JPS63256285A - 超電導マグネツト支持構造体 - Google Patents
超電導マグネツト支持構造体Info
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- JPS63256285A JPS63256285A JP62090764A JP9076487A JPS63256285A JP S63256285 A JPS63256285 A JP S63256285A JP 62090764 A JP62090764 A JP 62090764A JP 9076487 A JP9076487 A JP 9076487A JP S63256285 A JPS63256285 A JP S63256285A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は磁界によってプラズマを閉じ込める方式の核融
合装置に係り、特に、極低温で優れた降伏強度と破壊靭
性を確保するのに好適な超電導マグネット支持構造体に
おける溶接継手の製造方法に関する。
合装置に係り、特に、極低温で優れた降伏強度と破壊靭
性を確保するのに好適な超電導マグネット支持構造体に
おける溶接継手の製造方法に関する。
核融合炉の超電導マグネット容器を強大なffl磁力に
よるコイル本体の過度な変形を阻止する支持構造体とし
て機述する。そのため、同構造体の構造材料には超電導
体の励磁ひずみを弾性範囲内で拘束するための高い降伏
強度、及び、表面き裂が板厚方向に貫通しても脆性破壊
しない高い破壊靭性が要求される。溶接継手に対しても
超電導マグネットの安全性確保の観点から母材と同等の
降伏強度と破壊靭性が要求され、両特性に優れた溶接材
料及び溶接法の開発が進められてきた。現在。
よるコイル本体の過度な変形を阻止する支持構造体とし
て機述する。そのため、同構造体の構造材料には超電導
体の励磁ひずみを弾性範囲内で拘束するための高い降伏
強度、及び、表面き裂が板厚方向に貫通しても脆性破壊
しない高い破壊靭性が要求される。溶接継手に対しても
超電導マグネットの安全性確保の観点から母材と同等の
降伏強度と破壊靭性が要求され、両特性に優れた溶接材
料及び溶接法の開発が進められてきた。現在。
容器の板厚が100mm以上の極厚板の接合にはコスト
メリットの大きい電子ビーム溶接法の適用が有効とされ
ており、窒素強化型オーステナイト系ステンレス鋼の同
溶接が試みられている。
メリットの大きい電子ビーム溶接法の適用が有効とされ
ており、窒素強化型オーステナイト系ステンレス鋼の同
溶接が試みられている。
溶着金属に対して母材と同等の高降伏強度、高破壊靭性
を達成することは冶金学的に極めて困難であり、一方を
高めると他方が低下するという問題が生じる。特に、電
子ビーム溶接継手の溶着部で母材波の降伏強度が確保す
ることはほとんど不可能である。
を達成することは冶金学的に極めて困難であり、一方を
高めると他方が低下するという問題が生じる。特に、電
子ビーム溶接継手の溶着部で母材波の降伏強度が確保す
ることはほとんど不可能である。
また、極低温における降伏強さを高めるために。
窒素を添加したオーステナイト系ステンレス鋼を電子ビ
ーム溶接すると、過飽和のNがNz 、 N。
ーム溶接すると、過飽和のNがNz 、 N。
等となり、溶融・凝固過程で真空中に放出される。
しかし、母材が厚板で溶込み深さが深くなるとその放出
が困難となり、その結果、溶融金属にガス圧が作用しボ
イド等の欠陥が生じやすくなるという問題があった。
が困難となり、その結果、溶融金属にガス圧が作用しボ
イド等の欠陥が生じやすくなるという問題があった。
本発明の目的は極厚板のオーステナイト系ステンレス鋼
の電子ビーム溶接継手において、継手強度を母材の95
%以上に確保し、しかも、溶接欠陥を最小限におさえる
製造方法を提供することにある。
の電子ビーム溶接継手において、継手強度を母材の95
%以上に確保し、しかも、溶接欠陥を最小限におさえる
製造方法を提供することにある。
また、超電導マグネットの組み立ては、コイル本体を支
持構造体の内枠と外枠の中間に装置し。
持構造体の内枠と外枠の中間に装置し。
間隙にFRP (繊維強化プラスチック)等の絶縁物を
挿入した後、両側面から側板をあわせて溶接している。
挿入した後、両側面から側板をあわせて溶接している。
FRPは溶接される内外枠、及び1両側板に隣接して設
置されるが、これは電気的絶縁のみならずコイル本体の
1loop応力を圧縮力として容器構造体に伝達するな
どの構造部材の役割を果す。しかし、このFRPが溶接
による構造体組み立ての際の溶接熱によって劣化し、絶
縁性、及び。
置されるが、これは電気的絶縁のみならずコイル本体の
1loop応力を圧縮力として容器構造体に伝達するな
どの構造部材の役割を果す。しかし、このFRPが溶接
による構造体組み立ての際の溶接熱によって劣化し、絶
縁性、及び。
機械的な特性が著しく低下するという問題があった。
そこで、溶接入熱の比較的小さい電子ビーム溶接を同マ
グネット容器の製作に適用し、しかも、内部の超電導コ
イルや絶縁物の熱劣化を抑える容器構造を考案すること
を本発明の第二の目的とした。
グネット容器の製作に適用し、しかも、内部の超電導コ
イルや絶縁物の熱劣化を抑える容器構造を考案すること
を本発明の第二の目的とした。
以下、超電導マグネット支持構造体における溶接継手の
製造方法の詳細を説明する。第1図は本発明の特徴を示
す突合せ溶接継手の構成を示す。
製造方法の詳細を説明する。第1図は本発明の特徴を示
す突合せ溶接継手の構成を示す。
本継手はNを0.1〜0.28 w t%金含有、板厚
が100mm以上のオーステナイト系ステンレス鋼を母
材1として電子ビーム溶接したものである。
が100mm以上のオーステナイト系ステンレス鋼を母
材1として電子ビーム溶接したものである。
高N添加材で、しかも、極厚板となると溶融金属2中に
ボイド等の欠陥を形成しやすくなる。そこで、ビームの
送り速度を遅く、そして旋回振動を300Hzで直径3
am以上として内部のボイドを放出させやすくした。し
かし、電子ビームの旋回振動をあまり大きくとりすぎる
と、降伏強度の低い継手溶融部の幅が広くなり、継手の
強度が低くなるため、溶融部の板厚方向の平均幅を母材
板厚の5%以下となるようにした。
ボイド等の欠陥を形成しやすくなる。そこで、ビームの
送り速度を遅く、そして旋回振動を300Hzで直径3
am以上として内部のボイドを放出させやすくした。し
かし、電子ビームの旋回振動をあまり大きくとりすぎる
と、降伏強度の低い継手溶融部の幅が広くなり、継手の
強度が低くなるため、溶融部の板厚方向の平均幅を母材
板厚の5%以下となるようにした。
また、本方法を用いて超電導マグネット容器構造を溶接
製作するに当り、同容器内部の超電導体や絶縁体の熱劣
化を防ぐために、電子ビームが容器内部に向かないよう
な二重構造のL型継手とし。
製作するに当り、同容器内部の超電導体や絶縁体の熱劣
化を防ぐために、電子ビームが容器内部に向かないよう
な二重構造のL型継手とし。
かつ、不溶着部を設けた。
超電導マグネット用極低温構造材料は、一般に。
靭性を確保するためCを低く、降伏強度を高めるためN
を高く含有させている。また、非磁性確保の観点から完
全オーステナイト組織とするためC9Nの他にMn、N
i及びCrをバランスさせた成分としている。ここで電
子ビームが照射された溶融部では過飽和のNがボイドと
なるが、ビームの送り速度を遅くし、しかも、ビームを
旋回振動させることによって、溶融部を撹拌状態とし、
内部のボイドを外部に放出させやすくした。しかし、溶
融部はN含有量が母材より少ないため降伏強度も低くな
る。そこで溶融部の幅を母材板厚より充分小さくとる軟
質継手構造として、継手強度を母材波に確保した。
を高く含有させている。また、非磁性確保の観点から完
全オーステナイト組織とするためC9Nの他にMn、N
i及びCrをバランスさせた成分としている。ここで電
子ビームが照射された溶融部では過飽和のNがボイドと
なるが、ビームの送り速度を遅くし、しかも、ビームを
旋回振動させることによって、溶融部を撹拌状態とし、
内部のボイドを外部に放出させやすくした。しかし、溶
融部はN含有量が母材より少ないため降伏強度も低くな
る。そこで溶融部の幅を母材板厚より充分小さくとる軟
質継手構造として、継手強度を母材波に確保した。
また、本溶接法を用いた超電導マグネット容器の製作で
不溶着部をもつ二段構造のL型継手としたことによって
、電子ビームによる母材の溶融が内部の超電導体や絶縁
体から離れた所で生じるので熱劣化を防ぐことができる
。
不溶着部をもつ二段構造のL型継手としたことによって
、電子ビームによる母材の溶融が内部の超電導体や絶縁
体から離れた所で生じるので熱劣化を防ぐことができる
。
以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。
〈実施例1〉
第2図は本発明の一実施例を示す。超電導マグネット支
持構造体(容器)は内枠3.外枠4及び両側をおおう側
板5から構成されている。プラズマを閉じ込める真空容
器は内枠の中心部に配置される。また1、高磁界を発生
させる超電導体は内枠と外枠の中間部すなわち支持構造
体(容器)内部に絶縁体と共に収納され、液体ヘリウム
で冷却される。実施例ではこれら構造部材の接合部に本
発明を適用した。なお、ここでは超電導マグネット支持
構造体における溶接継手の強度特性を評価する手段とし
て、同支持構造体用の構造材料を用いて継手を作製し評
価に供した。第1表は本実施例で使用した母材の化学成
分と4.2Kにおける降伏強度を示す。降伏強度は0.
2%酎耐で足指した。電子ビーム溶接部におけるボイド
欠陥は母材中のN含有量が高いほど、また板厚が厚く溶
は込み深さが深いほど発生しやすくなる。ここでは、そ
の防止法としてビームを旋回振動させる方法を採用し、
適切な条件を検討した。第3図は溶着部におけるボイド
欠陥の発生の有無を、母材板厚とN含有量との関係で整
理したものである。溶接条件は加速電圧150kV、ビ
ーム電流170〜270mA、溶接速度10〜27 c
m/11in 、ビーム振動0〜300Hzである。図
中の0印はボイド欠陥が認められなかったもの、x印は
求められたものを示す。(a)よりビーム振動径がOm
mの場合、N含有量が0.1%以上で、板厚が1001
11111以上となると、溶融部のNが外部に放出され
にくくなり、ボイド欠陥が発生した。そこでビーム振動
径を種々に拡大させて、同一条件で接合させたところ、
(b)に示すように振動径が3mmになるとNを0.2
8%以上含む母材以外の溶着部にはボイドが認められず
、良好な結果を得た。
持構造体(容器)は内枠3.外枠4及び両側をおおう側
板5から構成されている。プラズマを閉じ込める真空容
器は内枠の中心部に配置される。また1、高磁界を発生
させる超電導体は内枠と外枠の中間部すなわち支持構造
体(容器)内部に絶縁体と共に収納され、液体ヘリウム
で冷却される。実施例ではこれら構造部材の接合部に本
発明を適用した。なお、ここでは超電導マグネット支持
構造体における溶接継手の強度特性を評価する手段とし
て、同支持構造体用の構造材料を用いて継手を作製し評
価に供した。第1表は本実施例で使用した母材の化学成
分と4.2Kにおける降伏強度を示す。降伏強度は0.
2%酎耐で足指した。電子ビーム溶接部におけるボイド
欠陥は母材中のN含有量が高いほど、また板厚が厚く溶
は込み深さが深いほど発生しやすくなる。ここでは、そ
の防止法としてビームを旋回振動させる方法を採用し、
適切な条件を検討した。第3図は溶着部におけるボイド
欠陥の発生の有無を、母材板厚とN含有量との関係で整
理したものである。溶接条件は加速電圧150kV、ビ
ーム電流170〜270mA、溶接速度10〜27 c
m/11in 、ビーム振動0〜300Hzである。図
中の0印はボイド欠陥が認められなかったもの、x印は
求められたものを示す。(a)よりビーム振動径がOm
mの場合、N含有量が0.1%以上で、板厚が1001
11111以上となると、溶融部のNが外部に放出され
にくくなり、ボイド欠陥が発生した。そこでビーム振動
径を種々に拡大させて、同一条件で接合させたところ、
(b)に示すように振動径が3mmになるとNを0.2
8%以上含む母材以外の溶着部にはボイドが認められず
、良好な結果を得た。
次に、板厚がloomn+以上の溶接継手に対して液体
ヘリウム温度で引張試験を実施した。試験片は、溶着部
を含んだ継手部から採取した直径6φのJIS 222
01の丸棒試験片である。全ての試験片は溶着部中にボ
イド欠陥がないものを使用した。
ヘリウム温度で引張試験を実施した。試験片は、溶着部
を含んだ継手部から採取した直径6φのJIS 222
01の丸棒試験片である。全ての試験片は溶着部中にボ
イド欠陥がないものを使用した。
第4図は継手の相対板厚と継手効率との関係を示す。相
対板厚は電子ビーム溶接における溶着金属の幅と母材直
径の比を、継手効率は継手と母材の降伏強度の比を示す
。電子ビーム溶接では溶着金属の降伏強度は母材より低
くなるため、同継手は軟質継手構造となるが、図より窒
素強化型オーステナイト系ステンレス鋼の極厚板の場合
には、相対板厚を0.05以下とすることによって、0
.95以上の継手効率が確保できることがわかった。
対板厚は電子ビーム溶接における溶着金属の幅と母材直
径の比を、継手効率は継手と母材の降伏強度の比を示す
。電子ビーム溶接では溶着金属の降伏強度は母材より低
くなるため、同継手は軟質継手構造となるが、図より窒
素強化型オーステナイト系ステンレス鋼の極厚板の場合
には、相対板厚を0.05以下とすることによって、0
.95以上の継手効率が確保できることがわかった。
〈実施例2〉
実施例1で説明した本発明による溶接継手の製造方法を
超電導マグネジ1−容器の製作に適用した。
超電導マグネジ1−容器の製作に適用した。
第5図は超電導マグネット容器の側板5と外枠4とのし
型継手の断面を示す。容器内部には絶縁体が設置されて
いる。本実施例では電子ビーム溶接の際にビームが内部
の絶縁体や超電導コイルに直接当ることがなく、また、
溶接熱によって絶縁体が劣化しないように、側板5に段
差を設け、不溶着部を残した型の継手形状とした。母材
は第1表中の母材りで、側板5及び外枠4の板厚はそれ
ぞれ120mmである。電子ビーム溶接の溶接条件は加
速電圧150 kV、ビーム電流270mA、溶接速度
Locn/minの横向溶接でビームを3001−I
zで3.5++n+の旋回・振動をさせた。超電導マク
ネット容器には、高磁界を発生させた時に大きなi’r
iHJ&力が作用するため、容器継手部に不溶着部が存
在すると破壊強度に問題が生じる。そこで本実施例によ
るL型継手の強度と各部寸法との関係を有限要素法によ
って計算した。第6図は継手形状と、不溶着部のき裂先
端における応力拡大係数に!を求めるための係数CIと
の関係を示す。ここでtは側板の板側、Qは外枠の板厚
と不溶着長さとの差、σは側板に作用する曲げ応力を示
す。
型継手の断面を示す。容器内部には絶縁体が設置されて
いる。本実施例では電子ビーム溶接の際にビームが内部
の絶縁体や超電導コイルに直接当ることがなく、また、
溶接熱によって絶縁体が劣化しないように、側板5に段
差を設け、不溶着部を残した型の継手形状とした。母材
は第1表中の母材りで、側板5及び外枠4の板厚はそれ
ぞれ120mmである。電子ビーム溶接の溶接条件は加
速電圧150 kV、ビーム電流270mA、溶接速度
Locn/minの横向溶接でビームを3001−I
zで3.5++n+の旋回・振動をさせた。超電導マク
ネット容器には、高磁界を発生させた時に大きなi’r
iHJ&力が作用するため、容器継手部に不溶着部が存
在すると破壊強度に問題が生じる。そこで本実施例によ
るL型継手の強度と各部寸法との関係を有限要素法によ
って計算した。第6図は継手形状と、不溶着部のき裂先
端における応力拡大係数に!を求めるための係数CIと
の関係を示す。ここでtは側板の板側、Qは外枠の板厚
と不溶着長さとの差、σは側板に作用する曲げ応力を示
す。
継手形状を決定する際には図中の式から求められるに1
が、構造材料の液体ヘリウム温度における平面ひずみ破
壊靭性に+cに対しである安全係数の裕度をもって下ま
わるようにすれば良い。本実施 ′例の場合、超電導マ
グネット容器のL型継手はt=120mm、 Q=11
0m+o、 σ=35kg/na+”でに+=86MP
aF夏であり、電子ビーム溶着部の平面ひずみ破壊靭性
Kxcが母材とほぼ同時であることより、Ktc==2
20MPa (’;;と比較すると、安全率2.5の裕
度がある。また、本マグネットを実際に励磁させたが、
超電導コイル本体や絶縁体が溶接熱によって劣化し、特
性が低下したこともなく、また、継手強度も問題がなか
った。
が、構造材料の液体ヘリウム温度における平面ひずみ破
壊靭性に+cに対しである安全係数の裕度をもって下ま
わるようにすれば良い。本実施 ′例の場合、超電導マ
グネット容器のL型継手はt=120mm、 Q=11
0m+o、 σ=35kg/na+”でに+=86MP
aF夏であり、電子ビーム溶着部の平面ひずみ破壊靭性
Kxcが母材とほぼ同時であることより、Ktc==2
20MPa (’;;と比較すると、安全率2.5の裕
度がある。また、本マグネットを実際に励磁させたが、
超電導コイル本体や絶縁体が溶接熱によって劣化し、特
性が低下したこともなく、また、継手強度も問題がなか
った。
本発明によれば超電導マグネット構造体の高強度化が達
成でき、また同マグネットの高性能化が図られる。
成でき、また同マグネットの高性能化が図られる。
第1図は本発明の溶接継手の断面図、第2図は核融合装
置用の超電導マグネット、支持構造体の概略図、第3図
は電子ビーム溶接時のボイド欠陥発生に及ぼす母材の窒
素含有量と板厚の影響を示す図、第4図は4.2 K
における継手効率と相対板厚の関係図、第5図は本発明
による電子ビーム溶接継手の断面図、第6図は本発明に
よる電子ビーム溶接継手の不溶着部の応力拡大係数を算
出するための解析線図を示す。 1・・・母材、2・・・溶着金属、3・・・内枠、4・
・・外枠、め tl!1 寮3 口 (Lン 母へ籾1j(111m) 母萩*4ctt渾う 第4−巳 ■目すtgtη τ/11
置用の超電導マグネット、支持構造体の概略図、第3図
は電子ビーム溶接時のボイド欠陥発生に及ぼす母材の窒
素含有量と板厚の影響を示す図、第4図は4.2 K
における継手効率と相対板厚の関係図、第5図は本発明
による電子ビーム溶接継手の断面図、第6図は本発明に
よる電子ビーム溶接継手の不溶着部の応力拡大係数を算
出するための解析線図を示す。 1・・・母材、2・・・溶着金属、3・・・内枠、4・
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Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、磁界によりプラズマを閉じ込める方式の核融合装置
の超電導コイルを収納し前記超電導コイルの変形を拘束
する超電導マグネット支持構造体において、 母材の成分がwt%でC:0.02〜0.05、Si:
0.2〜0.5、Mn:22.0〜25.0、Ni3〜
3.5、Cr:12〜14、Mo:0.5〜1.0、N
:0.1〜0.29で板厚が100mm以上の溶接継手
に対して、電子ビーム溶接を適用しビームを300Hz
で直径3mm以上の旋回振動をさせながら1パスで溶接
し、かつ溶着金属の板厚方向の平均幅を母材板厚の5%
以下としたことを特徴とする超電導マグネット支持構造
体。 2、前記溶接継手が不溶着部をもつL型継手で、前記電
子ビーム溶接の際にビームが前記超電導コイルに直接当
ることがないように一方の母板端を二段に加工し、他方
の母材を突き合せた構造としたことを特徴とする特許請
求の範囲第1項記載の超電導マグネット支持構造体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62090764A JPS63256285A (ja) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | 超電導マグネツト支持構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62090764A JPS63256285A (ja) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | 超電導マグネツト支持構造体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS63256285A true JPS63256285A (ja) | 1988-10-24 |
Family
ID=14007671
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62090764A Pending JPS63256285A (ja) | 1987-04-15 | 1987-04-15 | 超電導マグネツト支持構造体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS63256285A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007019091A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Toshiba Corp | 超伝導コイルの製造方法および超伝導コイル |
WO2008031210A1 (en) * | 2006-09-15 | 2008-03-20 | Algoma Steel Inc. | Method for manufacturing a welded assembly |
CN108461248A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-28 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种复合超导体线圈 |
-
1987
- 1987-04-15 JP JP62090764A patent/JPS63256285A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007019091A (ja) * | 2005-07-05 | 2007-01-25 | Toshiba Corp | 超伝導コイルの製造方法および超伝導コイル |
WO2008031210A1 (en) * | 2006-09-15 | 2008-03-20 | Algoma Steel Inc. | Method for manufacturing a welded assembly |
CN108461248A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-08-28 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种复合超导体线圈 |
CN108461248B (zh) * | 2018-02-08 | 2022-10-25 | 中国电力科学研究院有限公司 | 一种复合超导体线圈 |
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