JP2005028405A

JP2005028405A - 配管の溶接接合工法及び溶接接合部構造

Info

Publication number: JP2005028405A
Application number: JP2003196491A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hirano; 隆平野
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-03

Abstract

【課題】配管の溶接接合部の耐ＳＣＣ性能を向上させることができる、溶接接合工法および溶接接合部構造を提供する。
【解決手段】配管１，１の溶接接合工法であって、配管１，１を溶接接合するに先立って、配管１，１の接合端部近傍の内面に、配管１，１の母材よりも耐応力腐食割れ性能に優れた材料を用いて肉盛りを施し、その肉盛りされた配管１，１の接合端部に、肉盛部５の少なくとも一部を残して開先３を形成し、その後、配管１，１を上記肉盛部５同士で突き合わせて溶接接合するものである。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管の溶接接合工法及び溶接接合部構造に係り、特に、原子炉配管の溶接接合部の予防保全を目的とした溶接接合工法及び溶接接合部構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、沸騰水型原子力（ＢＷＲ）発電所の再循環系（ＰＬＲ）配管等の原子炉配管には、耐食性に優れているとの理由から、Ａｌｌｏｙ６００等のニッケル合金や、ＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼が用いられている。
【０００３】
近年では、炭素含有量が非常に少ないうえ、充分な強度を確保したＳＵＳ３１６ＮＧ（ニュークリアグレイド）も開発されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１２４８８８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、原子炉配管の母材の耐応力腐食割れ（ＳＣＣ）性能を向上させるべく日々実験や研究等がなされているが、配管の溶接接合部は溶接による熱影響等により母材の耐ＳＣＣ性能が低下する虞れがあるため、更なる対策を施すことが好ましい。
【０００６】
図２を用いて、配管の溶接接合部の一例を説明する。図２は溶接接合部の断面図であり、図中上側が配管の外面側、下側が内面側である。
【０００７】
図は、二つの配管Ｐ，Ｐをその端部で突き合わせて溶接接合したものである。配管Ｐ，Ｐの接合部の内側端部には、互いに当接するルート部（突き合わせ部）Ｒ，Ｒがそれぞれ形成され、ルート部Ｒよりも外側には、ルート部Ｒよりも配管Ｐの長手方向に後退した位置に形成され、かつルート部Ｒに対して傾斜した開先Ｔ，Ｔがそれぞれ形成される。両配管Ｐ，Ｐの開先Ｔ，Ｔ同士は、所定の開先角度θで傾斜して配置される。近年では、この開先角度θを比較的小さくした狭開先工法が多く用いられている。
【０００８】
配管Ｐ，Ｐを溶接接合する際には、まず、両配管Ｐ，Ｐのルート部Ｒ，Ｒを加熱・溶融させて母材同士を接合し、次に開先Ｔ，Ｔ間の空間に溶接金属Ｙを肉盛していく。
【０００９】
ところで、このような溶接接合部は、溶接時に配管Ｐ，Ｐのルート部Ｒ，Ｒが溶融するため、溶接初層部Ａ（接合部内面側）のフェライト濃度（量）が低下するという問題がある。つまり、ルート部Ｒ，Ｒが溶融して固まる際にデンドライト組織となり、母材のフェライト量が化学成分的にもともと少ないのでフェライト濃度が低下してしまう。
【００１０】
一般的に、溶接部（デンドライト組織の部分）の耐ＳＣＣ性能を高めるためにはフェライト濃度を高くする（例えば５％以上）ことが有効であることが知られており、フェライト量が低下することは望ましくない。特に、溶接初層部Ａは、配管Ｐの内面側であり、原子炉水Ｗと直接接触する部分であるので、フェライト濃度の低下は極力避けたい部位である。
【００１１】
ここで、配管の溶接接合部のＳＣＣ対策として、配管の外面側を電磁誘導により加熱すると共に、内面側を冷却することによって、溶接接合部の引張残留応力を圧縮応力に変えるＩＨＳＩ等の応力改善工法が知られている。しかしながら、この応力改善工法は、配管の材質的な問題（低フェライト）を解決するものではない。また、この応力改善工法は、配管内部に冷却水を通水する必要があるため、施行工期が長期化する、コストが比較的高い等の問題もあった。更に、この応力改善工法は、大口径の配管では、ＨＡＺ又は溶接部が著しく硬化している場合には引張応力を完全に除去できない可能性もある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、原子炉配管の溶接接合部の耐ＳＣＣ性能を向上させることができる、配管の溶接接合工法および溶接接合部構造を提供することにある。
【００１３】
【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、配管の溶接接合工法であって、上記配管を溶接接合するに先立って、上記配管の接合端部近傍の内面に、配管の母材よりも耐応力腐食割れ性能に優れた材料を用いて肉盛りを施し、その肉盛りされた配管の接合端部に、肉盛部の少なくとも一部を残して開先を形成し、その後、配管を上記肉盛部同士で突き合わせて溶接接合するものである。
【００１４】
ここで、上記配管の母材がＳＵＳ３１６ＮＧであり、上記肉盛りに用いる溶接材料が３０８ＵＬＣ系であっても良い。
【００１５】
また本発明は、配管の溶接接合部構造であって、上記配管が、その接合端部近傍の内面に設けられ、配管の母材よりも耐応力腐食割れ性能に優れた材質からなる肉盛部をそれぞれ備え、該肉盛部が配管同士の突き合わせ部を形成するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は本実施形態に係る原子炉配管の溶接接合部を示しており、図中上側が配管の外面側、下側が内面側である。
【００１８】
図は、二つの配管１，１をその端部で突き合わせて溶接接合したものである。配管１，１の接合部の内側端部には、互いに当接するルート部（突き合わせ部）２，２がそれぞれ形成され、ルート部２よりも外側には、ルート部２，２よりも配管１の長手方向に後退した位置に形成され、かつルート部２に対して傾斜した開先３，３がそれぞれ形成される。両配管１，１の開先３，３同士は、所定の開先角度θで傾斜して配置される。本実施形態では、開先角度θの比較的小さい狭開先工法を用いている。
【００１９】
本実施形態の配管１，１は、炭素含有量が非常に少ない（耐ＳＣＣ性能が高い）うえ、充分な強度を確保したＳＵＳ３１６ＮＧ（ＳＵＳ３１６ＬＣ）からなる。
【００２０】
特筆すべき点は、両配管１，１の接合端部近傍の内面１ａに、配管１，１の母材（ＳＵＳ３１６ＮＧ）よりも更に耐食性・耐ＳＣＣ性が高く、フェライト濃度の高い（靱性の高い）溶接材料からなる肉盛部５，５がそれぞれ設けられている点にある。
【００２１】
本実施形態では、肉盛部５，５の材料は、ステンレス系溶接金属であり炭素含有量が極めて低い３０８ＵＬＣ系のものである。
【００２２】
なお、原子炉配管の溶接接合部において、ステンレス系溶接金属部（肉盛部）にＳＣＣが発生した事例はこれまで確認されておらず、このことからも、ステンレス系溶接金属が配管の母材よりも耐ＳＣＣ性能に優れていることが分かる。
【００２３】
肉盛部５は、配管１の内面全周に渡って形成されており、配管１の接合端部から配管１の軸方向に所定距離Ｌ１だけ延出する。配管１の端部から距離Ｌ２までの肉盛部５の厚さｔ２は、ルート部２の厚さよりも若干厚く形成される。つまり、配管１のルート部２は全て、肉盛部５の材質（溶接金属）により形成されることになる。また、肉盛部５は、端部からの距離Ｌ２において、配管１の板厚方向に窪んでおり、距離Ｌ２から距離Ｌ１までの間の厚さｔ１は、上記厚さｔ２よりも薄くなっている。
【００２４】
次に、本実施形態の溶接接合工法について説明する。
【００２５】
まず、配管１，１同士を溶接接合するに先立って、各配管１，１の接合端部近傍の内面１ａ全周に、３０８ＵＬＣ系の溶接金属を用いて肉盛り（クラッド）を施し、配管１の内面１ａを肉盛部（溶接金属）５で覆う。つまり、溶接接合前の配管１の端部近傍内面１ａにＣＲＣ（ＣｏｒｒｏｓｉｏｎＲｅｓｉｓｔａｎｔＣｌａｄｄｉｎｇ）を施工するのである。
【００２６】
次に、そのＣＲＣが施された配管１，１の接合端部に、肉盛部５の少なくとも一部を残して開先３を形成する。開先３を形成する際に残された部分が、ルート部２となる。
【００２７】
その後、ＣＲＣが施された両配管１，１を、そのルート部２（肉盛部５）同士で突き合わせ、両配管１，１のルート部２，２を加熱・溶融させて接合する。その後、開先３，３の間の空間に溶接金属６を肉盛していく。この溶接金属６は、肉盛部５の材料と同じものでも、異なるものでも良い。
【００２８】
本実施形態の溶接接合工法及び溶接接合部構造によれば、配管１，１の溶接接合部の内面１ａが肉盛部（溶接金属）５により覆われるため、配管１，１の母材（ＳＵＳ３１６ＮＧ）が原子炉水Ｗと接触しない。従って、配管１，１の母材にＳＣＣが発生することを防止できる。
【００２９】
そして、溶接接合部近傍においては肉盛部５，５が原子炉水Ｗと直接接触することになるが、肉盛部５，５を形成する溶接金属はフェライト量が配管１，１の母材よりも高いため、耐ＳＣＣ性能に優れており、ＳＣＣが発生する可能性は低い。ここで、配管１，１を溶接接合するときに、肉盛部５のルート部２の溶融後のフェライト量が問題となる。しかしながら、ルート部２を形成する溶接金属は、配管１，１の母材よりも化学成分的にフェライト量が高い（例えば８％以上）ので、耐ＳＣＣ性能は充分高く確保できる。つまり、溶接初層部Ａのフェライト濃度を従来と比べて高くできる（フェライト濃度５％以上）ので、耐ＳＣＣ性能を向上させることができる。従って、配管１の長期的信頼性が向上する。
【００３０】
ここで、配管１における肉盛部５の両端部と連続する部分Ｂは、配管１の母材が原子炉水Ｗと直接接触する部分となるが、この部分Ｂは溶接接合部から比較的大きく離れている（距離Ｌ１以上）ので、溶接による熱影響をほとんど受けず、残留応力も低く、高い耐ＳＣＣ性能を維持することができる。従って、肉盛部５の長さＬ１は、配管１のサイズ及び板厚や、溶接条件などを考慮して設定される。つまり、溶接接合時の熱影響によって、部分Ｂの応力が高くならないように、長さＬ１が設定される。肉盛部５の厚さｔ１，ｔ２についても、配管１のサイズ及び板厚や、溶接条件などを考慮して適宜設定される。しかしながら、肉盛部５の接合端部側の厚さｔ２は、少なくともルート部２の厚さ以上にすることが好ましい。
【００３１】
なお、ＣＲＣ施工後に、肉盛部５と配管１の母材との境界部分Ｂをバフ等で磨くことによって、この部分ＢにＳＣＣが発生する可能性を低下させることができる。
【００３２】
本実施形態の溶接接合工法及び溶接接合部構造によれば、ＩＨＳＩ等の応力改善工法と比較して短期間での施行が可能となる。
【００３３】
また、配管そのものは従来と同様（同材質）のものを用いることが可能であるので、低コストでの施工が可能となる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定はされない。
【００３５】
例えば、配管１，１同士の溶接接合は、狭開先工法に限定はされず、比較的大きな開先角度θを設ける通常開先工法としても良い。
【００３６】
また、配管１，１を溶接接合した後に、ＩＨＳＩ等の応力改善工法や、ＨＳＷ等の環境改善工法等を施しても良い。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、配管の溶接接合部の耐ＳＣＣ性能を向上させることができるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る配管の溶接部構造の断面図である。
【図２】従来の配管の溶接部構造の断面図である。
【符号の説明】
１配管
２ルート部（突き合わせ部）
３開先
５肉盛部

Claims

配管の溶接接合工法であって、上記配管を溶接接合するに先立って、上記配管の接合端部近傍の内面に、配管の母材よりも耐応力腐食割れ性能に優れた材料を用いて肉盛りを施し、その肉盛りされた配管の接合端部に、肉盛部の少なくとも一部を残して開先を形成し、その後、配管を上記肉盛部同士で突き合わせて溶接接合することを特徴とする溶接接合工法。
上記配管の母材がＳＵＳ３１６ＮＧであり、上記肉盛りに用いる材料が３０８ＵＬＣ系である請求項１記載の溶接接合工法。
配管の溶接接合部構造であって、上記配管が、その接合端部近傍の内面に設けられ、配管の母材よりも耐応力腐食割れ性能に優れた材質からなる肉盛部をそれぞれ備え、該肉盛部が配管同士の突き合わせ部を形成することを特徴とする配管の溶接接合部構造。