JANSI-VIP-14－第 2 版

ＢＷＲ補修工法ガイドライン［ウェルドオーバーレイ工法］(第 2 版)（案）

平成 27 年 3 月

一般社団法人原子力安全推進協会

炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会

はじめに

我が国の原子力発電所では，安全・安定運転を確保するため，炉内構造物等の健全性を確認あるいは保証することが、重要な課題となっています。本ガイドラインは，このような重要性に鑑み，損傷発生の可能性のある構造物について、点検・評価・補修等に関する要領を提案するものです。
平成 12 年に（社）火力原子力発電技術協会に発足した「炉内構造物等点検評価ガイドラ

イン検討会」は，平成 19 年より日本原子力技術協会に継承され，さらに平成 24 年 11 月の日本原子力技術協会の改組に伴い，炉内構造物点検評価ガイドライン検討会は，原子力安全推進協会に発展的に継承され，活動を継続しています。また、検討会での審議を経て制定する「炉内構造物等点検評価ガイドライン」は，関係者の利便性向上を図るため，関連情報と併せ協会ホームページより公開しています。
本ガイドラインの策定にあたっては，常に最新知見を取り入れ，見直しを行っていくことを基本方針としています。この方針に則り，現行版の発行後も最新知見の調査および収集に努めることと致します。本ガイドラインが原子力産業界で活用され，原子力発電所の安全・安定運転の一助になることを期待しております。
最後に，本ガイドラインの制定にあたり，絶大なご助言を賜りました学識経験者，電力会社，メーカの方々等，関係各位に深く感謝いたします。

平成 27 年 3 月

炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会
委 員 長

野 本 敏 治

ＢＷＲ補修工法ガイドライン
改訂履歴ガイドライン名：ウェルドオーバーレイ工法

改訂年月

版

改訂内容

平成 17 年 10 月

初版発行

平成 27 年 3 月

第 2 版発行 適用する規格基準ほか見直し

備考※ 改訂の詳細は参考資料 2 参照

ガイドラインの責任範囲
このガイドラインは、
原子力安全推進協会に設置された炉内構造物等点検評価ガイ
ドライン検討会において、専門知識と関心を持つ委員と参加者による審議を経て制定されたものである。
原子力安全推進協会はガイドライン記載内容に対する説明責任を有するが、ガイドラインを使用することによって生じる問題に対して一切の責任を持たない。またガイドラインに従って行われた点検、評価、補修等の行為を承認・保証するものではない。
従って本ガイドラインの使用者は、本ガイドラインに関連した活動の結果発生する問題や第三者の知的財産権の侵害に対し補償する責任が使用者にあることを認識して、このガイドラインを使用する責任を持つ。

炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会 委員名簿
（平成 27 年 3 月現在，順不同，敬称略）
委員長

野本 敏治

東京大学名誉教授

副委員長

関村 直人

東京大学教授委員安藤 博

元(財)発電設備技術検査協会

委員

辻川 茂男

東京大学名誉教授

委員

西本 和俊

大阪大学名誉教授 福井工業大学教授

委員

橋爪 秀利

東北大学教授委員

望月 正人

大阪大学教授幹事

村井 荘太郎東京電力（株）幹事

中野 守人

関西電力（株）幹事

小林 広幸

日本原子力発電（株）

委員

勝海 和彦

北海道電力(株)

委員

清水 敬輔

東北電力（株）委員吉田 伸司

東京電力（株）委員鈴木 俊一

東京電力（株）委員

庄司 卓

中部電力（株）委員

新屋 和彦

北陸電力（株）委員

桑田 賢一郎中国電力（株）委員松浦 正幸

四国電力（株）委員

大久保 康志

九州電力(株)委員

堂崎 浩二

日本原子力発電（株）

委員

浦辺 守

日本原子力発電（株）委員枡

電源開発（株）委員

増田 稔

日立ＧＥニュークリア・エナジー（株）

委員

礒

（株）東芝

委員

小山 幸司

三菱重工業㈱委員太田 丈児

電力中央研究所委員

杉江 保彰

原子力安全推進協会

事務局

関

原子力安全推進協会

明彦
敦夫

弘明

BWR 補修工法ガイドライン（案）［ウェルドオーバーレイ工法］

目
第１章

次

目的・適用及び工法の概要

1.1 目的 ...................................................................

1

1.2 適用 ...................................................................

1

1.3 工法の概要 .............................................................

1第２章

工法の適用範囲

2.1

本工法を施工できる配管の適用範囲 .....................................

22.2

本工法を施工できる亀裂の適用範囲 .....................................

2第３章

ＷＯＬ工法の設計及び施工

3.1

構造設計 .............................................................

33.2

溶接条件 .............................................................

63.3

溶接施工法確認試験 ...................................................

7

3.4

WOL 施工の管理 ........................................................

9第４章

ＷＯＬ施工後の供用期間中の検査 ........................................

13

第５章

適用フロー ............................................................

14

解説(解説 1-1)

ガイドライン制定の目的 ..........................................

16(解説 1-2)

本ガイドラインの適用にあたって ..................................

16(解説 2-1)

WOL 工法について .................................................

17(解説 2-2)

WOL 工法を適用する母材の厚さについて .............................

18(解説 2-3)

WOL 工法を適用する亀裂について ...................................

18(解説 2-4)

WOL 工法を適用する亀裂の周方向欠陥長さについて ...................

19(解説 3-1)

WOL の厚さ設計 ...................................................

20(解説 3-2)

WOL の長さ設計 ...................................................

24(解説 3-3)

肉盛溶接に用いる溶加材の炭素含有量について.......................

28(解説 3-4)

WOL 層の SCC 進展抑制効果について .................................

28(解説 3-5)

フェライト量の管理方法について ..................................

29(解説 3-6)

WOL 溶接後の UT 検査で確認する範囲について ........................

32(解説 4-1)

供用期間中検査 ..................................................

33

i

付録
付録-Ａ

WOL 溶接金属の耐 IGSCC 性（亀裂進展停止特性）について

付録-Ｂ

WOL 設計手順の具体例

付録-Ｃ

破壊力学評価上の WOL 構造強度比較の計算例

付録-Ｄ

WOL の長さに沿った荷重伝達の FEM 計算例

付録-Ｅ

WOL 工法を適用する亀裂の周方向欠陥長さ制限について

参考資料
参考資料１

BWR 補修工法ガイドライン[ウェルドオーバーレイ工法]の概要

参考資料２

改訂経緯

ii

第１章 目的及び適用及び工法の概要
1.1 目的本ガイドラインは、沸騰水型原子力発電所（BWR）用配管等に発生した粒界型応力腐食割れ（IGSCC）
に対する補修を目的としたウェルドオーバーレイ（以下ＷＯＬと略す）工法について定めたものである。(解説 1-1)
1.2 適用1.2.1 適用
本ガイドラインは、オーステナイト系ステンレス鋼を使用している BWR 用一次系配管等の周溶接継手部を対象に適用する。ガイドラインの適用時期は、機器の商業運転開始後の供用期間中とする。(解説 1-2)
1.3 工法の概要
ＷＯＬ工法は、亀裂が発生した配管などの周溶接継手に対して、耐 IGSCC 性に優れた溶接金属(フェライト含有量の高い低炭素オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料)を強度部材として外面全周にわたり複数層の肉盛溶接を施工することにより構造健全性を確保・維持する補修工法である。

1

第２章 工法の適用範囲 (解説 2-1)
2.1 本工法を施工できる配管の適用範囲
本ガイドラインを用いてＷＯＬ工法を施工できる配管の適用範囲を表 1 に示す。
表 1 適用範囲
項

目

適用範囲

(a)口径

100A～700A(b)母材の厚さ (解説 2-2)

14.0～46.0mm(c)対象材料

P-8 1)(d)溶接金属

A-7 2)または R-7 3)(e)適用部位

周継手部 4)1) 高合金鋼（オーステナイト系ステンレス鋼）母材。P-8 は、日本機械学会
溶接規格第 2 部「溶接施工法認証標準」の表 WP-302-1 の区分による｡
2) 母材 P-8 に対する溶接金属。A-7 は日本機械学会 溶接規格第 2 部「溶接施工法認証標準」の表 WP-304-1 の区分による｡
3) 溶接金属 A-7 に相当する溶加材。R-7 は日本機械学会 溶接規格第 2 部「溶接施工法認証標準」の表 WP-309-1 の区分による｡
4) 周継手部とは直管と直管、エルボー、ティー、バルブまたはポンプ等との継手部をいう。
2.2 本工法を施工できる亀裂の適用範囲
本ガイドラインを用いてＷＯＬ工法を施工できる亀裂の適用範囲を以下に示す。
(1) ＷＯＬ工法は、IGSCC が主因と考えられるオーステナイト系ステンレス鋼配管の周溶接継手部に発生した亀裂であること。
(2) ＷＯＬを施工する配管の超音波探傷試験を行い、配管外表面の開先エッジの両端から 13mm以内の範囲に存在する亀裂であること、および、亀裂先端と配管外表面間に 7mm 以上の残厚がある未貫通亀裂であること。

(解説 2-3),(解説 2-4)

2

第３章 ＷＯＬ工法の設計及び施工
3.1 構造設計
ＷＯＬ工法の構造は、表 2 によること。
表 2 ＷＯＬ工法の構造設計
項目内(a)ＷＯＬの厚さ（tw）ｍｍ

3.1.1 項による。

(b)ＷＯＬの長さ（Lw）ｍｍ

3.1.2 項による。

容・溶接止端部の勾配は、30°以下が望ましい（勾配が 30°を超え、45°以下の範囲とする
場合は、別途止端部の応力係数を定めて使用することができる）。
・止端部アールはｒ＝tｐ／2 以上とする。
開先エッジ(*)
Lw
13mm

0.75√Rtp

13mm

0.75√Rtp

勾配
r

tw
HAZ

HAZ

tn (**)

tP
R

WOL
亀裂
R：原配管の外半径（ｍｍ）(*) ：原配管溶接中心から図面寸法により

tp：原配管の厚さ（ｍｍ）

求めた長さに相当する位置(**) ：tn は平均 FN7.5 未満、又は、
最小 FN5.0未満の層の厚さを示し、WOL の厚さには含めない。

tw：ＷＯＬの厚さ（ｍｍ）（平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上の強度上有効な層の厚さ）
Lw：ＷＯＬの長さ（ｍｍ）

3

3.1.1 ＷＯＬの厚さ
ＷＯＬの厚さは、以下を満足すること｡(解説 3-1)(a)360°貫通亀裂が原配管に存在したと仮定しても破壊しない強度を有すること。
(b)内面より原配管とＷＯＬの厚さを加えた厚さの 75％を越える領域には亀裂が存在してはならない｡（設計上は tw を tp/3 以上とする必要がある）(c)内圧による軸方向応力、自重及び地震力による軸方向荷重により発生する応力の総和が設
計応力強さ（Sm）以下であること｡(d)プラント寿命中における疲労による亀裂進展量を算出し、必要ＷＯＬ厚さに加算する｡(e)ＷＯＬの厚さは、各層毎の測定点のフェライト番号（FN）の値で、平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上の強度上有効な層の厚さとし、これを満足しない平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層は、ＷＯＬの厚さに含めないものとする。
（具体的な強度上有効な層の取り方は図１及び図２を参照のこと。）したがって、ＷＯＬ施工時の肉盛溶接の厚さは、FN7.5 未満の層の厚さに強度上有効なＷＯＬの厚さを加えたものとなる。
3.1.2 ＷＯＬの長さ
ＷＯＬの長さは、以下を満足するようにする｡(解説 3-2)(a)原配管周溶接 HAZ 部から両側に 0.75√Rtp 以上の長さを有すること｡
ここで R は原配管の外半径、tp は原配管の厚さを示す。
(b)供用期間中検査が要求される範囲について、超音波探傷試験（UT）が可能であること。
3.1.3 ＷＯＬ施工による配管系への影響評価
ＷＯＬ施工により当該部が軸方向に収縮することから配管系への影響を評価する。
なお、ＷＯＬによる溶接収縮量把握のため、基準ベンチマークをＷＯＬ施工部の両側に 90°
ピッチで 4 方位に打刻し、施工前後でベンチマーク間の距離を測定・記録する。
ＷＯＬ施工による当該溶接継手部の収縮量の評価方法は以下とする｡
・ 先ず、ＷＯＬ設計時の検討に用いる収縮量を実機データから適切に設定する。なお、実機データが無い場合は米国データを使用することも可とする｡
・ 設定した収縮量を用いて応力解析を行い、ＷＯＬ施工による収縮によって配管系に発生する応力が設計応力強さ（Sm）以下であることを確認する｡
・ ＷＯＬ施工後に実際の収縮量を測定し、設定した収縮量以下であることを確認する。
設定した収縮量以上の場合は、実測値により再評価する｡
なお、同一配管系の他の溶接継手部に新たにＷＯＬを施工する場合には、既にＷＯＬを施工してある溶接継手部での収縮量(実測値)も合わせて評価する｡

4

１層目：平均 FN≧7.5 かつ最小 FN≧5.0

1 層目は母材との希釈があることから保守的に１層目上面
以上の範囲を、強度上有効な層（構造強度部材層）とする。

２層目以降：平均 FN≧7.5 かつ最小 FN≧5.0

１層目：平均 FN≧7.5 かつ最小 FN≧5.0

平均 FN≧7.5 かつ最小 FN≧5.0
図１ WOL１層目が平均 FN7.5 以上かつ最小 FN5.0 以上の場合の強度上有効な層の取り方

１層目：平均 FN＜7.5 または最小＜5.0

ｎ－1 層目まで：平均 FN＜7.5 または最小＜5.0

ｎ層目はｎ－１層目との希釈があることから保守的にｎ層目上面以上の範囲を、強度上有効な層（構造強度部材層）とする。

ｎ層目以降：平均 FN≧7.5 かつ最小 FN≧5.0

ｎ－１層目まで：平均 FN＜7.5 または最小＜5.0

平均 FN≧7.5 かつ最小 FN≧5.0
平均 FN＜7.5 または最小 FN＜5.0
図２ WOLｎ層目が平均 FN7.5 以上かつ最小 FN5.0 以上の場合の強度上有効な層の取り方

5

3.2 溶接条件
ＷＯＬ工法の溶接条件を表 3 に示す。
表 3 ＷＯＬ工法の溶接条件
項

目

溶接条件

(a)継手種別

肉盛溶接の継手(b)溶接方法

自動ティグ溶接(c)溶加材R-7 1)(d)溶加材の炭素含有量(解説 3-3)

0.030 % 以下(e)積層数

最小 2 層（強度上有効な層）2)(f)内面水冷有り（流速は 0 m/s 以上）(g)溶接条件
溶接入熱量
溶接速度
溶加材供給速度
パス間温度

6.9 kJ/cm 以上、15.8 kJ/cm 以下
6.0cm/min 以上,17.4cm/min 以下
5.1 g/min 以上、8.8 g/min 以下
150℃ 以下

1) オーステナイト系ステンレス鋼に対する溶加材として、308L を適用する。ただし、308L と同等な耐 IGSCC 性が確認された場合には、その溶加材も適用できるものとする。
2) 強度上有効な層とは、フェライト番号（FN）が平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0以上の層とする。（具体的な強度上有効な層の取り方は図１及び図２を参照。） (解説 3-4)

6

3.3 溶接施工法確認試験
3.2 項の表３に示す溶接条件について事前に溶接施工法の確認試験を実施し、施工法を確立しておくこと。なお、溶接施工法の確認については、日本機械学会 溶接規格第２部「溶接施工法認証標準」
を準用のこと。また、溶接士の技能及び有効期間については、日本機械学会 溶接規格第 3 部「溶接士技能認証標準」を準用のこと。
3.3.1 溶接施工法確認項目
溶接施工法確認試験における確認項目を表４に示す。確認項目は、溶接規格 第２部「溶接施工法認証標準」 表 WP-301-1 の溶接方法「自動ティグ溶接(ST)」に準じた項目とし、ＷＯＬ溶接に関する追加確認項目として表中の No.14 の適用範囲を満足すること。
表４溶接施工法確認試験における確認項目
確認項目

No.

適用範囲

1

溶接方法

自動ティグ溶接(ST)

2

母材

P-8

3

予熱

行わない

4

溶接後熱処理行わない

5

シールドガスの種類

アルゴンガス

6

裏面からのガス保護

なし

7

溶加材

8

ウェルドインサート

9

電極

1

10

溶接機

自動ティグ溶接機

11

母材の厚さ

14.0～46.0 mm

12

積層数

最小 2 層（強度上有効な層）2)

13

内面水冷

有り（流速は 0 m/s 以上）

R-7 1)
炭素含有量 0.030%以下なし

6.9～15.8 kJ/cm(溶接速度は 6.0cm/min 以上で、かつ、
14

溶接入熱量等17.4cm/min 以下の範囲。 溶加材供給速度は5.1g/min 以上で、かつ、8.8g/min 以下の範囲。
また、パス間温度は 150℃ 以下。)

7

3.3.2 溶接施工法確認試験方法
溶接施工法の確認試験は，次に掲げるところにより行うものとする。
(1)試験材とその取付け方法（溶接姿勢）
a. 試験材は次のとおりとする。
試験材は事前に周継手を施工した管とし，その厚さは 23 mm 以上，46 mm 以下とする。
b. 試験材の取付け方法（溶接姿勢）は，水平固定とし，管の外面に次の肉盛溶接を行うものとする。
1) 管外面への肉盛溶接の厚さは，原配管の板厚の 1/3 以上とし，かつ，機械試験片を採取できる厚さ以上とする｡また，その長さは，管周継手の溶接部両端部から 13 mm＋ 0.75 Rt p 以
上とし，かつ，機械試験片を採取できる長さとする。ここで，R とは使用する管の外半径，ｔp とは使用する管の板厚である。
2) 引張試験片は肉盛溶接部で，かつ，デルタフェライト量の測定値で平均 7.5 FN 以上で，かつ，最小 5.0 FN 以上の範囲より採取するものとする。なお，フェライト番号（FN）の測定要領は，(3)による。
(2)試験片およびその試験方法
a. 試験片の種類，数および採取位置は次による。

上

機械試験
引張試験

4個

側曲げ試験

4個

固定水平面

引張試験
側曲げ試験
下
側曲げ試験片(試験材と WOL 溶接部の厚さが 38 mm 以下の場合
は，試験材と WOL 溶接部の厚さの曲げ試験片とする。
その厚さが 38 mm を超える場合は，WOL 溶接部を含む厚さが 38 mm の曲げ試験片とする。）

引張試験片採取位置/方向

図３ 試験片採取位置

8

b. 試験片，試験方法および判定基準
試験片の形状，寸法，試験方法および判定基準は次に掲げるところにより行う。
1) 引張試験は，JIS Z2241「金属材料引張試験方法」によるものとし，判定基準は母材の引張強さ（母材の引張強さが異なる場合は，強い方の引張強さ）と同等以上の引張強さとする。
2) 側曲げ試験は，JIS Z3122「突合せ溶接継手の曲げ試験方法」によるものし，判
定基準は溶接規格の第 2 部「溶接施工法認証標準」の表 WP400-1 に掲げる判定基
準による。
(3) デルタフェライト量の測定は次のとおりとする。
a. 測定方法は，JIS Z 3119｢オーステテイト系及びオーステナイト・フェライト系ステンレ
ス鋼溶着金属のフェライト量の測定方法｣の磁気的な装置による方法とし，フェライト量(FN 量)で評価する。
b. 測定箇所は，肉盛溶接部の積層ごとに，周方向 4 方位(90 所ピッチ)について管の軸方向の中央，両端の 3 箇所の計 12 箇所とする。

3.4 ＷＯＬ施工の管理
3.4.1 ＷＯＬ施工に対するリソースに関する事項(1) 使用装置に対する事項
ＷＯＬ施工等の装置仕様（要求事項）を明確にし、本補修工法に対する要求事項を満足できる装置であることを確認する。
(2) 施工に係わる作業者に対する事項
ＷＯＬ工法の溶接施工は、3.3 項に示すように日本機械学会溶接規格に基づく認定を受けた溶接施工法及び溶接士により行うものとする。
ＷＯＬ工法における超音波探傷試験の方法及び検査員は、日本非破壊検査協会規格「超音波探傷試験システムの性能実証における技術者の資格及び認証」(NDIS 0603:2013)の付属書 B（規定）「軽水型原子力発電所用機器のウェルドオーバーレイ施工部に対する PD 資格試験」に合格し認証された方法及び検査員により行うものとする。
また、その他の作業者についても実機施工の一連の施工手順に従って、事前にモックアップなどでトレーニングを行うこと。

9

3.4.2 ＷＯＬ施工前の確認(a) ＷＯＬを施工する配管の外表面には，溶接に悪影響を及ぼす亀裂や欠陥，有害な異物(水分，ごみ，さび等)がないことを確認すること。
(b) ＷＯＬを施工する配管の外表面は，溶接規格 第１部「溶接規格」表 N-X100-4 の規定に基づいて，浸透探傷試験を行い，同表の開先面の規定を満足すること。
なお、検査範囲は以下の範囲とする。
検査範囲
13mm

13mm

WOL
原配管

3.4.3 ＷＯＬ施工中の確認
ＷＯＬ施工中の管理は以下による｡(a) ＷＯＬ溶接部は、1 層施工する毎にフェライト量を計測する。なお、フェライト量の測定方
法は下記による。(解説 3-5)
・フェライト番号（FN）測定は、フェライトスコープ又はマグネゲージを使用して測定する。測定箇所は軸方向で 3 箇所、周方向で 4 箇所の合計 12 箇所とする。
(b) ＷＯＬ構造強度部材としての有効な層は、層毎の各測定箇所のフェライト番号 FN が平均
FN7.5 以上かつ最小 FN5.0 以上であること。これに適合しない（平均 FN7.5 未満または最小
FN5.0 未満）場合は、適合するまで追加肉盛溶接を行う。
以降、最初に適合した層の外表面から外側の層が上記適合条件を満足することを確認し、この範囲を強度上有効な範囲とする。（具体的な強度上有効な層の取り方は、図 1 または
図２参照。）
その後、ＷＯＬ構造強度部材としての必要厚さを確保するよう積層する。
(c) ＷＯＬ施工部は、肉盛後の仕上げ加工を考慮してもなお、最終的な長さ、厚さ、端部形状が必要な寸法・形状を確保できるように肉盛ること｡
3.4.4 ＷＯＬ施工後の確認
本補修工法の施工後、以下の確認を行うこと。
(1) 本補修工法の施工後、上記 3.1 及び 3.2 項の記載事項を満足しているを確認する。
(a)

ＷＯＬ施工部は、長さ、厚さ、端部形状が必要な寸法・形状となっていることを確認する。

10

(b)

ベンチマーク間の距離を計測し、設定した収縮量以下であることを確認する。設定した収縮量以上の場合は、必要に応じ実測値により 3.1.2 項の配管系への影響を再評価する｡(c)

配管系のサポート、スナッバ類は、目視検査を行い、起動・停止に伴う熱移動を阻害しないことを確認する。

(2) ＷＯＬ施工後の溶接検査は次の各号による。
なお、非破壊検査範囲は以下の範囲とする。
・浸透探傷試験（PT）
検査範囲
13mm

13mm

WOL
原配管
・超音波探傷試験（UT）
検査長さ：UT 検査範囲を示す(解説 3-6)
10mm

WOL
熱影響部

原配管

(a) ＷＯＬ施工部は、溶接規格 第１部「溶接規格」 表 N-X100-4 の規定に基づいて浸透探傷試験（PT）を行い、同表の溶接部の場合の規定を満足しなければならない｡(b) ＷＯＬ施工部は、超音波探傷試験（UT）を行い、溶接規格 第１部「溶接規格」 表 N-X100-2の規定を満足しなければならない。なお、検査方法はＷＯＬ施工した予亀裂付き試験体を使用して事前に検出性及びサイジング精度について有効性を確認した手法とする。
ただし、4.1 項に示すように、ＷＯＬ工法適用にあたっての前提条件として、原配管に発生した亀裂の先端と原配管外表面の間に 7mm 以上の残肉があることを確認することとなっている。したがって、上図の原配管外表面から 10mm の UT 検査範囲（熱影響部）の中に、この亀裂先端が存在することを許容しているが、ＷＯＬ溶接検査においては、予めＷＯＬ工法適用前に確認した亀裂以外に新たな欠陥がないことを確認するものとする。
なお、この既存の亀裂については、後述の供用期間中検査（ISI）による UT 検査にて、亀裂の進展を監視するものとする。
(c)非破壊検査完了後、溶接規格 第１部「溶接規格」 表 N-X130-1 の規定を満足する耐圧試験を行い、これに合格しなければならない｡

11

なお、ＷＯＬ肉盛溶接部に非破壊試験にて欠陥が検出された場合は、欠陥の位置及び欠陥の大きさ等に応じて、欠陥除去の形状及び手直し溶接方法を決定し、本ＷＯＬ工法の溶接方法に準じた溶接方法で手直しを行う。ここで、手直し溶接回数は、同一箇所に対して、３回までとする。

12

第４章 ＷＯＬ施工後の供用期間中の検査
ＷＯＬ施工後の供用期間中検査は以下のとおり（１） ＷＯＬ施工後に供用前検査（PSI）、供用開始後は供用期間中検査（ISI）を行う。
（図４及び(解説 4-1)参照）
13mm

13mm
WOL構造強度部
●

25%tp
tp

(平均FN7.5以上，かつ,最小FN5.0以上)③①

WOL溶接金属部(平均FN7.5未満,
又は,最小FN5.0未満)②：UT検査対象範囲

図４ 供用期間中のUT検査対象範囲及び亀裂進展位置について

13

第５章 適用フロー
ＷＯＬ工法の適用フローを図５に示す。
下記フローにより、原配管への IGSCC による亀裂発生確認後、ＷＯＬ工法の適用可否を判断する。
原配管亀裂の検出、サイジング
原配管亀裂の発生原因究明

原配管亀裂進展評価及び破壊評価において、次回点検時点までの健全性が確保されているか。

No
当該配管の部分取替

Yes

継続監視

ＷＯＬを計画WOL 適用可否の判断条件
No（厚さ方向）：亀裂が原配管外表面から 7mm の範囲にないこと（軸方向）：亀裂が原配管外表面の開先エッジ（注１）の両端から 13mm の範囲外にないこと。
注１：原配管溶接線中心から図面寸法により求めた長さに収縮量を考慮した位置

Yes
ＷＯＬ施工

WOL 溶接検査（PT／UT）
手直し溶接（注 2）

PT／UT 検査（検査範囲において、第３章に示す判定
基準を満足すること。）

不合格
注 2：手直し溶接回数は、同一箇所に対して、３回までとする。

合格
ＷＯＬ溶接検査（耐圧試験），
供用前検査（PSI）(解説 4-1)

供用開始

図５ ＷＯＬ工法の適用フロー

14

供用開始

供用期間中検査（ISI）(解説4-1)
Ａ（UT：１回／４運転サイクル）

点検時にWOL構造強度部（図４③を超える領域）に亀裂が到達

No

点検時にWOL溶接金属部（図４②～③の領域）に亀裂が到達

No

上記

上記

Ａへ

Ａへ
Yes

Yes

監視強化し、以降の対応方針を検討

当該ＷＯＬ配管の部分取替

図５ ＷＯＬ工法の適用フロー（続き）

15

(解説 1-1) ガイドライン制定の目的
国内プラントにおいて、経年変化事象による損傷が散見されてきたことから、炉内構造物に要求される安全上重要な機能が維持されていることを確認するための点検手法として，炉内構造物の点
検評価ガイドラインの検討を進めており、損傷を未然に防止するための予防保全並びに補修工法についても、施工管理に関するガイドラインが必要となる。
本ガイドラインは、オーステナイト系ステンレス鋼製の一次系配管等のＷＯＬ補修工法に関して、配管等の構造健全性の確保及び維持に必要な施工管理項目と施工管理条件を示すことを目的とする。
(解説 1-2) 本ガイドラインの適用にあたって
本ガイドラインで適用する点検及び評価は，日本電気協会の「原子力安全のためのマネジメント
規程（JEAC4111）」及び「原子力発電所の保守管理規程（JEAC4209）」に基づき実施されることを前提としている。
本ガイドラインでは，引用する学協会規格の改訂年度を記載していない。学協会規格は新知見反映等の理由で定期改訂されるため，利用者は最新版の適用可否を確認するとともに，原子力規制委
員会による技術評価等の状況を総合的に勘案して，適切に判断する必要がある。
また本ガイドラインでは，旧耐震設計審査指針で定める基準地震動 S2 を用いた評価結果が記載されている場合があるが，利用者は設置許可基準規則*1 により定める基準地震動 Ss を用いた評価を行う必要がある。さらにガイドライン付録で引用した材料物性値等についても，評価に際し適切に選定判断する必要がある。
注*1：「設置許可基準規則」とは、原子力規制委員会の「実用発電用原子炉及びその付属設備の位置，構造及び設備の基準に関する規則」をいう。

16

(解説 2-1) ＷＯＬ工法について(1) 内容ＷＯＬ工法は､亀裂が発生したオーステナイト系ステンレス鋼製の一次系配管等の周溶接継手に対して、自動ティグ溶接を用いて、耐 IGSCC 性に優れた溶接金属（フェライト含有量の高い低炭素オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料）を当該配管の外面全周にわたり複数層肉盛する補修工法である。（下図参照）
本工法では、肉盛りした溶接金属部（ＷＯＬ部）を構造強度部材として位置付け、原配管に発生した周方向亀裂が全周貫通しても構造強度を確保できる設計としている。
Weld
(WOL)
Weld Overlay
Overlay

溶接部
溶接部
欠陥
欠陥

Weld Overlay 概要図

配管
配管(2) 海外などにおける適用実績
本工法は、米国において、1982 年に初めて Hatch 原子力発電所に適用されて以降、BWR 運転プラ
ントで 1000 個所以上の適用事例があり、超音波探傷試験の結果、いずれの溶接部においてもＷＯＬ
施工部に亀裂が進展した事例は報告されていない。また、米国内に限らず、スペイン、スイス、台湾など、各国の原子力発電所でも適用されている。
本工法は、ASME Section XI Code Case N-504-2 “Alternative Rules for Repair of Class 1, 2,
and 3 Austenitic Stainless Steel Piping Section XI, Division 1”（1997 年 3 月承認）に標準的なルールとして規定されている。
また、
米国 NRC（原子力規制委員会）
は、NRC 公式報告書 NUREG-0313,Rev.2（1988 年 1 月）”Technical
Report on Material Selection and Processing Guides for BWR Coolant Pressure Boundary Piping”の中で、本工法をＩＧＳＣＣに対する補修工法として既に認めている。

17

(解説 2-2) ＷＯＬ工法を適用する母材の厚さについて
ＷＯＬ初層溶接の母材溶け込み深さは、自動ティグ溶接で 3.5mm 程度であるので、この 2 倍に相当する 7mm の厚さの未貫通残肉を原配管の外表面に確保し、IGSCC の先端が溶接の溶け込み範囲に入らないように配慮した（(解説 2-3)参照）。
一方、ＷＯＬ施工部位に対する供用期間中検査（ISI）は、「肉盛溶接部＋原配管の外周部 25%」の深さ範囲を UT 検査し、この範囲に進展してきた亀裂を検出、サイジングすることを意図して規定されている。ここで、ＷＯＬを適用する母材の最小厚さを 14.0mm とすれば、この母材溶け込み
深さ 3.5mm（原配管の外周部 25%に相当）の溶け込み部へ既存の亀裂が進展しているかどうかの確認が可能である。
したがって、母材溶け込み深さ 3.5mm が原配管外周部の 25％に相当する原配管の厚さ、すなわ
ち、14.0mm が必要最小限の原配管厚さということになる。
以上より、ＷＯＬ工法を適用する原配管の最小厚さを 14.0mm とした。
(解説 2-3) ＷＯＬ工法を適用する亀裂について(1) ＷＯＬ工法を適用する亀裂の種類
ＷＯＬ工法は、オーステナイト系ステンレス鋼配管の周溶接継手部に発生した IGSCC に対して適用することを原則とする。これは、ＷＯＬ工法自体が、オーステナイト系ステンレス鋼配管の溶接継手に発生した IGSCC に対する補修工法として米国で開発され、米国を含む諸外国の実機 BWRプラントで適用されてきたことを考慮したものである。
(2) ＷＯＬ工法を適用できる亀裂の範囲検出された亀裂が、解説図 5-1 に示すように、軸方向については、「原配管外表面の開先エッジ(*1)の両端から 13mm 以内の範囲に存在する亀裂」を「ＷＯＬ工法を適用できる亀裂の範囲」とした。
これは、ＷＯＬ長さの設計（亀裂が原配管を 360°全周貫通と仮定しての荷重伝達機能）において、13mm 幅の範囲内における亀裂の存在を想定していることを踏まえたものである。
また、13mm 幅としたのは、配管口径・厚さによらずこの幅の範囲内で溶接熱影響部を包含していること、及び原配管内面の軸方向及び周方向の残留応力が、溶接止端部から軸方向に離れるに従い小さくなることを考慮したものである。

18

なお、厚さ方向については、ＷＯＬ１層目の溶接時の溶け込み量を考慮し、既存の亀裂による影響などを避けるため、「原配管外表面から 7mm（溶け込み量 3.5mm 程度の 2 倍）の範囲に亀裂先
端がないこと(*2)」を制限条件とした。（ただし、設計上は 360°貫通亀裂として評価する。）
ＷＯＬ構造強度部（平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上）

開先ｴｯｼﾞ(*1)
肉盛り
溶接金属部

止端部ｱｰﾙ
tp/2 以上

tp

ＷＯＬ施工部(*3)
ＷＯＬ配管部

勾配 45°
以下
13mm

13mm

7mm
以上(*2)

原配管部

R
WOL 工法を適用できる亀裂の範囲

0.75√Rtp

亀裂
適用できる範囲(*1)原配管溶接線中心から図面寸法により求めた長さに収縮量を考
慮した位置(*2)未貫通残肉部(*3)平均 FN7.5 未満、又は、
最小 FN5.0
未満の WOL 溶接金属部

0.75√Rtp

ＷＯＬ構造強度部（ＷＯＬ長さ）

解説図 5-1 ＷＯＬ工法を適用できる亀裂の範囲(解説 2-4) ＷＯＬ工法を適用する亀裂の周方向欠陥長さについて「日本機械学会維持規格（JSME S NA1）」では、周方向に欠陥を有する管が曲げモーメントを受けるとき、欠陥角度 2θ（θは亀裂の半角）は 60°以下である制限を設けられている。これに対し、「【事例規格】周方向欠陥に対する許容欠陥角度制限の代替規定 (CC-002) 2005 年発行」により、
ＷＯＬ工法を適用する場合においては、維持規格の周方向許容欠陥角度 2θ≦60°の制限規定を適用除外できる。

［付録-Ｅ］

19

(解説 3-1) ＷＯＬの厚さ設計
ＷＯＬの厚さを決める設計フローを解説図 7-1 に示す｡ 解説図 7-1 及び以下の評価式は、原配管外表面からＷＯＬ構造強度部（平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上）と仮定した場合の基本的な設計フローを示している。なお、ＷＯＬ１層目あるいは数層目まで、平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層がある場合のＷＯＬ設計手順の具体例を付録-Ｂに示す。
ＷＯＬの厚さ設計の基本的な考え方としては 日本機械学会維持規格（JSME S NA1 以下、維持
規格という）の EB-4410「負荷条件」及び添付 E-7「欠陥評価に用いる荷重」に従い、原配管のＷ
ＯＬ施工予定個所における評価荷重をあらかじめ算出し､その荷重を用いて維持規格の要求を満足するような厚さが決定される｡本設計の特徴は､亀裂を周方向に 360°と想定し、周方向の荷重
は原配管及びＷＯＬが負担することから軸方向荷重に対してのみ評価することである｡(i) 亀裂を有する円管の塑性崩壊時の曲げ応力から要求されるＷＯＬの厚さ
原配管の周方向に 360°貫通亀裂を想定し､運転中に発生する荷重は内圧､自重､熱及び地震であり､それぞれの荷重により、厚さ(初期値)断面に発生する軸方向応力(Pm)、曲げモーメントにより発生する軸方向応力(Pb)及び熱膨張応力(Pe)を求める。その応力により塑性破壊しないＷ
ＯＬの厚さを算出する。破壊評価は，維持規格 EB-4440 に規定される「弾塑性破壊力学評価方
法」及び添付 E-9「弾塑性破壊力学評価法」に従い評価を行う。なお，全周亀裂に対しては、「維持規格【事例規格】周方向欠陥に対する許容欠陥角度制限の代替規定 (CC-002)」の(θ＋β)＞πの場合の曲げ応力式を用いる。

･作用曲げ応力(維持規格の添付 E-9)
Pb1=Z(SF)[ Pm+Pb +Pe/(SF)] –Pm

式 6-1･周方向亀裂のある場合の塑性崩壊時の曲げ応力評価式(JSME 維持規格の事例規格)(θ＋β)＞πの場合
2σf æ
a ö
Pbc =
ç2 ÷sin(β)π
tp + tw

è

β=

式 6-2

ø

a
Pm ö
æ
÷
ç1 a öè
tp + tw σf øæ÷
ç2 è tp + tw ø
π

式 6-3

20

塑性破壊しない条件
Pb1

<

Pbc

式 6-4

ここで、Pbc：塑性崩壊時の曲げ応力
Pb1：作用曲げ応力
SF：安全率Z：Z 係数（割増し係数）
σf：流動応力a：亀裂深さ（a=tp）
tp：原配管の厚さ
tw：ＷＯＬの厚さ（平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上の強度上有効な層の厚さ）
なお、ＷＯＬ１層目あるいは数層目まで、平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層がある場合は、原配管の厚さにＷＯＬ施工部の厚さを加えた「ＷＯＬ配管部の厚さ」に対する「想定亀裂深さ」の比率が一定の条件では、FN7.5 未満層の厚さを考慮しない場合よりもＷＯＬ施工
部の厚さが厚くなり、塑性崩壊時の曲げ応力（許容曲げ応力）が大きくなる。したがって、FN7.5未満層の厚さを考慮しない場合の方が保守的な評価となる。
ここで、FN7.5 未満層の厚さをパラメータとした破壊力学評価上のＷＯＬ構造強度比較のサン
プル計算結果を付録-Ｃに示す。

(ii) 亀裂深さの制限から要求されるＷＯＬの厚さ
ＷＯＬ施工後も維持規格の許容亀裂深さを満足するように、ＷＯＬの厚さ(tw) を 0.75t(t=tp+tw) の許容亀裂深さ比から求める｡原配管の貫通割れを想定しているから､･tp/(tp+tw)=0.75 より

式 6-5･tw=1/3tp となる。

(iii) 一次一般膜応力の制限を満足するＷＯＬの厚さ
ＷＯＬ施工部 (原配管の厚さは考慮しない) の内圧､自重及び地震荷重による軸方向の一次一
般膜応力が設計応力強さ(Sm) 以下となる厚さ (設計・建設規格要求)
･Pm

£

Sm

式 6-6

(iv) 疲労による亀裂進展評価
プラント運転中に発生する荷重による疲労亀裂進展評価を実施し、進展がある場合は､進展量をＷＯＬの厚さに考慮する（付録－Ｂ、付録－Ｃ参照）。プラント寿命中にＷＯＬ部が受ける
荷重としては、維持規格の EB-4320「負荷条件」に従い、供用状態 A,B に対応する負荷条件とし21

て、内圧、自重、熱及び 1/3S1*地震による荷重を考慮する。但し、IGSCC についてはＷＯＬの強度上有効な層が平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上であることから考慮しない。
疲労亀裂進展速度:
疲労亀裂進展速度は、維持規格添付 E-2 の「図 添付 E-2-FA-2 オーステナイト系ステンレス
鋼の BWR 通常一次系水質環境中の疲労亀裂進展速度線図」を使用する。
da/dn=8.17×10-12･tr0.5･(ΔK)3.0/(1-R) 2.12
ここでΔK: 応力拡大係数の変動範囲
ΔK=ΔK (R≧0 の場合)
ΔK= Kmax (R＜0 の場合)
R： 応力比 (Kmin/Kmax)
tr：負荷上昇時間 (sec)tr=1(tr＜１sec の場合)

tr=1000 (tr が定義できない場合)

22

式 6-7

WOL の厚さ（初期値）設定

繰返し計算
亀裂を有する円管の塑性崩壊時の曲げ応力から要求される厚さ *1

許容亀裂深さ比、0.75(tp+tw)から要求される厚さ*2(維持規格 JSME S NA1 EB4440)(維持規格 JSME S NA1 添付 E-9 & 事例規格 CC-002)(ASME Section XI IWB-3600)(ASME Section XI Appendix C)

いずれか大きい方の厚さNoPm £ Sm *3

WOL の厚さを増やす(設計建設規格)(ASME SECTIONⅢ)Yes
WOL の厚さに疲労亀裂進展量を加算する *4(維持規格 JSME S NA1 EB4000)(ASME Section XI Appendix C)

WOL の厚さ計算終了

記号
*1
*2
*3
*4

ＷＯＬ部原配管から算出評価荷重/評価対象項目
1 次応力:･一次一般膜応力･一次曲げ応力

亀裂深さ:原配管厚さ
1 次応力:･ 一次一般膜応力
1 次応力:･一次一般膜応力･一次曲げ応力2 次応力
解説図 7-1 ＷＯＬの厚さ設計フロ－

23

応力評価部位
WOL 部+原配管の断面－
WOL 部の断面
WOL 部+原配管の断面

(解説 3-2) ＷＯＬの長さ設計
ＷＯＬの長さを決める設計フローを解説図 8-1 に示す。基本的な考えとしては、ASME Section XI
Code Case N-504-2 にしたがった構造上の要求を満たす長さと UT 検査範囲から要求される長さを求め、いずれか大きい方の長さをＷＯＬの長さとする。

構造上から要求される WOL の必要長さ

UT 検査範囲から要求される WOL の必(ASME Code Case N-504-2)

要長さ

いずれか大きい方の長さ

ＷＯＬの長さ計算終了

解説図 8-1 WOL の長さの設計

24

(1) 構造上から要求されるＷＯＬの長さ
ASME Code Case N-504-2 の荷重伝達の要求から、亀裂の両側に各々 0.75 Rt p （R: 原配管の外半径）の長さを確保する。
ＷＯＬの設計上は原配管 360°貫通亀裂を想定するので、亀裂部はＷＯＬのみで荷重を伝達することになる。また、原配管亀裂部のＷＯＬには局部的な曲げ応力が発生するが、ＷＯＬの長さを長くした方が、発生応力を小さくできる。
ここで、ＷＯＬの長さについての FEM によるサンプル解析結果（付録－Ｄ参照）では､ 0.75 Rt pの長さがあれば、上記発生応力を考慮しても、荷重伝達には十分であることが確認されている。
しかし、米国における実際の設計例では保守的に ASME の要求に HAZ 部の 13mm を加えた範囲をＷＯＬの長さとしている。
解説図 8-2 にＷＯＬの長さの代表例を示す。
0.75√Rtp

0.75√Rtp

tp

亀裂R(a)ASME Code Case N-504-2 に従ったＷＯＬの長さ0.75√Rtp

周継手巾

13mm

0.75√Rtp
13mm

tp
R

(b) 米国における保守的なＷＯＬの長さの例

解説図 8-2 構造上から要求される WOL の長さ

25(2) UT の要求によるＷＯＬの長さ
ＷＯＬ施工後の PSI、ISI を考慮した長さとして探傷範囲に対する斜角探触子の移動範囲を満足する長さとする。解説図 8-3 に具体的な UT の要求によるＷＯＬの長さの例を示す。

検査厚× tan60°
13mm
25.4mm
探触子寸法
探触子
に依存
に依

周継手巾

13mm

検査厚× tan60°
25.4mm 探触子寸法
に依存

HAZ
部

検査厚
25%tp

tp

R
解説図 8-3 UT の要求によるＷＯＬの長さの例(60°の斜角探触子を使用した場合)

注) 周継手の組合せによるＷＯＬの長さの取り方を解説図 8-4 に示す｡ 解説図 8-4 は、原配管外表面からＷＯＬ構造強度部（平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上）と仮定した場合のＷＯＬの長さの取り方を示している。なお、ＷＯＬ１層目あるいは数層目まで、平均
FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層がある場合のＷＯＬの長さの取り方を付録―Ｂの２
項に示す。

26

13mm
0.75√Rtp

13mm
0.75√Rtp

直管

直管
tp

HAZ
0.5"

HAZ
0.5"
WOL

亀裂

R

直管と直管の場合

0.75√Rtp

13mm 13mm
0.75√Rtp
弁・ポンプ等

直管
tp

HAZ
0.5"

HAZ
0.5"
WOL

亀裂

R

荷重伝達部材とす
る範囲(ＷＯＬ施工不要)

直管と弁・ポンプ等の場合の例
注： ＷＯＬの長さは荷重伝達の為に要求されるものであり、溶接材、母材を問わず、物理的に要求長さを確保していれば良い。
また、弁・ポンプ等は 2 相ステンレス鋼であり、良好な耐食性を有していることから、
これまで IGSCC が発生した事例は無く、荷重伝達の観点から長さを確保すればよい。
なお、上記は一例であり、個別のケースについてはそれぞれの施工対象部の荷重伝達状況等を確認した上で、荷重伝達が最適となるようにＷＯＬの設計を行うこととする。

解説図 8-4 ＷＯＬの長さの取り方

27

(解説 3-3) 肉盛溶接に用いる溶加材の炭素含有量について
米国では炭素含有量 0.035％以下の条件でＷＯＬの試験を行い、
耐 IGSCC 性等を確認しており、ASME Code Case N-504-2 では、ＷＯＬを施工する場合の炭素含有量を 0.035％以下としている。
国内適用にあたっては、溶加材として米国でも実績のある耐 IGSCC 性の高い 308L を使用することとしている。一方、国内の材料規格である JIS Z3321 Y308L の炭素含有量は 0.030％以下に規定されていることから、国内で施工する場合には、炭素含有量 0.030％以下の溶加材にて行うことになる。
以上を踏まえて、国内適用の溶加材の炭素含有量は、ASME

Code

Case

N-504-2（0.035％

以下）に包含される 0.030％以下とした。
(解説 3-4) ＷＯＬ層の SCC 進展抑制効果について
溶加材 308L によるＷＯＬ層（溶接金属）の IGSCC 進展に対する優れた抵抗性は、確認試験（付録－Ａ参照）や豊富で良好な実機での適用実績から確認されている。
これは先ず、308L は炭素含有量が低い（0.030％以下）ため、ＷＯＬ層に Cr 欠乏型の鋭敏化が生じ難いこと、並びにδフェライト相中の Cr 量が高いこと及びそのδフェライト相がオース
テナイト相との 2 相組織において、細かい網目状に分散して存在していることが耐 IGSCC 性に寄与していると考えられる。
すなわち、308L 溶接金属の化学組成とティグ溶接時のかなり速い冷却速度（102～103 ℃／ｓ）とが、オーステナイト基地中に樹枝状のフェライト相を細かく分散させた組織を形成させるが、このフェライト相の方向は様々であり、亀裂の進展に対する繰返しの障害になると考えられる。
高フェライト量（フェライト番号（FN）の測定値が平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上）の溶接金属においては、このような障害物が多量に形成されている。
このように、仮に母材中を進展してきた IGSCC が 308L 溶接金属に到達したとしても、その進展は溶接希釈部に限定され、高 Cr、高フェライトの存在域に達すると、その進展を防止あるいは停留させることになると考えられる。

28

(解説 3-5) フェライト量の管理方法について(1)フェライト量管理の目的「(解説 3-2)ＷＯＬ層の SCC 進展抑制効果について」で述べているように、ＷＯＬ構造強度部に、
耐 IGSCC 性に優れた材質（フェライト番号（FN）の測定値が平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以
上で炭素含有量 0.030％以下の 308L 溶接金属）を採用することにより、仮に母材中を進展してきた
IGSCC が 308L 溶接金属に到達したとしても、その進展は溶接希釈部に限定され、高 Cr、高フェライ
トの存在域に達すると、その進展を防止あるいは停留させると考えられる（付録-Ａ参照）。
それ故に、ＷＯＬ施工においては、溶接金属のフェライト量を把握することが特に重要となるが、溶接材料自体が有しているフェライト量は母材との希釈による影響を受けることから、これらの希釈による影響を把握し、規定値を満足するように適切に管理することが必要である。
(2)フェライト量について(1)(2)オーステナイト系ステンレス鋼用の溶接材料は、溶接時の高温割れ防止を目的に、通常は数％程
度のフェライトを含有しており、組織はオーステナイト相＋フェライト相の混合組織を呈するように設計されている。溶接金属中のフェライト量を知るには、溶接金属の化学成分から予測する方法と、磁気的に直接溶接金属を測定する方法がある。
溶接金属の化学成分から予測する方法としては、オーステナイト安定化元素の量より算出される
Ni 当量及びフェライト安定化元素の量より算出される Cr 当量とフェライト量の関係を示す組織図を用いて、フェライト量を予測するもので、組織図としては、解説図 11-1、解説図 11-2 に示すように
JIS Z 3119 にはディロングの組織図及びシェフラーの組織図が規定されている。フェライトの予測
方法は、溶接金属の化学成分よりそれぞれの図に示してある式より Ni 当量と Cr 当量を算出し、組織図より対応するフェライト量を読み取ればよい。
磁気的に直接溶接金属を測定する方法は、オーステナイト相が非磁性であるのに対して、フェライト相が磁性を持つことを利用して磁性特有の強度を計器によって測定するもので、マグネゲージとフェライトスコープが代表的な計測器である。マグネゲージは磁気的な吸引力を測るのに対して、
フェライトスコープは磁気誘導を利用した電磁気的な測定方法であり、現場での実溶接物のフェラ
イト量測定に利用されることが多い。
なお、フェライト量の表記方法には、％表示と FN（フェライト番号）表示がある。％表示はδフェライト相の体積百分率を示したものであり、組織観察から求められるフェライト相の面積率で求められるのに対し、FN は永久磁石と試験片との間の吸引力でフェライト量を示したものである。解説図 11-1 に示すディロングの組織図では、体積率で示した％表示に対応する FN が表示されている。

29

解説図 11-1

ディロングの組織図（出典：JIS Z 3119 図 3 フェライト量算定組織図 B(1988)）

解説図 11-2

シェフラーの組織図（出典：JIS Z 3119 図 2 フェライト量算定組織図 A(1988)）30

(3)フェライト量の管理方法(a)溶接材料の選定(2)項の化学成分からフェライト量を予測することが可能であることから、溶接材料購入時には、(b)項に示す母材との希釈を考慮して規定値より高めのフェライト量を有する溶接材料を選定する。
なお、ＷＯＬで用いるティグ溶接の場合は、被覆アーク溶接棒のような被覆剤との冶金的反応がなく、溶接材料そのものが溶融されるので、溶接金属のフェライト量の推定において、母材との希釈の影響を検討するのに用いる溶着金属の化学成分は、溶接材料成分とほぼ同等であると考えてよい。
(b)肉盛溶接時における母材との希釈の考慮
ＷＯＬ施工部では、一般に母材のフェライト量が溶接材料のフェライト量に比べて少ないこと
から、初層から数層まで母材との溶け込みによる希釈の影響を受ける。
一例として、フェライト量 8FN の溶接材料を用いて、母材（フェライト量：0FN とおく）との溶け込み量が 30％となるような溶接条件で肉盛溶接する場合を考えると、初層のフェライト量は、母材との希釈（母材への溶け込み 30％）により 5.6FN（=0FN×0.3＋8FN×0.7）と推定される。
２層目のフェライト量は、初層（5.6FN）との希釈により 7.3FN（=5.6FN×0.3＋8FN×0.7）と推定され、３層目のフェライト量は、２層（7.3FN）との希釈により 7.8FN(=7.3FN×0.3＋8FN×0.7)と推定される。従って、３層目からフェライト量平均 7.5FN を確保できると推測できる。
このように、母材との希釈と溶接材料のフェライト量により、規定値を満足する層を推測することが可能である。
(c)肉盛溶接金属部のフェライト量の測定・確認
肉盛溶接金属部は、フェライトスコープ又はマグネゲージを使用して、各層のフェライト量（FN値）を測定・確認していき、規定値を満足する層より外周側の肉盛溶接部をＷＯＬ構造強度部と
する。

参考文献
(1) 接合・溶接技術 Q&A1000，（株）産業技術センター 編集 松田福久他，
Q5-2-59、Q6-5-6 溶接(2) JIS Z 3119：オーステナイト系ステンレス鋼溶着金属のフェライト量の測定方法(1988)

31

(解説 3-6) ＷＯＬ溶接後の UT 検査で確認する範囲について(1) ＷＯＬ施工部の溶接検査として実施する非破壊検査については、溶接部の割れ及び溶接部の欠陥の有無を PT、UT で検査することになる。
このうち、UT 検査については、ＷＯＬ施工部(両端のスロープを除く(*))に加えて、溶接金属
近傍の欠陥が発生する可能性のある母材部を検査範囲とする必要がある。
（(*)：構造強度を期待しないＷＯＬ両端のスロープ部については、荷重の伝達と応力集中の低減を目的としたものであり、ＷＯＬ溶接後に外表面の PT 検査のみを実施する。）(2)

溶接金属近傍における母材の欠陥としては、溶接による高温割れが考えられる。解説図 12-1にオーステナイトステンレス鋼の溶接による割れの模式図を示す。一般にオーステナイト系ステンレス鋼母材での高温割れ、液化割れ及び高温延性低下割れが発生し得る温度領域まで加熱される溶接境界部及びその近傍を考慮すればよいと考えられる。
ＷＯＬ施工条件における温度解析の結果、原配管の外表面から 7mm の位置における最高加熱温
度は 700℃程度と得られており、この範囲の UT 検査を実施することで十分と考えられるが、従来の UT 検査と同様に熱影響部として 10mm を UT 検査範囲とする。（解説図 11-2 参照）

3.5mm
１層目溶接

解説図 12-1 ＷＯＬ溶接時の高温割れイメージ

WOL

検査長さ
UT 検査範囲
10mm
熱影響部

原配管

：UT 検査範囲を示す＊

解説図 12-2 ＷＯＬ溶接後の UT 検査範囲

32

(解説 4-1) 供用期間中検査(1)供用期間中の適用部位検査方法
ＷＯＬ適用部位は、供用期間中検査（ISI）として超音波探傷試験（UT）を実施する。検査範囲及び超音波探傷試験条件を下表に示す。なお、供用前検査（PSI）は、供用期間中検査と同じ
検査範囲及び超音波探傷試験条件にて実施する。
項(1) 検査範囲目

内容

下図に示す範囲のＷＯＬ溶接部並びに原配管部とす
る｡
13.0

13.0

原配管の 25%厚さ： 検査範囲を示す(2) 検査手法

ＷＯＬ工法における超音波探傷試験の方法
及び検査員は、日本非破壊検査協会規格「超音波探傷試験システムの性能実証における技術者の資格及び認証」(NDIS 0603)の付属書 B（規定）「軽水型原子力発電所用機器のウェ
ルドオーバーレイ施工部に対する PD 資格試
験」に合格し認証された方法及び検査員により行うものとする。

(3) 判定基準亀裂が強度上有効なＷＯＬ層（平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上）に進展していないこと。

33

(2) 供用期間中検査（ISI）頻度
現行の日本機械学会 「発電用原子力設備規格 維持規格 (JSME S NA1)」においては、クラス
１配管であって呼び径 100A 以上の配管の円周方向溶接部については、10 年間で全継手数の 25％の体積検査（UT、RT のいずれか）を供用期間中検査（ISI）として行うこととしているが、これは健全な配管に対する規定である。
本工法を適用している米国では、ＷＯＬ施工部に対する供用期間中検査の要求を通常の配管への要求とは別に定めている。具体的には、米国 NRC（原子力規制委員会）の規制書簡 Generic Letter88-01 ”NRC Position on IGSCC in BWR Austenitic Stainless Steel Piping”とその技術的根拠を含んだ NRC 公式報告書 NUREG-0313,Rev.2 ”Technical Report on Material Selection andProcessing Guides for BWR Coolant Pressure Boundary Piping”の中で、ＷＯＬ施工部の検査頻度は、２運転サイクル（１運転サイクルの最大運転長さ 24 ヶ月）に１回の割合とし、検査方法
は ASME Code Case N-504-2 の規定に従って、「肉盛溶接部＋原配管の外周部 25％」の範囲を UT検査するように要求している。
その後、米国においては、20 年に及ぶ長年の良好な運転実績や ISI 実績を踏まえ、検査頻度の低減を求める動きが始まり、2000 年には「Request for Relief form」を NRC へ提出することにより、個別施工部位毎に検査頻度を低減することが認められるようになった。
上記の米国の状況も踏まえて、ＷＯＬ国内適用時の供用期間中検査（ISI）頻度は、ＷＯＬ施工
直後に PSI を実施し、その後は当面、米国の ISI 頻度と同等な４運転サイクル（１運転サイクルの最大運転長さ 13 ヶ月）以内に１回の割合とすることが妥当と判断した。

34

付録-Ａ ＷＯＬ溶接金属の耐 IGSCC 性（亀裂進展停止特性）について
ＷＯＬ溶接金属の耐 IGSCC 性（亀裂進展停止特性）に関しては、米国（GE 社）において、以下のような試験結果が得られている。
先ず、付録図Ａ－１に示すように、溶接金属(308 又は 308L)を肉盛した 1TCT 試験片に実機 BWR 環境条
件よりも IGSCC の観点で厳しい環境条件（導電率：1.0 μS/cm、溶存酸素濃度：6 ppm）で、引張荷重を
延べ 5,448 時間、繰り返し負荷し、予め導入した亀裂が溶接金属内に進展するか否かを確認した。
その結果、炭素含有量が 0.053 %でフェライト量が 7.0～8.5 %の条件では溶接金属内への進展量は 2.54mm であったが（付録図Ａ－２）、炭素含有量が低く、フェライト量が高くなるに従い、溶接金属部への亀裂の進展量は小さくなり、炭素含有量が 0.025 %でフェライト量が 8.5～11.5 %の条件では、溶接金属内への進展がない（付録図Ａ－３）との結果が得られている。
また、貫通 IGSCC を導入した 100A 配管にＷＯＬを施工し、実機 BWR 環境条件よりも IGSCC の観点で厳しい環境条件（導電率：1.5 μS/cm、溶存酸素濃度：6 ppm）で、1.0 Sm（設計応力強さ）に相当する引張応力を最大延べ 15,928 時間、繰返し負荷した亀裂進展試験での溶接金属への最大亀裂進展量は 1.4 mm
であり、かつＷＯＬ部の第２層目（最小 FN＝8.8（実測値））で、亀裂の進展停止が確認されている。（付録図Ａ－４）

Ａ－1

308/308L Weld Metal
304 Base Metal
2.8 – 3.8 mm
Weld Interface
Pre-Crack Tip
APPLIED LOAD

(Specimen Configured for 90 Degree Crack Orientation) （ケース１）

308/308L Weld Metal
304 Base Metal
2.8 – 3.8 mm
Weld Interface
Pre-Crack Tip
APPLIED LOAD

(Specimen Configured for 30 Degree Crack Orientation) （ケース２）
付録図Ａ－１ CT 試験片を用いた亀裂進展停止試験における試験体（GE 社 提供データ）

Ａ－2

付録図Ａ－２ 亀裂進展停止試験結果例（ケース２で炭素含有量：0.053 %、フェライト量：7.0～8.5 %の場合）（GE 社 提供データ）

Ａ－3

付録図Ａ－３ 亀裂進展停止試験結果例（ケース１で炭素含有量：0.025 %、フェライト量：8.0～11.5 %の場合）（GE 社 提供データ）

Ａ－4

付録図Ａ－４ ＷＯＬを施工した配管試験体による亀裂進展試験結果（貫通予亀裂付き 100A 配管にＷＯＬを施工した場合）（GE 社 提供データ）

Ａ－5

付録-Ｂ ＷＯＬ設計手順の具体例
ＷＯＬ施工において、ＷＯＬ１層目あるいは数層目まで、フェライト番号（FN）の測定値が平均 FN7.5
未満、又は、最小 FN5.0 未満である場合のＷＯＬの厚さ及びＷＯＬの長さを決める設計手順の具体例を以下に示す。
なお、ＷＯＬの厚さは、平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上（以下、［FN7.5 以上］と略す）の強度上有効な層の厚さとし、これを満足しない平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満（以下、［FN7.5 未満］と略す）の層は、ＷＯＬの厚さに含めないものとする。

1.ＷＯＬの厚さ(1)WOL の厚さ（仮 WOL 厚さ）を仮設定
計算上の原配管厚さ tp’＝tp＋tn
想定亀裂長さ＝計算上の原配管厚さ

tWｔ：仮ＷＯＬ厚さ
tp：原配管厚さ

tn：［FN7.5未満］の設定WOL厚さ(2)WOL 施工部に作用する荷重（内圧、自重、
熱及び地震）の計算(3)WOL 厚さの計算①破壊力学評価手法に基づく WOL 厚さ（tWnsc）の計算
全周亀裂で貫通している断面に対して、(1)で設定した仮 WOL 厚さで評価を行う。
↓
評価結果
・ 破壊しない：仮 WOL 厚さ＝tWnsc
・ 破壊する ：仮 WOL 厚さの再設定②許容亀裂深さ比に基づく WOL 厚さの計算
許容亀裂深さ比から、WOL 厚さ（tWl）を計算する。

破壊評価範囲ｔｎ：［FN7.5未満］の設定WOL厚さ

tWnsc：ＷＯＬ厚さ[FN7.5以上]
想定き裂
想定亀裂

IGSCC

ｔｎ：[FN7.5未満]の設定WOL厚さ

許容亀裂深さ比より、tp’／(tp’＋tWl)＝
0.75 から、 tWl＝tp’／3

tWl：ＷＯＬ厚さ[FN7.5以上]

想定亀裂
想定き裂

(4)破壊力学評価手法と許容亀裂深さ比から要求される WOL 厚さの比較
tWnsc：ＷＯＬ厚さ［FN7.5以上］
tp’：計算上の原配管厚さ

破壊力学評価方法から求めた結果

許容き裂深さ比から求めた結果
許容亀裂深さ比から求めた結果

比較して大きい方の厚さを採用（tＷm＝Ｍａｘ｛ｔWnsc、ｔWl｝）

Ｂ－1

tp’：計算上の原配管厚さ

tWl=tp’/3
tp’：計算上の原配管厚さ

(5)一次一般膜応力評価(4)で選定した厚さに対して、Pm≦Sm であることを確認する。満足しない場合、WOL 厚さを増やす。

一次一般膜応力評価範囲
tWm：WＯＬ厚さ［FN7.5以上］
tp’：計算上の原配管厚さ

断面図(6)WOL 厚さに疲労亀裂進展量算出
破壊力学評価手法により、疲労亀裂進展量(a)を算出する。
a：疲労き裂進展量
a：疲労亀裂進展量

tWm：WＯＬ厚さ［FN7.5以上］
想定亀裂
想定き裂

tp’：計算上の原配管厚さ(7)設計 WOL 厚さ(tw’)
疲労亀裂進展量(a)を WOL 厚さ(tWm)に加算し、設計
WOL 厚さ(tw’)＝tWm＋a とする。次に許容亀裂深さ比((tp’＋a）／(tp’＋tw’)≦0.75）を満足することを確認する。
もし、満足していなければ加算する疲労亀裂進展量
は、a／0.75 とする。

a/0.75a：疲労き裂進展量
a：疲労亀裂進展量

疲労き裂進展量を含めた想定き裂
疲労亀裂進展量を含めた想定亀裂

疲労亀裂進展量をａ/０．７５と補正した
疲労き裂進展量をａ/０．７５と補正した場
合の例
場合の例

(8)最終の設計 WOL 厚さ(tw)設計 WOL 厚さ(tw’)を用いて、(3)から(5)までを再確認する。
再確認結果、満足している場合の設計 WOL 厚さ(tw’)
を最終の設計 WOL 厚さ(tw)とする。

Ｂ－2

tw’：設計ＷＯＬ厚さ＝tWm+a/0.75［FN7.5以上］

tp’：計算上の原配管厚さ

2.

ＷＯＬの長さ(1)原配管周溶接 HAZ 部から両側に 0.75√（R・tp’）の長さを有すること。
ここで、R は原配管の外半径を示し、tp’は原配管厚さ tp に［FN7.5 未満］のWOL 厚さ tn を加えた厚さを保守的に用いることとする。
tp’＝tp＋tn(2)ISI で要求される範囲について、超音波探傷試験(UT)が可能であること。

直管と直管の場合
13mm
0.75√(R･tp’）

13mm
0.75√(R･tp’）

HAZ

直管

HAZ

ｔｎ：［FN7.5未満］の
ＷＯＬ厚さ

ｔｐ

ｔｐ’

亀裂
き裂

直管と弁・ポンプ等の場合の例

ｔｎ：［FN7.5未満］の
ＷＯＬ厚さ

直管

ｔｐ’

13mm
0.75√(R･tp’）

13mm
0.75√(R･tp’）

HAZ

ｔｐ

HAZ

亀裂
き裂

Ｂ－3

荷重伝達部材とする範囲（WOL施工不要）
弁・ポンプ等直管

付録-Ｃ 破壊力学評価上のＷＯＬ構造強度比較の計算例●

目的
ＷＯＬ１層目あるいは数層目まで、平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層が存在し得るので、そのことを考慮して工認申請時には工認・強度計算書等を作成する必要がある。しかしながら、現地工事後の As－Built 寸法によっては、再計算が必要となる場合があるので、実用的に考えて、以下のように保守的な評価方法を示すものである。
●

保守的な評価方法
ＷＯＬ１層目あるいは数層目まで、平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層がある場合は、原配管の厚さにＷＯＬ施工部の厚さを加えた「ＷＯＬ配管部の厚さ」に対する「想定亀裂深さ」の比率が一定の条件では、FN7.5 未満層の厚さを考慮しない場合よりもＷＯＬ施工部の厚さが厚くなり、塑性崩
壊時の曲げ応力（許容曲げ応力）が大きくなる。したがって、FN7.5 未満層の厚さを考慮しない場合の方が保守的な評価となる。
ここで、FN7.5 未満層の厚さをパラメータとした破壊力学評価上のＷＯＬ構造強度比較のサンプル計

算結果を以下に示す。
1.

サンプル計算1.1 ＷＯＬ施工仕様
ＷＯＬを施工する対象配管は、国内 1100MWe の代表プラントの PLR 配管とする。
(1) 配管仕様(a) 材料：SUS316TP(b) 配管外径（ D o ）：609.6 mm(c) 配管内径（ D i ）：531.8 mm(d) 肉厚（ t p ）：38.9 mm(2) ＷＯＬの厚さ
原配管外表面からＷＯＬ構造強度部（FN7.5 以上）と仮定した場合と FN7.5 未満のＷＯＬ層（4.0mmと仮設定）がある場合の破壊力学評価上のＷＯＬ構造強度比較のサンプル計算結果を以下に示す。

Ｃ－1

(a) ケース１：原配管外表面からＷＯＬ構造強度部（FN7.5 以上）と仮定した場合（付録図Ｃ－１参照）（補正した場合）
t ２＝ｔｆ/0.75
t WOL：WOL施工厚さt １＝tp/3
tw’：設計ＷＯＬ厚さ［FN7.5以上］＝ｔ１＋ｔ２＝tp/3+ｔｆ/0.75

ｔｆ：疲労き裂進展量
疲労亀裂進展量

疲労き裂進展量を含めた想定き裂
疲労亀裂進展量を含めた想定亀裂

tp：原配管厚さ

付録図Ｃ－1 原配管外表面からＷＯＬ構造強度部［ＦＮ7.5 以上］と仮定した場合の設計ＷＯＬ厚さ（ケース１）（最終の設計ＷＯＬ厚さ（tw）は破壊力学評価と許容亀裂深さ比（0.75）を再確認して決定する。）

・破壊力学評価と許容亀裂深さ制限より決まる厚さ：
・疲労亀裂進展量（ t f ）：t f = 1.93mm

t
t1 (1) » p = 12.97mm
3

これを、許容亀裂深さ比 0.75 で補正した値を用いると、 t 2 (1) =・設計ＷＯＬ厚さ：

t w (1) = t1 (1) + t 2 (1) = 15 .55 mm

・ＷＯＬ施工厚さ：tWOL (1) = t w (1) = 15 .55 mm

1.93= 2.58mm
0.75(b) ケース２：FN7.5 未満のＷＯＬ層（4.0mm と仮設定）がある場合（付録図Ｃ－２参照）（補正した場合）
t ２＝ｔｆ/0.75
t WOL：WOL施工厚さｔｆ：疲労き裂進展量
疲労亀裂進展量t １＝(tp＋tn)/3
tw’：設計ＷＯＬ厚さ ［FN7.5以上］＝ｔ１＋ｔ２＝（tp＋tn）/3+ｔｆ/0.75
ｔｎ：［FN7.5未満］層の厚さ
tp：原配管厚さ

疲労き裂進展量を含めた想定き裂
疲労亀裂進展量を含めた想定亀裂

付録図Ｃ－２ ［ＦＮ7.5 未満］の WOL 層が有る場合の設計ＷＯＬ厚さ（ケース２）（最終の設計ＷＯＬ厚さ（tw）は破壊力学評価と許容亀裂深さ比（0.75）を再確認して決定する。）

・破壊力学評価と許容亀裂深さ制限より決まる厚さ：
・疲労亀裂進展量（ t f ）：t1 (2) »t p + t n (2)t f = 1.93mm

これを、許容亀裂深さ比 0.75 で補正した値を用いると、 t 2 ( 2) =・FN7.5 未満のＷＯＬ層の厚さ：

t n ( 2) = 4.0 mm

・設計ＷＯＬ厚さ：

t w ( 2) = t1 ( 2) + t 2 ( 2) = 16 .88 mm

・ＷＯＬ施工厚さ：tWOL ( 2) = t w ( 2) + t n ( 2) = 20 .88 mm

Ｃ－2

3= 14.3mm

1.93= 2.58mm
0.75

1.2 塑性崩壊に至る時の曲げモーメント及び許容曲げ応力(1) ケース１：(a) 塑性崩壊時の曲げモーメントa・・・・・・・(1)M b = 2s f R 2 t ( 2 - ) sin btp æç a Pm ö÷× 1- b=a çè t s f ÷ø
2t
ここに、 s f = 流動応力 = 2.7 Sm = 2.7 ´ 122.0 = 329.4 MPa
Sm = 設計応力強さ = 122 .0 MPa （運転温度 276 ℃）

t = t p + tWOL (1) = 38.9 + 15.55 = 54.45mm

a = 原配管の全周貫通き裂に疲労き裂進展量を含めたき裂を想定= t p + t f = 40.83mm
a 40.83== 0.75t 54.45
t D + t 531.8 + 54.45== 293.125mm
R = Ri + = i222
P = 9.14MPa(ポンプ吐出側の運転圧力)
sin b = 0 .4563
故に、塑性崩壊時の曲げモーメントは、(1)式より

M b (1) = 1.758 ´ 10 9 Nmm(b) 塑性崩壊時の許容曲げ応力

M b (1)Z2
73２
ここに、 Z = 断面係数 = pＲ t = p ´ 293.125 ´ 54.45 = 1.470 ´ 10 mm

Pbc (1) =故に、塑性崩壊時の許容曲げ応力は、

Pbc (1) =1.758 ´ 109= 119.6MPa
1.470 ´ 107(2) ケース２：(a) 塑性崩壊時の曲げモーメント(1)式において、

s f = 流動応力 = 2.7 Sm = 2.7 ´ 122.0 = 329.4MPa
Sm = 設計応力強さ = 122 .0 MPa （運転温度 276 ℃）

t = t p + tWOL (2) = 38.9 + 20.88 = 59.78mm

a = 原配管及びFN7.5未満のWOL層までの全周貫通き裂に疲労き裂
進展量を含めたき裂を想定 = t p + t n (2) + t f = 44.83mm
a 44.83== 0.75t 59.78
Ｃ－3

t Di + t 531.8 + 59.78=== 295.79mm
22
2
P = 9.14MPa(ポンプ吐出側の運転圧力)
sin b = 0 .4696
R = Ri +故に、塑性崩壊時の曲げモーメントは、(1)式より

M b (2) = 2.023 ´ 10 9 Nmm(b) 塑性崩壊時の許容曲げ応力

M b (2)Z
２2
73
ここに、 Z = 断面係数 = pＲ t = p ´ 295.79 ´ 59.78 = 1.643 ´ 10 mm

Pbc (2) =故に、塑性崩壊時の許容曲げ応力は、

2.023 ´ 109= 123.1MPa
Pbc (2) =1.643 ´ 107
1.3 塑性崩壊時の曲げモーメント及び許容曲げ応力の比較
上記のサンプル計算結果から、ケース１とケース２の塑性崩壊に至る曲げモーメント及び許容曲げ応力の比較をすると、

M b ( 2) ＞ M b (1) で、かつ、 Pbc ( 2 ) ＞ Pbc (1)となり、いずれもケース２の方が大きくなる。
また、FN7.5 未満層の厚さ（tn）を、tn＝0.0～8.0ｍｍの範囲に仮設定した場合の上記と同様な破壊
力学評価上のＷＯＬ構造強度の比較計算を行った。その計算結果を、付録図Ｃ－３及び付録図Ｃ－４に示す。これらの図より、FN7.5 未満層の厚さが増えるに従って、塑性崩壊時の曲げモーメント及び許容曲げ応力のいずれも増大する。
すなわち、上記サンプル計算結果及び付録図Ｃ－３，付録図Ｃ－４によれば、FN7.5 未満層の厚さを考慮しない方が、破壊力学評価上、保守的な評価となる。

Ｃ－4塑性崩壊時の曲げﾓｰﾒﾝﾄ，
Ｍｂ（Ｎｍｍ）

2.50E+09
2.00E+09
1.50E+09
塑性崩壊時の曲げﾓｰﾒﾝﾄ1.00E+09
5.00E+08
0.00E+00
0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

ＦＮ７．５未満層の厚さ，ｔｎ（ｍｍ）

塑性崩壊時の許容曲げ応力，
Ｐｂｃ（ＭＰa）

別図３－１ 塑性崩壊時の曲げモーメント塑性崩壊時の曲げモーメント
付録図Ｃ－３
付録図３－３

127.0
126.0
125.0
124.0
123.0
122.0
塑性崩壊時の許
容曲げ応力

121.0
120.0
119.0
0.0

2.0

4.0

6.0

ＦＮ７．５未満層の厚さ，ｔｎ（ｍｍ）

付録図Ｃ－４
塑性崩壊時の許容曲げ応力
別図３－２ 塑性崩壊時の許容曲げ応力
付録図３－４Ｃ－5

8.0

付録-Ｄ ＷＯＬの長さに沿った荷重伝達の FEM 計算例
・FEM によるＷＯＬの長さに沿った荷重伝達の計算例を付録図Ｄ－１に示す。
・全長を 1.0 R × t p ～ 2.0 R × t p まで変化させた時の応力計算結果

・計算条件
材料 316

Stress Intensity

配管厚さ(tp)：35.6mm

Total WOL ength ,0.5*(R*tp)Membrane,psi, (MPa)Membrane +2
Bendingpsi, (MPa)% Change ofMembrane + Bending3from nominal length

2

14490
(101.2)25210(176.1)

-8.1

1.5

15410
(107.6)27420(191.5)

－

1

16880
(117.9)30400(212.3)10.9

地震時の許容応力

1.5Sm*0.8=
144.4MPa

2.25Sm=270.9
MPa(Sm=120.4MPa,，
at288℃)1

配管外径(D0)：711.2mm
配管の外半径(R)：355.6mm
ＷＯＬ厚さ(tw)：12.9mm
端部勾配 45 度
配管内圧 1350PSI (9.3MPa)
軸方向配管死荷重 9750N
軸方向地震荷重 27360N
1.
2.
3.

This length represents the total WOL length.
Maximum value ocurred at inside surface.
0.5
Nominal WOL length is 0.75*(R*tp)

0.5

2*[0.75*(R*tp) ] = 1.5*(R*tp)

・片側 0.75 R × t p 時の解析結果例

・片側 0.75 R × t p のＷＯＬ長さは、荷重伝達に十分な長さである。
・ＷＯＬ長さの長い方が、発生応力は小さい。
付録図Ｄ－１ ＷＯＬの長さに沿った荷重伝達の FEM 計算例

Ｄ－1

0.5

.

付録-Ｅ ＷＯＬ工法を適用する亀裂の周方向欠陥長さ制限について(本付録は、初版の解説-５の内容をガイドラインの根拠として保存することを目的したものである。)

日本機械学会維持規格（JSME S NA1-2002。以下、維持規格という。）では、周方向に欠陥を有する管が曲げモーメントを受けるとき、欠陥長さが短いと LBB（Leak Before Break：破断前漏えい）が成立することと、LBB が成立する欠陥角度は、ほぼ 2θ（θは亀裂の半角）が 60°以下であることから、周方向欠陥に対して、2θ≦60°の亀裂長さの制限を設けている。
ＷＯＬ工法を適用する場合においては、維持規格の周方向許容欠陥角度 2θ≦60°の制限規定を事例規格の基づき適用除外するとしても、十分な安全水準が確保されていることを以下に説明する。
ＷＯＬ工法は肉盛した溶接金属（ＷＯＬ構造強度部）を構造強度部材として位置付け、原配管に発生した亀裂が全周貫通しても、地震荷重を含む全ての想定される荷重に対して、十分な強度余裕を確保した設計としている。
また、プラント供用期間中における疲労亀裂進展解析を行い、亀裂進展量を求め、それに相当する寸法をＷＯＬ構造強度部の厚さに加えることにより、更なる強度を持たせる設計としている（第４章の4.2.1.1(d)参照）。
「［解説 3-4］WOL 層の SCC 進展抑制効果について」において述べているように、ＷＯＬ構造強度部には、耐 IGSCC 性に優れた材質（フェライト番号（FN）の測定値が平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以
上で炭素含有量 0.030％以下の低炭素オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属）を採用し、施工管理において FN を適正に管理することで、SCC が万一、ＷＯＬ施工部に進展してきても、ＷＯＬ構造強度部内への進展を防止あるいは停留させる性能を有している（付録-Ａ参照）。
また、ＷＯＬ工法は原配管の内面を水冷しながら施工するので、原配管内面の残留応力が圧縮応力となること、海外 BWR プラントでの 15 年間に亘る延べ 1000 箇所以上のＷＯＬ施工部に対する UT 検査において、ＷＯＬ施工部に亀裂が進展した例は報告されていないことから、原配管亀裂がＷＯＬ構造強度部に到達する可能性は少ないと考えられる。
上記に示すＷＯＬ工法の設計、施工管理を行った上で、供用期間中に非破壊検査（UT 検査）により、亀裂がＷＯＬ構造強度部（平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上）に進展していないことを定期的に監視することを義務付けている。これにより、供用期間中全体にわたって破壊に対する十分な強度余裕を確保し、ＷＯＬ施工部からの漏えいの発生を防止する考え方をとっている。
ここで、代表的な原子炉再循環系配管（原配管外径 609.6mm）にＷＯＬ工法を施工したケースを例にとって、ＷＯＬ施工部の構造強度余裕が十分確保されることを以下に説明する。付録図Ｅ-1（SF は安全率、
a は亀裂の深さ、t は管の厚さ）に示すように、原配管を貫通する周方向亀裂長さ（角度）2θ＝60°の場合の崩壊曲げモーメントは 4750 kN-m、
2θ＝360°の全周亀裂の場合の崩壊曲げモーメントは 1760 kN-mになる。ＷＯＬの設計は、全周貫通亀裂（2θ＝360°）を想定し、許容状態 A,B で約 640 kN-m、許容状
態 C,D で約 1270 kN-m 以下になるように設計している。2θ＝360°の場合の崩壊曲げモーメントは 1760
kN-m であることから、亀裂の長さを 2θ＝60°から 360°に拡大してもＷＯＬは安全側に管理されること
になる。
Ｅ－1

7000
Collapse Moment
6000

SF=2.77(許容状態A,B)
SF=1.39（許容状態C,D)

Moment, kN-m

5000
4000

a/t=0.75

3000
2000
1000
0
0

60

120

180

240

300

360

Flaw angle, 2q

付録図Ｅ-1 極限荷重評価法における限界モーメント（実線）と許容モーメント（破線）の関係（計算条件：材料：SUS316TP，運転圧力：9.14MPa，運転温度 276℃，配管口径 609.6mm，管の厚さ 38.9mm＋WOL 施工厚さ 15.55mm の例(吐出配管)）

なお、国内でのＷＯＬ工法適用部位において、万一、原配管に存在した亀裂がＷＯＬ構造強度部に到達するような事象が発生した場合は、図５（第５章）のＷＯＬ工法の適用フローに示すように、その時点
で当該ＷＯＬ施工部位の配管の部分取替を行うことを推奨する。

Ｅ－2

参考資料１

BWR 補修工法ガイドライン[ウェルドオーバーレイ工法]の概要
開先エッジ(*)
1. ウｪルドオーバーレイ工法の概要
ウｪルドオーバーレイ（ＷＯＬ）工法は､き裂が発生したオーステナイト系ステンレス鋼製の一次系配管等の周溶接継手に対して、自動ティグ溶接を用いて、耐 IGSCC
性に優れた溶接金属（フェライト含有量の高い低炭素オーステナイト系ステンレス鋼溶接材料）を当該配管の外面全周にわたり複数層の肉盛溶接を施工することにより、構造健全性を確保、維持する補修工法である。
ＷＯＬ工法の概念図を図 1 に示す。

Lw
Weld Overlay(WOL)
Weld Overlay

溶接部
溶接部

13mm

0.75√Rtp

欠陥
欠陥

R：原配管の外半径（ｍｍ）
tp：原配管の厚さ（ｍｍ）
tw：WOL の厚さ（ｍｍ）平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0以上の強度上有効な層の厚さ）13mm

0.75√Rtp

勾配r(＊) ：原配管溶接中心から図面寸法により求めた長さに相当する位置(＊＊)：tn は平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層の厚さを示し、WOL の厚さには含めない。

tw
HAZ

HAZ

tn (**)

tP
R

WOL
亀裂

図 3 ＷＯＬの構造設計

配管
配管

図 1 Weld
ＷＯＬ工法の概念図
Overlay 概要図
WOL 工法の適用範囲の配管及び亀裂を表 1 及び図 2 に示す。

2. 工法適用範囲

開先ｴｯｼﾞ

表 1 工法の適用範囲
項 目
(a)口径
(b)母材の厚さ(c)対象材料(d)溶接金属(e)適用部位(f)適用可能な亀裂

適用範囲

100A～700A
14.0～46.0mm
P-8
A-7 または R-7
周継手部
配管外表面の開先エッジの両端から 13mm 以内、かつ外表面から 7mm
以上の範囲に存在する亀裂(図 2 参照)

ＷＯＬ施工部

7mm以上

原配管

13mm

13mm

WOL工 法 を 適 用 で き る
き裂の範囲

3.2 溶接条件
ＷＯＬの肉盛溶接の溶接条件を表 2 に示す。
3.3 施工法確認試験
表 2 の溶接条件にて、事前に施工法確認試験を実施
し、溶接施工法を確立する。
3.4 ＷＯＬ施工中の管理
ＷＯＬ溶接部は、フェライト量が平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上となるまで 1 層施工する毎にフェライト量を計測する。

き裂

図 2 適用可能なき裂

3. ＷＯＬの設計及び施工
3.1 ＷＯＬの構造設計（図 3 参照）(1) ＷＯＬの厚さ
ＷＯＬの厚さは、以下を満足するようにしなければならない｡(a) 360°貫通き裂が原配管に存在したとしても破壊しない強度を有していなければならない。
(b) 原配管とＷＯＬの厚さを加えた厚さの 75％を越える領域にはき裂が存在してはならない｡（設計上は tw を
tp/3 以上とする必要がある）(c) 内圧による軸方向応力、自重及び地震力による軸方向荷重により発生する応力の総和が設計応力強さ（Sm）
以下でなければならない｡(d) プラント寿命中における疲労によるき裂進展量を算出し、必要ＷＯＬ厚さに加えなければならない｡(e) ＷＯＬの厚さは、フェライト番号（FN）の測定値で、平均 FN7.5 以上、かつ、最小 FN5.0 以上の強度上有効な層の厚さとし、これを満足しない平均 FN7.5 未満、又は、最小 FN5.0 未満の層は、ＷＯＬの厚さに含めないものとする。ここで、ＷＯＬ施工部の厚さは、FN7.5 未満の層の厚さに強度上有効なＷＯＬの厚さを加えたものとなる。
(2) ＷＯＬの長さ
ＷＯＬの長さは、以下を満足するようにする｡(a) 原配管周溶接 HAZ 部から両側に 0.75√Rtp 以上の長さを有していなければならない｡(b) 供用期間中検査で要求される範囲について超音波探傷試験（UT）が可能でなければならない。
(3) 端部形状(a) 溶接止端部の勾配は、30°以下が望ましい（勾配が 30°を超え、45°以下の範囲とする場合は、別途止端部の応力係数を定めて使用することができる）。
(b) 止端部アールはｒ＝tｐ／2 以上とする。

表 2 ＷＯＬ工法の溶接条件
項 目(a)継手種別(b)溶接方法(c)溶加材(d)溶加材の炭素含有量(e)積層数(f)内面水冷(g)溶接条件
溶接入熱量
溶接速度
溶加材供給速度
パス間温度

溶接条件
肉盛溶接の継手
自動ティグ溶接
R-7
0.030 % 以下
最小 2 層（強度上有効な層）有り（流速は 0 m/s 以上）
6.9 kJ/cm 以上、15.8 kJ/cm 以下
6.0cm/min 以上,17.4cm/min 以下
5.1 g/min 以上、8.8 g/min 以下
150℃ 以下

4. 適用後の確認(1) ＷＯＬ施工後の溶接検査として図 4 に示す範囲の PT 及び UT を行う。
(2) 供用開始後は図 5 に示す範囲の UT を 4 運転サイクル毎に行う。
ＰＴ範囲
13mm

13mm

WOL

13mm

13mm

原配管

検査長さ

：UT 検査範囲を示す

25%tp
tp

：ＩＳＩのUT対象範囲

WOL
熱影響部

10mm
原配管

図 4 施工後の溶接検査範囲

図 5 ＩＳＩのＵＴ検査範囲

参考資料２

改訂経緯

平成 14 年 7 月

初版発行

平成 27 年 3 月

第 2 版発行
解説 1-2 にガイドライン適用にあたっての留意事項を記載し，適用する規格基準を見直した。また改訂に合わせ，全体の構成等見直した。
・周方向き裂長さの制限についての JSME 事例規格を反映した。
・ＷＯＬ施工後の UT 検査の認定基準（NDIS0603）を反映した。
・施工法確認試験の記載を充実した。

ＢＷＲ補修工法ガイドライン[ウ ェ ル ド オ ー バ ー レ イ 工 法 ](第 2 版 )編集者

一般社団法人 原子力安全推進協会
炉内構造物等点検評価ガイドライン検討会

発行者

一般社団法人 原子力安全推進協会〒108-0014 東京都港区芝 5-36-7 三田ベルｼﾞｭビル 13～15 階TEL 03-5418-9312

Ｃ 原子力安全推進協会，2015○

FAX 03-5440-3606

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