JPH04135067A

JPH04135067A - 管内面取付溶接部の残留応力低減方法

Info

Publication number: JPH04135067A
Application number: JP2254613A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Umemoto; 忠宏梅本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1990-09-25
Filing date: 1990-09-25
Publication date: 1992-05-08
Anticipated expiration: 2014-11-02
Also published as: JP2969882B2

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、管内面取付溶接部の残留応力低減方法に係り
、特に、母管内面に部品等を溶接している場合の残留応
力を改善するものである。

「従来の技術」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、その配管路の
途中に、サンプリング管、圧力検出用管、信号取り出し
管等が、管継手によって接続される場合がある。

沸騰水型原子炉における原子炉格納容器を例に取って、
第４図に基づいて説明すると、コンクリート製生体遮蔽
壁（原子炉建屋壁）■に囲まれた鋼製容器２の中に、原
子炉圧力容器３、原子炉ペデスタル４、原子炉遮蔽壁５
かそれぞれ収納されるとともに、ダイヤフラムフロア６
によって、ドライウェル７とサブレッノヨンチェンバ８
とか区画され、ドライウェル７に布設される主蒸気系配
管９には、その配管経路における破断事故時の最大蒸気
量を制限することと、蒸気流量を検出することとを目的
として、流量制限器１０が設置されている。

該流量制限器１０は、第５図に示すように、ラッパ管（
ベンチュリー管）状の絞り管１１と、この絞り管１１の
内部と主蒸気系配管（母管）９の外部とを連通させる貫
通穴Ｉ２及び連通管１３と、該連通管１３の外側に位置
して貫通穴１２を外側に延長するように、母管９の外壁
に取り付けられるカップリング１４と、カップリング１
４に接続されて内部圧力信号を所望箇所まで導く流量検
出管１５と、母管９に絞り管１１を固定するとともに連
通管１３を貫通させている固定リング１６と、母管９と
絞り管１１との間に形成され蒸気の挿通がなされない停
滞部１７と、母管９と固定リング１６とを一体化する溶
接ｓ　ｗとを有する構造である。なお、第５図の各矢印
は流体の流れる方向を示している。

［発明が解決しようとする課題」このように母管９の内面に溶接Ｆ４ｗが形成されている
と、溶接部Ｗを形成する場合に、溶融状態の溶接金属か
凝固するときに収縮が伴うことに基ついて、その近傍に
引っ張り残留応力が残され易くなる。そして、母管９の
部分は、いわゆる耐圧部材であるために、特に、機械的
強度の優れた材料５ＴＳ４９材等によって構成されてい
るが、その内面に剛性の高い固定リングＩ６が一体に設
けられていると、高温流体挿通時の熱過渡現象や温度差
の発生等により、第６図に示すように、母管９の内面に
おける溶接ＳＷの近傍に引っ張り応力が付与され、亀裂
等の欠陥部Ｘが発生する原因となり得るため、十分な信
頼性を確保することが要求される。

従来、溶接継手の残留応力を低減する方法として、金属
管を焼鈍する方法があるが、焼鈍温度及び焼鈍時間が例
えば６１５℃及び１５時間程度であっても、母管９に取
り付けられている絞り管１１や連通管１３等の材質が例
えば５ＵＳ３０４材であると、加熱された箇所の組織が
鋭敏化する新たな恐れが生じるとともに、焼鈍処理を行
なうことによって、母管９の機械的強度が低下すること
もあり得る。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、母
管内面の溶接部近傍における欠陥部の発生を防止可能と
し、また、残留応力改善作業実施時の施工性を向上させ
るとともに、改善効果の程度の確認を容易にするもので
ある。

「課題を解決するための手段」かかる課題を解決するため三つの手段を提案している。

第１の手段は、母管内面に剛性部材を取り付けている溶
接部近傍の残留応力を改善する方法であって、溶接部か
ら管軸方向に離間した母管壁の表面に、溶接ビードを重
畳して肉盛り部を形成し、該肉盛り部の収縮力によって
母管の管壁の一部を変位させ、前記溶接部近傍における
母管の内面に圧縮方向の残留応力を付与することを特徴
とする管内面取付溶接部の残留応力低減方法としている
。

第２の手段は、溶接部の中心から肉盛り部の縁部まての
離間距離が（Ｌ）、母管の平均半径が（ａ）、母管壁の
厚さか（ｈ）であるとき、Ｌ≧０．６（ａ　ｈ　）”　　　　　−−（ｉ　）Ｌ＋
　　Ｗ≦　１８（ａ　ｈ　）０・５−−１ｉｉ　）の条
件を満たす構成を第１の手段に付加した管内面取付溶接
部の残留応力低減方法としている。

第３の手段は、溶接部の中心から肉盛り部の縁部までの
離間距離が（Ｌ）、母管壁の厚さ・が（ｈ）であるとき
、Ｌ≧２×ｈ　　　　　　　　　・・・・・・（ｉｉｉ）
の条件を満たす構成を第１の手段または第２の手段に付
加した管内面取付溶接部の残留応力低減方法としている
。

「作用」第１の手段にあっては、溶接部から離間した母管壁の表
面に、溶接ビードの重畳によって肉盛り部を形成すると
、肉盛り部の熱収縮にとしなって、肉盛り部の直下の管
壁か半径方向内方に押され、この変位が溶接部近傍にお
ける母管の内面に及ぶことにより、母管の内面に圧縮方
向の残留応力を付与するものである。

第２の手段にあっても、第１の手段に準じて母管の内面
に圧縮方向の残留応力を付与するものであるが、（ｉ）
（ｉｉ）式の条件を満たす場合に、圧縮方向への移行が
効果的に現れる。

第３の手段にあっては、第１の手段及び第２の手段に準
じて、母管の内面に圧縮方向の残留応力を付与すること
に加えて、肉盛り部と溶接部との間に位置する母管表面
が解放され、超音波探傷試験等の検査域を供給するもの
である。

「実施例」第１図ないし第３図は、本発明に係る管内面取付溶接部
の残留応力低減方法を第５図に示した流量制限器１０の
箇所の溶接部Ｗに適用した一実施例を示している。

該−実施例では、母管９が炭素鋼管（５ＴＳ４９材）で
あり、大きさか６５０Ａ（外径　６６０．４ｍｍＸ管壁
厚さ３３．３＋ｎｍ　）である。そして、母管９の内面
に、溶接部Ｗによって取り付けられている剛性部材１６
が、おおよそ管軸方向寸法１００ｍｍＸ半径方向厚さ　
１２０ＩＩ１ｍの５２５Ｃ材であるとする。

また、母管９の内部に水を介在させた状態で、第１図に
示すように、溶接部Ｗから母管９の管軸方向両側に離間
した母管壁の表面に、溶接ヒートを重畳させた肉盛り部
２１を形成することによって、母管９の管壁に第２図に
示すような変位を付与する。

発明者等の研究によれば、鋼管の表面に溶接金属を肉盛
りしたときの管の内面の応力及び変形は、管壁厚さが１
５ｍｍ以上であるものに対して、２５キロジユール／Ｃ
＋ａ以下の入熱で溶接を行なうと、残留応力が第３図（
Ａ）（Ｂ）に示すような応力分布を示すことが知見され
た。

即・ち、肉盛り部２１の中心近傍では、半径方向に収縮
が生じることによって、第３図（Ｂ）に示すように、内
面の周方向応力が軸方向の距離３π／４βの範囲におい
て圧縮となる。しかし、軸方向応力は、肉盛り部２１の
中心極近て引っ張りになるが、軸方向の距離π／４βの
範囲を越えると、圧縮に転じる。

したかって、軸方向の距離π／４βないし３π／４βの
範囲では、周方向及び軸方向ともに圧縮残留応力とする
ことができる。

ただし、βは管の剛性パラメータであり、これから、ν
＝０．３とすると、 β＝　１．２８５／　（ａ　ｈ　）”−−−−（ｉｖ　
）となる。

このような肉盛り部２１を、第１図に示すように溶接部
Ｗをはさんでその両側に形成し、かつ、軸方向の距離π
／４βないし３π／４βの範囲が重複するように設定す
ると、残留応力改善効果が高くなることが明らかである
。

前述した一実施例における母管９について、般式で表す
と、溶接部Ｗの中心から肉盛り部２１の縁部までの離間
距離が（Ｌ）、母管９の平均半径が（ａ）、母管壁の厚
さが（ｈ）、肉盛り部２１の軸方向の寸法（幅）が（Ｗ
）であるときには、Ｌ≧［１，６（ａ　ｈ　）”　　　
　　−−（ｉ　）Ｌ＋ｗ≦１．８（ａ　ｈ　）”　　−
−（ｉｉ　）の条件を満たすようにするとよい。

さらに、溶接部Ｗの健全性を確認するために、母管９の
表面側から、超音波探傷試験を実施するものとして、超
音波の照射角度４５度を考慮した場合、肉盛り部２１と
溶接部Ｗとの間に位置する母管９の表面が検査域として
解放状態となっていればよく、この場合には、Ｌ≧２ｘｈ　　　　　　　　　・・・・・・（ｉｉｉ）
の条件を満たすようにすればよい。

一方、肉盛り部２１の高さ（ｂ）は、溶接ビードが１層
であっても効果が生じるか、改善効果を確実なものとす
るためには、母管９の寸法に応じた高さ（ｂ）とする必
要があり、ｖ−ｂ≧ｈ・（ａ−ｈ　）”’／１０・・・・・ｌｖ　
）の条件を満たすようにすればよい。

外径６６０．４ｍｍＸ管壁厚さ３３．３ｍｍの管につい
て試算すると、ｗ−ｂ≧　３４３　ｍｍ” となる。

したかって、ｖ＝−５０ｍｍとすると、ｂ＝７ｍｍ程度
となり、通常の場合には、２〜３の溶接ビード層を形成
するとよい。

［他の実施例］以上の一実施例における説明では、流量制限器１０の箇
所の溶接部Ｗに適用したものとしたが、母管９の内面に
剛性を有する部材を溶接によって取り付けている構造物
について応用することができる。

また、このような構造物であれば、母管９の内外両方を
空気等の雰囲気とすることによっても、内面の残留応力
改善を実施することができる。

「発明の効果」以上説明したように、第１の発明、つまり、請求項（１
）に係る管内面取付溶接部の残留応力低減方法は、溶接
部から離間した母管壁の表面に、肉盛り部を形成し、そ
の収縮力によって管壁を変位させて、溶接部近傍におけ
る母管の内面に圧縮方向の残留応力を付与するものであ
るから、母管内面に部品等を溶接している場合の残留応
力を改善し、欠陥部の発生を防止することができる。ま
た、肉盛り部の形成に際して母管の内部の流体の有無や
、母管の周囲の環境に左右されることがなく、残留応力
改善作業実施時の施工性を向上させることかできる。さ
らに、必要箇所に肉盛り部を形成するものであるから、
応用性が高く母管内面に直接溶接部が形成されている多
くの構造物に適用することができる。

第２の発明、つまり、請求項（２）に係る管内面取付溶
接部の残留応力低減方法によれば、加熱範囲、母管の大
きさ、母管壁の厚さ等の条件を加味して応力改善処理が
行なわれるので、第１の発明による効果に加えて、母管
内面の残留応力を効果的に圧縮方向に移行させて、残留
応力改善効果を確実なものとすることができる。そして
、各条件の通りに肉盛り部が形成されているか否かを寸
法等によって判別することにより、残留応力改善効果の
確認を容易に行なうことができる。

第３の発明、つまり、請求項（３）に係る管内面取付溶
接部の残留応力低減方法によれば、溶接部の中心から肉
盛り部の縁部までの離間距離が、母管壁の厚さに関連し
て設定されることによって、第１の発明及び第２の発明
による圧縮方向の残留応力を付与する効果に加えて、肉
盛り部と溶接部との間の母管表面を解放して、超音波探
傷試験等の検査域を提供し、母管の健全性の維持を確実
なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る管内面取付溶接部の残留応力低減
方法の一実施例を示す要部の正断面図、第２図は第１図
例の処理による母管の変位を示す正断面図、第３図（Ａ
）は第１図例に準じて母管に肉盛り部を形成した場合の
軸方向応力分布図、第３図（Ｂ）は第１図例に準じて母
管に肉盛り部を形成した場合の周方向応力分布図、第４
図は沸騰水型原子炉の原子炉格納容器の例を示す正断面
図、第５図は第４図における鎖線ｖ部分の拡大断面図、
第６図は第５図例の溶接部における欠陥部発生状態のモ
デル図である。Ｗ・・・・・・溶接部、Ｘ・・・・・欠陥部、９・・・
・主蒸気系配管（母管）、１０・・・・流量制限器、１
１・・・・絞り管、１２・・・・・貫通穴、１３・・・
・・連通管、１４・・・カップリング、１５・・・・・
・流量検出管、１６・・・固定リング（剛性部材）、１
７・・・・・停滞部、２１・・・・・肉盛り部、２２・
・・・超音波探触子。出願人　　石川島播磨重工業株式会社第１図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）母管内面に剛性部材を取り付けている溶接部近傍
の残留応力を改善する方法であって、溶接部から管軸方
向に離間した母管壁の表面に、溶接ビードを重畳して肉
盛り部を形成し、該肉盛り部の収縮力によって母管の管
壁の一部を変位させ、前記溶接部近傍における母管の内
面に圧縮方向の残留応力を付与することを特徴とする管
内面取付溶接部の残留応力低減方法。
（２）溶接部の中心から肉盛り部の縁部までの離間距離
が（Ｌ）、母管の平均半径が（ａ）、母管壁の厚さが（
ｈ）であるとき、Ｌ≧０．６（ａｈ）＾０．５・・・　・・・（ｉ）Ｌ＋
ｗ≦１．８（ａｈ）＾０．５・・・　・・・（ｉｉ）の
条件を満たすことを特徴とする請求項（１）記載の管内
面取付溶接部の残留応力低減方法。
（３）溶接部の中心から肉盛り部の縁部までの離間距離
が（Ｌ）、母管壁の厚さが（ｈ）であるとき、Ｌ≧２×
ｈ・・・　・・・（ｉｉｉ）の条件を満たすことを特徴とする請求項（１）または請
求項（２）記載の管内面取付溶接部の残留応力低減方法
。