構造健全性評価研究グループ

溶接残留応力解析

原子力配管で欠陥が見付った場合等に行われる構造健全性評価では、板厚内部の残留応力分布が必要となります。試験でそれを評価するのは困難なため、溶接シミュレーションにより残留応力を求める解析技術の研究開発を行っています。

原子力配管には、下図のように複雑な形状を呈する部位があります。このため、鞍型管台を対象に、三次元的な形状を示す溶接線に沿って溶接熱源を移動させる手法を開発し、残留応力分布を評価できるようにしました。

図1
図1:鞍型管台の外観と溶接部
図2
図2:解析に用いた熱源モデル
図3
図3:残留応力解析結果の一例 (赤色は引張残留応力)

溶接中に相変態が生じる場合には、その相変態を考慮して残留応力を評価することが重要です。このため、熱影響部で生じる結晶粒径の変化、連続冷却変態(CCT)図や相変態のカイネティクスを考慮した溶接残留応力解析手法を開発しました。実験と比較することにより、開発した解析手法の妥当性も確認しています。

図4
図4:溶接中の温度と相分率の履歴
図5
図5:クラッド部近傍の残留応力分布の解析結果と実験結果の比較

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