JPS6077919A - 周溶接部の残留応力改善法 - Google Patents

周溶接部の残留応力改善法

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JPS6077919A
JPS6077919A JP58185062A JP18506283A JPS6077919A JP S6077919 A JPS6077919 A JP S6077919A JP 58185062 A JP58185062 A JP 58185062A JP 18506283 A JP18506283 A JP 18506283A JP S6077919 A JPS6077919 A JP S6077919A
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JP
Japan
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residual stress
stress
coil
circumferential weld
weld zone
Prior art date
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Pending
Application number
JP58185062A
Other languages
English (en)
Inventor
Kunio Enomoto
榎本 邦夫
Tasuku Shimizu
翼 清水
Shinji Sakata
信二 坂田
Akimasa Koike
小池 晧允
Nobuo Shimizu
暢夫 清水
Tsukasa Ikegami
司 池上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は配管を接続するための円周溶接部または円筒状
容器の円周溶接部の引張シ残留応力の改善法に係り、特
に、溶接部の一方の剛性が高い構造から成る円周溶接部
の残留応力改善法に関する。
〔発明の背景〕
溶接部内外表面には一般にその材料の降伏応力程度の引
張り残留応力が存在する。この引張υ残留応力は機器の
使用条件によって容器あるいは配管の溶接部に疲労破損
、応力腐食等の損傷金与え機器の稼働率低下をもたらす
。沸騰水型原子力発電プラントの一次冷却系配管におい
て80S304ステンレス鋼が使われた配管溶接部に生
じた応力腐食割れはこの代表的事例である。このため、
発電プラントの稼働率の低下を招き問題となった。
この応力腐食割れを防止するために配管溶接部の引残り
残留応力低減方法がS々検討された。その結果、既設の
稼働プジントに対する対策工法として高周波加熱を用い
た応力改善法が開発され、実機に多く適用されている。
これは第1図に示す如く管1a及び1bの環状の円周溶
接部2の外周部に局部加熱用の高周波誘導加熱コイル3
を設けて管1の内面を冷却剤4で冷却しつつ高周波誘導
加熱装置50、ケーブル6により溶接部を急速加熱する
方法である。これによって、溶接部外面は高温、内面は
低温となるような板厚方向に温度差が生ずる。そのだめ
内面は加熱によって引張応力が発生し、温度差を200
C程度にすると引張)降伏が生じて引張りの永久変形が
発生する。加熱処理が終り内外面の温度差が無くなると
加熱によって生じた引張シの永久変形に対応して圧縮応
力が生ずることになる。即ち、加熱処理前に引張応力で
あった管内面の残留応力が軽減される。
しかし、第2図に示す如く円周+8接部の一方が7の如
く他方の1に比して剛性が高い場合には内面の応力改善
は得られない。この例として、第3図(a)及び(b)
のような内表面残留応力分布を有する円筒容器に、第1
図の方式に従って第4図(a)のように加熱コイル2を
取付けで、内面を冷却4しつつ外面を約500Cに急速
加熱処理した結果は第4図(b)に示す如くで引張残留
応力は幾分軽減されているものの大幅なる改善効果は曲
られていない。
すなわち、溶接部の一方7の剛性が他方8に対して商い
場合には従来法では残留応力軽減が達成されない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、浴接部の片方の剛性が他方の剛性よシ
高い円周溶接部の引張シ残留応力を、局部曲げ変形の応
力分布特性を効果的に用いることによって軽減する残留
応力改善法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、第5.6図に示す如く中空円筒の断面に半径
方向に外向きの集中荷重を負荷すると局部的な膨張変形
を起して、これによって、第7図のような局部的な曲げ
応力分布が発生することに着目してなされたものである
。即ち、内面についてみると、l ”/’ l≦2の領
域Aでは圧縮応力が、2<IX/ll≦10の領域Bで
は引張応力が生ずる。荷重を適当に負荷するとAを圧縮
降伏、Bを引張降伏させることができる。なお、図中の
実線は変形分布を、破線は内面応力分布を示す。第8図
はこの様子を模式的に示したものである。■→■→■→
■は負荷によシ圧縮応力を生じ、圧縮降伏■、圧縮塑性
変形■を起し、除荷によシ圧縮応力が減少し、完全除荷
では引張応力■が残留する領域Aの挙動を示す。一方、
■→0→O→0は負荷によシ■→0−0 と引張シ降伏
から引張シ塑性変形を生じ、除荷によって0→0となっ
て完全除荷では圧縮応力が残留する領域Bの挙動を示す
本発明の要点は上記にあり、引張シ残留応力が存在する
円周浴接部と領域Bが一致するようにして上記の負荷を
行なうと、領域Bでは負荷開始時点で■の状態にあるの
で小さな負荷で○となシ、それを除荷すると○となって
、小負荷によって引張り残留応力状態(O)を圧縮残留
応力状態(■)に改善することができる。以下実施例に
よって詳細に説明する。
〔発明の実施例〕
第9図(a)は従来技術で応力改善を十分に達成できな
かった熱交換器の管板と胴体接続部の円周溶接部に本発
明を実施した例である。この例では第5図、第6図にお
ける局部膨張変形付与手段として、円周溶接部2からL
(=0.54V11または2t)離れた位置の胴外周に
加熱コイル3を設けである。ここで、几は胴の直径であ
シ、tは胴の板厚である。コイル3は接続導体6を介し
て尚周波加熱装置に接続されている。この構成にて内面
を静止水、流水、噴水等の冷却剤で冷却するとともに、
高周波電流を3に通ずると胴体3のコイルでカバーされ
ている部分に高jll波誘導電θILが流れ発熱する。
内面は冷却されているために板厚内に温度差を生ずるが
、はぼ平均温展に対応してコイルでカバーされている胴
体部分は膨張変形を起し、コイル端部近傍にて局部曲げ
作用が発生し、前項で述べた効果が得られる。この局部
曲げ作用はコイルの両端のうち浴接部のある側が他端の
それより太きい。コイルでカバーされている胴体の板厚
内平均温度が350Cになるまで加熱した結果、内面の
残留応力分布を第9図(b)に示す。本図と第3図(b
)の比較から、本発明実施により浴接による引張9残留
応力が圧縮残留応力に軽減されていることがわかる。ま
た、第4図(b)との比較から従来例との差も歴然と認
められる。
本発明の有効性が確認されたので、次に、コイルの適正
位置について解析した結果を以下に示す。
第9図(C)は管板端面(高剛性から低剛性への急変部
)とコイル端の間llI%(H,)を長くとった場合の
残留応力分布の一般傾向を示すもので、Hoが長すざる
と管板端面近傍は引張シ残留応力が生じて有害となるこ
とを表している。管板端面を基準に引張応力から圧縮残
留応力になり始めの点H2、逆に、圧縮残留応力から引
張応力にlシ始めの点111、さらに、圧縮残留応力が
−5にりf/閣2以下になシ始める点Hr 、−5kf
f /rran”以上になり始める点H1とじて、これ
らを縦軸に、Hoを横軸にとって第9図(d)に示す。
これよシ■1./丙員・≧1.2では管板端部近傍の応
力改善は得られないことが分る。第9図(d)よりコイ
ルの最適位置は以下のようにして決めることができる。
第9図(C)にて浴接位置をH,とすれば、例えばH,
/Jπ7=0.4とすれば第9図(d)の縦軸に11.
/青=0,4をとってH,−H,とH,〜I−1,0中
点二重丸印に対応するH、/V’πT=0.88となる
ようにコイル位置を設定すればよい。実際のH,とじて
は、+1.7y’πT=0.2〜0.5にとられること
が多く、応力改善効果として−51t7 f /rnt
n 2程度の圧縮残留応力を基準にとると適正コイル位
置はH、、へ4i=0.81〜0.92となる。
本実施例の他の作用として、内面を冷却しながら加熱し
ているためにコイルでカバーされている胴体部分は外面
で高温、内面で低温という板厚内温度差ΔTが生ずる。
ただ単なる膨張変形の場合、この部分は発明の要点の項
で説明したA領域の如く引張残留応力が発生することに
なるが、ΔTのために加熱時に内向が引張降伏を生じて
最終的に圧縮応力が残留するという効果がある。また、
高周波加熱であるために表層部発熱という本質的にΔT
を生じ易い加熱法であることもその効果を助長している
本発明は管板7と胴体8の円周溶接部2の如く剛性が著
しく異なる場合のみでなく、ノズル9と管1の接続部2
に対しても第10図の如くに実施することができる。
また、円周溶接部の左右の剛性の差が少ない場合は第1
1図に示すように加熱コイルの2の存在する側に変形防
止手段を設けることによシ局部曲げ作用を強めることが
できる。この例では着脱自在な拘束具10を連結ビン1
2を用いて取付けて締句ポルト1la−11hによって
菱形を防止している。第12図は変形拘束具f:取外し
た状態を示す。ボルトに代えて油圧シリンダ全役けるこ
ともできる。この拘束具の利点は、11を締付けること
によって、溶接部2の内面に引張シ応力が発生すること
であり、3で加熱することによる局部曲げ作用と重畳し
て、圧縮残留応力に改善する効果が増大させることがで
きる。
以上の実施例では局部的膨張変形付与手段としてすべて
高周波加熱を利用して内面を冷却しているが、冷却金省
いても溶接による引張り残留応力を改善する本発明の本
質的効果は妨げられない。
また、これまでに述べたすべての実施例かられかるよう
に、管または容器の内部に特別な手段を用いなくてもよ
いことから、すでに完成した配管や容器に対してそれを
解体や切断することなく本発明を実施できるところに上
述の実施例の特徴がある。
〔発明の効果〕
本発明によれば溶接部に存在する残留応力が引張り応力
から圧縮応力に改善されるので腐食性環境でしかも静的
あるいは動的な外荷重の作用Fで使用される機器、配管
に対してき¥!発生強朋及びき裂進展強度を増大させる
という効果がもたらされる。そのため応力腐食割れ−や
腐食疲労破損によるトラブルが未然に防止されプラント
の稼働率と信頼性向上に極めて有効でちる。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は従来技術を示すy q+i図、第3
図は第2図の浴接による’A留応力分布を示すための説
明及びその具体的分布図、第4図は第3図に従来技術を
適用する説明図とその結果を示す残留応力分布図、第5
図は本発明の基本概念を説明する図、第6図は第5図の
中央V[面の側面図、第7図は第5図の管内面の管の長
手方向における応力分布の模式図、第8図は本発明の詳
細な説明する応力と変形挙動図、第9図は木兄ψ」の実
施例と効果を示す図、第10図は他の応用例、第11図
は変形例を示す図、第12図は第11図の変形拘束具を
直間する詳細1釦それぞれ円くす。 1・・・管、2・・・円周溶接部、3・・・高周波加熱
コイル、4・・・Q加削、5・・・篩周波加熱武1μ、
7・・・管板、8・・・胴体、9・・・ノズル、10・
・・拘束具、11・・・ポル第1霞 箭 4 霞(b) IH,S工用4肉’fnf%fjp力介布(TyPe−
5)竹 50 づ 柄 3 囚 第 9 に仏) 甜司内面残省fも力勿別φ ¥ 1) 口 5 躬 12 [D

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、周溶接部から軸方向に離れた部位を局部的膨張また
    は収縮させて直径が増加または減少するように塑性加工
    を施すことを特徴とする周溶接部の残留応力改善法。 2、周溶接部の変形を防止するための手段を設けた後、
    周溶接部から軸方向に離れた部位を局部的膨張または収
    縮させて阻径が増加または減少するように塑性加工を施
    すことを特徴とする周溶接部の残留応力改善法。
JP58185062A 1983-10-05 1983-10-05 周溶接部の残留応力改善法 Pending JPS6077919A (ja)

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JP58185062A JPS6077919A (ja) 1983-10-05 1983-10-05 周溶接部の残留応力改善法
US07/015,624 US4772336A (en) 1983-10-05 1987-02-17 Method of improving residual stress in circumferential weld zone

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US4772336A (en) 1988-09-20

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