JPH025509B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ろう付け継目に望ましくない間隙が
形成されるのを回避しつつ、熱交換管内にスリー
ブをろう付けするための二段階ろう付け方法に関
するものである。

原子力蒸気発生器の熱交換管内にスリーブをろ
う付けするための方法は当該技術分野において知
られている。このような方法によれば、一端もし
くは両端部をろう付け合金のリングにより囲まれ
たスリーブを、腐蝕や窪みが原因で修理する必要
がある壁を有する熱交換管の部分に摺動挿入す
る。次いで、ろう付け合金のリングを有するスリ
ーブの端部を、典型的には油圧により、膨張し、
その結果該スリーブを管の内壁にぴつたりと係合
する。スリーブと管の内壁との間に水漏れのな
い、即ち水密のシールを完成するために、スリー
ブの膨張もしくは拡張された端部を横切つてろう
付け溶接するために熱を加える。ろう付け合金は
熔融し、スリーブと管の内壁との間にろう付け継
目を形成する。このようなスリーブ取付け作業
は、往々にして、原子力蒸気発生器の管板と支持
板とに形成されている開口を貫通する熱交換管の
縦方向部分で行われる。と言うのは、この領域で
管の壁が腐蝕したり窪んだりする傾向が大きいか
らである。

上述の一段階ろう付け方法でも、多くの場合、
水密なろう付け継目が得られるが、管が貫通する
管板および支持板内の孔もしくは開口と管の壁と
の間の環状空間内にスラツジ堆積物が楔状にしつ
かりと挟着されると、問題が起る。このような状
況下では、スラツジ堆積物が、管板の孔壁に対し
て管の外壁をしつかりと結合してしまい、その結
果、管は、管およびスリーブにろう付け加熱を行
つても、縦軸方向に膨張しない。したがつて、管
はろう付け加熱を行う領域において、縦軸方向で
はなく半径方向に膨張してしまう。ろう付け領域
にこのような半径方向の膨張が生ずると、溶接継
目に不所望な間隙が生じ、ろう付けで達成しよう
と企図する水密なシールもしくは封止の健全性が
由々しく損われ得る。勿論、ろう付け加熱で膨張
する際に生ずるこのような望ましくない間隙の程
度は、管を取巻くスラツジ堆積物が及ぼす結合力
の大きさが管間で異なるために、スリーブが設け
られる管間で大きく変動する。しかしながら、管
の縦方向膨張に対して相当大きな抵抗をスラツジ
堆積物が示す管においては、発生する間隙の大き
さは、少なく見積つても、企図せる水密なシール
を形成するろう付けの能力を相当に阻害する。

したがつて、シールを阻害する間隙を伴うこと
なく、熱交換器の管とスリーブとの間に水密なろ
う付け継目を高い信頼性で実現することができる
ろう付け方法に対する必要性が存在する。さら
に、ろう付け加熱を行う際に管の縦方向膨張に抵
抗するスラツジ堆積物の抵抗力の大きさにばらつ
きがあつても、それにも拘らず、スリーブと蒸気
発生器の管との間に水密なろう付け継目を均質に
形成することができる方法があれば、これも望ま
しいことである。さらに、この方法を、現在のろ
う付け工具を用いて容易に実現できるのが望まし
い。

本発明は、広い概念において、選択された縦方
向部分を横切つて熱を加えることができる熱源を
使用し、導管内で、ろう付け領域を有するスリー
ブをろう付けする、ろう材を用いる二段階ろう付
け方法において、最初に、上記導管に半径方向の
膨張部を形成するために、上記ろう付け領域を含
まない上記導管の第１の縦方向部分を横切つて上
記熱源を当て、次に、上記スリーブを上記導管に
ろう付けするために、上記スリーブの上記ろう付
け領域を少なくとも部分的に含む第２の縦方向部
分を横切り上記導管内に上記熱源を当てる逐次的
段階を含む二段階ろう付け方法にある。

本発明の好ましい実施例によれば、ろう付け領
域を有するスリーブと、縦方向部分を横切つてろ
う付け熱を加えた場合に半径方向に膨張し得る管
との間に、間隙の減少されたろう付け継目を形成
する二段階ろう付け方法が提案される。この方法
の第１番目の段階においては、スリーブのろう付
け領域を囲繞しない管の縦方向部分に熱が加えら
れて、管のこの第１の部分に半径方向の膨張を熱
的に生ぜしめる。次に、少なくとも部分的にスリ
ーブのろう付け領域を囲繞する管の第２の部分
に、ろう付け熱を加えて、スリーブを管にろう付
けする。第１の加熱段階で管内に発生する引張応
力は、ろう付け箇所で管が受ける半径方向膨張を
相殺し、それによりろう付け継目におけるスリー
ブと管との間の間隙は除去される。この方法は、
特に、蒸気発生器の管板または支持板間で結合さ
れてしまつて、ろう付け熱を加えても縦方向に殆
んどまたは全く膨張することができないような管
の部分内にスリーブをろう付け嵌着する際に往々
にして生ずる間隙を除去するのに良く適してい
る。

好ましい実施例においては、本発明方法の２つ
の段階を実施するのに、管の選択された縦方向部
分を横切つてろう付け熱を加えることができる熱
源が用いられる。第１の方法段階においては、こ
の熱源は、その特定の熱出力で達成可能な最大半
径方向膨張が達成されるまで、管の上記第１の部
分に配置される。管が、インコネル（Inconel：
登録商標）のようなニツケル基合金から形成され
ている場合には、熱源は、約980℃またはそれよ
り高い温度に達するまで管の上記第１の部分に当
てられる。

スリーブも同様にインコネル合金から形成する
ことができ、その場合には熱源は、スリーブのろ
う付け部分が980℃またはそれより高い温度に達
するまで、少なくともスリーブのろう付け部分を
部分的に取巻く管の第２の部分に当てられる。ま
た、管の第１の部分が加熱された直後に管の上記
第２の部分に熱を加えることができる。所望なら
ば、最終ろう付け段階を実施する前に管の上記の
ような１つ以上の部分を予備加熱しておき、それ
により、ろう付け継目に生じ得る間隙の大きさを
最小に抑止することができる。

本発明の方法は、スラツジ堆積物または窪みが
管板または支持板の孔に管を結合している結合力
の大きさに関係なく、殆んどまたは全く間隙を生
ぜずに、スリーブと管との間にろう付け継目を形
成することができる点に注目され度い。また本発
明の方法は、上述のように結合されていない管内
にろう付け継目を形成するのにも良く適してお
り、これらの管には、均質性が改善された継目も
しくは接合が実現される。

本発明は、添付図面を参照して、単なる例とし
て示した好ましい実施例に関する以下の説明から
一層明確に理解されるであろう。

図面中同じ参照数字は同様もしくは均等な部分
を指す。第１図および第２図は、従来のろう付け
方法で、原子力蒸気発生器内の熱交換管１と補強
スリーブ６との間のろう付け継目に、どのように
して不所望な間隙が発生し得るかを図解する図で
ある。従来のろう付け方法でこのような間隙が生
ずる理由を十分に理解するためには、原子力蒸気
発生器と関連する補修上の問題ならびに構造に関
する背景について或る程度説明しておく必要があ
ろう。

原子力蒸気発生器は、一般に、原子炉の炉心か
らの高温の放射性の水を、Ｕ字形または直管形と
することができる複数個の熱交換管１内に流入す
ることを可能にする一次側を備えている。この種
の蒸気発生器はさらに、管１を離間して収容し、
管と管の間で非放射性の水の流れを循環させ、そ
れにより炉心の熱出力から非放射性の蒸気を発生
させるための二次側を備えている。蒸気発生器の
一次側は、管板２によつて二次側から分離されて
いる。第１図を参照するに、管板２の下側表面２
ａは蒸気発生器の一次側に面しており、上側表面
２ｂは二次側に面している。管板２は孔４ａの配
列を備えており、これらの孔を貫通して熱交換管
１が延びている。これらの管１の口部は、蒸気発
生器の一次側に面する管板２の下側表面２ａと実
質的に同面関係にある。さらに、管１の口部の
各々の外壁は拡開されており、図示のように各孔
の口部と係合している。管１の各々の口部はま
た、管１を管板２内に固定するため、並びに管１
と管板２の各孔４ａとの間に水密なシールを形成
するために、それぞれの孔４ａに溶接されてい
る。しかしながら、拡開された口部を過ぎると、
管１は、管１の外表面と孔４ａの表面との間に或
る大きさの環状空間を残して管板の孔４ａの残部
を貫通する場合が往々にして生ずる。管１が管板
２の上側表面２ｂから出た後に、該管は幾くかの
支持板３の１つに形成されている孔４ｂを通る。
支持板３の孔４ｂは、管１の外形よりも惹干大き
く、したがつて管１と孔４ｂとの間にも環状の空
間が存在する。

或る期間を経ると、管１の外表面と、管板２お
よび支持板３の孔４ａ，４ｂとの間の環状の空間
に腐蝕性のスラツジ堆積物５が堆積し始める。こ
れら堆積物は、終極的には、管１の外壁に或る腐
蝕を生ぜしめ、それにより管１の外部表面をこれ
ら領域において粗面化し弱体化する。このような
腐蝕は、蒸気発生器の一次側に存在する水の流れ
が原因で、管１が支持板３内の孔４ｂの壁に対し
て振動する場合にはさらに助長され得る。孔４ａ
および４ｂにおけるスラツジ堆積物５により生ぜ
しめられる腐蝕劣化ならびに支持板３内での管の
振動が原因で管１の壁が弱体化すると、漏洩が惹
起される可能性があり、そしてこのような漏洩が
生ずると、蒸気発生器の二次側で管１の外表面を
取巻いて流れる非放射性の水が放射能で汚染され
てしまう。このような漏洩を阻止する目的で、管
１内には、管１の弱体化された領域を横切つてス
リーブ６が設置される。管板２に隣接する管１の
領域の修復に用いられるスリーブ６は、典型的
に、液圧拡張装置により管１の内壁と接触するよ
うに液圧で拡張される末端部７と、図示のように
管１の拡開された口部と水密態様で係合するよう
に圧延された圧延基端部８とを有している。この
種のスリーブ６はさらに、その周りにろう付け合
金９ｂの環状リングが座着されるろう材受け部９
ａを備えている。スリーブ嵌着過程は、スリーブ
６の拡張端部７を、その外壁と管１の内壁との間
でろう付け合金９ｂを熔融する熱源により管１の
内壁に対してろう付けすることで完了する。第１
図には示されていないが、支持板３により囲繞さ
れる管１の領域も、スリーブ嵌着により補修する
ことができる。しかしながら、支持板３により取
巻かれている管１の領域を補修するのに用いられ
るスリーブは両端部にろう材受け部を備えてお
り、両端でろう付けされて、スリーブと管１との
間に所望の水密のシールを形成する。このような
管一スリーブ嵌着方法の詳細に関しては、本出願
人に譲渡されている1983年12月30日付の米国特許
願Ser.No.567107号明細書を参照されたい。なお、
この特許願の明細書の記述は全て本明細書におい
て参考のために援用する。

しかしながら、不都合な事には、スリーブ６の
拡張端部７と管１の内壁との間における均質な漏
洩の無いろう付け継目の形成に上述のスラツジ堆
積物５が干渉する。この点についてさらに詳しく
述べると、管１の外壁と孔４ａおよび４ｂとの間
に堆積するスラツジ５は、これら管をしつかりと
ロツクし固定する傾向があり、そのために、スリ
ーブ６の拡張端部７に形成されているろう材受け
部９ａを横切つてろう付け加熱を行つた場合に、
スリーブ６のろう付け領域を取囲む第１の縦方向
部分（第１図に点描円で示してある）の縦軸方向
における膨張が阻止されてしまうのである。その
結果として、ろう付け熱は、管１のこの縦軸方向
の部分を、第２図に明瞭に示してあるように半径
方向に膨張させてしまう。この半径方向の膨張
で、スリーブ６の拡張端部７の壁と管１の内壁と
の間に図示のように間隙が形成されるのである。
一方この間隙は、ろう付け合金９ｂを、ろう材受
け部から流し出して、スリーブ６と管１との間に
不均等な厚さのろう付け継目を形成してしまう。
間隙が十分に大きい場合には、ろう付け合金９ｂ
はスリーブ６の拡張端部７と管１の内壁との間の
環状空間を経て完全に流れ出てしまい、そのため
にスリーブ６と管１との間にあけるろう付け継目
の形成が完全に失敗に終ることがある。

追つて詳述するように、本発明の方法によれ
ば、スリーブ６のろう材受け部９ａを横切つてろ
う付け熱を加える前に、スリーブ６を介して熱交
換管（導管）１の別の縦軸方向部分を熱的に膨張
することにより、スリーブ６の拡張端部７と管１
の内壁との間の間隙を減少もしくは除去すること
ができる。好ましい実施例においては、管１の第
１の縦方向部分およびスリーブ６のろう材受け部
９ａの加熱は、熱源１０に連続的に電力を供給し
ながら、該熱源を管１の縦軸線に沿い１つの特定
位置から他の位置に移動することにより実施され
る。管１に熱的に誘起される半径方向の膨張によ
つて生ずる残留引張応力は、スリーブ６のろう付
け領域において爾後的に熱誘起される圧縮応力お
よびそれによる半径方向の膨張を相殺する傾向と
なる。しかしながら、本発明の方法を詳細に記述
する前に、本方法を実施するのに好ましい熱源１
０について説明しておく。

第３図および第４図を参照するに、好ましい熱
源１０はほぼ円筒状のマンドレルを備えた電気抵
抗型のヒータ（加熱器）である。このマンドレル
は、中央部分１２と、１対の大径端部１４，１６
とを有している。大径端部１４，１６は本発明の
方法を実施する上に特に望ましい熱源１０となる
ことに留意されたい。と言うのは、これら端部
は、電気抵抗型熱源１０の加熱パターンを、ほぼ
マンドレルの中央部分１２に対応する比較的良く
限られた領域に閉じ込める傾向を有するからであ
る。また、この特徴により、熱源１０の使用者
は、管１の所望の縦方向部分を横切る方向におい
て選択的に熔融熱を加えることができる。端部１
４，１６は、それらの外縁部を斜切し熱源１０の
熱交換管１の口部内への挿入を容易にするのが好
ましい。最後に、熱源１０のマンドレルは、両端
が開いている軸方向に延びる孔１８を備えてい
る。

熱源１０の円筒状部分１２の外側表面には、そ
の全長に渡り複数の螺線状の溝２０が設けられて
おり、これら溝は、直列に接続された加熱コイル
３０，３０ａ等の巻線を受ける。これらの溝２０
は、熱源を構成するマンドレルの中央部分１２全
体に渡り加熱コイルの個々の巻線を均等に離間す
ることにより、さもなければ発生し得る「高温点
（ホツトスポツト）」を最小限度に抑止する。さら
に、これら螺線状の溝２０によつて与えられる隣
接の巻線間の間隔で短絡が阻止され、加熱コイル
３０，３０ａ等における高電力密度が許容され
る。さらに、上述のようなホツトスポツトがマン
ドレルの中央部分１２に発生する可能性を減少す
るために、加熱コイル自体も図示のように離間さ
れている。

マンドレルの大径端部１４，１６の各々には、
長手方向に延びる孔２２，２４が設けられてい
る。端部１４の孔２２は、（頂面図で見て）端部
１６の孔２４から180゜角度的に離間するのが好ま
しい。軸方向に延びる孔18ならびに大径端部１
４，１６の長手方向に延びる孔２２，２４は、加
熱コイル３０，３０ａ等の配線を収容する。

さらに具体的に述べると、軸方向の孔１８は、
直列に接続された加熱コイル群の一側に接続され
ている電気抵抗ワイヤ２５の部分を収容する。こ
のワイヤ部分２５は鋼製の捲縮コネクタ３４に接
続されているリード線２６を備えている。ワイヤ
部分２５およびそのリード線２６は、補強ならび
に所望の熱特性を得るために撚るか編み合せるの
が好ましい。しかしながら、ワイヤ部分２５がマ
ンドレルの孔１８の他端から出る箇所において
は、撚りは最早や必要とされずこの箇所で止める
ことができる。次いでワイヤ部分２５を曲げ重ね
てほぼＵ字形の部分２８を形成し、大径端部１４
の孔２２に挿入する。次いで、熱源１０の中心部
分１２の回りに巻付け、ワイヤの個々の巻線を、
上述のように螺線溝２０内に座着する。

マンドレルの大径端部１６に隣接して、加熱コ
イル３０，３０ａ等のうちの最後のコイルを形成
する電気抵抗ワイヤをマンドレルの大径端部１６
の孔２４内に挿通して、他のリード線２６と同じ
側でリード線３２を介してマンドレルから引出
し、別の銅製捲縮コネクタ３６に接続する。熱源
１０を製作する上に用いられる構造および材料の
より詳細な説明は、米国特許願Ser.No.571214およ
び571215号明細書に開示されている。なおこれら
両米国特許願は1984年１月16日付で出願されたも
ので、ウエスチングハウス・エレクトリツク・コ
ーポレーシヨン社に譲渡されている。

第５図は、熱源１０の動作を図解する図であ
る。スリーブ６の末端部７を管１内で拡張して管
１の内壁にぴつたりと係合させた後に、熱源１０
をスリーブ６内に上向きに滑り入れて、中央部分
１２に巻装されている加熱コイル３０，３０ａ等
がろう材受け部９ａ内のろう付け合金９ｂのリン
グの回りに等間隔で離間して位置するようにす
る。そこで加熱コイルを付勢すると、スリーブ６
の拡張端部７は、約980℃もしくはそれより高い
ろう付け温度に加熱されて、ろう付け合金９ｂは
熔融し、拡張端部７の外部と管１の内壁との間に
ろう付け継目を形成する。

第３図ないし第５図に示した熱源１０は、大径
端部１４および１６がコイルの加熱パターンを管
１の特定の長手方向の部分に制限する機能となす
という事実からして本発明の方法を実施する上に
好ましい手段ではあるが、しかしながら、本発明
は、管１の選択された縦方向もしくは長手方向部
分にろう付け熱を加えることができる任意の加熱
手段を用いて実施し得るものであることは理解さ
れたい。

第６図は、熱源１０を用いて本発明の方法をど
のように実施するかを図解する図である。本発明
の好ましい実施例による方法の第１の段階もしく
はステツプにおいては、熱源１０の中心線は破線
で示すように、スリーブ６のろう材受け部９ａの
中心線より約3.80cmないし6.35cmだけ下方に位置
付けられる。熱源１０のリード線３４，３６を電
源（図示せず）に接続して、熱源１０の円筒状の
中央部分１２に設けられている加熱コイル３０，
３０ａ等で福射熱を発生するためにリード線３
４，３６を介して十分に大きな電流を通し、管１
の縦方向部分Ｓ１ならびに熱源１０を取囲むスリ
ーブ６を、約980℃と1150℃の間の温度に加熱す
る。このような所望の温度は、ヒータの容量にも
依るが、１分ないし４分以内に達成すべきであ
る。管１は、管１の外壁と管板ならびに支持板３
それぞれの孔４ａ，４ｂの壁との間に楔状に侵入
しているスラツジ堆積物５により縦軸線方向にロ
ツク固定されているので、管１は、熱源１０を取
巻く部分内で縦方向ではなく半径方向に膨張する
ことになる。管１の部分Ｓ１のこの半径方向の膨
張は第７図に明瞭に示されている。

熱源１０が、第６図および第７図に示すよう
に、管１に熱的に半径方向膨張を誘起した後に、
熱源１０を次いで、第６図に点描円で示してある
スリーブ６のろう付け領域を含む管１の縦方向部
分Ｓ２を横切るように変位する。本発明の好まし
い実施例による方法においては、熱源１０は、該
熱源のコイルに電力を連続的に供給しつつ、スリ
ーブ６のろう付け領域に変位される。しかしなが
ら、別法として、熱源を減勢し、熱源１０をろう
付け領域に変位する前に管の部分Ｓ１を冷却する
ようにしてもよい。何れの場合にも、熱源１０
は、部分Ｓ２における管１およびスリーブ６の温
度を約980℃と1150℃との間のろう付け温度にま
で上昇する。なおこの温度は、この場合にも、熱
源１０の出力にもよるが、１分ないし４分以内に
生ずるようにすべきである。ろう付け領域におけ
る管１の縦方向の部分Ｓ２も半径方向に膨張する
傾向を或る程度有してはいるが、この半径方向の
膨張の大部分は、管１の縦方向部分Ｓ１において
生ずる半径方向の膨張によつて吸収される。この
ような管１の部分Ｓ１における膨張による管１の
部分Ｓ２の半径方向膨張の吸収は、初期加熱ステ
ツプ後に管１に発生する残留引張応力によるもの
と考えられる。

第７図は、本発明の方法の最終結果を図解する
図である。管１は、部分Ｓ１に熱的に誘起された
半径方向膨張を有しているが縦方向部分Ｓ２には
ほとんど或いは全く半径方向膨張は生じていな
い。したがつて、ろう付け合金９ｂは、スリーブ
６の拡張端部７と管１の内壁との間の小さいギヤ
ツプ内で熔融せしめられる。このようにして、ス
リーブ６と管１との間には適切な水密のろう付け
継目が形成される。

本発明の好ましい実施例においては、初期加熱
段階中、熱源１０は管１の縦方向部分Ｓ２の下方
に配置されるものとしたが、しかしながら、熱源
１０をこの初期段階中、部分Ｓ１の上方に配置し
た場合でも本発明の方法は有効である点に留意さ
れるべきである。所望ならば、最終的なろう付け
段階を実施する前に、２ケ所以上加熱することも
できる。さらに、本発明の方法は、管１と孔４
ａ，４ｂとの間の環状の凹部におけるスラツジ堆
積物５の堆積が原因で完全に或いは極く部分的に
軸方向運動ができないように凍結されているか否
かに関係なく、スリーブ６と管１との間に適切な
ろう付け継目を形成するのに用いることができよ
う。また本発明の方法は、管１が、孔４ａ，４ｂ
内で縦方向に自由に運動できる場合にも実施可能
であろう。最後に、経験の示すところによれば、
複数位置加熱で得られるろう付け継目の均質性な
らびにろう材の流れの範囲は自由に動くことがで
きる管の場合でも、単一位置加熱（一段階加熱）
から得られるろう付け継目と比較して改善される
ことが判つた。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のろう付け方法により原子力蒸
気発生器内の熱交換管の部分にろう付けされたス
リーブの横断面図、第２図は第１図に示したスリ
ーブと管との間のろう付け継目の詳細な横断面
図、第３図は本発明の方法を実施する上で用いら
れる熱源のマンドレルの部分横断面図、第４図は
本発明の好ましい実施例において用いられる熱源
の部分横断面図、第５図はスリーブを管にろう付
けする従来方法を実施する上で熱源が使用される
態様を図解する横断面図、第６図は本発明の方法
を実施する熱源の横断面図、第７図は本発明の方
法によつて形成されたろう付け継目の詳細な横断
面図である。 １……熱交換管（導管）、６……スリーブ、９
……ろう付け合金（ろう材）、１０……熱源、２
５……ワイヤ部分、２６……リード線、３０……
加熱コイル、Ｓ１，Ｓ２……縦方向部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 選択された縦方向部分を横切つて熱を加える
   ことができる熱源を使用し、導管内で、ろう付け
   領域を有するスリーブをろう付けする、ろう材を
   用いる二段階ろう付け方法において、最初に、前
   記導管に半径方向の膨張部を形成するために前記
   ろう付け領域を含まない前記導管の第１の縦方向
   部分を横切つて前記熱源を当て、次に、前記スリ
   ーブを前記導管にろう付けするために、前記スリ
   ーブの前記ろう付け領域を少なくとも部分的に含
   む第２の縦方向部分を横切り前記導管内に前記熱
   源を当てる逐次的段階を含む、スリーブの二段階
   ろう付け方法。