(57)【要約】【課題】中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性を精度良く予測できる原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法を提供する。【解決手段】疲労特性予測方法１０は、原子炉構造物２１の形状と溶接条件とに基づいて、溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程１１と、温度および応力の時刻歴と原子炉構造物２１のＨｅ含有量とに基づいて、溶接部２３近傍の粒界２４上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程１２と、Ｈｅバブルの直径および密度、並びにひずみの時刻歴に基づいて、粒界割れ２６の発生を判定する判定工程１３とを備えている。次に、欠陥指標算出工程１４は、Ｈｅバブルの直径および密度、並びに粒界割れ２６の発生の有無に基づいて、粒界２４の欠陥指標を算出する。次に、予測工程１５は、前記欠陥指標に基づいて疲労特性を予測する。【選択図】図１
2007225387.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法において、
原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程と、
時刻歴算出工程において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、
計算工程において計算されたＨｅバブルの直径および密度、並びに時刻歴算出工程において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部近傍の複数の粒界上における粒界割れ発生をそれぞれ判定する判定工程と、
計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度、並びに判定工程において判定された粒界割れ発生の有無に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、
欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法。
【請求項２】
中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法において、
原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を計算する時刻歴算出工程と、
時刻歴算出工程において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、
計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、
欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法。
【請求項３】
欠陥指標算出工程において、原子炉構造物断面積と実効的欠陥面積との割合からなる欠陥指標が算出され、
原子炉構造物断面積は、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の断面積であり、
実効的欠陥面積は、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れの投影面積の合計と、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブルの投影面積に一定の係数を乗じた実効的投影面積の合計とを足し合わせて算出することを特徴とする請求項１に記載の原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法。
【請求項４】
欠陥指標算出工程において、原子炉構造物断面厚さと実効的欠陥長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、
原子炉構造物断面厚さは、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の厚さであり、
実効的欠陥長さは、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れの投影長さの合計と、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブルの投影長さに一定の係数を乗じた実効的投影長さの合計とを足し合わせて算出することを特徴とする請求項１に記載の原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法。
【請求項５】
中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムにおいて、
原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出部と、
時刻歴算出部において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算部と、
計算部において計算されたＨｅバブルの直径および密度、並びに時刻歴算出部において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部近傍の複数の粒界上における粒界割れ発生をそれぞれ判定する判定部と、
計算部において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度、並びに判定部において判定された粒界割れ発生の有無に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出部と、
欠陥指標算出部において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測部とを備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システム。
【請求項６】
中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムにおいて、
原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出部と、
時刻歴算出部において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算部と、
計算部において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出部と、
欠陥指標算出部において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測部とを備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システム。
【請求項７】
少なくとも１台のコンピュータを含むコンピュータシステムによって実行される原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラムであって、
中性子線が照射され、溶接部を有する原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程と、
時刻歴算出工程において算出した温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、
計算工程において計算されたＨｅバブルの直径および密度、並びに時刻歴算出工程において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部近傍の複数の粒界上における粒界割れ発生をそれぞれ判定する判定工程と、
計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度、並びに判定工程において判定された粒界割れ発生の有無に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、
欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラム。
【請求項８】
少なくとも１台のコンピュータを含むコンピュータシステムによって実行される原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラムであって、
中性子線が照射され、溶接部を有する原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程と、
時刻歴算出工程において算出した温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、
計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、
欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力発電所に設置された原子炉等において中性子の照射を受けた、原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測の方法、そのシステムおよびそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
中性子照射を受けたステンレス鋼は、主として鋼中の不純物として含有されるＢ（ホウ素）および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、溶接時の熱により鋼が高温に加熱されると、鋼中に蓄積されたＨｅが粒界に集まり、粒界上にＨｅバブルを形成して鋼が脆化され、この結果、溶接時の冷却過程において引張応力やひずみが負荷され、この際に割れ（粒界割れ）が生じることがある、旨の記載がある。
【０００３】
このようにＨｅが粒界上へ集積し、これに伴って割れ（粒界割れ）が生じる現象は、とりわけ、中性子の照射を受けた原子炉構造物を補修し、保全しまたは改良するために溶接をする場合に問題を生じさせる。そこで、粒界割れが生じない健全な溶接部を得るために、あらかじめ粒界上に形成されたＨｅバブルの量、および溶接により生じる粒界割れの有無を予測しておく必要がある。
【０００４】
粒界割れの予測方法は、特許文献１に公開されている。すなわち、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およ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。
【０００５】
また、Ｈｅバブルの成長挙動から溶接が可能か否かを診断する方法は、非特許文献２に開示されている。すなわち、Ｈｅバブルを有する粒界が延性破壊に至る限界ひずみと、溶接中に評価点に加わるひずみとを比較し、後者のひずみ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、とされている。
【０００６】
さらに、粒界割れの大きさを予測する方法が、特許文献２に公開されている。すなわち、溶接部の任意の点における溶接中における温度、応力およびひずみの時刻歴を計算し、金属中のＨｅ濃度と前記温度および応力の時刻歴から、結晶粒界上に生成するＨｅバブルの直径および密度の計算を行う。その後、計算されたＨｅバブルの直径および密度から中性子線の照射を受けた金属の粒界割れを予測する中性子照射材のＨｅバブル挙動予測方法である。従来は、溶接部近傍の特定の点のみが粒界割れを生じるか否か予測できていたのに対し、この予測方法によれば、溶接部近傍における特定の長さまたは面積を持った粒界が粒界割れを生じるか否かを予測することができる、と述べられている。
【特許文献１】特開平１０−１１１３８０号公報
【特許文献２】特開２００４−１４４６５７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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の各文献には粒界割れの有無や大きさを予測する方法は記載されているが、中性子線の照射を受けた原子炉構造物の溶接部における疲労限、疲労強度、破断繰り返し数等を含む疲労特性の予測方法、予測システム、および予測プログラムに関する発明は記載されていない。
【０００８】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、中性子照射を受けた原子炉構造物を溶接した場合における、溶接部近傍の疲労特性を精度良く予測することができる原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測の方法、そのシステムおよびそのプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法において、原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程と、時刻歴算出工程において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、計算工程において計算されたＨｅバブルの直径および密度、並びに時刻歴算出工程において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部近傍の複数の粒界上における粒界割れ発生をそれぞれ判定する判定工程と、計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度、並びに判定工程において判定された粒界割れ発生の有無に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１０】
本発明は、中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法において、原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程と、時刻歴算出工程において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１１】
本発明は、欠陥指標算出工程において、原子炉構造物断面積と実効的欠陥面積との割合からなる欠陥指標が算出され、原子炉構造物断面積は、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の断面積であり、実効的欠陥面積は、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れの投影面積の合計と、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブルの投影面積に一定の係数を乗じた実効的投影面積の合計とを足し合わせて算出することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１２】
本発明は、欠陥指標算出工程において、原子炉構造物断面厚さと実効的欠陥長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、原子炉構造物断面厚さは、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の厚さであり、実効的欠陥長さは、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れの投影長さの合計と、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブルの投影長さに一定の係数を乗じた実効的投影長さの合計とを足し合わせて算出することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１３】
本発明は、欠陥指標算出工程において、断面合計粒界長さと実効的欠陥長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、断面合計粒界長さは、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の粒界長さの合計であり、実効的欠陥長さは、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れの投影長さの合計と、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブルの投影長さに一定の係数を乗じた実効的投影長さの合計とを足し合わせて算出することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１４】
本発明は、欠陥指標算出工程において、断面合計粒界数と実効的欠陥数との割合からなる欠陥指標が算出され、断面合計粒界数は、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の粒界数の合計であり、実効的欠陥数は、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における複数の粒界割れの数の合計と、原子炉構造物に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における複数のＨｅバブルの数に一定の係数を乗じた実効的Ｈｅバブル数の合計とを足し合わせて算出することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１５】
本発明は、欠陥指標算出工程において、合計粒界面積と実効的欠陥面積との割合からなる欠陥指標が算出され、合計粒界面積は、原子炉構造物の溶接部近傍における全ての粒界面積であり、実効的欠陥面積は、原子炉構造物の溶接部近傍における複数の粒界割れの面積の合計と、原子炉構造物の溶接部近傍における複数のＨｅバブルの面積に一定の係数を乗じた実効的Ｈｅバブル面積の合計とを足し合わせて算出することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１６】
本発明は、欠陥指標算出工程において、原子炉構造物厚さと実効的欠陥長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、原子炉構造物厚さは、原子炉構造物の溶接部近傍における原子炉構造物の厚さであり、実効的欠陥長さは、原子炉構造物の溶接部近傍における複数の粒界割れの長さの合計と、原子炉構造物の溶接部近傍における複数のＨｅバブルの長さに一定の係数を乗じた実効的Ｈｅバブル長さの合計とを足し合わせて算出することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１７】
本発明は、欠陥指標算出工程において、合計粒界数と実効的欠陥数との割合からなる欠陥指標が算出され、合計粒界数は、原子炉構造物の溶接部近傍における全ての粒界数であり、実効的欠陥数は、原子炉構造物の溶接部近傍における複数の粒界割れの数の合計と、原子炉構造物の溶接部近傍における複数のＨｅバブルの数に一定の係数を乗じた実効的Ｈｅバブル数の合計とを足し合わせて算出することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１８】
本発明は、欠陥指標算出工程において、原子炉構造物断面積とＨｅバブル合計投影面積との割合からなる欠陥指標が算出され、原子炉構造物断面積は、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の断面積であり、Ｈｅバブル合計投影面積は、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に複数のＨｅバブルをそれぞれ投影した面積の合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００１９】
本発明は、欠陥指標算出工程において、原子炉構造物断面厚さとＨｅバブル合計投影長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、原子炉構造物断面厚さは、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の厚さであり、Ｈｅバブル合計投影長さは、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に複数のＨｅバブルをそれぞれ投影した長さの合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２０】
本発明は、欠陥指標算出工程において、断面合計粒界長さとＨｅバブル合計投影長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、断面合計粒界長さは、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の粒界長さの合計であり、Ｈｅバブル合計投影長さは、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面に複数のＨｅバブルをそれぞれ投影した長さの合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２１】
本発明は、欠陥指標算出工程において、断面合計粒界数とＨｅバブル断面合計数との割合からなる欠陥指標が算出され、断面合計粒界数は、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物の粒界数の合計であり、Ｈｅバブル断面合計数は、原子炉構造物の溶接部に負荷される荷重の方向に垂直または平行な断面におけるＨｅバブル数の合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２２】
本発明は、欠陥指標算出工程において、合計粒界面積とＨｅバブル合計面積との割合からなる欠陥指標が算出され、合計粒界面積は、原子炉構造物の溶接部近傍における全ての粒界面積であり、Ｈｅバブル合計面積は、原子炉構造物の溶接部近傍における複数のＨｅバブルの面積の合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２３】
本発明は、欠陥指標算出工程において、原子炉構造物厚さとＨｅバブル合計長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、原子炉構造物厚さは、原子炉構造物の溶接部近傍における原子炉構造物の厚さであり、Ｈｅバブル合計長さは、原子炉構造物の溶接部近傍における複数のＨｅバブルの長さの合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２４】
本発明は、欠陥指標算出工程において、合計粒界長さとＨｅバブル合計長さとの割合からなる欠陥指標が算出され、合計粒界長さは、原子炉構造物の溶接部近傍における全ての粒界長さであり、Ｈｅバブル合計長さは、原子炉構造物の溶接部近傍における複数のＨｅバブルの長さの合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２５】
本発明は、欠陥指標算出工程において、近傍合計粒界数とＨｅバブル合計数との割合からなる欠陥指標が算出され、近傍合計粒界数は、原子炉構造物の溶接部近傍における全ての粒界数であり、Ｈｅバブル合計数は、原子炉構造物の溶接部近傍における複数のＨｅバブルの数の合計であることを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２６】
本発明は、予測工程において、荷重により原子炉構造物の溶接部に発生する最大疲労応力、平均疲労応力、疲労応力振幅、最大ひずみ、平均ひずみ、およびひずみ振幅のうちの少なくとも一つの数値を用いて原子炉構造物の溶接部の疲労特性を予測することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２７】
本発明は、予測工程において、原子炉構造物の溶接部近傍における欠陥指標と、疲労限、疲労強度、および破断繰り返し数のうち少なくとも一つの数値とから定式化したマスターカーブ群を用いて原子炉構造物の溶接部の疲労特性を予測することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２８】
本発明は、予測工程において、溶接部近傍における欠陥指標と、溶接部に加わる繰り返し荷重の繰り返し数とから原子炉構造物の溶接部の疲労特性を定式化したＳ−Ｎ線図群を用いて疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを予測することを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法である。
【００２９】
本発明は、中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムにおいて、原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出部と、時刻歴算出部において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算部と、計算部において計算されたＨｅバブルの直径および密度、並びに時刻歴算出部において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部近傍の複数の粒界上における粒界割れ発生をそれぞれ判定する判定部と、計算部において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度、並びに判定部において判定された粒界割れ発生の有無に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出部と、欠陥指標算出部において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測部とを備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムである。
【００３０】
本発明は、中性子線が照射された原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムにおいて、原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出部と、時刻歴算出部において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算部と、計算部において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出部と、欠陥指標算出部において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測部とを備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムである。
【００３１】
本発明は、少なくとも１台のコンピュータを含むコンピュータシステムによって実行される原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラムであって、中性子線が照射され、溶接部を有する原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程と、時刻歴算出工程において算出した温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、計算工程において計算されたＨｅバブルの直径および密度、並びに時刻歴算出工程において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部近傍の複数の粒界上における粒界割れ発生をそれぞれ判定する判定工程と、計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度、並びに判定工程において判定された粒界割れ発生の有無に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラムである。
【００３２】
本発明は、少なくとも１台のコンピュータを含むコンピュータシステムによって実行される原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラムであって、中性子線が照射され、溶接部を有する原子炉構造物の形状と原子炉構造物の溶接部における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出工程と、時刻歴算出工程において算出した温度および応力の時刻歴と原子炉構造物のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物の溶接部近傍に形成された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度を計算する計算工程と、計算工程において計算された複数の粒界上におけるＨｅバブルの直径および密度に基づいて、溶接部近傍に形成された粒界の欠陥指標を算出する欠陥指標算出工程と、欠陥指標算出工程において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する予測工程と、を備えたことを特徴とする原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測プログラムである。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、中性子線が照射された原子炉構造物において、原子炉構造物の溶接部における疲労特性を精度良く予測することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
第１の実施の形態
以下、本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。
ここで、図１は、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の工程図であり、図２（ａ）は、中性子照射を受けた原子炉構造物の溶接部近傍における断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部拡大図である。また、図３は予測工程において用いられるマスターカーブ群を示す図であり、図４は、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムを示すブロック図である。
【００３５】
まず、図２（ａ）（ｂ）および図４により本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムの概略について説明する。
図４に示すように、原子炉構造物２１の溶接部２３における疲労特性予測システム４０は、原子炉構造物２１の形状と原子炉構造物２１の溶接部２３における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出部４１と、時刻歴算出部４１において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物２１のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍に形成された複数の粒界２５上におけるＨｅバブル２５の直径および密度を計算する計算部４２と、計算部４２において計算されたＨｅバブル２５の直径および密度、並びに時刻歴算出部４１において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部２３近傍の複数の粒界２４上における粒界割れ２６の発生をそれぞれ判定する判定部４３とを備えている。
また、欠陥指標算出部４４は、計算部４２において計算された複数の粒界２４上におけるＨｅバブル２５の直径および密度、並びに判定部４３において判定された粒界割れ２６の発生の有無に基づいて、溶接部２３近傍に形成された粒界２４の欠陥指標を算出する。
さらに、予測部４５は、欠陥指標算出部４４において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部２３の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する。
【００３６】
次に、上述した疲労特性予測システムにより原子炉構造物の溶接部における疲労特性を予測する疲労特性予測方法について図１乃至図３を用いて詳細に説明する。
【００３７】
（時刻歴算出工程）
まず、時刻歴算出工程１１について説明する。
時刻歴算出工程１１は、原子炉構造物２１の形状と溶接部２３の溶接条件とに基づいて、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する工程である。
【００３８】
この温度、応力およびひずみの時刻歴の計算には、例えば有限要素法による熱弾塑性解析が用いられる。具体的には、例えば特許文献２に示すように、溶接部２３の２次元または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または粒界面に垂直な方向の応力、ひずみを計算する方法が挙げられる。
【００３９】
または、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２３の２次元または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、結晶粒界または粒界面に垂直な方向の応力成分またはひずみ成分を計算しても良い。
【００４０】
ここで、金属の結晶粒界は多角形（２次元の場合）または多面体（３次元の場合）に近似するものとし、その大きさ、すなわち一つの粒界の長さは、評価対象とする原子炉構造物２１の材料となる金属の結晶粒度番号に基づいて平均的な値として設定すれば良く、または、目的に応じて任意の数値を設定しても良い。
【００４１】
結晶粒界モデルを作成する方法としては、溶接の対象である原子炉構造物２１と同一ヒートの材料の金相観察により作成する方法や、ボロノイ図を用いて模擬する方法等が挙げられる。
【００４２】
（計算工程）
次に、計算工程１２において、時刻歴算出工程１１において算出された温度および応力の時刻歴、原子炉構造物２１のＨｅ含有量、および原子炉構造物２１の鋼種に基づいて、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍に形成された複数の粒界２４上におけるＨｅバブル２５の直径および密度を計算する。すなわち、溶接部２３近傍に形成された複数の粒界２４上において、Ｈｅバブル２５の生成、成長、合体等がなされた後におけるＨｅバブル２５の直径および単位面積あたりのＨｅバブル２５の数（これをＨｅバブル密度という）を算出する。
【００４３】
ここで、原子炉構造物２１の鋼種が計算工程１２において必要となるのは、非特許文献１に示されるように、原子炉構造物２１の鋼種、すなわちステンレス鋼の材質により粒界割れ２６に対する感受性が異なる場合があるためである。
【００４４】
（判定工程）
次に、判定工程１３において、計算工程１２において計算されたＨｅバブル２５の直径および密度、並びに時刻歴算出工程１１において計算されたひずみの時刻歴に基づいて、溶接部２３近傍の複数の粒界２４上における粒界割れ２６の発生の有無をそれぞれ判定する。
【００４５】
この溶接部２３近傍に存在する複数の粒界２４上における粒界割れ２６の発生を、任意点におけるひずみの時刻歴に基づいて判定する方法として、例えば特許文献２に記載の方法が挙げられる。すなわち、特許文献２に記載の方法は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍に形成された複数の粒界２４上のＨｅバブル密度に基づいて算出される延性破壊限界ひずみと、原子炉構造物２１の溶接時に粒界２４に発生する最大のひずみとを比較することにより、原子炉構造物２１の溶接時のひずみにより粒界２４が破壊され、これにより粒界割れ２６が発生するか否かを予測する方法である。
【００４６】
（欠陥指標算出工程）
次に、欠陥指標算出工程１４において、計算工程１２において計算された複数の粒界２４上におけるＨｅバブル２５の直径および密度、並びに判定工程１３において判定された粒界割れ２６発生の有無に基づいて、溶接部２３近傍に形成された粒界２４の欠陥指標を算出する。
以下、欠陥指標算出工程１４において溶接部２３近傍に形成された粒界２４の欠陥指標を算出する方法について、図２（ａ）（ｂ）を用いて詳細に説明する。
【００４７】
図２（ａ）において、中性子照射を受けた原子炉構造物２１は開先２２を有しており、この原子炉構造物２１の開先２２内部には、開先２２内部を溶接金属で肉盛溶接した溶接部２３が設けられている。
【００４８】
図２（ａ）において、溶接部２３には水平方向に荷重Ｆが加わっている。ここで、荷重Ｆの方向に垂直な断面の方向における原子炉構造物２１の厚さをＴで表す。原子炉構造物２１の厚さＴは荷重Ｆの性質に応じて代えても良く、例えばねじりのような荷重Ｆに対しては、荷重Ｆの方向に平行な断面の方向の厚さとしても良い。
【００４９】
また、図２（ｂ）において、原子炉構造物２１内の溶接部２３近傍には、多数の粒界２４が形成されている。この多数の粒界２４のうちの一部は、溶接により生じたＨｅバブル２５が存在する粒界、および粒界割れ２６が生じた粒界である。
【００５０】
ここで、粒界割れ２６が生じた粒界２４を、荷重Ｆの方向に垂直な断面に投影した５本の粒界割れ長さをＬ１乃至Ｌ５で表す。同様に、Ｈｅバブル２５が存在する粒界２４を荷重Ｆの方向に垂直な断面に投影した５本のＨｅバブル投影長さを、それぞれｌ１乃至ｌ５で表し、Ｈｅバブル２５が存在する粒界２４を荷重Ｆの方向に垂直な断面に投影した長さの合計をΣｄ（Σｄ＝ｌ１＋ｌ２＋ｌ３＋ｌ４＋ｌ５）で表す。
【００５１】
次に、図２（ｂ）に示す場合のように、溶接部２３近傍に粒界割れ２６が生じており、粒界割れ２６の疲労特性への影響を無視できない場合には、粒界割れ２６およびＨｅバブル２５が疲労特性に及ぼす影響を考慮した欠陥指標を算出するのが好適であり、この方法を以下に述べる。
【００５２】
まず、Ｈｅバブル投影長さ（ｌ１乃至ｌ５）に対して理論的または実験的に求めた係数αｌを乗じて、それぞれ実効的Ｈｅバブル長さｌｅｆｆ．を算出する。次に、この実効的Ｈｅバブル長さｌｅｆｆ．の合計（αｌ・Σｄ）と、粒界割れ２６の投影長さの合計（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５）とを加算し、実効的欠陥長さΣＬｅｆｆ．を算出する。すなわち、
ΣＬｅｆｆ．＝（Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３＋Ｌ４＋Ｌ５）＋αｌ・Σｄ・・・（１）
により、実効的欠陥長さΣＬｅｆｆ．を算出する。
なお、αｌ＝０の場合は、Ｈｅバブル２５が疲労特性に及ぼす影響を無視できる場合であり、αｌ＝１の場合は、Ｈｅバブル２５が疲労特性に及ぼす影響と粒界割れ２６が疲労特性に及ぼす影響とが等しい場合である。
このようにして求めた実効的欠陥長さΣＬｅｆｆ．と、荷重Ｆの方向に垂直な断面の原子炉構造物の厚さＴとの割合を欠陥指標（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）とする。
【００５３】
一方、判定工程１３において、原子炉構造物２１内の溶接部２３近傍に粒界割れ２６が生じていないと判断された場合など、粒界割れ２６が疲労特性に及ぼす影響を無視できる場合には、荷重Ｆの方向に垂直な断面の原子炉構造物の厚さＴと、荷重Ｆの方向に垂直な断面に投影した粒界割れ長さの合計とＨｅバブル投影長さの合計（Σｄ）との割合（Σｄ／Ｔ）を算出して欠陥指標としても良い。
【００５４】
なお、欠陥指標算出工程１４において、
（ａ）原子炉構造物断面積Ｓと実効的欠陥面積Σａｅｆｆ．との割合からなる欠陥指標（Σａｅｆｆ．／Ｓ）が算出されても良い。
ここで、原子炉構造物断面積Ｓは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の断面積であり、実効的欠陥面積Σａｅｆｆ．は、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れ２６の投影面積の合計と、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブル２５の投影面積に一定の係数αａを乗じた実効的投影面積の合計とを足し合わせて算出する値である。
【００５５】
また、欠陥指標算出工程１４において、
（ｂ）断面合計粒界長さＬａと上述した実効的欠陥長さΣＬｅｆｆ．との割合からなる欠陥指標（ΣＬｅｆｆ．／Ｌａ）が算出されても良い。
ここで、断面合計粒界長さＬａは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の粒界２４の長さの合計であり、実効的欠陥長さΣＬｅｆｆ．は、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れ２６の投影長さの合計と、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブル２５の投影長さに一定の係数を乗じた実効的投影長さの合計とを足し合わせて算出する値である。
【００５６】
さらに、欠陥指標算出工程１４において、
（ｃ）欠陥指標算出工程において、断面合計粒界数Ｎと実効的欠陥数Σｎｅｆｆ．との割合からなる欠陥指標（Σｎｅｆｆ．／Ｎ）が算出されても良い。
ここで、断面合計粒界数Ｎは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の粒界２４の数の合計であり、実効的欠陥数Σｎｅｆｆ．は、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における複数の粒界割れ２６の数の合計と、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における複数のＨｅバブル２５の数に一定の係数αｎを乗じた実効的Ｈｅバブル数の合計とを足し合わせて算出する値である。
【００５７】
（予測工程）
次に、予測工程１５において、欠陥指標算出工程１４において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部２３の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する方法について詳細に説明する。
【００５８】
図３は、欠陥指標算出工程１４において算出された原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における欠陥指標と、疲労限、疲労強度、および破断繰り返し数のうち少なくとも一つの数値とに基づき予め定式化したマスターカーブ群を示す。このマスターカーブ群を用いて原子炉構造物２１の溶接部２３の疲労限等の疲労特性を予測する。
【００５９】
図３に示すマスターカーブ群において、横軸は、上述した実効的Ｈｅバブル長さの合計（ΣＬｅｆｆ．）を原子炉構造物２１の厚さＴで割った欠陥指標（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）であり、縦軸は、溶接部２３における疲労限σ∞を無欠陥溶接部の疲労限σ∞０で除して規格化した値（σ∞／σ∞０）を示す。なお、無欠陥溶接部の疲労限σ∞０とは、原子炉構造物２１にＨｅバブル２５や粒界割れ２６が存在しないと仮定した場合における溶接部２３の疲労限σ∞０をいう。
【００６０】
また、図３に示す個々のマスターカーブは、欠陥指標（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）と、原子炉構造物２１の溶接部２３の疲労限σ∞を無欠陥溶接部の疲労限σ∞０で除して規格化した値（σ∞／σ∞０）との関係を示す。これらのマスターカーブは、それぞれ溶接部２３に負荷される疲労応力の最大値（最大疲労応力）Ｓｔｍの条件毎に算出したものである（Ｓｔｍ１、Ｓｔｍ２、Ｓｔｍ３、Ｓｔｍ４）。これら複数のマスターカーブがまとめられて上述したマスターカーブ群が構成される。
【００６１】
なお、図３に示すように、欠陥指標（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）が０となるような特定の荷重条件下においては、溶接部２３の疲労限σ∞はσ∞０と等しくなり（σ∞＝σ∞０）、このため、溶接部２３の疲労限σ∞を無欠陥溶接部の疲労限σ∞０で除して規格化した値（σ∞／σ∞０）は１となる。一方、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍にＨｅバブル２５や粒界割れ２６が生じて欠陥指標の値が増加するにしたがって、溶接部２３の疲労限σ∞の値が０に近づき、このため、溶接部２３の疲労限σ∞を無欠陥溶接部の疲労限σ∞０で除して規格化した値（σ∞／σ∞０）も０に近づく。
【００６２】
ここで、図３に示すマスターカーブセットを実験的または理論的に求めて定式化し、
σ∞／σ∞０＝ｆｍｃ（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ，Ｓｔ）・・・（２）
という関数により表すことができる。
【００６３】
これにより、欠陥指標（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）を用いて特定の荷重条件における溶接部２３の疲労限σ∞を、
σ∞＝ｆｍｃ（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ，Ｓｔ）・σ∞０・・・（３）
という式に基づいて予測することができる。
【００６４】
なお、上述した疲労応力としては、最大疲労応力、平均疲労応力、疲労応力振幅、最大ひずみ、平均ひずみ、またはひずみ振幅を用いることもできる。
【００６５】
このように、本実施の形態によれば、中性子線が照射された原子炉構造物２１において、原子炉構造物２１の溶接部２３における疲労特性を精度良く予測することができる。
【００６６】
第２の実施の形態
次に、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第２の実施の形態について図２（ａ）（ｂ）、図５、図６および図７により説明する。
ここで、図２（ａ）は、中性子照射を受けた原子炉構造物の溶接部近傍における断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部拡大図である。また、図５は、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の一連の工程のうち、予測工程で用いられるマスターカーブ群を示す図であり、図６は、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムを示すブロック図であり、図７は、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の工程図である。
図２（ａ）（ｂ）、図５、図６および図７に示す第２の実施の形態は、判定部（判定工程）の有無が異なるものであり、他の構成は上述した第１の実施の形態と略同一である。
図６および図７において、図１乃至４に示す第１の実施の形態と同一部分には同一の部号を付して詳細な説明は省略する。
【００６７】
まず、図２（ａ）（ｂ）および図６により本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムの概略について説明する。
疲労特性予測システム４０は、原子炉構造物２１の形状と原子炉構造物２１の溶接部２３における溶接条件とに基づいて、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍に設けられた任意点における溶接中の温度、応力およびひずみの時刻歴を算出する時刻歴算出部４１と、時刻歴算出部４１において算出された温度および応力の時刻歴と原子炉構造物２１のＨｅ含有量とに基づいて、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍に形成された複数の粒界２４上におけるＨｅバブル２５の直径および密度を計算する計算部４２と、計算部４２において計算された複数の粒界２４上におけるＨｅバブル２５の直径および密度に基づいて、溶接部２３近傍に形成された粒界２４の欠陥指標を算出する欠陥指標算出部４４とを備えている。
また予測部４５は、欠陥指標算出部４４において算出された欠陥指標に基づいて、溶接部２３の疲労限、疲労強度、破断繰り返し数のいずれか、または全てを含む疲労特性を予測する。
【００６８】
すなわち本実施の形態は、図４に示す第１の実施の形態と異なり判定部４３が存在せず、計算部４２で求めたＨｅバブル２５直径および密度から、直接欠陥指標算出部４４において欠陥指標を算出するものである。
【００６９】
次に、上述した疲労特性予測システムにより原子炉構造物の溶接部における疲労特性を予測する疲労特性予測方法の一連の工程のうち、欠陥指標算出工程および予測工程について図５および図７を用いて説明する。
【００７０】
なお、本実施の形態による原子炉構造物の溶接部における疲労特性を予測する疲労特性予測方法は、図１に示す第１の実施の形態と異なり、判定工程が存在しないものである。
【００７１】
（欠陥指標算出工程）
まず、図７を用いて、本実施の形態による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の一連の工程のうち、欠陥指標算出工程について説明する。
欠陥指標算出工程１４は、計算工程１２において計算された複数の粒界２５上におけるＨｅバブル２５の直径および密度に基づいて、溶接部２３近傍に形成された粒界２４の欠陥指標を算出する。
【００７２】
この欠陥指標算出工程１４において、上述した原子炉構造物断面厚さＴと上述したＨｅバブル合計投影長さΣｄとの割合からなる欠陥指標（Σｄ／Ｔ）が算出される。
ここで、原子炉構造物断面厚さＴは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の厚さであり、Ｈｅバブル合計投影長さΣｄは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に複数のＨｅバブル２５をそれぞれ投影した長さの合計である。
【００７３】
なお、欠陥指標算出工程１４において、
（ａ）上述した原子炉構造物断面積ＳとＨｅバブル合計投影面積との割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、原子炉構造物断面積Ｓは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の断面積であり、Ｈｅバブル合計投影面積は、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に複数のＨｅバブル２５をそれぞれ投影した面積の合計である。
【００７４】
また、欠陥指標算出工程１４において、
（ｂ）上述した断面合計粒界長さＬａとＨｅバブル合計投影長さとの割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、断面合計粒界長さＬａは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の粒界２４の長さの合計であり、Ｈｅバブル合計投影長さは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に複数のＨｅバブル２５をそれぞれ投影した長さの合計である。
【００７５】
さらに、欠陥指標算出工程１４において、
（ｃ）上述した断面合計粒界数ＮとＨｅバブル断面合計数との割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、断面合計粒界数Ｎは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の粒界２４の数の合計であり、Ｈｅバブル断面合計数は、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面におけるＨｅバブル２５の数の合計である。
【００７６】
さらにまた、欠陥指標算出工程１４において、
（ｄ）合計粒界面積とＨｅバブル合計面積との割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、合計粒界面積は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における全ての粒界２４の面積であり、Ｈｅバブル合計面積は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数のＨｅバブル２５の面積の合計である。
【００７７】
さらにまた、欠陥指標算出工程１４において、
（ｅ）原子炉構造物厚さＴとＨｅバブル合計長さとの割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、原子炉構造物厚さＴは、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における原子炉構造物２１の厚さであり、Ｈｅバブル合計長さは、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数のＨｅバブル２５の長さの合計である。
【００７８】
さらにまた、欠陥指標算出工程１４において、
（ｆ）合計粒界長さとＨｅバブル合計長さとの割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、合計粒界長さは、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における全ての粒界２４の長さであり、Ｈｅバブル合計長さは、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数のＨｅバブル２５の長さの合計である。
【００７９】
さらにまた、欠陥指標算出工程１４において、
（ｇ）近傍合計粒界数とＨｅバブル合計数との割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、近傍合計粒界数は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における全ての粒界２４の数であり、Ｈｅバブル合計数は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数のＨｅバブル２５の数の合計である。
【００８０】
（予測工程）
次に、予測工程１５について図５を用いて説明する。図５は、欠陥指標算出工程１４において、溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直な断面へのＨｅバブル２５の投影長さの合計Σｄと原子炉構造物２１の厚さＴとの割合（Σｄ／Ｔ）が欠陥指標として算出された場合におけるマスターカーブ群を示す。すなわち、図５に示すマスターカーブ群は、欠陥指標（Σｄ／Ｔ）と、溶接部２３の疲労限σ∞を無欠陥溶接部の疲労限σ∞０で除して規格化した値（σ∞／σ∞０）との関係を最大疲労応力（Ｓｔｍ）の条件毎にまとめたものである。
【００８１】
ここで、図５に示すマスターカーブ群を実験的または理論的に求めて定式化し、
σ∞／σ∞０＝ｈｍｃ（Σｄ／Ｔ，Ｓｔｍ）・・・（４）
という関数により表すことができる。
【００８２】
これにより、欠陥指標（Σｄ／Ｔ）を用いて特定の疲労応力条件における溶接部２３の疲労限（σ∞）を、
σ∞＝ｈｍｃ（Σｄ／Ｔ，Ｓｔｍ）・σ∞０・・・（５）
という式に基づいて予測することができる。
【００８３】
また、上述の欠陥指標（Σｄ／Ｔ）は、Ｓ−Ｎ線図群を用いて疲労特性を予測する場合にも用いることができる。
【００８４】
また、予測工程１５においては、上述した疲労限σ∞のほか、特定の繰り返し数Ｎの疲労荷重Ｆを受けた場合における疲労強度σｆ、および特定の疲労応力Ｓｔを受けた場合における破断繰り返し数Ｎｆ（疲労寿命）といった疲労特性を予測することができる。
【００８５】
このように、本実施の形態によれば、中性子線が照射された原子炉構造物２１において、原子炉構造物２１の溶接部２３における疲労特性を精度良く予測することができる。
【００８６】
第３の実施の形態
次に、図２（ａ）（ｂ）および図８により本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第３の実施の形態について説明する。ここで、図２（ａ）は、中性子照射を受けた原子炉構造物の溶接部近傍における断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部拡大図であり、図８は、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法における一連の工程のうち予測工程において用いられるＳ−Ｎ線図群である。
図８による第３の実施の形態は、予測工程における溶接部の疲労特性の予測方法が異なるものであり、他の構成は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００８７】
（予測工程）
まず、図２（ａ）（ｂ）および図８により、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の一連の工程のうち、予測工程について説明する。
本実施の形態は、予測工程１５において、図３または図５に示すマスターカーブ群に代えて、図８に示すＳ−Ｎ線図群を用いるものである。
【００８８】
図８は実効的欠陥長さΣＬｅｆｆ．と、荷重Ｆの方向に垂直な断面の原子炉構造物２１の厚さＴとの割合（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）を欠陥指標とした場合における、欠陥指標（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）毎のＳ−Ｎ線図をまとめたＳ−Ｎ線図群を示す。図８において、横軸は溶接部２３に加わる疲労荷重Ｆの繰り返し数Ｎを示し、縦軸は疲労応力Ｓｔを示す。このようなＳ−Ｎ線図群は、実験的または理論的に作成することができる。
【００８９】
ここで、図８に示すＳ−Ｎ線図群に基づいて、疲労限σ∞、疲労強度σｆ、および破断繰り返し数Ｎｆについてそれぞれ定式化し、
σ∞＝ｆｓｎ（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ）・・・（６）
σｆ＝ｆｓｎ（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ，Ｎ）・・・（７）
Ｎｆ＝ｆｓｎ（ΣＬｅｆｆ．／Ｔ，Ｓｔ）・・・（８）
という関数により表すことができる。
これにより、特定の欠陥指標を持つ原子炉構造物２１の溶接部２３における疲労限σ∞、特定の繰り返し数Ｎの疲労荷重Ｆを受けた場合における疲労強度σｆ、および特定の疲労応力Ｓｔを受けた場合における破断繰り返し数Ｎｆというような疲労特性を予測することができる。
【００９０】
このように、本実施の形態によれば、中性子線が照射された原子炉構造物２１において、原子炉構造物２１の溶接部２３における疲労特性を精度良く予測することができる。
【００９１】
第４の実施の形態
次に、図２（ａ）（ｂ）および図９により本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第４の実施の形態について説明する。ここで、図２（ａ）は、中性子照射を受けた原子炉構造物の溶接部近傍における断面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ部拡大図であり、図９は、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法における一連の工程のうち予測工程において用いられるマスターカーブ群である。図９による第４の実施の形態は、欠陥指標算出工程において算出する欠陥指標、および予測工程における溶接部の疲労特性の予測方法が異なるものであり、他の構成は図１乃至図４に示す第１の実施の形態と略同一である。
【００９２】
（欠陥指標算出工程）
まず、本実施の形態による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の一連の工程のうち、欠陥指標算出工程について説明する。
図１に示す第１の実施の形態と同様に、欠陥指標算出工程１４は、計算工程１２において計算された複数の粒界２４上におけるＨｅバブル２５の直径および密度、並びに判定工程１３において判定された粒界割れ２６発生の有無に基づいて、溶接部２３近傍に形成された粒界２４の欠陥指標を算出する。
【００９３】
この欠陥指標算出工程１４において、原子炉構造物断面積Ｓと実効的欠陥面積Σａｅｆｆ．との割合からなる欠陥指標（Σａｅｆｆ．／Ｓ）が算出される。
ここで、原子炉構造物断面積Ｓは、原子炉構造物２１の溶接部２３に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面における原子炉構造物２１の断面積であり、実効的欠陥面積Σａｅｆｆ．は、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に対する複数の粒界割れ２６の投影面積の合計と、原子炉構造物２１に負荷される荷重Ｆの方向に垂直または平行な断面に対する複数のＨｅバブル２５の投影面積に一定の係数を乗じた実効的投影面積の合計とを足し合わせて算出する値である。
【００９４】
なお、欠陥指標算出工程１４において、
（ａ）合計粒界面積と実効的欠陥面積との割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、合計粒界面積は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における全ての粒界２４の面積であり、実効的欠陥面積は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数の粒界割れ２６の面積の合計と、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数のＨｅバブル２５の面積に一定の係数（αａ）を乗じた実効的Ｈｅバブル面積の合計とを足し合わせて算出する値である。
【００９５】
また、欠陥指標算出工程１４において、
（ｂ）原子炉構造物厚さＴと実効的欠陥長さとの割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、原子炉構造物厚さＴは、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における原子炉構造物２１の厚さであり、実効的欠陥長さは、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数の粒界割れ２６の長さの合計と、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数のＨｅバブル２５の長さに一定の係数αｌを乗じた実効的Ｈｅバブル長さの合計とを足し合わせて算出する値である。
【００９６】
さらに、欠陥指標算出工程１４において、
（ｃ）合計粒界数と実効的欠陥数との割合からなる欠陥指標が算出されても良い。
ここで、合計粒界数は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における全ての粒界２４の数であり、実効的欠陥数は、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数の粒界割れ２６の数の合計と、原子炉構造物２１の溶接部２３近傍における複数のＨｅバブル２５の数に一定の係数αｎを乗じた実効的Ｈｅバブル数の合計とを足し合わせて算出する値である。
【００９７】
（予測工程）
次に、図２（ａ）（ｂ）および図９により、本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の一連の工程のうち、予測工程について説明する。
本実施の形態は、予測工程１５において、図３または図５に示すマスターカーブ群に代えて、図９に示すマスターカーブ群を用いるものである。
【００９８】
図９は、原子炉構造物断面積Ｓと実効的欠陥面積Σａｅｆｆ．との割合からなる欠陥指標（Σａｅｆｆ．／Ｓ）と、溶接部２３の疲労限σ∞を無欠陥溶接部の疲労限σ∞０で除して規格化した値（σ∞／σ∞０）との関係を最大疲労応力Ｓｔｍの条件毎にまとめたマスターカーブ群を示す。
【００９９】
ここで、図９に示すマスターカーブ群を実験的または理論的に求めて定式化し、
σ∞／σ∞０＝ｇｍｃ（Σａｅｆｆ．／Ｓ，Ｓｔｍ）・・・（９）
という関数により表すことができる。
【０１００】
これにより、欠陥指標（Σａｅｆｆ．／Ｓ）を用いて特定の疲労応力条件における溶接部２３の疲労限σ∞を、
σ∞＝ｇｍｃ（Σａｅｆｆ．／Ｓ，Ｓｔｍ）・σ∞０・・・（１０）
という式に基づいて予測することができる。
【０１０１】
なお、上述した欠陥指標（Σａｅｆｆ．／Ｓ）は、Ｓ−Ｎ線図群を用いて疲労特性を予測する場合においても用いることができる。
【０１０２】
また、予測工程１５においては、上述した疲労限σ∞のほか、特定の繰り返し数Ｎの疲労荷重Ｆを受けた場合における疲労強度σｆ、および特定の疲労応力Ｓｔを受けた場合における破断繰り返し数Ｎｆ（疲労寿命）といった疲労特性を予測することができる。
【０１０３】
このように、本実施の形態によれば、中性子線が照射された原子炉構造物２１において、原子炉構造物２１の溶接部２３における疲労特性を精度良く予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第１の実施の形態を示す工程図。
【図２】中性子照射を受けた原子炉構造物を示す断面図。
【図３】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第１の実施の形態において用いられるマスターカーブ群を示す図。
【図４】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムの第１の実施の形態を示すブロック図。
【図５】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第２の実施の形態において用いられるマスターカーブ群を示す図。
【図６】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測システムの第２の実施の形態を示すブロック図。
【図７】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第２の実施の形態を示す工程図。
【図８】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第３の実施の形態において用いられるＳ−Ｎ線図群を示す図。
【図９】本発明による原子炉構造物の溶接部における疲労特性予測方法の第４の実施の形態において用いられるマスターカーブ群を示す図。
【符号の説明】
【０１０５】
１０    疲労特性予測方法
１１    時刻歴算出工程
１２    計算工程
１３    判定工程
１４    欠陥指標算出工程
１５    予測工程
２１    原子炉構造物
２３    溶接部
２４    粒界
２５    Ｈｅバブル
２６    粒界割れ
４０    疲労特性予測システム
４１    時刻歴算出部
４２    計算部
４３    判定部
４４    欠陥指標算出部
４５    予測部
【図１】
2007225387.tif 000003
【図２】
2007225387.tif 000004
【図３】
2007225387.tif 000005
【図４】
2007225387.tif 000006
【図５】
2007225387.tif 000007
【図６】
2007225387.tif 000008
【図７】
2007225387.tif 000009
【図８】
2007225387.tif 000010
【図９】
2007225387.tif 000011