プレスリリース

世界初!ショットピーニングを実用レベルで解析可能なシステムを開発―溶接継手の強度信頼性向上のために―

更新日:2017年6月21日

公立大学法人大阪府立大学(以下「大阪府大」)大学院工学研究科航空宇宙海洋系専攻海洋システム工学分野の柴原正和准教授、国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(以下「原子力機構」)物質科学研究センターの秋田貢一ディビジョン長、一般財団法人発電設備技術検査協会(以下「発電技検」)溶接・非破壊検査技術センターの古川 敬所長らの共同研究グループは、原子炉構造物の溶接部における応力腐食割れを抑制するための表面改質技術のひとつである「ショットピーニング」工法によって発生する圧縮力(=圧縮残留応力)を、実用レベルで解析するシステムの開発に成功しました。

原子炉溶接部の長期安全性を確保するためには、部材に加わる引張力と腐食環境とが同時に作用して発生する“割れ”である応力腐食割れを防止することが重要であり、その防止策のひとつとして、「ショットピーニング工法」(以下「SP」:Shot peening)が用いられています。SPは、部材表層に圧縮残留応力を導入することで割れの発生を抑えていますが、これまで、SPによって導入される圧縮残留応力や、そのプラント稼働期間中における持続性を予測する手法はありませんでした。そのため、SPの施工条件の決定やSP施工後の耐応力腐食割れ性の評価のためには、多量の実験を行う必要がありました。

本研究グループは、超大規模超高速非線形構造解析手法である「理想化陽解法有限要素解析手法」にSPの力学モデルを組み込むことで、SPによって導入される圧縮残留応力とその持続性を実用レベルで予測できる解析システムの開発に初めて成功しました。本研究成果は、原子炉溶接部における応力腐食割れ発生リスクの低減に有効であり、また、波及効果として、SPが適用されている船舶や橋梁などの溶接構造物や自動車の機械部品などの開発期間短縮や強度信頼性向上への貢献が期待されます。

本研究は、文部科学省国家課題対応型研究開発推進事業「英知を結集した原子力科学技術・人材育成推進事業」により実施された「原子力発電機器における応力改善工法の長期安全性評価のための基盤技術開発」(研究代表者:原子力機構 秋田貢一)の成果の一部です。

研究成果のポイント

  • 多数のショット粒の衝突による圧縮残留応力の発生過程を実用レベルで解析するシステムを開発
  • 本解析手法を用いて、実機構造物に熱応力や地震荷重などの外力が作用した場合の圧縮残留応力の持続性も評価可能
  • 実機を模擬した円筒多層溶接試験体の残留応力をX線回折によって計測し、解析システムの妥当性を確認

開発したシステムで解析した残留応力(溶接部へのショットピーニング施工により、配管表面に圧縮力が導入されている)

開発したシステムで解析した残留応力
(溶接部へのショットピーニング施工により、配管表面に圧縮力が導入されている)

本成果は、「Welding in the World」誌2017年5月号に掲載されました。

論文タイトル「Numerical analysis of residual stress distribution on peening process」

お問合せ先

公立大学法人大阪府立大学 工学研究科 航空宇宙海洋系専攻
准教授 柴原 正和
Tel 072-254-9345
Eメール shibahara[at]marine.osakafu-u.ac.jp [at]の部分を@と差し替えてください。