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ラッパ管とハンドリングヘッドとの接合構造

国内特許コード P07A010163
整理番号 11647
掲載日 2007年7月31日
出願番号 特願2005-278012
公開番号 特開2007-086010
登録番号 特許第4229289号
出願日 平成17年9月26日(2005.9.26)
公開日 平成19年4月5日(2007.4.5)
登録日 平成20年12月12日(2008.12.12)
発明者
  • 上羽 智之
  • 鵜飼 重治
  • 石谷 行生
出願人
  • 日本原子力研究開発機構
発明の名称 ラッパ管とハンドリングヘッドとの接合構造
発明の概要 【課題】 フェライト鋼製ラッパ管とオーステナイト系ステンレス鋼製ハンドリングヘッドの接合部に生じる熱膨張差応力が材料の降伏点を超えることがなく、原子炉内使用中の異材接合部の健全性を確保することができる、異材接合構造を提供する。
【解決手段】 フェライト鋼製六角管状ラッパ管1上端に、ラッパ管と同等の肉厚寸法を有する20%冷間加工オーステナイト系ステンレス鋼からなる六角管状継ぎ手2をネジ4により機械接合し、この継ぎ手上端に、オーステナイト系ステンレス鋼製ハンドリングヘッド3をTIG溶接5により接合することによってラッパ管とハンドリングヘッドとの接合構造とする。
【選択図】 図2
従来技術、競合技術の概要 【背景技術】高速炉用燃料集合体は、六角管状のラッパ管内に、スペーサワイヤが巻装された多数本の燃料ピンを収束して構成された燃料要素が収納されており、ラッパ管の上端には燃料集合体を取り扱う際の取っ手として機能するハンドリングヘッドが接合されている。実用化段階での高速炉の燃料集合体用ラッパ管材料としては、耐照射特性に優れたフェライト鋼が有望視されており、一方、ハンドリングヘッドの材質は、耐衝撃性の点からオーステナイト系ステンレス鋼が好ましく使用できるため、フェライト鋼製ラッパ管の上端にオーステナイト系ステンレス鋼製ハンドリングヘッドを溶接等により接合する必要がある。しかしながら、原子炉内使用中には、ラッパ管とハンドリングヘッドとの接合部の温度は500~600℃に達するが、フェライト鋼とオーステナイト系ステンレス鋼では熱膨張係数が異なるため、フェライト鋼製ラッパ管にオーステナイト系ステンレス鋼製ハンドリングヘッドを接合すると、その異材接合部には熱膨張差を原因とする応力が発生する。この熱膨張差応力に対する異材接合部の健全性を確保するためには、熱膨張差応力がこれらの材料の降伏点を超えないことが必要である。フェライト鋼製ラッパ管にオーステナイト系ステンレス鋼製のハンドリングヘッドを溶接する構造とした場合、接合部の熱膨張差応力が材料の降伏点を上回ってしまうため、健全性を確保することができない。したがって、フェライト鋼製ラッパ管の実用化のためには、オーステナイト系ステンレス鋼製ハンドリングヘッドとの接合部に生じる熱膨張差応力を緩和できる継ぎ手構造の開発が必要不可欠となる。フェライト鋼製のラッパ管とオーステナイト系ステンレス鋼製のハンドリングヘッドとを、例えばTIG溶接等により異材溶接した場合、溶接部に脆性を示すδフェライト相が生成するため、使用期間中に脆性の低下を招く危険がある。そこで本発明の出願人らは、フェライト鋼製のラッパ管の上端に、オーステナイト系ステンレス鋼製の短尺管状の溶接継ぎ手を溶接した後、焼ならし処理を施すことによって溶接部で発生したδフェライト相を消失させた、溶接継ぎ手付きラッパ管を提案した(特許文献1参照)。この溶接継ぎ手付きラッパ管に、オーステナイト系ステンレス鋼製のハンドリングヘッドを溶接すれば、オーステナイト系ステンレス鋼同士を溶接することになり、通常の溶接技術を使用して、機械的性質を満足し得るラッパ管とハンドリングヘッドとの異材接合が可能となる。しかしながら、上述したごとき特許文献1による溶接継ぎ手付きラッパ管は、その製造過程で、ラッパ管上端にオーステナイト系ステンレス鋼製の継ぎ手部分を溶接した後、1025℃~1075℃といった焼ならし処理を施す必要がある。
【特許文献1】特開2003-149366号公報
産業上の利用分野 本発明は、高速炉燃料集合体用のフェライト鋼製ラッパ管と、オーステナイト系ステンレス鋼製ハンドリングヘッドとの異材接合構造に関するものである。
特許請求の範囲 【請求項1】 フェライト鋼製六角管状ラッパ管上端に、20%冷間加工オーステナイト系ステンレス鋼からなる六角管状継ぎ手を機械接合し、この継ぎ手上端に、オーステナイト系ステンレス鋼製ハンドリングヘッドをTIG溶接により接合するラッパ管とハンドリングヘッドとの接合構造であって、 前記六角管状継ぎ手は、前記ラッパ管と同等の肉厚寸法を有し上記ラッパ管内に嵌合される嵌合部と、上記ラッパ管より厚い肉厚寸法を有し上記ラッパ管上端面に載置される肩部を備えた肉厚部とからなり、上記ラッパ管内に嵌合された前記嵌合部と上記ラッパ管とが前記機械接合されていることを特徴とするラッパ管とハンドリングヘッドとの接合構造。
【請求項2】 前記ラッパ管は、下記組成のPNC-FMS鋼製であるとともに、前記継ぎ手は、20%冷間加工SUS316鋼製であり、かつ 前記嵌合部と上記ラッパ管との機械接合は、ネジ止めによるものであることを特徴とする請求項1に記載のラッパ管とハンドリングヘッドとの接合構造。(PNC-FMS鋼の組成) C :0.09~0.15 Cr:10.0~12.0 Si:≦0.10 Mo:0.30~0.70 Mn:0.40~0.80 W :1.70~2.30 P :≦0.030 V :0.15~0.25 S :≦0.030 Nb:0.020~0.080 Ni:0.20~0.60 N :0.030~0.070 残部:Feおよび不可避不純物
産業区分
  • 原子力
国際特許分類(IPC)
出願権利状態 権利存続中
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