JP2001138086A - 配管内面等の溶接部内面構造とその溶接部内面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接部の機械加工表面の残留応力を低減させ
ることにより応力腐食割れの恐れを防止し、圧縮応力へ
移行させる発明。 【解決手段】 前記溶接後に前記溶接部内面を複数段階
で加工仕上げ処理を行い、溶接時及び前段階の機械加工
処理で発生した引張残留応力を後段階の加工処理にて、
圧縮応力状態に移行させることを特徴とし、具体的には
前記前段階の機械加工処理がバイトを用いる切削機械加
工であり、後段階の加工処理がグラインダ研削若しくは
バフ研磨等の研削若しくは研磨処理である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は配管継手溶接部、管
と管台部或いは配管とノズル部の継手溶接部、更に溶接
継手構造部における溶接部内面構造とその溶接部内面の
処理方法に係り、特に溶接後の配管内面等を機械加工仕
上げを行う溶接部内面構造とその溶接部内面処理方法に
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
ギ関連のプラント等には、配管が用いられる場合が多
く、その接続は溶接により結合される場合が多い。例え
ば図２に示すように、配管溶接継手としてＳＵＳ管同士
の溶接にインコネル６００材（クロム１６％,鉄７％を
含むニッケル系合金の商標名で、水溶液による腐食や高
温での酸化に対し強いのが特徴であるが、一方では応力
腐食割れの感受性が高い。）等の溶接材料を用いている
場合がある。

【０００３】このようなインコネル６００材で溶接した
部分の、内面仕上げとして切削機械加工を実施している
場合が多いが、このように溶接後の溶接部内面には溶接
後に初期引張残留応力が発生しており、また前記機械加
工により更に残留応力が高くなることにより、機械加工
面に応力腐食割れが発生し、内部流体の漏洩事故につな
がる懸念がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】例えば図２に示すよう
な配管１と配管１の溶接部２による継手構造において
は、図３に示すように、溶接部２の内面３において溶接
完了後の初期残留応力８に加えて切削機械加工後の残留
応力９が、更に重畳されて、非常に高い引張り残留応力
が発生している。配管内部には、内部流体６が通ってお
り、もし溶接材料が応力腐食割れの感受性の高い、例え
ばインコネル６００材を使用するような場合は、内部流
体等の温度高や繰り返し応力等の環境条件と重なって、
運転中において、この高引張残留応力部分より応力腐食
割れ１０が発生し、内部流体６が外部へ漏洩する事故に
つながる恐れがある。

【０００５】次にこの溶接後の切削機械加工による引張
残留応力の重畳理由を図４及び図５に従って簡単に説明
するに、配管１内面３の溶接部２の切削機械加工は図４
に示すようにバイト１１を配管周方向に回転１２させ
て、配管軸方向１４に送りながら加工していく。しかし
ながらこのバイトのすくい角θ１３により切削機械加工
後の残留応力９は図５に示すように大きく変化する。

【０００６】現在、原子力配管の機械加工に用いられて
いるバイトのすくい角θ１３は意外と大きく、その為に
機械加工後の残留応力９も図５に示すようにこれに比例
して大きくなる。従がって、図３に示すように、配管溶
接部２内面の溶接後の初期残留応力８は、機械加工後に
おいて更に引張残留応力が高くなり、その引張残留応力
は、溶接完了後の初期残留応力８に加えて切削機械加工
後の残留応力９が、更に重畳して、非常に高い引張り残
留応力９が発生していることが予想され、応力腐食割れ
の恐れを作り出し、大きな課題となっていた。

【０００７】本発明の目的は、かかる従来技術の課題に
鑑み、配管と配管の継ぎ手溶接部、配管と管台部或いは
配管とノズル部の継手溶接部、更に溶接継手構造部で、
内面溶接部を切削機械加工によって仕上げる場合、溶接
部の機械加工表面の残留応力を低減させることにより応
力腐食割れの恐れを防止し、好ましくは圧縮応力へ移行
させることができる溶接部内面構造とその溶接部内面の
処理方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明はかかる課題を解
決するために、溶接後の配管内面等を機械加工仕上げを
行う溶接部内面の処理方法において、前記溶接後に前記
溶接部内面を複数段階で加工仕上げ処理を行い、溶接時
及び前段階の機械加工処理で発生した引張残留応力を後
段階の加工処理にて、圧縮応力状態に移行させることを
特徴とし、具体的には前記前段階の機械加工処理がバイ
トを用いる切削機械加工であり、後段階の加工処理がグ
ラインダ研削若しくはバフ研磨等の研削若しくは研磨処
理である事が好ましいが、後段階の加工処理はエッチン
グ処理等の化学的処理でも良い。

【０００９】請求項１記載の発明は、かかる溶接後の配
管内面等を機械加工仕上げを行う溶接部内面構造に関す
るもので、前記溶接部内面の溶接後に行われる複数種の
加工仕上げ処理により、引張残留応力から圧縮応力状態
に移行されていることを特徴とする。そして本発明の場
合、請求項２に記載のように、前記溶接部の溶接材が、
応力腐食割れの感受性が高いクロム、鉄を含むニッケル
系合金からなる溶接材に特に有効である。

【００１０】従って本発明によれば、配管と配管の溶接
継手構造において、内面溶接部を機械加工によって仕上
げる場合、バイトによる切削機械加工により生じた引張
残留応力の増大をグラインダ処理やバフ仕上げ処理を前
記切削機械加工の加工表面に行うことによって溶接部切
削機械加工表面の引張り残留応力を圧縮応力へ移行させ
ることができ、これにより応力腐食割れの感受性が高い
クロム、鉄を含むニッケル系合金からなる溶接材、例え
ば前記インコネル６００材を用いた場合でも応力腐食割
れを防止できる。なお、本発明は、配管と管台部或いは
配管とノズル部の継手溶接部等で、溶接継手構造部で切
削機械加工仕上げを行っている場合に特に有効である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定
的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。図１は本発
明の実施形態にかかる機械処理を施した配管溶接継手の
断面要部構成で、特に原子力配管機器に用いられる溶接
継手構造で、溶接継手部内面においては溶接後の配管内
面仕上げで機械加工が行われている一例を示す。

【００１２】図１において、１はＳＵＳ管からなる左右
の配管、２は左右の配管１同士をインコネル６００材に
て突き合わせ溶接した溶接部を示す。配管溶接継手とし
てこの突き合わせ溶接後は、溶接部内面３を仕上げる
為、切削機械加工４を実施する。この切削機械加工４
は、通常は図４に示すように、バイト１１による切削機
械加工で粗加工の後仕上げ加工を実施する。しかしなが
ら前記したバイト１１による切削機械加工では、前記従
来技術の項で記載したように、溶接部内面３において切
削機械加工完了後に非常に高い溶接後の初期残留応力８
が発生している(図３参照)。一方原子力配管内部には、
内部流体６が流通して使用するものであるために、溶接
材料に応力腐食割れの感受性の高い、例えばインコネル
６００材を使用するような場合は、内部流体等の温度
高、繰り返し応力等の環境条件と重なって、運転中にお
いて、この高引張残留応力部分より応力腐食割れ１０が
発生し、内部流体６が外部へ漏洩する事故につながるお
それがある。そこでこの様な事故防止策として前記した
切削機械加工の後に、該機械加工された表面４をグライ
ンダ処理５して仕上げる。尚、グラインダ加工処理の代
わりにバフ仕上げ処理を行っても良い。

【００１３】以下本実施例を具体的に説明する。配管１
内面の溶接部２の切削機械加工は図４に示すようにバイ
ト１１を配管周方向に回転１２させて、配管軸方向１４
に送りながら加工していく。しかしながらこのバイト１
１のすくい角θ１３により切削機械加工後の残留応力９
は図５に示すように大きく変化する。現在、原子力配管
の場合において、機械加工に用いられているバイト１１
のすくい角θ１３は意外と大きく、その為に切削機械加
工後の残留応力９も大きくなる。従がって、配管溶接部
内面３の溶接後の初期残留応力８は、機械加工後におい
て更に高くなり、図３の切削機械加工後の残留応力９の
ようになることが予想され、応力腐食割れにとっては好
ましくない。

【００１４】そこで、この切削機械加工後において、そ
の加工表面をグラインダ処理することによって残留応力
を低下させる事が出来る。図６にその実験結果を示す。
図６は、平板に２ミリの祖切削機械加工を実施した比較
例１，２と、その後グラインダ（６０番）処理した場合
の実施例１、及び平板に２ミリの祖切削機械加工後、
０．１ミリの仕上げ加工を実施した比較例３，４と、そ
の後グラインダ（６０番）処理した場合の実施例２を示
すが、０．１ミリの仕上げ加工を実施した比較例３，４
においても高引張残留応力が生じているが、グラインダ
（６０番）処理した場合の実施例１、２はいずれも圧縮
応力へ移行している。また、溶接後の残留応力としての
初期残留応力１５を考慮し、この上に機械加工を行った
場合の残留応力、そしてその後にグラインダ処理（６０
番）を実施した場合の実験結果を図７に示す。本図より
明らかなように、機械加工後１６の引張り残留応力△は
初期残留応力○１５より大きくなり、そのごのグライン
ダ処理□１７にて圧縮応力へと変化した事が理解でき
る。

【００１５】尚、切削機械加工後の残留応力を取り除く
表面処理方法としてバフ仕上げ加工を実施した場合も同
様の効果を得ることが出来る。即ち溶接部機械加工面の
バフ仕上げを行うことにより、機械加工により発生して
いる高残留応力は、全て圧縮応力域へ変化し、応力腐食
割れの発生を予防できる。

【００１６】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、配管
と配管の継ぎ手溶接部、配管と管台部或いは配管とノズ
ル部の継手溶接部、更に溶接継手構造部で、内面溶接部
を切削機械加工によって仕上げる場合、溶接部の機械加
工表面の残留応力を低減させることにより応力腐食割れ
の恐れを防止し、圧縮応力へ移行させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態にかかる配管溶接継手の断
面要部構成図である。

【図２】 従来技術にかかる配管溶接継手の断面要部構
成図である。

【図３】 図２の溶接部における残留応力分布図であ
る。

【図４】 溶接部における切削機械加工の状態を示す断
面拡大図である

【図５】 図４の機械加工におけるバイトすくい角と残
留応力との関係を示す。

【図６】 従来技術と本発明の実施例における引張り残
留応力と圧縮残留応力との関係を示す。

【図７】 溶接後、切削機械加工後、グラインダ処理
後、夫々の残留応力の変化状況を示す。

【符号の説明】

１ 左右の配管 ２ 溶接材（インコネル６００材）にて溶接した溶接
部 ３ 溶接部内面 ４ 切削機械加工 ５ グラインダ加工処理

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接後の配管内面等を機械加工仕上げを
   行う溶接部内面構造において、 前記溶接後に行われる配管内面等の加工処理を複数種の
   加工仕上げ処理にて行い、後工程の加工処理により、配
   管内面等の応力が引張残留応力から圧縮応力状態に移行
   されていることを特徴とする配管内面等の溶接部内面構
   造。
2. 【請求項２】 前記溶接部の溶接材が、応力腐食割れの
   感受性が高いクロム,鉄を含むニッケル系合金からなる
   溶接材であることを特徴とする請求項１記載の配管内面
   等の溶接部内面構造。
3. 【請求項３】 溶接後の配管内面等を機械加工仕上げを
   行う溶接部内面の処理方法において、 前記溶接後に前記溶接部内面を複数段階で加工仕上げ処
   理を行い、溶接時及び前段階の機械加工処理で発生した
   引張残留応力を後段階の加工処理にて、圧縮応力状態に
   移行させることを特徴とする配管内面等の溶接部内面処
   理方法。
4. 【請求項４】 前記前段階の機械加工処理が切削機械加
   工であり、後段階の加工処理が、グラインダ研削若しく
   はバフ研磨等の研削若しくは研磨処理である事を特徴と
   する請求項３記載の配管内面等の溶接部内面処理方法。