(57)【要約】【課題】中性子照射を受けた原子炉構造物における粒界ヘリウム気泡の挙動を解析する工程について、具体的な診断の工程や装置構成を提供する。【解決手段】中性子照射を受けてヘリウムを含有する原子炉構造物を形成する被診断材料の予定される溶接時における温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイルを選択するファイル選択工程Ｓ１と、前記被診断材料に含有されるヘリウム量を入力するヘリウム量入力工程Ｓ２と、前記被診断材料の物性データを入力する物性データ入力工程Ｓ３と、溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を解析する解析工程Ｓ５と、溶接割れの発生可否を判定する判定工程Ｓ６と、溶接可否を表示する表示工程Ｓ７または前記解析工程と前記判定工程の結果を保存する保存工程Ｓ８の少なくともいずれか一方とを備えた構成とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子照射を受けてヘリウムを含有する原子炉構造物を形成する被診断材料の予定される溶接時における温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイルを選択するファイル選択工程と、前記被診断材料に含有されるヘリウム量を入力するヘリウム量入力工程と、前記被診断材料の物性データを入力する物性データ入力工程と、溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を解析する解析工程と、溶接割れの発生可否を判定する判定工程と、溶接可否を表示する表示工程または前記解析工程と前記判定工程の結果を保存する保存工程の少なくともいずれか一方とを備えたことを特徴とする原子炉構造物の診断方法。
【請求項２】
前記解析工程は、解析の時間範囲を入力する工程を有することを特徴とする請求項１記載の原子炉構造物の診断方法。
【請求項３】
前記物性データ入力工程は、ファイルに予め記録されたデータを入力する工程であることを特徴とする請求項１記載の原子炉構造物の診断方法。
【請求項４】
前記ファイル選択工程は、溶接時のパス数を入力する工程と、各パスにおける溶接時の温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイルを選択する工程とを有することを特徴とする請求項１記載の原子炉構造物の診断方法。
【請求項５】
中性子照射を受けてヘリウムを含有する原子炉構造物を形成する被診断材料の予定される溶接時における温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイル装置と、前記被診断材料のヘリウム量および材料物性データから溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を解析し、この解析から得られる溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化から溶接可否を判定する演算装置と、前記判定の結果を表示する表示装置または前記解析と前記判定の結果を保存する記録装置の少なくともいずれか一方とを備えていることを特徴とする原子炉構造物の診断装置。
【請求項６】
前記ファイル装置は、前記被診断材料の物性データを有することを特徴とする請求項５記載の原子炉構造物の診断装置。
【請求項７】
前記ファイル装置は、前記溶接時のパス数に対して各パスにおける溶接時の温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイルを有することを特徴とする請求項５記載の原子炉構造物の診断装置。
【請求項８】
前記演算装置は、前記解析の時間範囲に対して溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を解析することを特徴とする請求項５記載の原子炉構造物の診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽水冷却型原子炉等の原子炉を構成する構造物の溶接可否について診断する原子炉構造物の診断方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軽水冷却型原子炉の一種である沸騰水型原子炉を例にとると、沸騰水型原子炉は、下記非特許文献１に記載されているように、炉心を内蔵する原子炉圧力容器の内部に炉心シュラウド、炉心支持板、上部格子板、ジェットポンプ等が設置されている。
【０００３】
これらの炉内構造物のうち、炉心シュラウド、炉心支持板、上部格子板、ジェットポンプ等はほとんどがステンレス鋼により形成されており、一部ディフューザ、シュラウドサポートプレート等においてはＮｉ基合金が使用されている。また、原子炉圧力容器は低合金鋼により形成されており、原子炉圧力容器内面には、ステンレス鋼またはＮｉ基合金がバタリング溶接されている。
【０００４】
一方、炉心シュラウド、炉心支持板、上部格子板等の炉内構造物や原子炉圧力容器は原子力発電所の稼働中に中性子照射を受ける。このため構造物を形成するステンレス鋼やＮｉ基合金等の構成元素の核反応が生じ、ヘリウム等の気体成分が材料中にわずかに存在するようになる。
【０００５】
上述の材料中の気体成分は、例えば下記非特許文献２に記載されているように、溶接時の割れの原因となることが明らかになっている。この溶接時の割れの発生機構は、溶接時の加熱により気体成分が溶融金属近傍の結晶粒界に凝集して気泡を形成するために発生するものと考えられている。
【０００６】
したがって、原子力発電所の安全性や信頼性を向上させる目的で、中性子照射を受けた原子炉炉内構造物等を補修溶接する際には、材料中のヘリウム等の気体成分が溶接によって割れを発生させる可能性があるか否か、すなわち溶接が可能か否かを検討する必要がある。
【０００７】
中性子照射を受けた原子炉炉内構造物の溶接の可否を診断する方法としては、下記特許文献１に記載されたものが従来例としてある。この特許文献１には、被診断材料のヘリウム量を求める工程と、溶接による溶融金属近傍の温度及び応力履歴を予測する工程と、溶融金属近傍の粒界ヘリウム気泡の挙動を解析する工程と、このヘリウム気泡の挙動から被診断材料の溶接の可否を診断する工程からなる原子炉構造物の診断方法が記載されている。しかし、その方法を実施する上での具体的な点は不明である。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１１１３８０号公報
【非特許文献１】
原子力ハンドブック（１９８９年オーム社）第ＩＩＩ編第６章
【非特許文献２】
Ｗ．Ｒ．Ｋａｎｎｅ，Ｊｒ．  ｅｔ  ａｌ．：Ｗｅｌｄｉｎｇ  Ｊｏｕｒｎａｌ，  ６７  （１９８８）  ｐ３３．
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、中性子照射を受けた原子炉構造物における粒界ヘリウム気泡の挙動を解析する工程について、具体的な診断の工程や装置構成を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明の診断方法は、中性子照射を受けてヘリウムを含有する原子炉構造物を形成する被診断材料の予定される溶接時における温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイルを選択するファイル選択工程と、前記被診断材料に含有されるヘリウム量を入力するヘリウム量入力工程と、前記被診断材料の物性データを入力する物性データ入力工程と、溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を解析する解析工程と、溶接割れの発生可否を判定する判定工程と、溶接可否を表示する表示工程または前記解析工程と前記判定工程の結果を保存する保存工程の少なくともいずれか一方とを備えた構成とする。
【００１１】
請求項２の発明は、前記解析工程は、解析の時間範囲を入力する工程を有する構成とする。
請求項３の発明は、前記物性データ入力工程は、ファイルに予め記録されたデータを入力する工程である構成とする。
【００１２】
請求項４の発明は、前記ファイル選択工程は、溶接時のパス数を入力する工程と、各パスにおける溶接時の温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイルを選択する工程とを有する構成とする。
【００１３】
請求項５の発明の診断装置は、中性子照射を受けてヘリウムを含有する原子炉構造物を形成する被診断材料の予定される溶接時における温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイル装置と、前記被診断材料のヘリウム量および材料物性データから溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を解析し、この解析から得られる溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化から溶接可否を判定する演算装置と、前記判定の結果を表示する表示装置または前記解析と前記判定の結果を保存する記録装置の少なくともいずれか一方とを備えている構成とする。
【００１４】
請求項６の発明は、前記ファイル装置は、前記被診断材料の物性データを有する構成とする。
請求項７の発明は、前記ファイル装置は、前記溶接時のパス数に対して各パスにおける溶接時の温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが記録されたファイルを有する構成とする。
請求項８の発明は、前記演算装置は、前記解析の時間範囲に対して溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を解析する構成とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の原子炉構造物の診断装置６は、図１に示すように、入力装置１と演算装置２と表示装置３とファイル装置４と記録装置５とから構成されている。上記原子炉構造物の診断装置６は１ヶ所にまとめて、あるいは各装置の使用状態に応じて複数ヶ所に分散して設置され、有線あるいは無線によって信号を送受する。
【００１６】
本発明の原子炉構造物の診断方法の第１の実施の形態を図２，図３，図４を参照して説明する。すなわち、図２に示すように、まず工程Ｓ１において入力装置１から信号を入力してファイル装置４の中から被診断材料の予定される溶接時における温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の少なくとも一つが入力されたファイルを選択する。
【００１７】
つぎに工程Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４においてそれぞれ、被診断材料に含まれるヘリウム量、材料物性データ、および解析を行う溶接時の時間範囲を入力し、工程Ｓ５において演算装置２で溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化解析を行う。そして、溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化から工程Ｓ６において演算装置２で溶接可否の判定を行い、その判定の結果を工程Ｓ７において表示装置３に表示し、工程Ｓ８において記録装置５に保存する。なお、工程Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４はいずれが最初あるいは最後でもよい。
【００１８】
ここで工程Ｓ５において、溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化を計算する方法、および工程Ｓ６において、溶接可否を判定する方法としては、Ｓ．Ｋａｗａｎｏ  ｅｔ  ａｌ．：Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，  ２５８−２６３  （２０００）  ｐ２００８．に記載されている方法を用いる。具体的には、被診断材料に含まれるヘリウム量と溶接時の温度・応力履歴を入力情報として、粒界ヘリウム気泡の半径および数密度の時間変化を定式に基づいて求める。そして、ヘリウム気泡を有する粒界が延性破壊に至る破壊ひずみを定式により求め、破壊ひずみと溶接中に生じる溶接ひずみとを比較して、後者のひずみが前者のひずみを上回ったときに割れが発生する、すなわち溶接不可と判定する。
【００１９】
図３は、上記のような構成の第１の実施の形態の診断方法を実行するコンピュータソフトの入力画面例を示す。被診断材料の予定される溶接時における温度・応力・ひずみ履歴を熱弾塑性解析等により予め計算してファイル装置（図１の４）に保存しておき、図３の入力画面上で溶接時の温度・応力・ひずみ履歴ファイル９を選択するとともに、被診断材料に含まれるヘリウム量１０、材料物性データ１１、および解析を行う溶接時の時間範囲１２を入力する。そして画面上の計算実行ボタン１３を押すと、溶接時のヘリウム気泡径および数密度の時間変化解析、および溶接可否の判定が実施される。
【００２０】
図４は解析結果の出力画面例を示す。溶接可否の表示１５として、破壊ひずみと溶接ひずみの解析結果が時間の関数として表示されており、時間とともに破壊ひずみが減少し、溶接終了時には溶接ひずみが破壊ひずみを上回ることから、溶接割れが発生すると判定される。また本解析結果の保存が画面上の保存のボタン１６の押下げにより実行される。
このように本実施の形態の診断方法によれば、予定される溶接条件やヘリウム量に対して原子炉構造物の溶接の可否を容易に診断することができる。
【００２１】
つぎに本発明の原子炉構造物の診断方法の第２の実施の形態を図５を参照して説明する。この実施の形態は、第１の実施の形態（図２）における材料物性データ１１の入力工程Ｓ３を、予め記録した材料物性データファイルから呼び出して入力する工程Ｓ３ａに変えたものである。
【００２２】
この実施の形態によれば、図３にて入力される材料物性データ１１が等しい条件を繰り返し計算する場合に、同じ材料物性データ１１を何回も入力する作業を省略することができ、解析に必要な作業を低減することができる。
【００２３】
つぎに図６，図７，図８を参照して本発明の原子炉構造物の診断方法の第３の実施の形態を説明する。この実施の形態は図６に示すように、第１の実施の形態（図２）における温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の１パスからｎパスまでの全て、或いは当該１パスからｎパスまでの内の何れかが入力されたファイルを選択する工程Ｓ１を、溶接時のパス数ｎを入力する工程Ｓ０と、１パスからｎパスまでの各パスにおける溶接時の温度履歴と応力履歴とひずみ履歴の全て、或いは何れかが入力されたファイルを選択する工程Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ…Ｓ１ｎに変えている。第１の実施の形態における解析の時間範囲を入力する工程Ｓ４はない。
【００２４】
図７は、複数パスの溶接について診断するソフトの入力画面例であり、溶接時のパス数１８が４パスの場合、１パス目から４パス目までの溶接時の温度・応力・ひずみ履歴が入力されたファイル１９〜２１の全てまたは何れかを選択することができる。
【００２５】
図８は、複数パスの溶接について診断するソフトの解析結果の出力画面例であり、溶接可否の表示１５として、縦軸に各パスにおける最終破壊ひずみと溶接ひずみの解析結果が、横軸にパス番号が表示されている。パス数の増加とともに繰り返し溶接加熱が生じるため、破壊ひずみの値が減少するが、４パス終了時の破壊ひずみは溶接ひずみよりも大きいため、割れが発生しないと判定される。この解析結果は、画面上の保存ボタン１６の操作により保存される。
【００２６】
この実施の形態の診断方法によれば、例えば厚板開先多層肉盛溶接のような複数パスの溶接を行う場合の溶接可否を解析することができ、複数パスの溶接が予定される条件に対しても原子炉構造物の溶接の可否を容易に診断することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、中性子照射を受けた原子炉構造物における粒界ヘリウム気泡の挙動を解析する工程について具体的な診断の工程や装置構成を提供することにより、前記構造物の溶接可否を容易かつ正確に診断することができ、原子炉の長寿命化や予防保全に有効であり、原子炉の信頼性向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の原子炉構造物の診断装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の原子炉構造物の診断方法の第１の実施の形態を示す流れ図。
【図３】本発明の原子炉構造物の診断方法の第１の実施の形態における入力画面を示す図。
【図４】本発明の原子炉構造物の診断方法の第１の実施の形態における解析結果の出力画面を示す図。
【図５】本発明の原子炉構造物の診断方法の第２の実施の形態を示す流れ図。
【図６】本発明の原子炉構造物の診断方法の第３の実施の形態を示す流れ図。
【図７】本発明の原子炉構造物の診断方法の第３の実施の形態における入力画面を示す図。
【図８】本発明の原子炉構造物の診断方法の第３の実施の形態における解析結果の出力画面を示す図。
【符号の説明】
１…入力装置、２…演算装置、３…表示装置、４…ファイル装置、５…記録装置、６…原子炉構造物の診断装置、９…溶接時の温度・応力・ひずみ履歴ファイル、１０…被診断材料に含まれるヘリウム量、１１…材料物性データ、１２…解析の時間範囲、１３…計算実行ボタン、１５…溶接可否の表示、１６…保存ボタン、１８…溶接時のパス数、１９…１パス目の溶接時の温度・応力・ひずみ履歴ファイル、２０…２パス目の溶接時の温度・応力・ひずみ履歴ファイル、２１…ｎパス目の溶接時の温度・応力・ひずみ履歴ファイル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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