JP2001138080A - レーザクラッド溶接法 - Google Patents

レーザクラッド溶接法

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JP2001138080A
JP2001138080A JP32388799A JP32388799A JP2001138080A JP 2001138080 A JP2001138080 A JP 2001138080A JP 32388799 A JP32388799 A JP 32388799A JP 32388799 A JP32388799 A JP 32388799A JP 2001138080 A JP2001138080 A JP 2001138080A
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Japan
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laser clad
welding
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laser
boundary
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JP32388799A
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English (en)
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Tetsuo Yamashita
鐵生 山下
Masayuki Mukai
正行 向井
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 配管内面の応力腐食割れを確実に防いで内部
流体の漏洩を防止することができるレーザクラッド溶接
法を提供する。 【解決手段】 配管を同配管の外側より他の構造物と溶
接結合する継ぎ手構造、或いは配管同士を溶接結合する
継ぎ手構造において、前記溶接により発生している溶接
部配管内面の高残留応力部を表面改質するためにレーザ
クラッド溶接をする場合、レーザクラッド溶接後に、母
材とレーザクラッド溶接部との境界部近傍のレーザクラ
ッド溶接部側を任意巾で加熱して冷却することにより、
レーザクラッド溶接によって前記境界部の母材側に新た
に発生する高引張り残留応力を低下させる。或いは、加
熱する代わりに、再溶融する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はレーザクラッド溶接
法に関し、具体的には配管内面の表面改質部においてレ
ーザクラッド溶接を行う場合の方法に関する。
【0002】
【従来の技術】原子力関連のプラント或いは各種エネル
ギ関連のプラントには配管が用いられる場合が多く、そ
の接続としては、配管が同配管の外側より別の構造物と
溶接結合される場合、或いは配管同士が溶接結合される
場合などが多い。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、配管と
別の構造物との溶接部内面或いは配管同士の溶接部内面
には溶接後に非常に高い引っ張りの残留応力が発生する
ため、運転時において、これが基で、応力腐食割れの感
受性の高い材料等においては配管内面に応力腐食割れが
発生し、内部流体の漏洩事故につながることも考えられ
る。
【0004】従って本発明は上記の問題点に鑑み、配管
内面の応力腐食割れを確実に防いで内部流体の漏洩を防
止することができるレーザクラッド溶接法を提供するこ
とを課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する第1
発明のレーザクラッド溶接法は、配管を同配管の外側よ
り別の構造物と溶接結合する継ぎ手構造、或いは配管同
士を溶接結合する継ぎ手構造において、前記溶接により
発生している溶接部配管内面の高残留応力部を表面改質
するためにレーザクラッド溶接をする場合、レーザクラ
ッド溶接後に、母材とレーザクラッド溶接部との境界部
近傍のレーザクラッド溶接部側を任意巾で加熱して冷却
することにより、レーザクラッド溶接によって前記境界
部の母材側に新たに発生する高引張り残留応力を低下さ
せることを特徴とする。
【0006】また、第2発明のレーザクラッド溶接法
は、第2発明のレーザクラッド溶接法において、加熱す
る代わりに、再溶融することを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づき詳細に説明する。
【0008】図1は本発明の実施の形態に係るレーザク
ラッド溶接法を用いた貫通配管溶接部の継ぎ手構造を示
す断面図である。同図において、1は原子炉容器5の下
鏡板、2は容器下鏡板1に開けられた貫通穴であり、こ
の貫通穴2に容器貫通配管3を通して、両者を溶接部4
において溶接結合している。
【0009】溶接部4における貫通配管3の内面には、
溶接部4の上方から下方までの広い範囲でレーザクラッ
ド溶接部9が貫通配管3の周方向全体に施工されてい
る。このレーザクラッド溶接部9は、レーザクラッドの
板厚分の板厚を持つ内筒を貫通配管3の上部より挿入
し、下方より、この内筒をレーザで溶融させていくこと
によって完成させる。従って、レーザクラッド用の内筒
を挿入する前には、貫通配管3の内径は内筒の外径に合
致するように加工されている。
【0010】そして、レーザクラッド溶接後には、レー
ザクラッド溶接部9の両端部7において、レーザクラッ
ド溶接部9と母材である貫通配管3との両境界部8より
少しクラッド中心側へ入った任意巾の部分(加熱部1
0)を、レーザなどの加熱手段で加熱して冷却してい
る。
【0011】なお、貫通配管3の内部及び原子炉容器5
の内部には流体6が存在するが、溶接部4における貫通
配管3と下鏡板1との溶接接合により、この内部流体6
が外部に漏洩しないよう機密性を保持している。
【0012】次に本実施の形態の作用・効果について説
明する。
【0013】図2に示すような容器下鏡板1と貫通配管
3との継ぎ手構造においては、溶接部4における両者の
溶接結合によって、図3に示すように溶接後の残留応力
12が生じ、高引っ張り残留応力13が発生している。
貫通配管3の内部には流体6が通っており、もし配管材
料が応力腐食割れの感受性の高い場合には、残留応力が
材料の応力腐食割れ(SCC)レベル17を超え、運転
中において、この高残留応力部分より応力腐食割れ11
が発生し、内部流体6が外部へ漏洩する事故につながる
ことも考えられる。
【0014】そこで、このような事故の予防保全策とし
て、或いは極小の応力腐食割れが発生した場合の対策と
して、図1に示すように溶接部4の配管内面にレーザク
ラッド溶接部9を施して表面改質をする方法が採られ
る。但し、レーザクラッド溶接を行ったとしても、図4
に示すように新たにレーザクラッド溶接部9の残留応力
18には高引っ張り残留応力15が発生するため、レー
ザクラッド溶接部9には高引っ張り残留応力でも応力腐
食割れを起こさない材質の材料が用いられる。
【0015】しかしながら、図4に示すようにレーザク
ラッド溶接後の引っ張り残留応力15は、レーザクラッ
ド溶接部9で高く、レーザクラッド溶接部9と母材との
境界部8付近においても高くなるため、この部分の母材
部からの応力腐食割れが新たに問題となる。
【0016】従って、この境界部付近の高残留応力を抑
えるために、レーザクラッド溶接後において、境界部近
傍のレーザクラッド溶接部側をある任意巾で加熱して冷
却する(加熱部10)。その結果、図4に示すように境
界部8におけるレーザクラッド溶接後の高引っ張り残留
応力15を、加熱後の残留応力16のように母材のSC
Cレベル17以下に低下させることができる。
【0017】これは、境界部近傍のレーザクラッド溶接
部側を加熱して冷却することにより生ずる残留応力特性
で、圧縮残留応力域が発生する部分を、境界部付近の高
残留応力部に対応させることによって残留応力を低下さ
せるものである。境界部近傍のレーザクラッド溶接部側
を加熱して冷却した場合の残留応力は、図5(b)に示
す配管19同士の溶接後の残留応力14のように、内面
の加熱域で引っ張り残留応力が生じ、その両端部で圧縮
残留応力が生じるような残留応力分布となる。このた
め、上記のように圧縮残留応力域が発生する部分を境界
部付近の高残留応力部に対応させることによって残留応
力を低下させることができる。そして、残留応力を低下
させることにより、境界部8の母材側からの応力腐食割
れの発生を予防することができる。
【0018】なお、レーザクラッド溶接部9の溶接後の
板厚は現時点では大体2mm程度であり、溶接前に、予
め配管内面の円周方向に削った部分に、応力腐食割れを
起こさない、母材と異種材料のスリーブを差し込み、こ
のスリーブをレーザにより溶かしていく方法によってレ
ーザクラッド溶接部9を施工している。現時点で、この
スリーブの板厚は大体1.5mmである。
【0019】また、別の構造として、図5(b)に示す
ように、配管19同士を溶接結合した溶接部20の内面
において、溶接後の残留応力14には高引っ張り残留応
力21が生じる。この場合も、配管材料が応力腐食割れ
の感受性の高い場合には、残留応力が材料のSCCレベ
ル24を超え、溶接部20において応力腐食割れ22が
発生しやすくなるため、図1と同様に、図5(a)に示
すように溶接部20の内面に応力腐食割れの感受性の低
い材料を用いてレーザクラッド溶接部23を施す。
【0020】しかしながら、図5(a)に示すように、
この場合もレーザクラッド溶接後の残留応力25は、レ
ーザクラッド内で高く、また、レーザクラッド溶接部2
3と母材との境界部27でも高くなるため、この部分の
母材側で新たに応力腐食割れ発生の懸念が生じてくる。
【0021】従って、この場合も、レーザクラッド溶接
部23と母材との境界部27よりクラッド中心側へ少し
入った任意巾の部分(加熱部30)を、レーザなどの加
熱手段で加熱26して冷却することにより、図5(a)
に示すように境界部27におけるレーザクラッド溶接後
の高残留応力25を、加熱後の残留応力28のようにS
CCレベル24以下に低下さることによって、境界部2
7の母材側における応力腐食割れの発生を予防すること
ができる。
【0022】なお、境界部近傍のレーザクラッド溶接部
側を任意巾で加熱して冷却する場合の加熱温度はできる
だけ高いほうが残留応力低減の効果は大きく、或いは、
加熱する代わりにレーザクラッド溶接部をレーザなどの
加熱溶融手段で再溶融させる方法も更に残留応力低減の
効果がある。即ち、加熱(例えば800℃)の場合と同
様、再溶融(1400℃以上)の場合にも圧縮残留応力
が生じるが、このレベルが加熱時よりも大きくなるため
である。また、冷却は自然冷却でも差し支えない。
【0023】また、クラッド部を加熱する方法と再溶融
する方法とを比較した場合、後者には上記のように前者
よりも残留応力低減の効果が大きいというメリットがあ
る一方、前者には後者よりも作業が簡単であるというメ
リットがある。
【0024】
【発明の効果】以上、発明の実施の形態と共に具体的に
説明したように、第1発明のレーザクラッド溶接法は、
配管を同配管の外側より別の構造物と溶接結合する継ぎ
手構造、或いは配管同士を溶接結合する継ぎ手構造にお
いて、前記溶接により発生している溶接部配管内面の高
残留応力部を表面改質するためにレーザクラッド溶接を
する場合、レーザクラッド溶接後に、母材とレーザクラ
ッド溶接部との境界部近傍のレーザクラッド溶接部側を
任意巾で加熱して冷却することにより、レーザクラッド
溶接によって前記境界部の母材側に新たに発生する高引
張り残留応力を低下させることを特徴とする。
【0025】従って、この第1発明のレーザクラッド溶
接法によれば、レーザクラッド溶接後に、母材とレーザ
クラッド溶接部との境界部近傍のレーザクラッド溶接部
側を任意巾で加熱して冷却することにより、レーザクラ
ッド溶接によって境界部の母材側に新たに発生する高引
張り残留応力を低下させるため、境界部の母材側からの
応力腐食割れの発生を予防することができる。また、第
2発明のように再溶融する方法に比べて、作業が簡単で
ある。
【0026】また、第2発明のレーザクラッド溶接法
は、第2発明のレーザクラッド溶接法において、加熱す
る代わりに、再溶融することを特徴とする。
【0027】従って、この第2発明のレーザクラッド溶
接法によれば、レーザクラッド溶接後に、母材とレーザ
クラッド溶接部との境界部近傍のレーザクラッド溶接部
側を任意巾で再溶融して冷却することにより、レーザク
ラッド溶接によって境界部の母材側に新たに発生する高
引張り残留応力を低下させるため、境界部の母材側から
の応力腐食割れの発生を予防することができる。また、
第1発明のように加熱する方法に比べて残留応力低減の
効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るレーザクラッド溶接
法を用いた貫通配管溶接部の継ぎ手構造を示す断面図で
ある。
【図2】(a)はレーザクラッド溶接部を施さない状態
の貫通配管溶接部の継ぎ手構造を示す断面図、(b)は
(a)のA部拡大図である。
【図3】前記継ぎ手構造における溶接後の残留応力を示
す説明図である。
【図4】前記継ぎ手構造におけるレーザクラッド溶接後
の残留応力と加熱後の残留応力とを示す説明図である。
【図5】(a)は配管同士を溶接結合する継ぎ手構造に
おけるレーザクラッド溶接後の残留応力と加熱後の残留
応力とを示す説明図、(b)は前記継ぎ手構造における
溶接後の残留応力を示す説明図である。
【符号の説明】
1 容器下鏡板 2 貫通穴 3 貫通配管 4 溶接部 5 原子炉容器 6 内部流体 7 レーザクラッド溶接部の端部 8 レーザクラッド溶接部と母材との境界部 9 レーザクラッド溶接部 10 加熱部 19 配管 20 溶接部 23 レーザクラッド溶接部 26 加熱 27 レーザクラッド溶接部と母材との境界部 30 加熱部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) B23K 31/00 G21D 1/00 X

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配管を同配管の外側より別の構造物と溶
    接結合する継ぎ手構造、或いは配管同士を溶接結合する
    継ぎ手構造において、前記溶接により発生している溶接
    部配管内面の高残留応力部を表面改質するためにレーザ
    クラッド溶接をする場合、レーザクラッド溶接後に、母
    材とレーザクラッド溶接部との境界部近傍のレーザクラ
    ッド溶接部側を任意巾で加熱して冷却することにより、
    レーザクラッド溶接によって前記境界部の母材側に新た
    に発生する高引張り残留応力を低下させることを特徴と
    するレーザクラッド溶接法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載するレーザクラッド溶接
    法において、 加熱する代わりに、再溶融することを特徴とするレーザ
    クラッド溶接法。
JP32388799A 1999-11-15 1999-11-15 レーザクラッド溶接法 Withdrawn JP2001138080A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104511723A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 江苏永年重型机械有限公司 反应堆主管道制造方法
US10731597B2 (en) 2018-05-08 2020-08-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Cylinder head for internal combustion engine

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Effective date: 20070206