JPS63160785A - 二重金属管等の残留応力改善方法 - 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、二重金属管の残留応力改善方法に係わり、特
に母管の内面と内管の溶接継手近傍の残留応力改善方法
に関するものである。

「従来の技術」 一般に、金属材料、例えば原子力や化学プラント等に多
用されているオーステナイ！・系ステンレス鋼等におい
ては、引っ張り応力と腐食因子とが」（存する場合に、
腐食割れが急速に進行することが知られている。

従来、オーステナイト系ステンレスａ管の残留応力を改
公する場合、鋼管の中に冷却水を挿通さ仕ながら、鋼管
を誘導加熱して、母管壁の内外面に降伏点以上の熱応力
が生じる温度差を与えて、鋼管の継ぎ目等の溶接部付近
の内面に、゛残留圧縮応力を発生させた状態とする応力
改許方法が考えられている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、このような方法は、オ・−ステナイト系
ステンレス鋼管が直管等の単純な形状である場合には適
用可能であるが、母管の内面に内管（例えばザーマルス
リーブ）の基部を溶接してなヘニ重金属管であると、母
管の板厚と内管の溶接継手とを合わＵｏた厚さ寸法が、
母管自身゛の厚さ寸法より著しく大きくなるため、前述
したように母管を誘導加熱した場合に、母管壁の温度分
布が不均一になる現象や、温度差によって発生する応力
の大きさや向きが、目的とする値から外れる現象が発生
ずると考えられる。

また、内管における溶接継手の近傍には、溶接熱によっ
て組織の一部が鋭敏化した状態となっていると考えられ
るので、前述した母管への残留応力改善方法を、内管の
溶接継手の近傍で行なった場合に、内管の溶接継手に対
して悪影響を与えてしまうおそれらある。

本発明は、このような従来技術の問題点を解決すること
を目的とするものであり、内管の溶接継手に対して直接
的に圧縮残留応力を付与するものである。

「問題点を解決するための手段」 本発明における二重金属管等の残留応力改善方法は、二
重金属管における母管の内面に取り付けた内管の溶接継
手近傍の残留応力を改善する方法であって、前記溶接継
手近傍の外側に位置している母管壁に拘束リングを外嵌
し、該拘束リングの内周寸法を狭めることにより、母管
壁の直径を縮小さ仕るととらに、溶接継手近傍に降伏点
を越える引っ張り応力を付与・した後、拘束リングを拡
径して除去ずろようにしている゛らのである。

「作用　」 拘束リングの寸法を狭めることによって、内管における
溶接継手近傍の母管壁の直温を縮小さけると、縮小箇所
が内方に突出ずろことによって、溶接継手の近傍に曲げ
モーメントが作用し、このため、内管の内面に引っ張り
応力が生じる。引っ張り応力が降伏点を越えるように設
定して、この箇所に部分的な塑性変形を生じさせた後、
拘束リングを拡径して拘束状態を解放すると、塑性変形
に対応して、溶接継手の近傍に圧縮応力を付与する等の
応力改心状態とすることができる。

「実施例」 以下、本発明に係る二重金回管等の残留応力改善方法の
一実施例を図面に基づいて説明する。

該−実施例にあっては、第１図に示すように、二重金属
管が、原子炉圧力容器ｌにおけるノズル２とセイフェン
ド３とを含む母管４の内部に、内管（サーマルスリーブ
）５が設けられるとともに、母管４と内管５との間に筒
状中空部６が形成されたものとされているとともに、母
管４の内面と内管５の基部との間が、溶接継手７によっ
て取り付けられており、また、母管４は突き合わせ溶接
部８によって長さ方向に連結されているも■造であり、
さらに、この二重金属管は、オーステナイト系ステンレ
スｗ４（ＳＵＳ３０４）によって構成されているしのと
する。

そして、残留応力改善方法の実施には、第１図ないし第
３図に示すように、前記溶接継手７の外側に位置してい
る母管壁に外嵌されろ拘束リング９が使用される。

［拘束リングの詳細構造］ 前記拘束リング９は、第１図ないし第３図に示すように
、母管４を囲むように取り付けられるとともに、母管４
の長さ方向と円周方向にそれぞれ２分割されているリン
グ本体１０と、該リング本体１０の間隔を調整化するた
めのボルト・ナツト等からなる母管長さ方向の締結具１
１及び円周方向の締結具１２と、リング本体ｌＯの内面
に形成されているテーパ部！３と、母管４とリング本体
１０との間に介在さけられるリング状のくさび！４と、
該くさび１４の内面に一体に貼付されている滑り止めの
ためのゴムパツキン１５とを備えてなる構造である。

［残留応力改善］二程例］ 以下、溶接継手７の残留応力を改善する工程例について
説明する。

く初期状態における溶接継手〉 母管４と内管５との溶゛接継手７を形成する際の溶接熱
影響等によって、第４図にＡ点及びＢ点で示す箇所に、
残留応力が発生していたとするとともに、該残留応力は
、Ａ点が引っ張り、１３点が圧縮であるとする。なお、
二重金属管の用途を考慮した場合、内管５の中を温度変
化の激しい流体が挿通ずることがあり、Ａ点の近傍に引
っ張り残留応力が発生していると、前述した応力腐食割
れ等の原因となり得るので、この部分の残留応力改善を
特に注意して行なうものとして説明する。

く溶接継手近傍の縮径〉 第５図に示すように、溶接継手７の中心から寸法したけ
離間した箇所を中心として、拘束リング９による縮ｆ％
を実施する。即ち、溶接継手７の中心から寸法りだけ内
管５と反対側にずれている母管４の外表面に、拘束リン
グ９を取り付け、両締結具！１・１２によつてリング本
体１０の母管長さ方向及び円周方向の間隔を調整すると
ともに、母管長さ、方向の締結具１Ｎによってリング本
体！０とくさび１４との係合を深くして、拘束リング９
の内周寸法を狭めることにより、第５図に矢印で示すよ
うに、母管壁を内方に向けて押圧する。

このような内方への抑圧によって、母管壁の直径を縮小
させると、内管５の基部である溶接継手７の部分も内方
に突出した状態となり、当初の形状を維持しようとする
内管５の他の部分との間で、曲げモーメントＭが生じ、
Ａ点には引っ張り力に基づく歪み発生する。

第６図によって説明すると、当初（残留応力改善処理前
）において、Ａ点には許容範囲を越える（前述した応力
腐食割れ等が発生ずるしきい値Ｃより大きい）引っ張り
の残留応力ＡＩが発生していたとすると、第５図に示す
ような溶接継手近傍の変形によって、Ａ点には降伏点を
越えた応力が再び作用することになるので、応力の上昇
が少なく引っ張り方向の歪みが著しくなる曲げ変形によ
って、矢印で示すようにＡＩからΔｊに至る歪み（上と
して塑性変形）が生じることになる。なお、１象点には
、Ａ点と対称的に圧縮の残留戯゛力Ｄｉが発生していた
とすると、同様に矢印で示すように、１目から口ｊに至
る歪みが生じることになる。

く溶接継手近傍の径の復帰〉 次いで、拘束リング９を拡径して除去することにより、
母管壁を解放すると、Ｉｒｋ管壁は樺性変形によって当
初の状態に戻り、また、内管５におけろ溶接継手近傍も
当初の状態に戻ろうとする。つま、す、第６図において
、弾性変形によって、Ａ点はΔｊからＡＣの状態に、０
点はＢｊからＢｒの状態、に変化する。

く残留応力改善状態〉 これらの現象によって、残留応力を改善する目的の部分
、つまり、内管５における溶接継手７の近傍（Ａ点近傍
等）に、当初の状態において、降伏点を越えるような引
っ張りの残留応力が発生していた場合でも、第６図にＡ
ｔで示すように、圧縮応力を付与した数倍処理を行なう
ことができるものである。

なお、０点にはＢ「の応力が付与されるが、しきい値Ｃ
よりも小さく、かつ、温度変化の大きい流体は、Ａ点が
存在している内管５の内部を流れるので、特に問題を生
じることがない。

したがって、内管５における溶接継手７においては、単
純にＡ八個に圧縮応力を付与するということではなく、
０点における応力も配慮して、企裕を持たせた残留応力
改善処理を行なうことが望ましい。

このように、第５図に矢印で示すような機械的負荷の外
荷重（Ｆ）と、寸法（Ｌ）だけ離間さけた荷重点の位置
とを母管４の材料構成や各部の寸法によって調整ずろこ
とにより、Ａ−０点は、残留応力改善処理の状態が引っ
張り応力場あるいは圧縮応力場にあっても、応力腐食割
１れ発生のしきい値以下の応力場に４′ることが可能と
なり、応力腐食割れ発生の懸念が回避できる。

一方、第７図は、拘束リング９の他の実施例を示すもの
で、母管４の長さ方向と円周方向にそれぞれ２分割され
ているリング本体！０が、一体構造のくさび部材１６と
組み合わせされた状態で、母管長さ方向の間隔を！Ｌｖ
整するための締結ｆ４１１によって、係合されていると
とらに、円周方向の間隔を調整する締結具１２が、くさ
び部材１６の方に取り付けられた構造であり、両締結具
！ｌ・Ｉ２の調整によって、母管壁を押圧または押圧解
除するものである。

［他の実施態様］ なお、母管の内面に対して、前述した圧縮残留応を付与
する等の残留応力改善処理を実施する場合、内管におけ
る溶接継手の近傍の改停処理は、母管内面の改み処理と
独立させて任意の時期に実施可能であり、例えば、後工
程で実施される。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る二重金属管等の残留
応力数倍方法は、溶接継手近傍の外側に位置している母
管壁に拘束リングを外嵌し、該拘束リングの内周寸法を
狭めることにより、母管壁の直径を縮小させるとともに
、溶接継手近傍に降伏点を越える引っ張り応力を付与し
た後、拘束リングを拡径して除去するようにしているも
のであるから、次のような優れた効果を奏する。

■母管の外表面に拘束リングを外嵌して、機械力によっ
て母管壁の一部の直径を縮小させるため、二重金属管の
状態に左右されることなく、任意時に残留応力改み処理
を行なうことができる。

■」二足により、母管内面に対する残留応力数倍処理と
独立させて実施でき、かつ、その改善処理によって内管
における溶接継手近傍に悪影響が生じた場合でも、悪影
響のあった部分を集中的に改善できる。

■拘束リングの取り付は位置を変えて、溶接継手近傍に
付りする応力の方向を設定することにより、内管におけ
る基部の内外両面の残留応力を適宜範囲にすることがで
きろ６

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る二重金属管等の残留応力改房方法
を原子炉圧力容器におけるノズル部分に適用した場合の
一実施例を示す縦断面図、第２図は第１図の鎖線■部分
の拡大図、第３図は第２図の１■−■１線矢視図、第４
図は残留応力改！）前の溶接継手近傍の状態を示す要部
の縦断面ズ、第５図は拘束リングによって母管壁を押圧
している状態を示す要部の縦断面図、第６図は溶接継手
近傍（：Ｊ発生ずる応力と歪みとの関係を示す曲線図、
第７図は拘束リングの池の例を示す縦断面図である。 ｌ・・・・・・ｂ；（子炉圧力容器、 ２・・・・・・ノズル、 ３・・・・・・セーフエンド、 ４・・・・・・母管、 ５、・・・・・・内管（サーマルスリーブ）、６・・・
・・・筒状中空部、 ７・・・・・・溶接継手、 ８・・・・・・突き合わせ溶接部、 ゛　９・・・・・・拘束リング、 １０・・・・・・リング本体、 Ｉ１・・・・・・締結具、 Ｉ２・・・・・・締結具、 １３・・・・・・テーバ部、 １４・・・・・・くさび、 １５・・・・・・ゴムパツキン、 １６・・・・・・くさび部材。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社 第１図 第２図 第３図 第４図　　　第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二重金属管における母管の内面に取り付けた内管の溶接
   継手近傍の残留応力を改善する方法であって、前記溶接
   継手近傍の外側に位置している母管壁に拘束リングを外
   嵌し、該拘束リングの内周寸法を狭めることにより、母
   管壁の直径を縮小させるとともに、溶接継手近傍に降伏
   点を越える引っ張り応力を付与した後、拘束リングを拡
   径して除去することを特徴とする二重金属管等の残留応
   力改善方法。