JP2004346344A - Method for improving residual stress of double wall pipe - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2重管の残留応力の改善方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に腐食しにくい鉄鋼材料、例えばステンレス鋼などは表面に極めて薄い腐食膜を予め形成しており、該腐食膜が新たな腐食の進行を防いでいる。このような材料は、引張り応力と腐食環境がある一定の条件を満たしたときに材料にき裂が発生し、そのき裂が時間と共に進展する応力腐食割れ(Stress Corrosion Cracking:SCC)という現象が発生することが知られている。
【0003】
原子炉の配管には腐食に強いオーステナイト系ステンレス鋼がよく使われている。オーステナイト系ステンレス鋼は表面が薄い酸化皮膜で覆われていて、この皮膜が保護しているため全面腐食の進行が非常に遅い。オーステナイト系ステンレス鋼で最も一般的でしかも耐食性の優れた材料として、JISの材料記号でSUS316と称する材料が挙げられる。SUS316は鉄に約18%のクロムと約12%のニッケルと約2.5%のモリブデンを混ぜた合金である。SUS316は合金成分が一様に混ざり合った安定な材料であるが、600℃程度に加熱すると材料中のクロムと鉄に含まれている炭素が結合してクロム炭化物(クロムカーバイド)として析出する鋭敏化という現象を起こし、さらにそこに大きな(降伏点以上の)引っ張り応力が作用することでSCCが発生することは早くから知られていた。
【0004】
特にステンレス製の配管を溶接し継手を形成する場合、該ステンレス製の配管の溶接部近傍が溶接熱にて加熱されステンレス中の炭素がクロムと結合し、結晶粒界に沿ってクロムカーバイトとして析出する。すると前記結晶粒界近傍に沿ってステンレス中にクロム欠乏域ができ、耐食性が低下する。クロム欠乏域が発達した組織では、大きな(降伏点以上の)引っ張り応力が加わっていると、酸素濃度が高い場合、高温純水(腐食性物質が含まれていない)中であっても、結晶粒界に沿って局部的な腐食が発生し、それがSCCにまで発展していく。
【0005】
さらに、前記SCCの原因である引張り応力として、溶接近傍部における溶接熱による加熱及びその後、急冷することで蓄積される引張り状態の残留応力も含まれることが、明らかになっている。
【0006】
このSCCの発生原因として、材料(クロムカーバイドの析出による耐食性の低下)、環境(腐食性の環境)、応力(降伏点以上の引張り応力)の全ての条件を満たすことであることが広く知られている。つまり、これら材料、環境、応力のSCCの発生条件のうち少なくとも一つの条件を満たさないようにすればSCCの発生を防ぐことができるということである。
【0007】
まず、材料を改善するものとしてステンレス中に含まれる炭素の含有量を減らすものが検討されている。前記ステンレス中の炭素含有量を減らすとクロムカーバイドの発生を抑えることができ、結果として鋭敏化することを抑えることが可能である。
【0008】
また、溶接部近傍の残留応力を低減する又は残留応力を引張り状態から圧縮状態にすることでもSCCを防ぐことが可能である。この引張り状態の残留応力を低減又は圧縮状態にする方法の一つとして、高周波加熱残留応力改善法(Induction Heating Stress Improvement process、以下IHSI法という)が提案されている。このIHSI法は管の溶接部近傍の厚み方向に温度勾配ができるように、管内面を流水により冷却しながら外面側を高周波誘導加熱コイルを利用して誘導加熱で昇温した後、加熱を停止し、配管の厚み方向が略均一な温度となるまで内面に水を流すことで冷却し続け、結果として溶接部近傍の引張り状態の残留応力を低減又は圧縮状態にするものである。このとき、管外周面と管内周面の温度差が一定以上の温度差である必要がある。
【0009】
また、残留応力の改善方法としては無数の金属の球を高速度で残留応力を改善したい場所に衝突させることで、該残留応力を改善するショットピーニング法等も提案されている。
【0010】
また、環境の条件を改善する方法として管内に流れる流体中に含まれる腐食性物質を取り除いたり、酸化の原因である酸素の含有量を減少させたりする方法も提案されている。
【0011】
【特許文献1】
特許2624649号公報
【特許文献2】
特公平6−99754号公報
【特許文献3】
特公平4−14172号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上述のステンレス製配管中の炭素含有量を減らし、クロムカーバイドの析出を抑えることで、クロム欠乏域の発生を抑えることができる。しかしながら、ステンレス鋼材中の炭素含有量が減少したことでステンレス鋼材の強度が低下する。強度が低下したステンレス鋼材は部材によっては用いることが可能であるが、大きな応力がかかる部分に採用することはできない。また、加工を施してステンレス製の配管として製作し継手として形成したあとで、炭素含有量を減らして材料を改質するのは困難である。
【0013】
また、前記IHSI法を用いて前記ステンレス製配管の残留応力状態を低減するか又は引張り状態から圧縮状態へかえる場合、前記ステンレス製配管の残留応力を改善する部分の外部に高周波誘導コイルを配し、該コイルに電流を流して該ステンレス製配管を外部より加熱すると共に、配管内部に絶えず水を流して、所定の温度に冷却するものであり、既に据え付けられている配管に対して実施するのはやりやすいが、内部に水流を発生させなくてはならず、管内部にアクセスできない場合は実施が困難である。
【0014】
また、外部へ管内に流れる流体の熱を伝えないようにするサーマルスリーブを有するような、二重管の場合、前記配管本体と前記サーマルスリーブとの隙間には流体が十分に流れない場合も考えられ、それゆえ、内部を十分に冷却することができず、配管内外で十分な温度差を得ることができない。
【0015】
また、前記配管と前記サーマルスリーブの隙間に管内流体が沸騰したときに発生する蒸気が溜まり層状になる、いわゆる、膜沸騰状態になった場合、流体と蒸気では熱伝導率が異なり蒸気の層ができている部分の配管ではほかの流体と接している部分とは温度が異なり、結果として配管内面の周方向に温度のムラができる。
【0016】
ショットピーニングにて残留応力を改善する方法についても既に据え付けられている配管又は配管を接合した継手に対して実施するのは非常に困難である。
【0017】
流体中の腐食性物質を取り除く方法に関しては、配管内を流れる流体の使用目的によっては取り除くことができないものもあり、また、一度運転を開始しているプラント等の場合、新たに腐食性物質を取り除く装置等を取り付けるのは非常に大掛かりな作業が必要となると共に、新たに定期点検をする部材が増える。
【0018】
このような問題を鑑みて、本発明は2重管を加熱して引張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にする方法であり、2重管の残留応力を簡単、迅速且つ確実に改善することができる2重管の残留応力の改善方法を提供することを目的とする。
【0019】
また本発明は2重管を加熱して引張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にする方法であり、管内部にアクセスすることなく2重管の残留応力を改善することができる2重管の残留応力の改善方法を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、隣接する管体と突合せ溶接にて継手部を形成する第1の管体と、前記第1の管体の内壁面に基部のみが取り付けられた第2の管体とを有する2重管の溶接部の残留応力改善方法であって、前記第2の管体は、前記継手部の内側に同心円上に配置されるものであり、前記2重管及び前記隣接する管体の内部に水が充填されており、前記2重管及び前記隣接する管体の内部で前記水が停留した状態で、前記継手部の溶接部及び溶接部近傍を外部より全周にわたって加熱するものであり、前記第1の管体及び前記隣接する管体の温度が該両管体を構成する材料内部で改質が発生する温度になるかまたは前記加熱された前記継手部における伝熱によって内部の水の沸騰のうちいずれか一方が達成される前に加熱を停止するものであり、前記継手部の内外面の温度差が前記溶接時の熱応力にて蓄積された引っ張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にするために必要な温度差になるように加熱することを特徴とする2重管の残留応力の改善方法を提供する。
【0021】
このようにすることで、管体に蓄積された引張り状態の残留応力を低減又は圧縮状態にすることができ、しかも、管体は損傷することなく応力腐食割れ(SCC)を防ぐことが可能である。また、水が停留している場所での実施も簡単に行うことが可能であり、内部にアクセスできない管体及び管体を繋いだ継手に対しても広く適用することが可能である。
【0022】
また上記の目的を達成するため本発明は、前記継手部の溶接部及び溶接部近傍を加熱するときに、加熱に用いる加熱装置を該継手部の溶接部及び溶接部近傍を囲繞する位置に配置し、前記継手部の溶接部及び溶接部近傍の外表面に複数の熱伝対を取り付けておき、前記加熱装置を動作させて前記継手部の外表面が所定の温度になるまで加熱し、そのときの前記継手部の外表面の温度分布を計測し、前記温度分布が略均一になるように加熱装置の設置状態を調整した後に、前記継手部の外面と内面の温度差が前記溶接時の熱応力にて蓄積された引っ張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にするために必要な温度差になるように加熱することを特徴とする2重管の残留応力の改善方法を提供する。
【0023】
この方法によると、予め予備加熱をしておくことで、加熱を無駄なく均一に行うことができ、加熱時のエネルギ及び時間を節約することが可能である。
【0024】
上述の構成において加熱に用いられる加熱装置は高エネルギ密度電源を例示できる。例えば高周波誘導コイル、アークを管体に沿って周回させるもの、レーザを用いるもの等を例示することができる。
【0025】
また上述の目的を達成するため本発明は、前記第1の管体と前記第1の管体と隣接する管体は互いに異なる材質で構成されており、前記第1の管体及び前第1の管体に記隣接する管体のそれぞれの材質における誘導電流の発生を考慮して前記高周波誘導加熱コイルの外径及び巻き数を決定することを特徴とする2重管の残留応力の改善方法を提供する。
【0026】
この構成によると、加熱場所の材質に合わせて高周波誘導コイルの形状、大きさ等を調整することができ、異材継手で異なる物理特性の材料を加熱する場合でも、十分な加熱を行うことができ、それゆえ、確実に残留応力を改善することが可能である。
【0027】
また上記構成の第1の管体及び隣接する管体において、表面に複数のAE(アコースティックエミッション)センサが取り付けられており、前記2重管及び前記隣接する管体に充填された水の沸騰時に発生するAEを計測することで該水の沸騰状態の確認を行ってもよい。この構成によると、より正確に管内の水の状態を把握することができ、水が沸騰する前に確実に加熱を停止させることができる。
【0028】
また、水の状態を調べるのに、水面の状態を観察して確認してもよい。水が沸騰すると水中に蒸気の泡が現れ上方へ流れていく。その蒸気の泡の発生を確認してすぐに加熱を停止すれば、水が膜沸騰を行う前に停止することができ、確実な加熱操作を行うことが可能である。
【0029】
また、上記構成の継手として、管体を上下に接合しているものを例示できる。このことより、管内部の水が沸騰した場合でも蒸気は管の上部に流れていき、管内面と水の間に蒸気の膜ができるのを防ぐことができ、それだけ確実に、管内外面での温度差を発生させることができる。それによって、確実に管板厚部の内面の引張り状態の残留応力を低減又は圧縮状態にすることが可能である。
【0030】
管内部に水が入っていないもの、換言すると、管内部が真空であるか又は所定のガスが充填されているものに対しても同様にして、引張り状態の残留応力を低減又は圧縮状態にすることが可能である。これにより、本発明の2重管の残留応力の改善方法を広い分野に適応することができる。
【0031】
本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法を加圧水型原子炉(Pressurized Water Reactor:PWR)の一次冷却系配管と加圧器のセーフエンド継手部に適応するものを例示できる。
【0032】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
(実施例1)
図1に2重管と単管を溶接にて接合したものを本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法をもちいて残留応力を改善するものを示す。
【0033】
図1に示す継手Aは、2重管1と単管2を上下に配置して突合せ溶接にて接合したものである。2重管1と単管2の内部は水Wtが充填されている。2重管1及び単管2はそれには限定されないがここではステンレス材で形成されている。
【0034】
2重管1は第1の管体11と第1の管体11の内壁111に形成された後述の固定台部112に基部121が固定されている第2の管体12を備えている。第1の管体11は、下部11dの内壁111は内径d1で、上部11uの内壁111は内径d1よりも大きい内径d2で形成されており、d1とd2の間の内径d3を有し、第2の管体12の基部121が固定される固定台部112を備えている。また、第1の管体11の外径D1は均一である。
【0035】
第2の管体12は第1の管体11の固定台部112に設置される厚さ12tの管体であり、第1の管体11と第2の管体12の間には水Wtが流れ込むことができる隙間pが形成されている。第2の管体12は2重管1及び単管2内に充填されている水Wtの熱が、第1の管体11及び単管2に熱衝撃として伝わらないようにする、いわゆるサーマルスリーブとして作用するものである。2重管1及び単管2内部に充填されている水は停留している。
【0036】
単管2は、第1の管体11と同じ外径D1を有しており、また、第1の管体11の上部11uと同じ内径d2を有している。第1の管体11と単管2は突合せ溶接にて接合されており、溶接部Wd及び第1の管体11、単管2の溶接部近傍113、21には溶接時の溶接熱による熱応力で引張り状態の残留応力が蓄積されている。
【0037】
溶接部Wd及び溶接部近傍113、21の引張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にするための加熱に用いられる高周波誘導コイル3は溶接部Wd及び第1の管体11と単管2の溶接部近傍113、21の外部から囲繞外面114、22に対向すると共に、2重管1及び単管2と同心上に配置される。高周波誘導コイル3に電流を流して、溶接部Wd及び第1の管体11と単管2の溶接部近傍113、21に誘導電流を発生させて加熱する。
【0038】
高周波誘導コイル3に電流を流すことで第1の管体11及び単管2に誘導電流が発生しそれによって、第1の管体11及び単管2の外面を管周方向に均一に、且つ、急速な加熱を行う。また、管の外面に加えられた熱は板厚方向に伝熱し管内外で所定の温度差ΔTを発生させる。ΔTが発生すると管の板厚内部の固有ひずみが再分布されるとともに、管内面側の引張り残留応力を改善させることができる。管内外の温度差ΔTの発生は固有ひずみの再分布が目的であり、クリープ現象を利用した応力改善法とはことなり、極短時間であっても温度差ΔTが発生すれば残留応力改善効果を得ることができる。残留応力改善効果を得るために必要な温度差ΔTは次式(1)を満たすものであればよい。
ΔT={4σy(1−ν)}/E・α (1)
ここでσy:降伏応力、E:ヤング率、α:線膨張係数、ν:ポアソン比である。
【0039】
また、第1の管体11及び単管2においてクロムカーバイドが析出する温度(鋭敏化する温度)以下の温度で、且つ、上述の内外面温度差ΔTを発生するように加熱される必要がある。また、外面を加熱することで、2重管1及び単管2の内部に充填されている水Wtは伝熱により加熱され水の沸点に達すると、水は沸騰する。内部の水の沸騰、特に膜沸騰が発生すると熱伝達効率が低下するので、沸騰が起こる前に加熱を終了する必要がある。
【0040】
これらの条件を踏まえた上で、例えば図2に示すような状態で残留応力の改善を行う必要がある。
まず、高周波誘導コイル3に電流を流し、2重管1及び単管2を急速に加熱する。このとき外面の温度はa1で示す曲線で昇温していき、内面の温度(水温)はb1で示す曲線で昇温していく。外面と内面の温度差が上述の式を満たすΔT1で且つ、内部の水Wtが沸騰する前に加熱を停止する。そのとき、外面の温度曲線a1はPA1に達したとき、換言すると、外面の温度がt1に達し、内面の温度曲線b1はPB1に達し、すなわち、温度がt2に達する。外面の温度t1は鋭敏化が起こる温度(オーステナイト系ステンレスでは約550℃)よりも低い温度であり、内面の温度t2は内部の水が沸騰する温度(大気圧で100℃)よりも低い温度である。図2においては加熱を終了した後、図2中PCで第1の管体11及び単管2が蓄えている熱が伝えられて沸騰している
【0041】
加熱の停止は時間で制御しており所定時間(ここでは加熱時間s1)を経過した後に、高周波誘導コイル3への電力の供給を停止する。加熱時間s1はΔT1、t1、t2の条件を全て満たすものであり、残留応力を改善するための2重管1、単管2と同じ形状、材質の加熱モデルを実際に加熱してみて、前記のような条件を満たす時間s1を決定している。また本発明にかかる残留応力改善法の場合温度差は極短い時間達成されただけでも、残留応力改善効果は発揮される。
【0042】
図3に本発明にかかる残留応力改善方法を適用した前後の管内面の溶接部及び溶接部近傍の残留応力分布を示す。図3は、縦軸を残留応力(MPa)、横軸を溶接中心からの距離(mm)とした分布図である。縦軸は残留応力であり、引張り応力を正に圧縮応力を負にとっている。横軸は中央部に溶接部が配置されており、左側に2重管1、右側に単管2を表示している。
【0043】
図中で線図Sa1は残留応力改善方法実施前の線図Sb1は残留応力改善方法実施後の応力分布を示している。線図Sa1より溶接部と母材(第1の管体11又は単管2)との界面部分P1、P2が最も引張り残留応力が高く、略降伏応力に達しており、母材−溶接部界面より、ある程度はなれた部分まで引張り状態の残留応力が蓄積していることがわかる。また、残留応力改善方法を実施した後は線図Sb1を見ればわかるように、溶接中心から離れたところまで残留応力が全て圧縮状態の残留応力になっていることがわかる。このことより、SCC発生の原因の一つである降伏点以上の引張り残留応力という条件を取り除くことができ、SCCの発生を防ぐことができる。
【0044】
本実施例に用いた2重管1及び単管2はオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)で形成されている。第1の管体11及び単管2の内径は約250mmであり、肉厚は45mmである。SUS316の降伏応力を205MPaとすると上述の式(1)より残留応力改善に必要な管内外の温度ΔT1は200℃以上であることがわかる。また、オーステナイト系ステンレス鋼の場合、外面の加熱温度t1は粒界へのクロムカーバイドの析出(鋭敏化)を考慮して550℃以下とする。
【0045】
2重管1及び単管2を縦に接続して、突合せ溶接部Wd及び溶接部近傍113、21を加熱することで、万一、内部の水が沸騰しても第1の管体11及び単管2と第2の管体(サーマルスリーブ)12の間の隙間部に発生した蒸気の気泡は上方に逃げる。そのため、水流を発生させなくても管内面と水の間に蒸気の膜ができにくく、それだけ管内面から水に熱が確実に伝熱し、管内外面の温度差をつけやすい構造となっている。
【0046】
(実施例2)
2重管、単管及び高周波誘導コイルの構成は実施例1と同じであり、便宜上同一の部分には同一の符号を用いる。残留応力の改善のための加熱の前に、予備加熱を行うものである。クロムカーバイドが析出する温度は約550℃であり、上述より、残留応力の改善に必要な管内外面の温度差ΔT1は200℃以上である。以上のことを踏まえて予備加熱では、予備加熱によって残留応力に影響を及ぼさない温度、すなわち、それには限定されないがここでは、外面の温度が150℃程度まで加熱を行う。このとき第1の管体11及び単管2の外面114、22に複数(ここでは3つ)の熱伝対を取り付け、外面の温度分布t3、t4、t5を計測する。
【0047】
図4に示すように、温度分布t3、t4、t5が加熱対象場所において、略均一(均熱)(それには限定されないが、ここではt3、t4、t5が150℃±20℃)であることを確認する。もし、均熱でない場合は、高周波誘導コイル3の位置を調整し略均一に加熱できるようにする。その後、実施例と同様に、残留応力の改善方法を用いて溶接部Wd及び第1の管体11、単管2の溶接部近傍113、21の外面を急速に加熱して、2重管1及び単管2の内部の水Wtが沸騰する前に加熱を停止する。その後冷却して、溶接部Wd及び溶接部近傍113、21の内面の引張り状態の残留応力を低減又は圧縮状態にするものである。
【0048】
予備加熱を行うことで第1の管体11及び単管2の外面114、22を周方向にわたって均一又は略均一に加熱することができる。それだけ、第1の管体11及び単管2の板厚方向に均一又は略均一に温度差を付けることができ、より高い残留応力改善法の効果を得ることが可能である。コイル3を調整するためには、予め分割可能なコイルを用いておけば調節は比較的容易に行える。
【0049】
(実施例3)
本実施例で示す2重管、単管及び高周波誘導コイルの構成は実施例1と同じである。実質上同一の部分には同一の符号を用いる。本実施例においては、2重管1及び単管2の内部に水を溜めていないものの溶接継手の外面から加熱することで残留応力を改善するものである。
【0050】
また、高周波誘導コイル3にて加熱を行う場合、誘導電流が金属材料に浸透する浸透深さδは次の式で表される。
δ=(ρ×1000)1/2/{2π×(μ×f)1/2} 式(2)
ここで、ρ:固有抵抗、μ:比透磁率、f:周波数である。
すなわち、式(2)より、周波数が大きいほど誘導電流の浸透深さは浅くなる。このことより、第1の管体11及び単管2の板厚に応じた周波数で高周波誘導コイル3を駆動してやれば、外面側により近い部分を加熱することができることがわかる。すなわち、式(2)より外面から大出力で高い周波数で加熱すると、誘導加熱により加熱される領域が外面近傍に限定され、外面近傍が迅速に加熱されるため、内面の温度が上昇する前に、内外面の温度差を発生させえることができる。
【0051】
ここで2重管1及び単管2はオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)で構成されており、固有抵抗(ρ)が100(μΩ・cm)、比透磁率(μ)が1、コイルの周波数(f)が2(kHz)であるのでこれらの値を式(2)に適用すると浸透深さδは約11.2mmになる。板厚40mmに比べて十分小さいことがわかる。
【0052】
加熱時の温度変化を図5に示す。管外面の温度t6は実施例1で行ったときの時間s1よりも短い時間s2で鋭敏化が起こる温度(オーステナイト系ステンレスの場合550℃)に近い温度に達している。このとき、管内外面の温度差ΔT2は管内外面の温度差ΔT2は上式(1)に示すΔT以上になっている。すなわち第1の管体11及び単管2にて鋭敏化が発生する前に、本発明にかかる残留応力の改善方法に必要な管内外面の温度差ΔT以上の温度差を得ていることがわかる。
【0053】
この加熱の後、冷却することで管内面の引張り状態の残留応力を低減又は圧縮状態にすることができる。図6に本発明にかかる残留応力改善方法を実施する前後の残留応力分布を示す。
実施例1のときと同様の表示方法で表示してある。残留応力に関しては改善方法実施前は溶接中心からある程度はなれた部分であっても引張り状態の残留応力が蓄積されていたのに対し、残留応力改善方法を実施した後は、溶接中心を含めて圧縮状態の残留応力が蓄積していることがわかる。
【0054】
内部に水を充填しないので、本発明にかかる残留応力の改善方法をより広範囲に実施することが可能である、また、内部に高い冷却効果を有するガスを充填することでより高い残留応力改善効果を得ることも可能である。また、管内を真空にして実施してもよい。
【0055】
(実施例4)
図7に本実施例における2重管、単管及び高周波誘電コイルの配置の概略断面図を示す。単管及びコイル以外は実施例1に記載の継手Aと実質上同一の構成であり、同一の部分には同一の符号が付してある。
図7に示す継手Bにおいて2重管1はオーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)製の第1の管体11とサーマルスリーブとして作用する第2の管体12を有している。また、2重管1の第1の管体11と突合せ溶接にて接合される単管2’は低合金鋼製であり、すなわち、継手Bは異材継手を形成している。オーステナイト系ステンレス鋼(SUS316)の各材料定数は実施例3に示したとおりであり、浸透深さは約11.4mmである。また、低合金鋼の固有抵抗ρは10(μΩ・cm)であり、比透磁率μは100、周波数fは2(kHz)である。これらの値を式(2)に代入することで、低合金鋼の浸透深さは約0.4mmであることがわかる。
【0056】
このオーステナイト系ステンレス鋼の浸透深さ(11.4mm)と低合金鋼の浸透深さ(0.4mm)を比べた場合大きく異なることがわかる。そこで、図7に示すように高周波誘導コイル3’が、ステンレス鋼側(2重管1側)のコイル31’は密度を高く、低合金鋼側、換言すると単管2側のコイル32’は密度を低くなるように調整している。
【0057】
図8に加熱時の温度変化のグラフを示す。この高周波誘導コイル3’にて溶接継手を外面から急速に加熱する。このとき、第1の管体11の外面の温度は図7中a2で示す曲線で上昇していき、単管2’の外面の温度はa3で示す曲線に沿って上昇していく。また、内面(水温)はそれぞれb2、b3で示す曲線に沿って上昇していく。外面と内面の温度差ΔT3が上述の式(1)を満たし、且つ、管内面は外面からの伝熱により加熱されて、内部に充填されている水の沸点に達すると内部の水Wtが沸騰し、特に水と管内面の間に蒸気の膜を形成する膜沸騰が発生すると熱伝達効率が低下するので、内部の水Wtが沸騰する前に加熱を停止する。その時間はs3である。このときの管外面の温度t8は鋭敏化が起こる温度よりも低い。
【0058】
図9に本発明にかかる残留応力の改善方法を実施する前後の管内面の残留応力の分布図を示す。図9中の線図Sa2は残留応力改善方法を実施する前の残留応力であり、また、図9中の線図Sb2は残留応力改善方法を実施した後の残留応力である。これを見ると、残留応力の改善方法を実施する前の溶接部Wd’と母材(2重管1又は単管2’)の界面付近では、SCCが発生するための条件である降伏応力以上の応力に近い残留応力が蓄積されているが、残留応力の改善方法を実施した後は溶接部Wd’、溶接部近傍113、21’共に圧縮状態の残留応力が蓄積されていることがわかる。このことより、ある程度の応力の変動が生じてもSCC発生にいたる引張り応力(降伏点以上の応力)が発生する可能性は非常に低い。
【0059】
(実施例5)
図10(A)は本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法を適用する加圧水型原子炉の加圧器の概略斜視図を、図10(B)は図10(A)に示す加圧器の本発明にかかる残留応力の改善方法にて残留応力を改善する部分の拡大断面図である。
図10に示す加圧器4は、加圧水型原子炉(Pressurized Water Reactor:以下PWRという)の一次冷却系の冷却水が沸騰しないように圧力をかけるための容器である。
【0060】
図10(B)に加圧器4のセーフエンド41と一次冷却系5のパイプ51のつなぎ目を示す。加圧器4には内部に水が充填されており、加圧器4のセーフエンド41と一次冷却系5のパイプ51は突合せ溶接にて接合されている。突合せ溶接の部分及びその近傍には溶接熱によって固有ひずみが発生し開放されることなく冷却されることで引張り状態の残留応力が蓄積される。
【0061】
その引張り状態の残留応力を圧縮状態の残留応力にするために上述の実施例にて示されている、2重管の残留応力の改善方法を用いるものである。
加圧器4は、低合金鋼にて製作されており、一次冷却系5のパイプ51はオーステナイト系のステンレスにて作製されている。また、加圧器4のセーフエンド41と一次冷却系5のパイプ51の継手部(サージ台)には、内部に充填されている冷却水による熱衝撃を防ぐためにパイプ51内部でパイプ内面に接触しないように、且つ、パイプ51及びセーフエンド41と同心円上にサーマルスリーブ52が取り付けられている。
【0062】
パイプ51及びセーフエンド41とサーマルスリーブ52の間には隙間kが形成されており、その部分で内部に充填している水からパイプ51及びセーフエンド41が受ける熱衝撃を和らげることができるようになっている。しかしながら、隙間kは管内径に比べて非常に狭く多くの水を蓄えることができない。したがって、外部から加熱する場合、隙間kに停留している水がいち早く沸騰してしまうが、蒸気は上方に排出されていき、パイプ51とサーマルスリーブ52の取り付け部の図示を省略した隙間より、管内の水が隙間の蒸気が排出された場所に流れ込んでくるようになっている。
【0063】
こうすることで、内部の水が沸騰し始めてから加熱を終了するとしても、パイプ51及びセーフエンド41の内外面に残留応力を改善するための温度差を効率よくつけることが可能である。
【0064】
また、パイプ51及びセーフエンド41の少なくともどちらか一方にAE(アコースティックエミッション)センサを取り付けておき、水が沸騰するときに発生するAEを検出することで、内部の水の沸騰状態を検知し、加熱の停止を制御することができるものを用いてもよい。この場合、上述の各実施例の場合、予め同形状、同材質のモデルで温度差、各部材の温度、水の沸騰の各条件について試験した後、その試験を基に加熱停止タイミングを時間で決めていたのに対し、AEでリアルタイムで水の沸騰を検出するのでより正確なタイミングで加熱を停止することが可能である。
【0065】
以上述べた、各実施例のうち実施例5のみにAEセンサを用いて内部の水の状態を検出するものを例示したがそれに限られるものではなく、AEセンサは内部に水を充填するものの沸騰状態を調べるものとして、広く用いることができる。
【0066】
また、実施例2において予備加熱を用いるものを例示しているがそれに限定されるものではなく、予備加熱温度等は鋭敏化が発生しない温度等材料に支障のない範囲の温度を任意に選択できる。また、ほかの実施例においても予備加熱を行うことで、より高い残留応力改善効果を得ることができる。
【0067】
上述の各実施例においては急速に加熱するものとして高周波誘導コイルを用いているが、それに限られるものではなく、引張り状態の残留応力を改善するための内外温度差を発生することができるものを広く採用することができる。加熱装置としては、例えば、管体の外周にわたって電極を配置し溶接部及び溶接部近傍にアークを発生させそれを、周方向に高速回転させるものを例示できる。
また、レーザ光を照射することで加熱するものも例示できる。
【0068】
【発明の効果】
本発明によると、2重管を加熱して引張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にする方法であり、2重管の残留応力を簡単、迅速且つ確実に改善することができる2重管の残留応力の改善方法を提供することができる。
【0069】
また本発明によると2重管を加熱して引張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にする方法であり、管内部にアクセスすることなく2重管の残留応力を改善することができる2重管の残留応力の改善方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法の一例を適用する2重管を有する溶接継手の断面図である。
【図2】図1に示す溶接継手の残留応力の改善を行うときの温度と時間の関係を示すグラフである。
【図3】図2に示す2重管の残留応力の改善方法を実行する前後の残留応力を示すグラフである。
【図4】本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法を行う前の予備加熱時の温度と時間の関係を示すグラフである。
【図5】本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法の他の例を適用したときの温度と時間の関係を示すグラフである。
【図6】図5に示す2重管の残留応力の改善方法を実行する前後の残留応力を示すグラフである。
【図7】本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法の一例を適用する2重管を有する異材継手の断面図である。
【図8】図7に示す溶接継手の残留応力の改善を行うときの温度と時間の関係を示すグラフである。
【図9】図8に示す2重管の残留応力の改善方法を実行する前後の残留応力を示すグラフである。
【図10】図(A)は本発明にかかる2重管の残留応力の改善方法を実行する具体的な例であるPWRの加圧器の概略斜視図であり、図(B)は図(A)の2重管部の拡大断面図である。
【符号の説明】
1 2重管
11 第1の管体
111 管内面
112 固定台部
113 溶接部近傍
114 外面
12 第2の管体(サーマルスリーブ)
2、2’ 単管
21、21’ 溶接部近傍
22 外面
3、3’ 高周波誘導コイル
4 加圧器
41 セーフエンド
5 一次冷却系
51 パイプ
52 サーマルスリーブ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for improving the residual stress of a double pipe.
[0002]
[Prior art]
Generally, a steel material that is hardly corroded, for example, stainless steel, has an extremely thin corrosion film formed on the surface in advance, and the corrosion film prevents new corrosion from progressing. Such a material has a phenomenon called stress corrosion cracking (SCC) in which a crack occurs in the material when tensile stress and a corrosive environment satisfy certain conditions, and the crack propagates with time. It is known to occur.
[0003]
Austenitic stainless steel, which is resistant to corrosion, is often used for nuclear reactor piping. The surface of austenitic stainless steel is covered with a thin oxide film, and the progress of general corrosion is very slow because this film protects the surface. The most common material of austenitic stainless steel and excellent in corrosion resistance is a material called SUS316 in JIS material code. SUS316 is an alloy of iron and about 18% chromium, about 12% nickel and about 2.5% molybdenum. SUS316 is a stable material in which the alloy components are uniformly mixed, but when heated to about 600 ° C., the chromium in the material and the carbon contained in the iron combine to precipitate as chromium carbide (chromium carbide). It has been known from an early age that the phenomenon of the formation of SCC occurs when a large tensile stress (above the yield point) acts thereon.
[0004]
In particular, when welding a stainless steel pipe to form a joint, the vicinity of the welded portion of the stainless steel pipe is heated by welding heat, carbon in the stainless steel is combined with chromium, and along the crystal grain boundaries as chrome carbide. Precipitates. Then, a chromium-deficient region is formed in the stainless steel along the vicinity of the crystal grain boundary, and the corrosion resistance is reduced. In a structure with developed chromium-deficient regions, a large tensile stress (above the yield point) can cause the crystal to grow even in high-temperature pure water (containing no corrosive substances) at high oxygen concentrations. Local corrosion occurs along grain boundaries, which develops into SCC.
[0005]
Further, it has been clarified that the tensile stress that causes the SCC includes residual stress in a tensile state accumulated by heating by welding heat in the vicinity of the weld and then rapidly quenched.
[0006]
It is widely known that the cause of this SCC is to satisfy all the conditions of material (decrease of corrosion resistance due to precipitation of chromium carbide), environment (corrosive environment), and stress (tensile stress above yield point). ing. In other words, the generation of SCC can be prevented if at least one of the conditions for generating SCC of these materials, environment, and stress is not satisfied.
[0007]
First, as a material for improving the material, a material for reducing the content of carbon contained in stainless steel is being studied. When the carbon content in the stainless steel is reduced, generation of chromium carbide can be suppressed, and as a result, sensitization can be suppressed.
[0008]
It is also possible to prevent SCC by reducing the residual stress in the vicinity of the weld or changing the residual stress from a tensile state to a compressive state. As one of the methods for reducing or compressing the residual stress in the tensile state, an induction heating stress improvement process (hereinafter, referred to as IHSI method) has been proposed. In this IHSI method, the temperature is raised by induction heating using a high-frequency induction heating coil while the inner surface of the tube is cooled by running water so that a temperature gradient is formed in the thickness direction near the welded portion of the tube, and then the heating is stopped. Then, cooling is continued by flowing water on the inner surface until the temperature in the thickness direction of the pipe becomes substantially uniform, and as a result, the residual stress in the tensile state near the welded portion is reduced or brought into the compressed state. At this time, the temperature difference between the outer peripheral surface of the pipe and the inner peripheral surface of the pipe needs to be a certain or more temperature difference.
[0009]
As a method for improving the residual stress, a shot peening method or the like for improving the residual stress by colliding countless metal spheres at a high speed with a place where the residual stress is desired to be improved has been proposed.
[0010]
Further, as a method of improving environmental conditions, a method of removing a corrosive substance contained in a fluid flowing in a pipe or reducing a content of oxygen that causes oxidation has been proposed.
[0011]
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2624649
[Patent Document 2]
Japanese Patent Publication No. 6-99754
[Patent Document 3]
Japanese Patent Publication No. 4-14172
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
By reducing the carbon content in the above-mentioned stainless steel pipe and suppressing the precipitation of chromium carbide, the generation of a chromium-deficient region can be suppressed. However, the strength of the stainless steel material decreases due to the decrease in the carbon content in the stainless steel material. Although the stainless steel material with reduced strength can be used depending on the member, it cannot be used in a portion where a large stress is applied. Further, it is difficult to modify the material by reducing the carbon content after processing to produce a stainless steel pipe to form a joint.
[0013]
Further, when the residual stress state of the stainless steel pipe is reduced or the tension state is changed from the tension state to the compression state by using the IHSI method, a high-frequency induction coil is disposed outside a portion for improving the residual stress of the stainless steel pipe. The current is passed through the coil to heat the stainless steel pipe from the outside, and water is constantly flowed inside the pipe to cool the pipe to a predetermined temperature. Although it is easy to do, it is necessary to generate a water flow inside, and it is difficult to implement when the inside of the pipe cannot be accessed.
[0014]
Further, in the case of a double pipe having a thermal sleeve for preventing the heat of the fluid flowing into the pipe from transmitting to the outside, it may be considered that the fluid does not sufficiently flow in the gap between the pipe body and the thermal sleeve. Therefore, the inside cannot be sufficiently cooled, and a sufficient temperature difference cannot be obtained inside and outside the pipe.
[0015]
In addition, when steam generated when the fluid in the pipe boils in the gap between the pipe and the thermal sleeve and forms a layer, that is, in a so-called film boiling state, the fluid and the steam have different thermal conductivities and the steam layer is different. The temperature of the formed portion of the pipe is different from that of the portion in contact with another fluid, and as a result, the temperature becomes uneven in the circumferential direction of the inner surface of the pipe.
[0016]
It is very difficult to implement a method for improving residual stress by shot peening on already installed pipes or joints connecting pipes.
[0017]
Regarding the method of removing corrosive substances in fluids, there are some that cannot be removed depending on the purpose of use of the fluid flowing in the piping.In the case of plants that have already started operation, corrosive substances must be newly removed. Attachment of a device to be removed requires a very large-scale operation, and the number of members for new periodic inspection increases.
[0018]
In view of such a problem, the present invention is a method of heating a double pipe to reduce a residual stress in a tension state or to bring the same into a compression state, and to improve the residual stress of the double pipe simply, quickly and reliably. It is an object of the present invention to provide a method for improving the residual stress of a double pipe which can be performed.
[0019]
The present invention also relates to a method for heating a double pipe to reduce the residual stress in a tensioned state or to put it in a compressed state, and to improve the residual stress of the double pipe without accessing the inside of the pipe. It is an object of the present invention to provide a method for improving the residual stress of the above.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a first pipe which forms a joint by butt welding with an adjacent pipe, and a second pipe having only a base attached to an inner wall surface of the first pipe. A method for improving the residual stress in a welded portion of a double pipe having a pipe body, wherein the second pipe body is arranged concentrically inside the joint part, and The inside of the adjacent pipe is filled with water, and in a state where the water stays in the double pipe and the inside of the adjacent pipe, the welded portion of the joint portion and the vicinity of the welded portion are entirely externally formed. Heating the first tube and the adjacent tube to a temperature at which reforming occurs inside the material forming the two tubes, or the heated joint portion Heating before either of the boiling of the internal water is achieved by the heat transfer at So that the temperature difference between the inner and outer surfaces of the joint portion becomes the temperature difference necessary for reducing the residual stress in the tensile state accumulated by the thermal stress during welding or for bringing the joint into a compressed state. Provided is a method for improving the residual stress of a double pipe, which is characterized by heating.
[0021]
By doing so, the residual stress in the tensile state accumulated in the pipe body can be reduced or brought into a compressed state, and the pipe body can be prevented from being subjected to stress corrosion cracking (SCC) without being damaged. is there. Further, the present invention can be easily performed in a place where water is stopped, and can be widely applied to a pipe body that cannot be accessed inside and a joint connecting the pipe bodies.
[0022]
In addition, in order to achieve the above object, the present invention provides a heating device used for heating when heating the welded portion and the vicinity of the welded portion of the joint portion at a position surrounding the welded portion and the vicinity of the welded portion of the joint portion. Then, a plurality of thermocouples are attached to the outer surface near the welded portion and the welded portion of the joint portion, and the heating device is operated to heat the outer surface of the joint portion to a predetermined temperature, and After measuring the temperature distribution of the outer surface of the joint part, and adjusting the installation state of the heating device so that the temperature distribution is substantially uniform, the temperature difference between the outer surface and the inner surface of the joint part during the welding A method for improving the residual stress of a double pipe, characterized in that the residual stress in a tensile state accumulated due to thermal stress is reduced or a temperature difference required for bringing the residual state into a compressed state is obtained.
[0023]
According to this method, by performing preliminary heating in advance, heating can be performed uniformly without waste, and energy and time during heating can be saved.
[0024]
The heating device used for heating in the above configuration can be exemplified by a high energy density power supply. For example, a high-frequency induction coil, a coil that circulates an arc along a tube, a laser that uses a laser, and the like can be exemplified.
[0025]
Further, in order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method according to the present invention, wherein the first tubular body and the tubular body adjacent to the first tubular body are made of different materials. And determining the outer diameter and the number of turns of the high-frequency induction heating coil in consideration of the generation of induced current in the respective materials of the adjacent pipes. I will provide a.
[0026]
According to this configuration, the shape, size, and the like of the high-frequency induction coil can be adjusted according to the material of the heating place, and sufficient heating can be performed even when materials having different physical characteristics are heated by different material joints. Therefore, it is possible to surely improve the residual stress.
[0027]
Further, a plurality of AE (acoustic emission) sensors are attached to the surface of the first pipe body and the adjacent pipe body having the above configuration, and when the water filled in the double pipe and the adjacent pipe body boils. The boiling state of the water may be confirmed by measuring the generated AE. According to this configuration, the state of the water in the pipe can be grasped more accurately, and the heating can be reliably stopped before the water boils.
[0028]
In order to check the state of water, the state of the water surface may be observed and confirmed. When the water boils, steam bubbles appear in the water and flow upward. If the heating is stopped immediately after the generation of the steam bubbles is confirmed, the water can be stopped before the film boiling, and a reliable heating operation can be performed.
[0029]
Further, as the joint having the above configuration, a joint in which a pipe body is joined up and down can be exemplified. As a result, even when the water inside the pipe boils, the steam flows to the upper part of the pipe, and it is possible to prevent a film of steam from being formed between the inner surface of the pipe and the water. A temperature difference can be generated. As a result, it is possible to reliably reduce the residual stress in the tension state of the inner surface of the tube sheet thick portion or to reduce the residual stress to the compression state.
[0030]
The same applies to the case where water is not contained in the inside of the tube, in other words, the case where the inside of the tube is vacuum or filled with a predetermined gas, and the residual stress in the tension state is reduced or compressed. It is possible. Thereby, the method for improving the residual stress of the double pipe according to the present invention can be applied to a wide range of fields.
[0031]
An example in which the method for improving the residual stress of a double pipe according to the present invention is applied to a primary cooling system pipe of a pressurized water reactor (PWR) and a safe end joint of a pressurizer is exemplified.
[0032]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
(Example 1)
FIG. 1 shows a structure in which a double pipe and a single pipe are joined by welding and the residual stress is improved by using the method for improving the residual stress of a double pipe according to the present invention.
[0033]
The joint A shown in FIG. 1 has a
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
The high-
[0038]
When an electric current is caused to flow through the high-
ΔT = {4σy (1-ν)} / E · α (1)
Here, σy: yield stress, E: Young's modulus, α: linear expansion coefficient, ν: Poisson's ratio.
[0039]
Further, it is necessary to heat the
[0040]
Based on these conditions, it is necessary to improve the residual stress in a state as shown in FIG. 2, for example.
First, a current is supplied to the high-
[0041]
The stop of the heating is controlled by time, and after a predetermined time (here, the heating time s1) has elapsed, the supply of the electric power to the high-
[0042]
FIG. 3 shows a welded portion on the inner surface of a pipe and a residual stress distribution near the welded portion before and after the application of the method for improving residual stress according to the present invention. FIG. 3 is a distribution diagram in which the vertical axis represents the residual stress (MPa) and the horizontal axis represents the distance (mm) from the welding center. The vertical axis represents the residual stress, taking the tensile stress positive and the compressive stress negative. On the horizontal axis, the welded portion is arranged at the center, and the
[0043]
In the figure, a diagram Sa1 shows a stress distribution before the residual stress improvement method is performed, and a diagram Sb1 shows a stress distribution after the residual stress improvement method is performed. From the diagram Sa1, the interface portions P1 and P2 between the welded portion and the base material (the
[0044]
The
[0045]
By vertically connecting the
[0046]
(Example 2)
The configurations of the double tube, the single tube, and the high-frequency induction coil are the same as those in the first embodiment, and the same reference numerals are used for the same portions for convenience. Preheating is performed before heating for improving residual stress. The temperature at which chromium carbide precipitates is about 550 ° C., and as described above, the temperature difference ΔT1 between the inner and outer surfaces of the tube necessary for improving the residual stress is 200 ° C. or more. Based on the above, in the preheating, the temperature at which the preheating does not affect the residual stress, that is, the temperature of the outer surface is, but not limited to, about 150 ° C. At this time, a plurality (three in this case) of thermocouples are attached to the
[0047]
As shown in FIG. 4, the temperature distributions t3, t4, and t5 are substantially uniform (soaking) at the heating target location (although the temperature distribution is not limited to this, t3, t4, and t5 are 150 ° C. ± 20 ° C.). Check. If the temperature is not equalized, the position of the high
[0048]
By performing the preliminary heating, the
[0049]
(Example 3)
The configurations of the double tube, the single tube, and the high frequency induction coil shown in the present embodiment are the same as those of the first embodiment. The same reference numerals are used for substantially the same parts. In this embodiment, the residual stress is improved by heating from the outer surface of the welded joint, although water is not stored inside the
[0050]
When heating is performed by the high-
δ = (ρ × 1000) 1/2 / {2π × (μ × f) 1/2 } Equation (2)
Here, ρ: specific resistance, μ: relative magnetic permeability, f: frequency.
That is, according to the equation (2), the penetration depth of the induced current decreases as the frequency increases. From this, it can be seen that if the high-
[0051]
Here, the
[0052]
FIG. 5 shows the temperature change during heating. The temperature t6 of the tube outer surface has reached a temperature close to the temperature at which sensitization occurs (550 ° C. in the case of austenitic stainless steel) in a time s2 shorter than the time s1 in Example 1. At this time, the temperature difference ΔT2 between the inner and outer surfaces of the tube is equal to or larger than ΔT shown in the above equation (1). That is, it is understood that a temperature difference equal to or more than the temperature difference ΔT between the inner and outer surfaces of the pipe necessary for the method for improving the residual stress according to the present invention is obtained before the sensitization occurs in the
[0053]
After this heating, by cooling, the residual stress in the tensile state of the inner surface of the tube can be reduced or brought into a compressed state. FIG. 6 shows the residual stress distribution before and after the residual stress improvement method according to the present invention is performed.
The display is performed in the same display method as in the first embodiment. Regarding the residual stress, before the improvement method was implemented, the residual stress in the tensile state was accumulated even in a part of the welding center, but after the residual stress improvement method was implemented, It can be seen that residual stress in the state is accumulated.
[0054]
Since the inside is not filled with water, the method for improving residual stress according to the present invention can be carried out in a wider range. In addition, by filling a gas having a high cooling effect inside, a higher residual stress improving effect can be obtained. It is also possible to get Further, the vacuum may be applied to the inside of the tube.
[0055]
(Example 4)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the arrangement of a double tube, a single tube, and a high-frequency dielectric coil in this embodiment. Except for a single tube and a coil, the structure is substantially the same as that of the joint A described in the first embodiment, and the same portions are denoted by the same reference numerals.
In the joint B shown in FIG. 7, the
[0056]
It can be seen that the penetration depth of the austenitic stainless steel (11.4 mm) and the penetration depth of the low alloy steel (0.4 mm) are significantly different. Therefore, as shown in FIG. 7, the coil 31 'on the stainless steel side (
[0057]
FIG. 8 shows a graph of a temperature change during heating. The high frequency induction coil 3 'rapidly heats the welded joint from the outer surface. At this time, the temperature of the outer surface of the
[0058]
FIG. 9 shows a distribution diagram of the residual stress on the inner surface of the pipe before and after the method for improving the residual stress according to the present invention is performed. The diagram Sa2 in FIG. 9 is the residual stress before the method for improving the residual stress is performed, and the diagram Sb2 in FIG. 9 is the residual stress after the method for improving the residual stress is performed. It can be seen that the vicinity of the interface between the welded portion Wd ′ and the base material (
[0059]
(Example 5)
FIG. 10A is a schematic perspective view of a pressurizer of a pressurized water reactor to which the method for improving a residual stress of a double pipe according to the present invention is applied, and FIG. 10B is a pressurizer shown in FIG. FIG. 4 is an enlarged sectional view of a portion for improving residual stress by the method for improving residual stress according to the present invention.
The
[0060]
FIG. 10B shows a joint between the
[0061]
In order to make the residual stress in the tension state into the residual stress in the compression state, the method for improving the residual stress of the double pipe shown in the above embodiment is used.
The
[0062]
A gap k is formed between the
[0063]
By doing so, even if the heating is terminated after the internal water starts to boil, the temperature difference for improving the residual stress on the inner and outer surfaces of the
[0064]
Also, an AE (acoustic emission) sensor is attached to at least one of the
[0065]
As described above, in each of the embodiments, an example in which the state of internal water is detected using an AE sensor is exemplified only in Example 5, but the present invention is not limited thereto. It can be widely used to check the condition.
[0066]
Further, although the example using the preheating is illustrated in the second embodiment, the present invention is not limited thereto, and the preheating temperature and the like can be arbitrarily selected from a range that does not hinder the material such as a temperature at which no sensitization occurs. . Also, in other embodiments, by performing preheating, a higher residual stress improving effect can be obtained.
[0067]
In each of the embodiments described above, the high-frequency induction coil is used as the one that rapidly heats. However, the present invention is not limited to this, and one that can generate a temperature difference between the inside and outside to improve the residual stress in the tensile state. Can be widely adopted. Examples of the heating device include, for example, a device in which electrodes are arranged around the outer periphery of a tubular body, an arc is generated in a welding portion and in the vicinity of the welding portion, and the arc is rotated at high speed in a circumferential direction.
In addition, heating by irradiation with laser light can also be exemplified.
[0068]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a method for heating a double pipe to reduce a residual stress in a tensile state or to bring the residual stress into a compressive state. The double pipe can easily, quickly and surely improve the residual stress in the double pipe. Can be provided.
[0069]
Further, according to the present invention, there is provided a method of heating a double pipe to reduce a residual stress in a tensile state or to bring the same into a compressed state, and a double pipe capable of improving the residual stress of the double pipe without accessing the inside of the pipe. A method for improving the residual stress of a pipe can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a welded joint having a double pipe to which an example of a method for improving a residual stress of a double pipe according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between temperature and time when the residual stress of the welded joint shown in FIG. 1 is improved.
3 is a graph showing residual stress before and after executing a method for improving residual stress of a double pipe shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing the relationship between temperature and time during preheating before performing the method for improving the residual stress of a double pipe according to the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a relationship between temperature and time when another example of the method for improving the residual stress of the double pipe according to the present invention is applied.
6 is a graph showing the residual stress before and after the method for improving the residual stress of the double pipe shown in FIG. 5 is executed.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a dissimilar joint having a double pipe to which an example of the method for improving the residual stress of the double pipe according to the present invention is applied.
FIG. 8 is a graph showing a relationship between temperature and time when the residual stress of the welded joint shown in FIG. 7 is improved.
9 is a graph showing the residual stress before and after executing the method for improving the residual stress of the double pipe shown in FIG. 8;
FIG. 10A is a schematic perspective view of a PWR pressurizer as a specific example for executing the method for improving the residual stress of a double pipe according to the present invention, and FIG. 3) is an enlarged cross-sectional view of the double pipe section.
[Explanation of symbols]
1 Double pipe
11 First tube
111 Pipe inner surface
112 Fixed base
113 Near weld
114 Outside
12 Second tube (thermal sleeve)
2, 2 'single tube
21, 21 'Near the weld
22 Outside
3, 3 'high frequency induction coil
4 Pressurizer
41 Safe End
5 Primary cooling system
51 pipe
52 Thermal Sleeve
Claims (12)
前記第1の管体の内壁面に基部のみが取り付けられた第2の管体とを有する2重管の溶接部の残留応力改善方法であって、
前記第2の管体は、前記継手部の内側に同心円上に配置されるものであり、
前記2重管及び前記隣接する管体の内部に水が充填されており、
前記2重管及び前記隣接する管体の内部で前記水が停留した状態で、前記継手部の溶接部及び溶接部近傍を外部より全周にわたって加熱するものであり、
前記第1の管体及び前記隣接する管体の温度が該両管体を構成する材料内部で改質が発生する温度になるかまたは前記加熱された前記継手部における伝熱によって内部の水の沸騰のうちいずれか一方が達成される前に加熱を停止するものであり、
前記継手部の内外面の温度差が前記溶接時の熱応力にて蓄積された引っ張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にするために必要な温度差になるように加熱することを特徴とする2重管の残留応力の改善方法。A first pipe that forms a joint by butt welding with an adjacent pipe;
A method for improving a residual stress in a welded portion of a double pipe having a second pipe having only a base attached to an inner wall surface of the first pipe,
The second pipe is disposed concentrically inside the joint portion,
The double pipe and the adjacent pipe body are filled with water,
In a state where the water is retained inside the double pipe and the adjacent pipe body, the welded portion and the vicinity of the welded portion of the joint portion are heated over the entire circumference from the outside,
The temperature of the first tubular body and the adjacent tubular body becomes a temperature at which reforming occurs inside the material constituting both the tubular bodies, or the temperature of the internal water is increased by heat transfer in the heated joint portion. Stop heating before one of the boiling is achieved,
Heating is performed so that the temperature difference between the inner and outer surfaces of the joint portion reduces to the residual stress in the tensile state accumulated by the thermal stress at the time of welding or the temperature difference required to bring the joint into a compressed state. To improve the residual stress of a double pipe.
前記継手部の溶接部及び溶接部近傍の外表面に複数の熱電対を取り付けておき、
前記加熱装置を動作させて前記継手部の外表面が所定の温度になるまで加熱し、そのときの前記継手部の外表面の温度分布を計測し、
前記温度分布が前記溶接部及び溶接部近傍で略均一になるように加熱装置の設置状態を調整した後に、前記継手部の外面と内面の温度差が前記溶接時の熱応力にて蓄積された引っ張り状態の残留応力を低減する又は圧縮状態にするために必要な温度差になるように加熱することを特徴とする請求項1に記載の2重管の残留応力の改善方法。When heating the welded portion and the vicinity of the welded portion of the joint portion, a heating device used for heating is disposed at a position surrounding the welded portion and the vicinity of the welded portion of the joint portion,
A plurality of thermocouples are attached to the outer surface near the weld and the weld of the joint,
Operate the heating device to heat the outer surface of the joint portion to a predetermined temperature, measure the temperature distribution of the outer surface of the joint portion at that time,
After adjusting the installation state of the heating device so that the temperature distribution becomes substantially uniform in the vicinity of the welded portion and the welded portion, the temperature difference between the outer surface and the inner surface of the joint portion was accumulated due to the thermal stress during the welding. The method for improving the residual stress in a double pipe according to claim 1, wherein the heating is performed so that a temperature difference required for reducing a residual stress in a tension state or a compression state is obtained.
前記第1の管体及び前第1の管体に記隣接する管体のそれぞれの材質における誘導電流の発生を考慮して前記高周波誘導加熱コイルの外径及び巻き数を決定することを特徴とする請求項4に記載の2重管の残留応力の改善方法。The first tube and the tube adjacent to the first tube are made of different materials,
The outer diameter and the number of windings of the high-frequency induction heating coil are determined in consideration of generation of an induced current in each material of the first tubular body and the tubular body adjacent to the first tubular body. The method for improving residual stress in a double pipe according to claim 4.
前記加熱装置は前記第1の管体の内外面で十分な温度差を有し、且つ、前記2重管の材質が変質する温度の手前で加熱を終了することを特徴とする請求項1から請求項9に記載の2重管の残留応力の改善方法。A predetermined gas is filled instead of the water,
2. The heating device according to claim 1, wherein the heating device has a sufficient temperature difference between the inner and outer surfaces of the first tube, and ends the heating before a temperature at which the material of the double tube deteriorates. 3. The method for improving the residual stress of a double pipe according to claim 9.
前記加熱装置は前記第1の管体の内外面で十分な温度差を有し、且つ、前記2重管の材質が変質する温度の手前で加熱を終了することを特徴とする請求項1から請求項9に記載の2重管の残留応力の改善方法。Instead of the water, the inside of the tube is vacuum,
2. The heating device according to claim 1, wherein the heating device has a sufficient temperature difference between the inner and outer surfaces of the first tube, and ends the heating before a temperature at which the material of the double tube deteriorates. 3. The method for improving the residual stress of a double pipe according to claim 9.
前記第1の管体に隣接する管体は加圧器のセーフエンドであり、
前記一次冷却系の配管とセーフエンドの接合部の溶接時の熱応力によって蓄積される残留応力を請求項1から請求項11のいずれかに記載の2重管の残留応力の改善方法を用いて改善することを特徴とする2重管の残留応力の改善方法。The double pipe is a primary cooling system pipe of a pressurized water reactor (PWR), and the second pipe is configured to reduce a thermal shock of cooling water filled in the first pipe. A thermal sleeve for preventing transmission to the first tube;
A tube adjacent to the first tube is a safe end of the pressurizer;
The residual stress accumulated by thermal stress at the time of welding the joint between the pipe of the primary cooling system and the safe end is obtained by using the method for improving the residual stress of a double pipe according to any one of claims 1 to 11. A method for improving the residual stress of a double pipe, characterized by improving.
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- 2003-05-20 JP JP2003141886A patent/JP2004346344A/en active Pending
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