および感熱部の腐蝕抵抗を決定する
    方法において、 (a)前記ジルカロイ溶接および感熱部を、約400℃
    より高い温度に維持された高温溶融塩浴に浸漬し、 (b)前記ジルカロイ溶接および感熱部を前記溶融塩浴
    に浸漬している間、該溶融塩浴の温度および前記浸漬の
    持続期間を、腐蝕に対して抵抗性を有するジルカロイ溶
    接および感熱部に本質的に黒色の酸化物皮膜が形成され
    、他方非耐蝕性のジルカロイ溶接および感熱部に酸化物
    スケールが生ずるように制御し、 (c)次いで、前記ジルカロイ溶接および感熱部を前記
    塩浴から取出して、そして (d)前記浸漬により前記ジルカロイ溶接および感熱部
    に生成した酸化物を、スケール酸化物の存在に関して評
    価する段階を含むジルカロイ溶接および感熱部の腐蝕抵
    抗の決定方法。
JP60276174A 1984-12-11 1985-12-10 ジルコニウムおよびジルコニウム合金溶接部のための高速腐蝕試験 Pending JPS61140840A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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