JPH02179382A - 容器貫通管内面の補修方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」 本発明は、容器貫通管内面の補修方法に関するものであ
る。 「従来の技術とその課題」 原子力発電関連プラント、各種エネルギ関連プラント、
化学プラント、火力発電プラント等には、容器を貫通し
た状態の配管、つまり、容器貫通管が使用される。 例えば、第２図に示すように、沸騰水型原子炉における
原子炉圧力容器（容器）には、その容器！！（下鏡部）
ｌに明けた配管貫通用穴２を経由して貫通管（配管）３
が貫通しているとともに、配管貫通用穴２を上方に延長
するように、容器壁１の内底部にスタブチューブ４が立
設され、該スタブチューブ４における上縁部と貫通管３
の外周部との間が、溶接部５によって一体化されており
、貫通管３は、例えば、原子炉の状態を検出するための
各種センサの信号伝達等を行なっている。 このような貫通管３は、機械的強度の優れた容器壁１及
びスタブチューブ４に取り付けられているために、貫通
管３の伸縮や曲げによる変形力の影響が、溶接部５やそ
の近傍の配管壁に現れ易く、十分な信頼性を確保するこ
とが要求される。 また、溶接部５を形成する場合には、溶融状態の溶接金
属が凝固するときに収縮することに基づいて、機械的強
度が相対的に小さい貫通管３が外側に引っ張られる現象
や、貫通管３の熱容量が、その近傍の容器壁ｌやスタブ
チューブ４の熱容量と比較して小さいために、溶接部５
の形成時の溶接熱によって、貫通管３の管壁の一部が加
熱される現象を生じ易い。 したがって、定期検査時等において、溶接部５あるいは
その近傍の配管壁の状態を検査することが望ましい。 従来、溶接部５の近傍に欠陥部が生じていた場合は、そ
の欠陥部の状態に応じて溶接部５の部分で解体し、新規
の配管を再溶接によって取り付ける等の対策が必要゛と
なる。 しかしながら、新規配管との交換作業時の労力は、多大
なものとなるとともに、前述の原子炉圧力容器における
容器壁１の場合であると、原子炉運転後の交換作業には
、交換作業従事者の放射線被曝低減対策を十分に行なう
ことも必要となり、その労力は膨大なものとなる。 本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、配
管内面において、欠陥部が生じる可能性のある部分や、
欠陥部の発生した部分を溶接部等を解体することなく、
確実に補修することを目的とするものである。 「課題を解決するための手段」 本発明では、これらの課題を解決するために三つの手段
を提案している。 第１の手段は、容器壁の配管貫通用穴に溶接部によって
取り付けられている貫通管の管壁を、溶接部の形成範囲
よりも若干大きな範囲で拡管し、該拡管範囲を覆う長さ
の金属スリーブを貫通管内に挿入してその両端と貫通管
内面との間をシール溶接するものである。 第２の手段は、容器壁の配管貫通用穴に溶接部によって
取り付けられている貫通管の中に、溶接部の形成範囲を
覆う長さを有する金属スリーブを挿入するとともに、そ
の両端と貫通管内面との間をシール溶接する補修方法に
おいて、金属スリーブの挿入に先立ち、溶接部位置から
貫通管の長手方向に離間しｔ；位置における貫通管内面
部分または金属スリーブの外表面に凹凸面を形成し、次
いで金属スリーブを貫通管の中に挿入するとともに、該
金属スリーブの管壁を拡管して前記凹凸面の形成範囲に
おける金属スリーブ及び貫通管の管壁両表面を圧接状態
とした後、前記シール溶接を行なうものである。 ゛第３の手段は、容器壁の配管貫通用穴に溶接部によっ
て取り付けられている貫通管の管壁を、溶接部の形成範
囲よりも若干大きな範囲で拡管するとともに、溶接部位
置から貫通管の長手方向に離間した位置における貫通管
内面部分または金属スリーブの外表面に凹凸面を形成し
、次いで金属スリーブを貫通管の中に挿入するとともに
、該金属スリーブの管壁を拡管して、前記凹凸面の形成
範囲における金属スリーブ及び貫通管の管壁両表面を圧
接状態とした後、金属スリーブの両端部と貫通管内面と
の間のシール溶接を行なうものである。 「作用」 これらの各手段にあって、貫通管の管壁を拡管すると、
拡管にともなう管壁の半径外方向の移動が、溶接部の存
在によって抑制されるとともに、溶接部から貫通管の長
手方向に少し外れた箇所の管壁では、半径外方向の移動
が許容されるため、管壁が弾性変形するとともに、その
一部が引っ張り応力の範囲を越えて塑性変形を起こすよ
うになる。 塑性変形分だけ管壁の直径が大きくなった状態で拡管の
Ｉ；めの外力を解放すると、塑性変形が生じていない管
壁部分で、塑性変形分を縮小させる現象が生じるために
、塑性変形部分に圧縮残留応力が付与されるものとなる
。 金属スリーブの挿入後の拡管により、貫通管と金属スリ
ーブとの間の凹凸面を圧接状態にすると、凹凸面の部分
の弾性変形等によって、面の間に保合部分が形成されて
、貫通管と金属スリーブとの長手方向の移動が抑制され
ることになる。したがって、貫通管と金属スリーブとの
間に熱膨張差等に基づいてずれを生じさせる力が作用し
た場合にあっても、凹凸面部分の近傍で相互のずれ止め
がなされて、シール溶接部分に過大な力が加わらないよ
うになる。 また、貫通管の内側に挿入した金属スリーブのシール溶
接部によりその間が隔離されて、貫通管の内部流体との
直接接触が妨げられ、その範囲での新たな欠陥部の発生
や欠陥部の成長が阻止されるものとなる。 「実施例」 第１ｒ！！Ｊ（Ａ）ないし第１図（、Ｇ　）は、本発明
に係る容器貫通管内面の補修方法を、第２図に示した原
子炉圧力容器における容器壁１の貫通管２に適用した一
実施例を示すものである。 以下、第１図（Ａ）ないし第１図（Ｇ）に基づいて工程
順に説明する。 ［溶接部形成による影響の検討］ 貫通管３をスタブチューブ４に溶接部５によって取り付
ける構造とした場合、溶接金属が溶融状態から凝固する
ときの熱収縮現象により、溶接部５の近傍の貫通管３及
びスタブチューブ４には、第１図（Ａ）に十符号で示す
ように、引っ張り残留応力が生じる。 このため、貫通管３は、溶接部５の近傍で半径外方向に
引っ張られて、第１図（Ｂ）に示すように、径の大きく
なった箇所が生じるので、配管壁の外面の一部に、十符
号で示す引っ張り残留応力が付与された状態となってい
ると仮定する。 また、貫通管３は、小口径管とされるとともに、その配
管壁がスタブチューブ４と比較して薄く、熱容量が相対
的に小さくなるために、溶接部５の形成時の溶接熱によ
って、配管壁の一部が加熱されることによって鋭敏化し
た部分、つまり、溶接部５の中心位置Ｃの両側における
位置１と位置すとの範囲に、熱影響部Ｘが生じているも
のと仮定する。 一方、一般論として、オーステナイト系鋼においては、
腐食因子と引っ張り残留応力とが同時に存在する場合に
、応力腐食割れ等が進行し易い傾向がある。 そこで、貫通管３の内外面に、腐食流体である水が存在
しているとともに、同時に管壁に引っ張り残留応力が付
与されている状態がある場合に、これを改善することを
検討する。 例えば、貫通管３の外面における位１ｔ＋と位置すとの
間の部分に、第１図（Ｂ）に十符号で示す引っ張り残留
応力が付与されている場合を仮定して、貫通管３におけ
る管壁の一部を、以下に説明するように拡管することに
よって改善旭理を行なうものとする。 ［容器貫通管の閉塞］ 第１図（Ｃ）に示すように、容器壁（例えば主として低
合金鋼によって構成される）１の配管貫通用穴２を貫通
している貫通管（例えば５ＵＳ３０４からなる配管）３
の管式３息の中に、閉塞栓６を装着して管式３１の中を
上下に区画し、閉塞栓６より下方の管式３１を空気雰囲
気とする。また、容器の中には、冷却水Ｗを貯留した状
態として、作業員の放射線被曝線量を低減しながら作業
を行なう（以下の各作業においても同様である　）。 ［貫通管の拡管コ 貫通管３の中に適宜機器を挿入するとともに、ロール法
や局部的内圧負荷法等によって、第１図（Ｃ）において
各矢印で示すように、管壁を半径外方向に拡管させる。 この場合の拡管範囲Ｙは、溶接部５の範囲（高さ寸法範
囲）よりも若干大きくなるように、例えば溶接部５の範
囲から、３０ＩＩｍ〜４０ｍｍに及ぶように、かつ、前
述の熱影響部Ｘよりも大きくなるように設定する。なお
、拡管機器あるいは作業の制限により、拡管範囲Ｙを分
割しなければならない場合は、溶接部５の範囲を重複さ
せるように設定する。 拡管によって管壁を半径外方向に移動させると、溶接部
５が存在する部分では、管壁の移動が妨げられ、一方、
溶接部５から上下に離間している箇所の管壁では、半径
外方向の移動が許容されるため、管壁が弾性変形すると
ともに、その一部の内部応力が降伏点を越えて、塑性変
形を起こし、第１図（Ｄ）において鎖線で示すように、
塑性変形分だけ管壁の直径が大きくなる。この場合にお
ける拡管量は、貫通管３の材質や溶接部５の大きさによ
って影響を受けるが、例えば直径が１〜５％程度大きく
なる程度の拡管を行なう。 次いで、拡管のための力を除去した状態に戻すと、塑性
変形部分を第１図（Ｄ）の鎖線で示す状態から実線で示
す状態に縮小させる力が生じ、塑性変形部分、つまり、
第１図（Ｂ）に符号中で示した表面について、その部分
の残留応力を圧縮残留応力とする方向に移行させるよう
に働く。 ［貫通管内面の凹凸面加工１ 第１図（Ｅ）に示すように、溶接部５から上下にそれぞ
れ離間するとともに、前述の拡管範囲Ｙから、例えばＲ
ｏａｍ程度外れた部分の管壁内面に、例えば複数の周溝
からなる凹凸面７を形成する。 周溝を形成する場合であると、その深さを例えば０．１
ｍ１〜０．５識臘に設定する。

【金属スリーブの挿入と拡管】

拡管範囲Ｙよりも長い寸法で、かつ、凹凸面７を内方か
ら覆う長さを有する金属スリーブ８を貫通管３の中に挿
入して、凹凸面７を内面側から覆った状態とする。 この場合の金属スリーブ８の材料は、貫通管３が５ＵＳ
３０４材からなる場合であると、これよりも相対的に柔
らかい材料、例えば５ＵＳ３０４Ｌ材や５ＵＳ３１６Ｌ
材を使用する。 そして、金属スリーブ８における上端部分、次いで、下
端部分について、第１図（Ｆ）に示すように拡管を行な
い、該拡管に基づいて金属スリーブ８の表面を凹凸面７
に圧接させるとともに、その管壁を若干塑性変形させる
。つまり、金属スリーブ８の外径が管式３＆の内径より
例えば０．５〜１％程度大きくなる拡管として、圧接状
態の維持を行なわせるようにする。ただし、第１図（Ｆ
）は、後述するシール溶接部９を形成した状態で示しで
ある。 このように、貫通管３と金属スリーブ８との間に、凹凸
面７が介在するようにして相互に圧接させると、材料的
に柔らかい金属スリーブ８の表面が局部的に弾性変形ま
たは塑性変形して、第１図（Ｇ）に示すように、両面間
に保合部分が形成され、長手方向の相互移動を妨げるよ
うになる。 ［シール溶接〕 さらに、金属スリーブ８の両端部と貫通管３の内面との
間をＴＩＧ溶接またはＹＡＧレーザ等によりシール溶接
し、シール溶接部９の形成によって、金属スリーブ８を
配した範囲の密封を行なう。 この場合のシール溶接は、溶接熱が貫通管３の管壁部分
に影響を及ぼすことを少なくするために、溶接入熱を例
えば１〜５キロ・ジューシフ０重程度に押さえると良い
。 ［補修後の状態］ シール溶接部９の形成後において、金属スリーブ８は貫
通管３と一体化されるが、貫通管３と金属スリーブ８と
の間に、温度差の付与、材料差、熱膨張差等に基づく寸
法差に基づくずれが生じた場合には、凹凸面７の部分で
長手方向の移動を拘束するため、これより僅かに離間し
た部分のシール溶接部９に、過大な力、応力が加わるこ
とを避けることができる。 また、シール溶接部９の形成後において、貫通管３の内
部流体が溶接部５の近傍における管壁内面に直接接触す
ることはない。 一方、シール溶接部９の形成後において、前述した閉塞
栓６は撤去されることになる。 く他の実施態様〉 以上説明した実施例に代えて次の構成を採用することが
できる。 （イ）原子炉圧力容器の下鏡部の貫通管への適用に代え
て、配管の外周面に７ランジを溶接部によって取り付け
ているものに適用することや、直管状の単純な金属管に
適用すること。 （ロ）凹凸面７を金属スリーブ８の外表面に形成するこ
と。 （ハ）凹凸面７が周溝以外のもの、例えばエンボス加工
を施したもの、ローレフト加工を施したもの、ねじ加工
を施したもの等であること。 （ニ）凹凸面７を形成する範囲を金属スリーブ８の両端
部近傍に限定せず、貫通管３と金属スリーブ８とが嵌合
状態となる範囲の全部あるいは複数箇所とすること。 （ホ）金属スリーブの拡管範囲を凹凸面７の部分に止ど
めず、貫通管３と金属スリーブ８とが嵌合状態となる範
囲の全部あるいは複数箇所に広げ、中間等においても一
体化を図ること。 （へ）貫通管３の内面の必要箇所、つまり、シール溶接
部９の位置から上下方向に延ばした適宜範囲（シール溶
接による熱影響部の範囲）に、内側を覆う耐食性コーテ
ィング層を形成すること。 （ト）耐食性コーティング層が、貫通管３の内部流体を
考慮して、耐食性を有するＣ　ｒ、Ｔ　ｉ等の金属メツ
キにより形成されること。 （チ）耐食性コーティング層の部分を金属溶融凝固層に
置き換えて形成することができ、この場合、シール溶接
部９の上下に、（ｒ、Ｔｉ等の粉末を付着させた状態で
、レーザによりＣｒ、Ｔ　ｉを急速加熱して溶融させる
とともに、その後の冷却凝固により貫通管３の内面に金
属溶融凝固層を形成し、金属溶融凝固層の金属自身の耐
食性により新たな腐食部、欠陥部の発生を防止すること
。 （す）金属溶融凝固層を形成する別の方法として、レー
ザまたはＴＩＧ溶接トーチを利用し、小入熱となるよう
に設定し、前述のシール溶接部９の形成時に生じた熱影
響部の範囲を内側から覆うとともに、貫通管３の内面、
極表面の組織を直接溶融凝固させることにより、再凝固
した組織がデルタフェライトを含むように改質すること
。 「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る金属管内面の補修方
法は、 （ｉ）配管貫通用穴に溶接部によって取り付けられてい
る貫通管の中に、新規の金属スリーブを挿入して、貫通
管内面との間をシール溶接するものであるから、溶接部
近傍の管壁内面に欠陥部が発生している場合や、その可
能性のある場合に、貫通管そのものを交換することなく
、欠陥部の補修を容易に実施することかでさる。 （Ｕ）貫通管の内面に生じた欠陥部、あるいは欠陥部の
発生の可能性のある部分を金属スリーブで覆って、シー
ル溶接することにより密閉するものであるから、貫通管
の取り付は状態に影響されることなく、欠陥部の補修対
策や漏洩防止対策を行なうことができる。 （ｉｉｉ）上記により、貫通管の交換作業や溶接部解体
作業が伴うことがないので、原子炉圧力容器の貫通管の
場合は、補修作業者の放射線被曝線量を低減することが
できる。 （ｉｖ）貫通管を拡管することによって、溶接部近傍の
管壁を圧縮残留応力とする方向に導くようにしているか
ら、貫通管内面の補修作業だけでなく、溶接部近傍の外
表面における残留応力を改善し、欠陥部の発生そのもの
を抑制するとともに、欠陥部が発生している場合はその
成長を妨げることができる。 （ｖ）金属スリーブを拡管して凹凸面を圧接状態とする
ものであるから、貫通管と金属スリーブとの長手方向の
ずれが生じようとした場合に、凹凸面の部分で固定され
ていることにより、ずれがシール溶接部に影響を及ぼす
ことが少なく、密封対象範囲を確実に内部流体から保護
して接触を妨げることができる。 等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ないし第１図（Ｇ）は本発明に係る容器貫
通管内面の補修方法を原子炉圧力容器の容器壁の貫通管
に適用した一実施例を示す工程説明図、第２図は沸騰水
型原子炉における容器壁を貫通する配管の例を示す正断
面図である。 第１図（Ａ） ｌ・・・・・・容器！！！（下鏡部）、２・・・・・・
配管貫通用穴、 ３・・・・・・貫通管、 ３１・・・・・・管式、 ４・・・・・・スタブチューブ、 ５・・・・・・溶接部、 ６・・・・・・閉塞栓、 ７・・・・・・凹凸面、 ８・・・・・・金属スリーブ、 ９・・・・・・シール溶接部、 Ｗ・・・・・・冷却水、 Ｘ・・・・・・熱影響部、 Ｙ・・・・・・拡管範囲。 第１図 （Ｄ） 第１図（Ｆ）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）容器壁の配管貫通用穴に溶接部によって取り付け
   られている貫通管の管壁を、溶接部の形成範囲よりも若
   干大きな範囲で拡管し、該拡管範囲を覆う長さの金属ス
   リーブを貫通管内に挿入してその両端と貫通管内面との
   間をシール溶接することを特徴とする容器貫通管内面の
   補修方法。
2. （２）容器壁の配管貫通用穴に溶接部によって取り付け
   られている貫通管の中に、溶接部の形成範囲を覆う長さ
   を有する金属スリーブを挿入するとともに、その両端と
   貫通管内面との間をシール溶接する補修方法において、
   金属スリーブの挿入に先立ち、溶接部位置から貫通管の
   長手方向に離間した位置における貫通管内面部分または
   金属スリーブの外表面に凹凸面を形成し、次いで金属ス
   リーブを貫通管の中に挿入するとともに、該金属スリー
   ブの管壁を拡管して前記凹凸面の形成範囲における金属
   スリーブ及び貫通管の管壁両表面を圧接状態とした後、
   前記シール溶接を行なうことを特徴とする容器貫通管内
   面の補修方法。
3. （３）容器壁の配管貫通用穴に溶接部によって取り付け
   られている貫通管の管壁を、溶接部の形成範囲よりも若
   干大きな範囲で拡管するとともに、溶接部位置から貫通
   管の長手方向に離間した位置における貫通管内面部分ま
   たは金属スリーブの外表面に凹凸面を形成し、次いで金
   属スリーブを貫通管の中に挿入するとともに、該金属ス
   リーブの管壁を拡管して、前記凹凸面の形成範囲におけ
   る金属スリーブ及び貫通管の管壁両表面を圧接状態とし
   た後、金属スリーブの両端部と貫通管内面との間のシー
   ル溶接を行なうことを特徴とする容器貫通管内面の補修
   方法。