JP2003028786A - 管内面の応力腐食割れ形成方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 管材の内面に管軸方向に延びる応力腐食割れ
を簡単且つ確実に形成して今後の検査技術の向上に供す
る。 【解決手段】 管材２の外側に嵌合した拘束リング３の
周方向複数箇所において、押付装置４により管材２の外
周面を管軸方向Ｄに沿って押し付けることにより管材２
の内周面に管軸方向Ｄに沿う連続した周方向引張応力作
用部Ｅを形成し、この状態で管材２内面の周方向引張応
力作用部Ｅを腐食環境に保持し、管材２の内面に管軸方
向Ｄに沿った応力腐食割れＳＣＣを生じさせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管材の内面に、管
軸方向に延びる応力腐食割れを容易且つ確実に形成し得
るようにした管内面の応力腐食割れ形成方法及び装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】原子力プラントでは予防保全の見地から
種々の機器の各部所に対して超音波探傷検査等の非破壊
検査が施工されるが、その中でも種々の形状を有して多
数配設される管の内面における応力腐食割れＳＣＣの欠
陥検出は難しいとされており、検査技術は確立されてい
ないのが現状である。

【０００３】このため、試験用の管材の内面に予め応力
腐食割れＳＣＣを形成しておき、この管材を用いて超音
波探傷検査等の非破壊検査を実施することによって今後
の検査技術（検査精度）の向上を図ることが志向されて
いる。従って、そのためには管材の内面に自然欠陥とし
て応力腐食割れＳＣＣを生じさせ、その管材を用いて応
力腐食割れＳＣＣの検査試験を行うことによって検査技
術を高める必要がある。

【０００４】そして、管内面の管軸方向に延びる応力腐
食割れＳＣＣの検査技術を高めるためには、管材の内面
に、管軸方向に沿って延びる応力腐食割れＳＣＣを確実
に形成できる技術を実現する必要がある。

【０００５】管材の表面に応力腐食割れＳＣＣを生じさ
せる方法としては、補修溶接方法がある。この補修溶接
方法は、管材の外周面に溶接を実施した後、その溶接し
た部分を削り落とし、更にその削り落とした部分を再度
溶接する方法である。この方法によれば、溶接部が縮む
ことによって管材の外面に周方向の引っ張りによる残留
応力が生じ、この残留応力によって応力腐食割れＳＣＣ
を生じさせることができる。

【０００６】上記した補修溶接方法では、溶接部が縮む
ことによる引張応力によって応力腐食割れＳＣＣを生じ
させているが、同時に、溶接時の入熱により管材が変質
して劣化（鋭敏化）することによっても応力腐食割れＳ
ＣＣが生じ易くなっている。

【０００７】しかし、上記した補修溶接方法によって発
生する応力腐食割れＳＣＣは、溶接部の直近位置に短く
発生するのみであり、管軸方向に長い応力腐食割れＳＣ
Ｃを発生させることはできない。

【０００８】又、管材に生じさせた応力腐食割れＳＣＣ
を超音波探傷検査等により検査する場合には溶接部が検
査の邪魔になることがあり、そのような場合には溶接部
を除去する必要がある。従って、前記溶接部を溶接する
作業及び溶接部の除去作業を含めて応力腐食割れＳＣＣ
を有する管材の製作に多大の時間と手間を要するという
問題がある。又溶接部の内部に溶接割れ等の目的以外の
欠陥が生じてしまう可能性もある。

【０００９】更に、上記したような補修溶接方法は、管
材の外周面に応力腐食割れＳＣＣを生じさせる場合が一
般的であり、管材の内周面に前記補修溶接方法を用いて
応力腐食割れＳＣＣを形成させることは困難である。

【００１０】一方、管材の内面に応力腐食割れＳＣＣを
生じさせる方法としては、鋭敏化させた管材をそのまま
腐食環境に置く方法、或いは鋭敏化した管材の内部に押
付装置を挿入して、この押付装置によって管材の内面を
外方に押圧し、管材の内面に引っ張りによる残留応力を
生じさせる方法が考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、鋭敏化させた
管材をそのまま腐食環境に置く方法は、細かな応力腐食
割れＳＣＣがあらゆる方向に無秩序に生じることにな
り、管材の内面に管軸方向に長い応力腐食割れＳＣＣを
生じさせるようなことはできないという問題がある。

【００１２】又、鋭敏化した管材の内部に押付装置を挿
入して管材の内面を外方に押圧する方法では、押付装置
を管材の内部に挿入する構成上、管内部から管材内面を
大きな押付力で押し付けることが困難であり、そのため
に管材内面に応力腐食割れＳＣＣが発生するような大き
な残留応力を生じさせることは難しく、従って薄肉の管
材にしか適用することができないという問題がある。

【００１３】従って、従来、管材の内面に管軸方向に延
びる応力腐食割れＳＣＣを確実に形成できるようにした
技術は全く存在していないのが実情であった。

【００１４】本発明は上述の実情に鑑み、管材の内面に
管軸方向に延びる応力腐食割れを簡単且つ確実に形成し
て今後の検査技術の向上に供し得る管内面の応力腐食割
れ形成方法及び装置を提供することを目的としてなした
ものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の管内面の応力腐
食割れ形成方法は、管材の外側に嵌合した拘束リングの
周方向複数箇所において、押付装置により管材の外周面
を管軸方向に沿って押付けることにより管材の内周面に
管軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成
し、この状態で管材内面の周方向引張応力作用部を腐食
環境に保持し、管材の内面に管軸方向に沿った応力腐食
割れを生じさせることを特徴とするものである。

【００１６】本発明の管内面の応力腐食割れ形成方法
は、管材を熱処理して鋭敏化させ、鋭敏化した管材の外
側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所において、押
付装置により管材の外周面を管軸方向に沿って押付ける
ことにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方
向引張応力作用部を形成して、管材の内面に管軸方向に
沿った応力腐食割れを生じさせることを特徴とするもの
である。

【００１７】本発明の管内面の応力腐食割れ形成方法
は、管材を熱処理して鋭敏化させ、鋭敏化した管材の外
側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所において、押
付装置により管材の外周面を管軸方向に沿って押付ける
ことにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方
向引張応力作用部を形成し、この状態で管材内面の周方
向引張応力作用部を腐食環境に保持し、管材の内面に管
軸方向に沿った応力腐食割れを生じさせることを特徴と
するものである。

【００１８】本発明の管内面の応力腐食割れ形成装置
は、管材の周外側に嵌合する拘束リングと、該拘束リン
グの周方向複数箇所において管材の外周面を管軸方向に
沿って押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿
う連続した周方向引張応力作用部を形成する複数の押付
装置と、からなる応力付与装置を備えたことを特徴とす
るものである。

【００１９】上記管内面の応力腐食割れ形成装置におけ
る押付装置は、ボルトであってもよく、又、ジャッキ装
置であってもよい。

【００２０】上記手段によれば以下のように作用する。

【００２１】請求項１〜３に係る発明によれば、簡単な
手段で管材内面に管軸方向に沿って形成させた周方向引
張応力作用部に、管軸方向に沿った応力腐食割れを確実
に形成することができる。

【００２２】請求項４に係る発明によれば、簡単な構成
にて管材内面に管軸方向に沿った周方向引張応力作用部
を容易に形成できる。

【００２３】請求項５に係る発明によれば、ボルトによ
り管材を押し付けているので、押付装置を簡略なものに
できる。

【００２４】請求項６に係る発明によれば、ジャッキ装
置により管材を押し付けているので、押付装置により大
きな押付力で瞬時に押し付けを行える。

【００２５】以上の結果、溶接継手部分の検査技術の向
上を図ることができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面を参照しつつ説明する。

【００２７】図１、図２は本発明の実施の形態における
応力付与装置の一例を示している。図１、図２の応力付
与装置１は、管材２の外周面との間に余裕を有して嵌合
できる拘束リング３と、該拘束リング３の周方向複数箇
所において、管材２の外周面を管軸方向Ｄに沿って押圧
できるように管軸方向Ｄに複数並べて配置した押付装置
４とにより構成している。

【００２８】この時、前記拘束リング３は、管材２の外
周を包囲できる形状を有していればよく、従って、必ず
しも図１のような円形である必要はなく、楕円や多角形
の形状を有していてもよい。

【００２９】又、図１、図２における押付装置４は、拘
束リング３の周方向４ヶ所の略等間隔位置（十字位置）
に配置しており、且つ押付装置４は、拘束リング３に対
し半径方向外側から螺合して先端が管材２の外周面を押
付けるボルトであって、図２の場合では管軸方向Ｄに所
要の間隔を有して３個のボルト５ａ，５ｂ，５ｃを配置
しており、このボルト５ａ，５ｂ，５ｃの押し付けによ
って管材２内面の管軸方向Ｄに沿う連続した周方向引張
応力作用部Ｅが形成されるようにしている。

【００３０】尚、拘束リング３に対する押付装置４の配
置は、拘束リング３の周方向に略均等な２ヶ所以上であ
れば配置する数は任意である。但し、押付時の応力付与
装置１の安定性を考慮すると３ヶ所以上設置するのが好
ましい。一方、周方向に配置される押付装置４の数をあ
まり多くすると、押付装置４による管材２の撓み変形が
起こり難くなって管材２の内面に好適な引張応力を作用
させることが困難になるので、適宜な設置数を選定す
る。

【００３１】又、押付装置４における管軸方向Ｄに設置
するボルト５ａ，５ｂ，５ｃの設置数は、２個以上であ
ればよく、管軸方向Ｄに形成しようとする応力腐食割れ
ＳＣＣの希望長さに応じて設置数を選定すればよい。
又、ボルト５ａ，５ｂ，５ｃの相互間隔はできるだけ狭
く設定する。このようにボルト５ａ，５ｂ，５ｃの相互
間隔を狭くすると、管材２の内面に引張応力が連続して
生じ易くなるので好ましい。

【００３２】又、押付装置４としては、前記図１、図２
におけるボルト５ａ，５ｂ，５ｃに代えて、図３に示す
ようなジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを備えるようにし
てもよい。この時、ジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃに
は、油圧式ジャッキ、或いはモータ駆動等による機械式
ジャッキ等を用いることができる。

【００３３】上記したように、押付装置４にボルト５
ａ，５ｂ，５ｃを用いると簡略な構成とすることがで
き、又、押付装置４にジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを
用いると、押付装置４により大きな押付力で瞬時に管材
２を押し付けることができる。

【００３４】次に、上記実施の形態の応力付与装置１を
用いて管材２の内面に管軸方向Ｄに延びる応力腐食割れ
ＳＣＣを形成する方法を説明する。

【００３５】まず、管材２の内面に応力腐食割れＳＣＣ
を形成するには管材２の材質を選定する必要がある。こ
のとき、管材２には、腐食環境に保持することによって
応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなる材料のものか、又
は、加熱により鋭敏化して応力腐食割れＳＣＣが生じ易
くなるものを選定する。

【００３６】腐食環境に保持することによって応力腐食
割れＳＣＣが生じ易くなる材料の管材２を用いて、管材
２の内面に管軸方向Ｄに沿う応力腐食割れＳＣＣを形成
する場合には、図４の方法手順による。

【００３７】まず、管材２の外側に、図１、図２におけ
るボルト５ａ，５ｂ，５ｃを回して外側に抜き出した
（弛めた）状態の拘束リング３、又は図３におけるジャ
ッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを縮小した状態の拘束リング
３を嵌合した後、ボルト５ａ，５ｂ，５ｃをねじ込む
か、又は、ジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを伸長するこ
とによって、管材２を周方向４ヶ所から強く押し付け
る。すると、管材２のボルト５ａ，５ｂ，５ｃ、又はジ
ャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃによって押し付けられた部
分は、内側に膨らむように変形し、これによって、管材
２の内周面には大きな引張応力が作用し、且つその引張
応力が管軸方向Ｄに沿って連続することにより管軸方向
Ｄに長い周方向引張応力作用部Ｅ（残留応力発生部）が
形成され、この状態が保持されるようになる。

【００３８】続いて、このように応力付与装置１にて管
材２の内面に形成した周方向引張応力作用部Ｅを腐食環
境に保持させる。周方向引張応力作用部Ｅを腐食環境に
保持させる方法としては、管材２内部に腐食作用流体を
供給する方法を用いることができる。腐食作用流体とし
ては、粒内割れを生じさせるような強い腐食性を有する
腐食作用流体として例えば塩化マグネシウム（ＭｇＣ
ｌ）水溶液、或いは食塩（ＮａＣｌ）水溶液等を用いる
ことができ、又、粒界割れを生じさせるような腐食性を
有する腐食作用流体として例えば純水、熱水等を用いる
ことができる。

【００３９】上記したように、応力付与装置１によって
管材２内面に周方向引張応力作用部Ｅを形成し、且つ該
周方向引張応力作用部Ｅを腐食環境に保持することによ
り、周方向引張応力作用部Ｅに、管軸方向Ｄに沿った応
力腐食割れＳＣＣが発生する。

【００４０】又、上記において、粒内割れを生じさせる
ような強い腐食性を有する腐食作用流体〔例えば塩化マ
グネシウム（ＭｇＣｌ）水溶液、或いは食塩（ＮａＣ
ｌ）水溶液等〕を用いる場合には、管材２の内周面全面
に応力腐食割れＳＣＣが生じてしまうことになる。従っ
て、この場合には、図５に示すように、前記周方向引張
応力作用部Ｅのみを残してそれ例外の部分に樹脂コーテ
ィング７を施すことによって、周方向引張応力作用部Ｅ
以外の部分には応力腐食割れＳＣＣを生じさせないよう
にし、周方向引張応力作用部Ｅのみに集中して応力腐食
割れＳＣＣを生じさせる手段を用いることが好ましい。

【００４１】又、粒界割れを生じさせるような腐食性を
有する腐食作用流体〔例えば純水、熱水等〕を用いる場
合には、腐食速度が遅く、従ってこの場合には周方向引
張応力作用部Ｅに腐食作用流体が滞留する部分を形成し
てやると応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなることが判明
した。従って、この場合には、図６に示すように、前記
周方向引張応力作用部Ｅにカーボンウール等の液滞留材
料８を配置することよって、周方向引張応力作用部Ｅに
集中して応力腐食割れＳＣＣを生じさせる手段を用いる
ことが好ましい。

【００４２】又、加熱により鋭敏化して応力腐食割れＳ
ＣＣが生じ易くなる材料の管材２を用いて、管材２の内
面に管軸方向Ｄに沿う応力腐食割れＳＣＣを形成する場
合には、図７の方法手順による。

【００４３】この管材２は、まず加熱により鋭敏化させ
て応力腐食割れＳＣＣを生じ易くした後、この管材２の
外側に、図１、図２におけるボルト５ａ，５ｂ，５ｃを
回して外側に抜き出した（弛めた）状態の拘束リング
３、又は図３におけるジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを
縮小した状態の拘束リング３を嵌合し、その後、ボルト
５ａ，５ｂ，５ｃをねじ込むか、又は、ジャッキ装置６
ａ，６ｂ，６ｃを伸長することによって、管材２を周方
向４ヶ所から強く押し付ける。すると、管材２のボルト
５ａ，５ｂ，５ｃ、又はジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃ
によって押し付けられた部分は、内側に膨らむように変
形し、これによって、管材２の内周面には大きな引張応
力が作用し、且つその引張応力が管軸方向Ｄに沿って連
続することにより管軸方向Ｄに長い周方向引張応力作用
部Ｅ（残留応力発生部）が形成され、この状態が保持さ
れるようになる。

【００４４】このように、加熱によって管材２が鋭敏化
され、且つ応力付与装置１によって管材２の内面に管軸
方向Ｄに沿って周方向引張応力作用部Ｅが形成されるこ
とにより、この周方向引張応力作用部Ｅに、管軸方向Ｄ
に沿った応力腐食割れＳＣＣが発生する。

【００４５】又、図８に示すように、前記図４と図７の
方法を組み合わせて、管材２の内面に管軸方向Ｄに沿う
応力腐食割れＳＣＣを形成することができる。

【００４６】この場合は、加熱により鋭敏化して応力腐
食割れＳＣＣが生じ易くなる材料の管材２を用い、まず
この管材２を加熱することにより鋭敏化させ、その後、
この管材２の外側に、図１、図２に示したように拘束リ
ング３を嵌合して、ボルト５ａ，５ｂ，５ｃをねじ込む
か、又は、図３のジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを伸長
することによって、管材２を周方向４ヶ所から強く押し
付け、これによって、管材２の内面に管軸方向Ｄに沿う
連続した周方向引張応力作用部Ｅ（残留応力発生部）を
形成し、その後、管材２の内面の周方向引張応力作用部
Ｅを腐食環境に保持する。

【００４７】図８の方法によれば、管材２が加熱によっ
て鋭敏化され、且つ応力付与装置１により管材２の内面
に周方向引張応力作用部Ｅが形成され、更に、周方向引
張応力作用部Ｅが腐食環境に保持されることにより、管
材２内面における周方向引張応力作用部Ｅに、管軸方向
Ｄに沿った応力腐食割れＳＣＣがより確実に形成される
ようになる。

【００４８】尚、本発明は上記実施の形態に限定される
ものではなく、押付装置には図示例以外にも種々の方式
が採用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範
囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。

【００４９】

【発明の効果】請求項１〜３に係る発明によれば、簡単
な手段で管材内面に管軸方向に沿って形成させた周方向
引張応力作用部に、管軸方向に沿った応力腐食割れを確
実に形成できる効果がある。

【００５０】請求項４に係る発明によれば、簡単な構成
にて管材内面に管軸方向に沿って周方向引張応力作用部
を容易に形成できる効果がある。

【００５１】請求項５に係る発明では、ボルトにより管
材を押し付けているので、押付装置を簡略なものにでき
る効果がある。

【００５２】請求項６に係る発明では、ジャッキ装置に
より管材を押し付けているので、押付装置により大きな
押付力で瞬時に押し付けを行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における応力付与装置の形態の一例を示
す平面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向縦断面図である。

【図３】図１、図２に備えた押付装置の他の例を示す縦
断面図である。

【図４】本発明の方法の形態の一例を示すフロー図であ
る。

【図５】周方向引張応力作用部のみに集中して応力腐食
割れを生じさせる手段の一例を示す管材の縦断面図であ
る。

【図６】周方向引張応力作用部のみに集中して応力腐食
割れを生じさせる手段の他の例を示す管材の縦断面図で
ある。

【図７】本発明の方法の形態の他の例を示すフロー図で
ある。

【図８】本発明の方法の形態の更に他の例を示すフロー
図である。

【符号の説明】

１ 応力付与装置 ２ 管材 ３ 拘束リング ４ 押付装置 ５ａ，５ｂ，５ｃ ボルト ６ａ，６ｂ，６ｃ ジャッキ装置 Ｄ 管軸方向 Ｅ 周方向引張応力作用部 ＳＣＣ 応力腐食割れ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管材の外側に嵌合した拘束リングの周方
   向複数箇所において、押付装置により管材の外周面を管
   軸方向に沿って押付けることにより管材の内周面に管軸
   方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成し、こ
   の状態で管材内面の周方向引張応力作用部を腐食環境に
   保持し、管材の内面に管軸方向に沿った応力腐食割れを
   生じさせることを特徴とする管内面の応力腐食割れ形成
   方法。
2. 【請求項２】 管材を熱処理して鋭敏化させ、鋭敏化し
   た管材の外側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所に
   おいて、押付装置により管材の外周面を管軸方向に沿っ
   て押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連
   続した周方向引張応力作用部を形成して、管材の内面に
   管軸方向に沿った応力腐食割れを生じさせることを特徴
   とする管内面の応力腐食割れ形成方法。
3. 【請求項３】 管材を熱処理して鋭敏化させ、鋭敏化し
   た管材の外側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所に
   おいて、押付装置により管材の外周面を管軸方向に沿っ
   て押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連
   続した周方向引張応力作用部を形成し、この状態で管材
   内面の周方向引張応力作用部を腐食環境に保持し、管材
   の内面に管軸方向に沿った応力腐食割れを生じさせるこ
   とを特徴とする管内面の応力腐食割れ形成方法。
4. 【請求項４】 管材の周外側に嵌合する拘束リングと、
   該拘束リングの周方向複数箇所において管材の外周面を
   管軸方向に沿って押付けることにより管材の内周面に管
   軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成する
   複数の押付装置と、からなる応力付与装置を備えたこと
   を特徴とする管内面の応力腐食割れ形成装置。
5. 【請求項５】 押付装置が、ボルトであることを特徴と
   する請求項４に記載の管内面の応力腐食割れ形成装置。
6. 【請求項６】 押付装置が、ジャッキ装置であることを
   特徴とする請求項４に記載の管内面の応力腐食割れ形成
   装置。