(57)【要約】【課題】溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルを用いることにより、Ｈｅ割れの大きさ或いはＨｅバブルの挙動を予測する方法及び装置を提供すること。【解決手段】溶接部の任意の点における溶接中の温度、応力及び歪の時刻歴を計算し、金属中のＨｅ濃度と前記温度及び応力時刻歴から、結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行う中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法において、溶接部を２次元又は３次元の結晶粒界モデルとしたときの任意の結晶粒界又は粒界面に垂直な方向における応力成分又は歪成分の時刻歴を、前記任意の点における溶接中の応力成分又は歪成分の時刻歴計算結果を用いて計算し、その結果を用いて結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行うことを特徴とする中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法及び装置。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部の任意の点における溶接中の温度、応力及び歪の時刻歴を計算し、金属中のＨｅ濃度と前記温度及び応力時刻歴から、結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行う中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法において、
溶接部を２次元又は３次元の結晶粒界モデルとしたときの任意の結晶粒界又は粒界面に垂直な方向における応力成分又は歪成分の時刻歴を、前記任意の点における溶接中の応力成分又は歪成分の時刻歴計算結果を用いて計算し、
その結果を用いて結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行う
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法。
【請求項２】
溶接部の任意の点における溶接中の温度、応力又は歪みの時刻歴を計算し、金属中のＨｅ濃度、前記温度又は応力の時刻歴から、結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行う中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法において、
溶接部を２次元又は３次元の結晶粒界モデルとしたときの、このモデル上における任意の結晶粒界又は粒界面に垂直な方向における応力成分又は歪成分の時刻歴を計算し、
その結果を用いて結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行う
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法。
【請求項３】
溶接部の任意の点における溶接中の温度、応力又は歪みの時刻歴を計算し、金属中のＨｅ濃度、前記温度又は応力の時刻歴から、結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行い、当該Ｈｅバブル直径及び密度から、延性破壊限界歪みを計算し、この計算結果とその点における歪み時刻歴とを比較し、任意の時刻における歪みが前記の延性破壊限界歪みを越える場合に「割れが発生する」と予測する中性子照射材のＨｅ割れ予測方法において、
Ｈｅバブルの直径及び密度の計算に用いる応力と、これに基づく延性破壊限界歪みとの比較に供する歪みのうち少なくとも一方に、前記評価点が属する結晶粒界に垂直な方向の応力成分又は歪成分の時刻歴を用いる
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅ割れ予測方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法によって計算されたＨｅバブルの直径及び密度から中性子照射材のＨｅ割れを予測する方法において、
前記結晶粒界又は粒界面上においてバブルが占める比率を計算し、この比率が任意の一定値を超える時に割れが発生すると予測し、
前記溶接部の結晶粒界モデルに属する全ての結晶粒界について前記Ｈｅ割れ発生の予測を行い、
割れが発生すると予測された結晶粒界の長さ又は面積を合計することにより溶接部における割れの大きさを予測する
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅ割れ予測方法。
【請求項５】
請求項３記載の中性子照射材のＨｅ割れ予測方法において、
溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルにおける溶融線近傍の全ての結晶粒界についてＨｅ割れ予測を行い、
割れを発生すると予測された全ての粒界の長さ又は面積の合計を算出することにより、溶接部全体における割れの大きさを予測する
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅ割れ予測方法。
【請求項６】
請求項１又は２記載の中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法によって計算されたＨｅバブルの直径及び密度から中性子照射材のＨｅ割れを予測する方法において、
前記結晶粒界又は粒界面上においてバブルが占める比率を計算し、
この比率が任意の一定値を超える時に割れが発生すると予測し、
前記溶接部の結晶粒界モデルに属する溶接部近傍の全ての結晶粒界について前記Ｈｅ割れ発生の予測を行い、
割れが発生すると予測された結晶粒界の長さ又は面積から当該溶接線に平行で且つ溶接部表面に垂直な断面或いは溶接継手に負荷される荷重方向に垂直な断面に投影した長さ又は面積を計算し、
これを合計することにより溶接部における割れの大きさを予測する
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅ割れ予測方法。
【請求項７】
請求項３記載の中性子照射材のＨｅ割れ予測方法において、
前記溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルにおける溶融線近傍の全ての結晶粒界について、Ｈｅ割れ予測を行い、
割れを発生すると予測された全ての粒界の長さ又は面積から当該溶接線に平行で且つ溶接部表面に垂直な断面或いは溶接継手に負荷される荷重方向に垂直な断面に投影した長さ又は面積を計算し、
各々の投影長さ又は面積の合計を算出し、
この結果から溶接部における割れの大きさを予測する
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅ割れ予測方法。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れかに記載のＨｅ割れ予測或いはＨｅバブル挙動予測の方法において、
前記溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルの作成には、結晶粒界モデルの結晶粒界の大きさを評価対象部材の平均結晶粒界長さ又はこれと同一の結晶粒度番号の鋼における平均結晶粒界長さを、任意倍数だけ大きくして計算する
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項３ないし５の何れかに記載のＨｅ割れ予測方法を実施する装置において、
Ｈｅ割れを発生すると予測された結晶粒界を、溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルを示す図上に表示する機能を有する
ことを特徴とする中性子照射材のＨｅ割れ予測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原子炉等で中性子の照射を受けた鋼、特にステンレス鋼の溶接性評価方法及び装置に関する。
【０００２】
中性子照射を受けた金属内に中性子と金属中の特定成分元素との核反応により生成されたＨｅが蓄積した状態で溶接を行うと、金属の結晶粒界にＨｅバブルを形成し、このＨｅバブルが多いと、割れ（「Ｈｅ割れ」という）を発生する現象を生じる。この不具合を防止するために、溶接中に当該溶接部に発生する温度及び応力分布、その時刻歴並びに金属中のＨｅ濃度を基に、Ｈｅ割れが発生するか否かを予測することが必要である。
【０００３】
【従来の技術】
中性子照射を受けたステンレス鋼は、鋼中の不純物として含有するＢ（ホウ素）、Ｎｉと中性子との核反応によりＨｅを生成し、鋼中に蓄積する。例えば非特許文献１には、溶接時の入熱で鋼が高温に加熱されるとＨｅが結晶粒界に集まりやすく、結晶粒界上にバブルを形成して脆化させる結果、溶接時の冷却過程での引張応力／歪が負荷された時に割れ（Ｈｅ割れ）を生じることがある、との開示がある。
【０００４】
図９（ａ）ないし（ｄ）は、材料中にあるＨｅが溶接中に結晶粒界上に集まってバブルを形成し、溶接後の冷却時の収縮応力／歪により割れを発生する過程を示しており、図９（ａ）ないし（ｃ）は、図９（ｄ）に示した時刻ｔ１ないしｔ３の経過に伴うＨｅ割れの発生状況を示したものである。図９（ａ）ないし（ｃ）における１は結晶粒界、２はＨｅ、３は溶接金属、４はＨｅバブル、５はＨｅ割れ、６は引張応力及び歪の方向である。
【０００５】
このＨｅ割れ現象は、中性子照射を受けた原子炉構造物を補修、保全或いは改良のため溶接を行う場合に問題となる。そこで、健全な溶接部を得るためには、予め、このＨｅ割れが生じるか否かを予測しておく必要がある。
【０００６】
このＨｅ割れの予測方法は、特許文献１に公開されている。即ち、被診断材料のＨｅ含有量を求める工程と、溶接による溶融金属近傍の温度履歴及び応力履歴を予測する工程と、溶融金属近傍の粒界Ｈｅバブルの成長を推測する工程と、このＨｅバブルの成長挙動から被診断材料の溶接の可否を診断する工程と、からなる原子炉炉内構造物の診断方法である。
【０００７】
また、Ｈｅバブルの成長挙動から溶接可否を診断する方法は、非特許文献２に開示されており、バブルを有する粒界が延性破壊に至る限界歪と、溶接中に評価点に加わる歪とを比較し、後者の歪が前者のそれを上回った時に「割れを発生する」と診断できることとされている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−１１１３８０号公報
【非特許文献１】
社団法人溶接学会発行「溶接学会誌」第７０巻、第８号、第１２頁
【非特許文献２】
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎｕｃｌｅａｒ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，２５８−２６３（１９９８）２００８−２０１２
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来のＨｅ割れの予測方法は、溶接部における仮想した任意の点においてＨｅ割れが生じるか否かを予測するものである。しかし、その任意の評価点における結晶粒界面の方向とその点に負荷される応力又は歪が働く方向との組み合わせについては考慮されておらず、前記評価点に負荷される応力又は歪の値が最大になるような粒界面及び応力又は歪の方向の組み合わせを仮定している。
【００１０】
この予測方法は、溶接部に全くＨｅ割れを発生しない条件、即ち、溶接時の温度、応力又は歪の時刻歴を決定する溶接条件や、溶接部の鋼に含まれるＨｅ量を選定するために有効である。
【００１１】
一方、構造物の機能や使用条件によっては、全くＨｅ割れがないことが必要ではなく、その構造物に負荷される荷重条件によっては、ある特定な大きさの範囲のＨｅ割れが許容される場合がある。そのような場合には、Ｈｅ割れが生じるときはその割れの大きさも併せて予測することができれば、より適切な溶接条件や対象物を選定することが可能となる。
【００１２】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルを用いることにより、Ｈｅ割れの大きさ或いはＨｅバブルの挙動を予測する方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、
溶接部の任意の点における溶接中の温度、応力及び歪の時刻歴を計算し、金属中のＨｅ濃度と前記温度及び応力時刻歴から、結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行う中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法において、
溶接部を２次元又は３次元の結晶粒界モデルとしたときの任意の結晶粒界又は粒界面に垂直な方向における応力成分又は歪成分の時刻歴を、前記任意の点における溶接中の応力成分又は歪成分の時刻歴計算結果を用いて計算し、その結果を用いて結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径及び密度の計算を行うことを特徴とする中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法及び装置、
を提供するものである。
【００１４】
即ち、本発明では、溶接時における任意点の応力又は歪の時刻歴は、一般にその溶接部を２次元又は３次元のモデルとした有限要素法による数値解析によって算出する。このとき、溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルを作成して、少なくとも一部の要素がこの結晶粒界モデルの結晶粒界を表すようにモデルを構成して、任意の結晶粒界上の評価点における当該結晶粒界又は粒界面に垂直な方向の応力、歪を計算するものである。
【００１５】
或いは、一般的な要素モデルによる有限要素法による数値解析を行い、これとは別に、溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルを作成して、結晶粒界モデル上の任意の結晶粒界上における評価点に対応する位置に関して前記有限要素法による解析結果を用いて、結晶粒界又は粒界面に垂直な方向の応力成分又は歪成分を計算する。
【００１６】
ここで、金属の結晶粒界は多角形（２次元の場合）又は多面体（３次元の場合）に近似するものとし、その大きさ、即ち一つの粒界の長さは、評価対象とする構造物の金属材料の結晶粒度番号から平均的な値として設定すればよいし、或いは、目的に応じて任意の数値を設定してもよい。結晶粒界モデルを作成する方法としては、溶接対象構造物と同一ヒートの材料の金相観察により作成してもよいし、ボロノイ図を用いて模擬する方法もある。
【００１７】
次いで、Ｈｅバブル挙動、即ち、粒界上におけるＨｅバブルの生成、成長、合体等を経て、溶接終了時における粒界上のＨｅバブルの直径と単位長さ又は単位面積当りのバブルの数（これをＨｅバブル密度という）を算出する。この計算で用いる溶接時の応力の時刻歴は、有限要素法解析によって算出された応力成分から特定の結晶粒界に対応する位置におけるその粒界に垂直な方向の応力成分を求める。
【００１８】
このことにより、溶接時に発生する応力の方向及び大きさと、結晶粒界の方向との組み合わせを考慮しつつ、粒界上でのＨｅバブル挙動を予測することができる。
【００１９】
さらに、前記粒界が溶接時の歪により破壊して「Ｈｅ割れを発生する」か否かを予測するためには、前記粒界上のＨｅバブル密度を基に算出される延性破壊限界歪と、溶接時にその粒界に発生する最大の歪とを比較する。このとき、溶接時に発生する歪を、前記有限要素法解析によって得られた結果から算出した粒界に垂直な方向に発生する歪成分を用いる。
【００２０】
このことにより、その粒界に「Ｈｅ割れを発生する」か否かの予測において、溶接時に発生する歪の方向及び大きさと結晶粒界の方向との組み合わせを考慮することができる。
【００２１】
図１（ａ）ないし（ｃ）に、従来のＨｅ割れ予測方法と本発明に係るＨｅ割れ予測方法における溶接時の応力又は歪と結晶粒界との方向の関係を示す。図１（ａ）は従来の方法における結晶粒界と応力及び歪の方向との関係を示しており、また図１（ｂ）は本発明における結晶粒界と応力及び歪の方向との関係を示し、図１（ｃ）は延性破壊モデルにおける破壊面と歪の方向との関係を示している。
【００２２】
そして従来の方法では、溶融金属近傍の任意点におけるＸ方向及びＹ方向（３次元の場合は、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向（紙面に垂直な方向）の応力から求められる最大主応力方向）の応力又は歪の時刻歴を計算し、そのうちの最大の値を用いてＨｅバブルの挙動及びＨｅ割れの発生を予測している。この場合、その評価点が属する結晶粒界の方向は考慮しない。
【００２３】
一方、本発明の方法では、モデル上で長さ及び方向を持った結晶粒界を仮定し、その粒界又は粒界面に垂直な方向の応力又は歪を計算してＨｅ挙動及びＨｅ割れの発生を予測する。粒界又は粒界面に垂直な方向と最大の応力又は歪を発生する方向とが一致するときには両者は同一の解を与えるが、方向の差が大きくなるほど従来の方法では保守的な解を与える。即ち、実際の粒界では「Ｈｅ割れを生じない」のに「Ｈｅ割れを生じる」という解を与える傾向を持つ。
【００２４】
上記の予測方法によって、従来は、溶接部近傍の特定の点が「Ｈｅ割れを生じる」か否かの予測ができるのに対して、本発明の方法では、溶接部近傍における特定の長さ又は面積を持った粒界が「Ｈｅ割れを生じる」か否かを予測することができるようになる。そして、本発明の予測方法を溶接部近傍の結晶粒界の全てについて行うことにより、どの部分の結晶粒界が「Ｈｅ割れを生じ、割れの長さの合計がいくらになるか」を定量的に予測することができる。
【００２５】
さらに、Ｈｅ割れを生じた各々の粒界について、溶接線に平行で且つ溶接部表面に垂直な断面或いは溶接継手に負荷される荷重方向に垂直な断面に投影した面積（又は長さ）を合計し、当該断面における割れの面積又は長さの比率を算出することによって、当該溶接部の強度を評価することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明の第１の実施例を示す。この方法は、下記の４工程を含む。即ち、溶接部の２次元（又は３次元）の一般的な有限要素モデルにより、溶接条件（溶接入熱、溶接速度、溶加材供給速度等）を入力条件として、溶接中における任意点の温度、応力の時刻歴を計算する工程Ｐ１と、同溶接部の結晶粒界モデルを作成する工程Ｐ２と、結晶粒界モデル上の任意の評価点に対応する位置における溶接中の温度、応力の履歴を工程Ｐ１の計算結果から抽出し、これを用いて、評価点における結晶粒界に垂直な方向の応力成分及び歪成分を計算する工程Ｐ３と、対象構造物の中性子照射材に含まれるＨｅ含有量を入力条件として、前記評価点を含む結晶粒界上におけるＨｅバブルの直径及び密度を計算する工程Ｐ４と、からなるＨｅバブルの挙動を予測する方法である。
【００２７】
図３は、本発明の第２の実施例を示す。即ち、溶接条件（溶接入熱、溶接速度、溶加材供給速度等）を入力条件として、溶接部の２次元（又は３次元）結晶粒界の有限要素法モデルを作成する工程Ｐ１１と、溶接中の溶接金属部近傍における任意の結晶粒界上の評価点における粒界に垂直な方向の温度、応力及び歪成分の時刻歴を計算する工程Ｐ１２と、計算対象構造物の中性子照射材に含まれるＨｅ含有量を入力条件として、前記評価点を含む結晶粒界上におけるＨｅバブルの直径と密度とを計算する工程Ｐ１３と、からなるＨｅバブル挙動予測方法である。
【００２８】
図４には、本発明の第３の実施例を示す。即ち、溶接条件（溶接入熱、溶接速度、溶加材供給速度等）を入力条件として、溶接中における評価点の温度、並びにこの点を含む結晶粒界に垂直な方向の応力成分及び歪成分の時刻歴を計算する工程Ｐ２１と、対象構造物の中性子照射材に含まれるＨｅ含有量を入力条件として前記評価点を含む結晶粒界上におけるＨｅバブルの直径と密度とを計算する工程Ｐ２２と、その結晶粒界の延性破壊限界歪を計算する工程Ｐ２３と、溶接中における前記結晶粒界に垂直な歪成分の時刻歴と、前記Ｈｅバブルの直径及び密度を有する結晶粒界の延性破壊限界歪とを比較する工程Ｐ２４と、比較の結果から、溶接中における前記歪成分が前記延性破壊限界歪を上回った時点で「Ｈｅ割れが発生する」と判断する工程Ｐ２５と、からなるＨｅ割れ予測方法である。
【００２９】
ここで、結晶粒界に垂直な方向の応力成分及び歪成分の時刻歴の計算と、これに基づく結晶粒界上のＨｅバブルの直径及び密度（即ちＨｅバブルの挙動）の予測には、第１又は第２の実施例の方法が用いられる。また、延性破壊限界歪は、下記の式、
εｆ＝｛（１−ｎ）ｌｎ（Ｌ／２ｒ）｝／ｓｉｎｈ｛√３（１−ｎ）／２｝
ここで、εｆ：延性破壊限界歪み
ｎ：加工硬化係数
Ｌ：平均バブル間距離
ｒ：平均バブル半径
により求める。
【００３０】
この予測結果から、「割れが発生する」と予測された結晶粒界の長さ及び分布を予測することが可能となる。また、「割れが発生する」と予測された結晶粒界の長さ又は面積を合計することにより、溶接部における割れの大きさを予測することが可能となる。
【００３１】
図５には、本発明の第４の実施例を示す。即ち、溶接条件（溶接入熱、溶接速度、溶加材供給速度等）を入力条件として、溶接中における評価点の温度、並びにこの点を含む結晶粒界に垂直な方向の応力成分及び歪成分の時刻歴を計算する工程Ｐ３１と、対象構造物の中性子照射材に含まれるＨｅ含有量を入力条件として、前記評価点を含む結晶粒界上におけるＨｅバブルの直径と密度とを計算する工程Ｐ３２と、前記評価点を含む結晶粒界の長さ／面積に対するその粒界上におけるＨｅバブルが占める長さ／面積の比を計算する工程Ｐ３３と、この比率が一定値を超える場合に「Ｈｅ割れを生じる」と判定する工程Ｐ３４と、結晶粒界モデルを構成する各々の結晶粒界のうち、「割れを発生する」と判定された結晶粒界の長さ／面積の合計を算出（Ｈｅバブル密度は単位長さに生成するバブルの数を示すので、バブルの直径および密度から、２次元又は３次元モデル上の特定長さの結晶粒界に占めるＨｅバブルの比率を計算することができる。）する工程Ｐ３５と、前記「割れを発生する」と判定された結晶粒界の長さ／面積の合計から溶接部全体におけるＨｅ割れの大きさを求める工程Ｐ３６と、からなるＨｅ割れ予測方法である。
【００３２】
ここで、「Ｈｅ割れを生じる」と判定する基準としてのＨｅバブルの比率は任意の値にしてもよいが、Ｈｅを含むステンレス鋼の溶接実験において割れが発生する場合としない場合のＨｅバブル比率を求めて、その値から決定するのが望ましい。
【００３３】
図６には、本発明の第４の実施例を示す。即ち、第３の実施例の方法により評価点を含む結晶粒界の割れ発生を判定する工程Ｐ４１−Ｐ４５と、結晶粒界モデルを構成する各々の結晶粒界のうち、「割れを発生する」と判定された結晶粒界の長さ／面積の合計を算出する工程Ｐ４６と、この結果から溶接部全体におけるＨｅ割れの大きさを求める工程Ｐ４７と、からなるＨｅ割れ予測方法である。
【００３４】
図７は、本発明の第５の実施例を示す。即ち、第１又は第２の実施例の方法により評価点を含む結晶粒界上のＨｅバブル直径及び密度を計算する工程Ｐ５１と、結晶粒界の長さ／面積に対するその粒界上におけるＨｅバブルが占める長さ／面積の比を計算する工程Ｐ５２と、前記Ｈｅバブルが占める長さ／面積の比が一定値を超えるときに「割れを発生する」と判定する工程Ｐ５３と、前記「割れが発生する」と判定された結晶粒界の長さ又は面積から当該溶接線に平行で且つ溶接部表面に垂直な断面或いは溶接継手に負荷される荷重方向に垂直な断面に投影した長さ又は面積を計算する工程Ｐ５４と、「割れを発生する」と判定された結晶粒界の前記投影長さ／面積の合計を計算する工程Ｐ５５と、前記投影長さ／面積の合計から溶接部断面における割れの占める比率を予測する工程Ｐ５６と、からなるＨｅ割れ予測方法である。
【００３５】
当該溶接部の溶接線に平行で且つ溶接部表面に垂直な断面に投影したＨｅ割れ長さ又は面積を計算し、これらを合計することにより、当該溶接継手に発生すると予測される割れによる、溶接継手の荷重伝達面積の減少程度を評価することができる。
【００３６】
図８は、本発明の第６の実施例を示す。即ち、溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルにおける溶融線近傍の全ての結晶粒界について、第３の実施例の方法により「Ｈｅ割れ発生」の判定を行う工程Ｐ６１−Ｐ６５の後に、「割れを発生する」と予測された全ての粒界の長さ又は面積から、当該溶接線に平行で且つ溶接部表面に垂直な断面或いは溶接継手に負荷される荷重方向に垂直な断面に投影した長さ又は面積を計算する工程Ｐ６６と、「割れを発生する」と判定された結晶粒界の前記投影面積／長さを合計する工程Ｐ６７と、この結果から溶接部断面における割れの占める比率を予測する工程Ｐ６８と、からなるＨｅ割れ予測方法である。
【００３７】
上記した各実施例記載のＨｅ割れ予測方法によって「Ｈｅ割れを発生する」と予測された結晶粒界は、溶接部の２次元又は３次元の結晶粒界モデルを示す図の上に表示する機能を有するＨｅ割れ予測装置によって表示し、管理業務に資する。
【００３８】
本発明で使用するＨｅ割れ予測に必要な装置は電子計算機であり、電子計算機上で作動するソフトウェアを用いる。そのソフトウェアは、少なくとも結晶粒界モデルの作成、有限要素法による溶接部の温度分布及びその時刻歴の計算、並びに有限要素法による溶接部の任意点における歪の時刻歴及び応力の時刻歴を計算する機能を有するものである。
【００３９】
また、本発明は、前記機能に、２次元又は３次元の結晶粒界モデルを構成する全部又は溶接金属近傍の一部における結晶粒界毎のＨｅ割れ予測結果を、前記結晶粒界モデル上に表示する機能を前記ソフトウェアに付加することができる。これによって、溶接部全体におけるＨｅ割れを発生する結晶粒界の分布、位置、合計の割れの大きさを視覚的に捉えることを可能にするものである。
【００４０】
上記Ｈｅバブルの挙動予測方法或いはＨｅ割れの予測方法における２次元又は３次元の結晶粒界モデルの作成において、結晶粒界の寸法を評価対象部材の平均結晶粒界長さ又はこれと同一の結晶粒度番号（ＪＩＳ　Ｇ　０５５１　鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に規定される。）の平均結晶粒界長さに任意倍数だけ大きくして計算し、中性子照射材のＨｅ割れ予測を行うことができる。
【００４１】
結晶粒界モデルの作成において、結晶粒界の大きさは実際の評価対象材料の粒界長さか、或いはこれと同一の結晶粒度番号（ＪＩＳ　Ｇ　０５５１　鋼のオーステナイト結晶粒度試験方法に規定される。）の平均結晶粒界長さに一致させる。しかし、評価対象部材が原子炉構造物の場合のように厚板となる場合は、結晶粒界の数が非常に多くなり、モデルの作成及びそのモデルを使用して行うその他の計算に多大な時間を要する、という欠点を有する。
【００４２】
そこで、本発明では、評価対象部材、又はこれと同一な結晶粒度番号を持つ項の粒界長さの統計的な分布を変えないで、粒界長さを任意の倍数だけ大きくした結晶粒界モデルを作成し、Ｈｅ割れ予測結果が得られた段階で、必要に応じて割れ長さを前記倍数で除することにより、元のスケールに戻し、結晶粒界モデルの作成及び計算に要する時間を短縮したＨｅ割れ予測方法を提供する。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、原子炉等で中性子の照射を受けた鋼、特にステンレス鋼の溶接性評価方法において使用するＨｅバブルの挙動予測方法又はＨｅ割れの予測方法において、溶接部を２次元／３次元の結晶粒界モデルとし、結晶粒界に垂直な応力又は歪成分を用いることにより、特定のＨｅ量を有する中性子照射材を特定の溶接条件で溶接を行った場合に発生することが期待されるＨｅ割れの大きさを定量的に予測することが可能となる。
【００４４】
そして、この予測を基に、各々の構造物に必要とされる強度要求に応じた、又は必要とされる溶接品質に応じた溶接条件の設定が可能となる。これにより、より合理的で経済的な原子炉の補修、保全を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を適用する結晶粒界モデルにおける、結晶粒界の方向と、Ｈｅ挙動の計算に用いる溶接中の応力又は歪の方向の関係、並びに延性破壊モデルにおけるバブルが配列する破壊面と負荷される歪の方向との関係を示す図。
【図２】本発明の第１の実施例における、中性子照射材のＨｅ含有量と溶接条件とからＨｅバブル挙動を予測する請求項１の方法の手順を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例における、中性子照射材のＨｅ含有量と溶接条件とからＨｅ割れを予測する手順を示す図。
【図４】本発明の第３の実施例における、中性子照射材のＨｅ含有量と溶接条件とからＨｅ割れを予測する手順を示す図。
【図５】本発明の第４の実施例にける、中性子照射材のＨｅ含有量と溶接条件とからＨｅ割れを予測する手順を示す図。
【図６】本発明の第５の実施例における、中性子照射材のＨｅ含有量と溶接条件とからＨｅ割れを予測する手順を示す図。
【図７】本発明の第６の実施例における、中性子照射材のＨｅ含有量と溶接条件とからＨｅ割れを予測する手順を示す図。
【図８】本発明の第７の実施例における、中性子照射材のＨｅ含有量と溶接条件とからＨｅ割れを予測する手順を示す図。
【図９】中性子照射材を溶接した時に、材料中のＨｅが粒界にバブルを形成し、割れを発生する過程を示す図。
【符号の説明】
１１　結晶粒界
１２　破壊面
１３　破壊面上のバブル
ｔ１−ｔ３　時刻
【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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【図９】
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