JP6186658B2 - 溶接構造物の設計方法、及び溶接構造物の製造方法 - Google Patents
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Description
低合金鋼又は低炭素鋼で形成された部材にオーステナイト系合金で形成された溶接材料が溶接された溶接構造を含む試験片を作成する試験片作成工程と、前記試験片中に水素を供給する水素供給工程と、前記水素が供給された前記試験片に荷重をかけて、前記試験片の材料力学的な特性を示す特徴応力を取得する特徴応力取得工程と、前記溶接構造を含む溶接構造物で、前記溶接構造に生じる最大応力が前記特徴応力取得工程で取得された前記特徴応力未満になるよう、前記溶接構造物を設計する設計工程と、を実行し、前記溶接構造物は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成されている第一部材と、前記第一部材の表面に肉盛溶接された前記溶接材料としての第三溶接材料で形成されている第三溶接部材と、前記第三溶接部材の表面に第二溶接材料を介して溶接された第二部材と、を有し、前記第一部材は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成された部材の表面が削られて前記部材に凹部が形成され、且つ前記凹部の側面が削られていない前記表面に近づくに連れて次第に前記凹部の外側に向かうよう傾斜しているものであり、前記第三溶接材料を肉盛溶接する前記第一部材の表面は、前記凹部の底面及び側面であり、前記設計工程では、前記凹部の周りの表面が広がる第一方向における前記凹部の側面の存在領域を、前記第二溶接材料で形成される第二溶接部材の表面と前記第三溶接部材の表面とが接触する前記第一方向における位置から離す。
また、前記目的を達成するための発明に係る他の態様としての溶接構造物の設計方法は、
低合金鋼又は低炭素鋼で形成された部材にオーステナイト系合金で形成された溶接材料が溶接された溶接構造を含む試験片を作成する試験片作成工程と、前記試験片中に水素を供給する水素供給工程と、前記水素が供給された前記試験片に荷重をかけて、前記試験片の材料力学的な特性を示す特徴応力を取得する特徴応力取得工程と、前記溶接構造を含む溶接構造物で、前記溶接構造に生じる最大応力が前記特徴応力取得工程で取得された前記特徴応力未満になるよう、前記溶接構造物を設計する設計工程と、を実行し、前記溶接構造物は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成されている第一部材と、前記第一部材の表面に肉盛溶接された前記溶接材料としての第三溶接材料で形成されている第三溶接部材と、前記第三溶接部材の表面に第二溶接材料を介して溶接された第二部材と、を有し、前記第一部材は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成された部材の表面が削られて前記部材に凹部が形成され、前記凹部の側面が削られていない前記表面に近づくに連れて次第に前記凹部の外側に向かうよう傾斜し、且つ前記凹部の底面が前記凹部の周りの表面が広がる第一方向に広がるものであり、前記第三溶接材料を肉盛溶接する前記第一部材の表面は、前記凹部の底面及び側面であり、前記設計工程では、前記溶接構造物中の前記溶接構造に生じる最大応力が前記特徴応力未満になるよう、前記凹部の前記底面に対して、傾斜している前記側面が成す角度を定める。
(1)オーステナイト系合金は、溶接材料として使用されると、溶接過程で、空気中の水分から形成される水素を組織内に保持する場合がある。
(2)オーステナイト系合金に保持されていた水素は、雰囲気温度が高くなると拡散する。
(3)溶接材料の溶接対象である部材が低合金鋼又は低炭素鋼で形成されている場合、溶接材料であるオーステナイト系合金に保持された水素は、部材側に移動する。
(4)部材側に移動すると、低合金鋼又は低炭素鋼の境界近傍で水素脆化が生じる。この結果、部材中で溶接材料との境界近傍の強度が低下する。
以上のいずれかの前記溶接構造物の設計方法を実行すると共に、前記設計方法の実行結果に従って前記溶接構造物を製造する製造工程を実行する。
まず、本発明の適用対象である溶接構造物の実施形態について説明する。
Al、B、Co、Cr、Cu、La、Mo、Nb、Ni、Pb、Se、Te、Ti、V、W、Zr
次に、以上で説明した溶接構造物としての蒸気発生器3の製造方法について、図1に示すフローチャートに従って説明する。
(1)オーステナイト系合金は、溶接材料として使用されると、溶接過程で、空気中の水分から形成される水素を組織内に保持する場合がある。
(2)オーステナイト系合金に保持されていた水素は、雰囲気温度が高くなると拡散する。
(3)母材が低合金鋼又は低炭素鋼で形成されている場合、溶接材料であるオーステナイト系合金に保持された水素は、母材側に移動する。
(4)母材側に移動すると、低合金鋼又は低炭素鋼の境界近傍で水素脆化が生じる。この結果、母材中で溶接材料との境界近傍の強度が低下する。
1/3M H3BO3 + 1/30M KCl+ 1/100M チオ尿素
上記式で、「M」はモル濃度を示す。
以上の実施形態は、SUS308で形成されているクラッド22に、第二溶接材料を介して、第二部材としての仕切板28を溶接している。しかしながら、図8に示すように、例えば、SUS308で形成されているクラッド22及び母材21の一部を削って、そこに、第三溶接材料としての690系ニッケル基合金を肉盛溶接し、この第三溶接材料で形成された接合部クラッド(第三溶接部材)26上に、第二溶接材料を介して、第二部材として仕切板28を溶接してもよい。
Claims (12)
- 低合金鋼又は低炭素鋼で形成された部材にオーステナイト系合金で形成された溶接材料が溶接された溶接構造を含む試験片を作成する試験片作成工程と、
前記試験片中に水素を供給する水素供給工程と、
前記水素が供給された前記試験片に荷重をかけて、前記試験片の材料力学的な特性を示す特徴応力を取得する特徴応力取得工程と、
前記溶接構造を含む溶接構造物で、前記溶接構造に生じる最大応力が前記特徴応力取得工程で取得された前記特徴応力未満になるよう、前記溶接構造物を設計する設計工程と、
を実行し、
前記溶接構造物は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成されている第一部材と、前記第一部材の表面に肉盛溶接された前記溶接材料としての第三溶接材料で形成されている第三溶接部材と、前記第三溶接部材の表面に第二溶接材料を介して溶接された第二部材と、を有し、
前記第一部材は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成された部材の表面が削られて前記部材に凹部が形成され、且つ前記凹部の側面が削られていない前記表面に近づくに連れて次第に前記凹部の外側に向かうよう傾斜しているものであり、
前記第三溶接材料を肉盛溶接する前記第一部材の表面は、前記凹部の底面及び側面であり、
前記設計工程では、前記凹部の周りの表面が広がる第一方向における前記凹部の側面の存在領域を、前記第二溶接材料で形成される第二溶接部材の表面と前記第三溶接部材の表面とが接触する前記第一方向における位置から離す、
溶接構造物の設計方法。 - 低合金鋼又は低炭素鋼で形成された部材にオーステナイト系合金で形成された溶接材料が溶接された溶接構造を含む試験片を作成する試験片作成工程と、
前記試験片中に水素を供給する水素供給工程と、
前記水素が供給された前記試験片に荷重をかけて、前記試験片の材料力学的な特性を示す特徴応力を取得する特徴応力取得工程と、
前記溶接構造を含む溶接構造物で、前記溶接構造に生じる最大応力が前記特徴応力取得工程で取得された前記特徴応力未満になるよう、前記溶接構造物を設計する設計工程と、
を実行し、
前記溶接構造物は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成されている第一部材と、前記第一部材の表面に肉盛溶接された前記溶接材料としての第三溶接材料で形成されている第三溶接部材と、前記第三溶接部材の表面に第二溶接材料を介して溶接された第二部材と、を有し、
前記第一部材は、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成された部材の表面が削られて前記部材に凹部が形成され、前記凹部の側面が削られていない前記表面に近づくに連れて次第に前記凹部の外側に向かうよう傾斜し、且つ前記凹部の底面が前記凹部の周りの表面が広がる第一方向に広がるものであり、
前記第三溶接材料を肉盛溶接する前記第一部材の表面は、前記凹部の底面及び側面であり、
前記設計工程では、前記溶接構造物中の前記溶接構造に生じる最大応力が前記特徴応力未満になるよう、前記凹部の前記底面に対して、傾斜している前記側面が成す角度を定める、
溶接構造物の設計方法。 - 前記特徴応力取得工程の実行中に前記水素供給工程を実行する、
請求項1又は2に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記特徴応力取得工程の実行前に前記水素供給工程を実行する、
請求項1又は2に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記特徴応力取得工程の実行前から実行中にかけて継続して前記水素供給工程を実行する、
請求項1又は2に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記水素供給工程では、水素イオンを含む水溶液中に前記試験片を配置し、前記試験片を負極にすることで、前記試験片に前記水素を供給する、
請求項1から5のいずれか一項に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記水素供給工程では、水素イオンを含む水溶液中に前記試験片を配置し、前記試験片を負極にすることで、前記試験片に前記水素を供給し、
前記水素供給工程の実行により、前記試験片中における前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成されている部分の水素濃度が、前記溶接構造を含む実際の溶接構造物において、前記部材の前記境界側の部分における最大水素濃度と想定される水素濃度以上になるよう、前記特徴応力取得工程前に実行する前記水素供給工程の実行時間を含む水素供給条件が定められている、
請求項4又は5に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記試験片作成工程では、前記低合金鋼又は前記低炭素鋼で形成されている部材に前記溶接材料を溶接した溶接構造を含む試験片母材を作成した後、前記試験片母材から前記低合金鋼又は前記低炭素鋼と前記溶接材料との境界を含む部分を試験片として取得する、
請求項1から7のいずれか一項に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記特徴応力取得工程で取得する特徴応力は破壊応力である、
請求項1から8のいずれか一項に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記溶接構造物は、圧力容器である、
請求項1から9のいずれか一項に記載の溶接構造物の設計方法。 - 前記圧力容器は、原子力発電プラントにおける冷却材が溜まる容器である、
請求項10に記載の溶接構造物の設計方法。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の溶接構造物の設計方法を実行すると共に、
前記設計方法の実行結果に従って前記溶接構造物を製造する製造工程を、
実行する溶接構造物の製造方法。
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