JP2008169444A - 管体の残留応力改善方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】円筒状の配管2の溶接部分Cの外周面に局所的にレーザ光5aを照射し、照射領域Sを周方向に移動することにより、配管2の残留応力を改善する際、施工対象の配管2に複数の熱電対9を設置し、レーザ光5aの照射による配管2の外面の温度履歴を測定して、温度履歴を管理する。
【選択図】図1
Description
円筒状の管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射し、照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善方法において、
施工対象の管体に複数の温度計を設置し、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、温度履歴を管理することを特徴とする。
円筒状の管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射し、照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善方法において、
施工対象の管体に複数の温度計を設置し、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を管理することを特徴とする。
円筒状の管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射し、照射領域を周方向に回転することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善方法において、
予め、施工対象の管体と同一条件の管体に複数の温度計を設置し、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を求めておき、
施工対象の管体にレーザ光を照射する際、施工条件として、前記最高到達温度、前記昇温時間、前記軸方向加熱幅及び前記周方向加熱幅を管理することを特徴とする。
上記第1〜第3の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記昇温時間をτ、管体の熱拡散率をk、管体の板厚をhとして、無次元化時間F=(τ×k)/h2を求め、
前記昇温時間として、前記無次元化時間Fを管理することを特徴とする。
上記第4の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記無次元化時間Fを、上限と下限で管理することを特徴とする。
上記第1〜第5の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記周方向加熱幅をW、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、周方向の無次元化距離G=W/√(rh)を求め、
前記周方向加熱幅として、前記無次元化距離Gを管理することを特徴とする。
上記第6の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする。
上記第1〜第7の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記軸方向加熱幅をL、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、軸方向の無次元化距離J=L/√(rh)を求め、
前記軸方向加熱幅として、前記無次元化距離Jを管理することを特徴とする。
上記第8の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記無次元化距離Jを、3.0以上に管理することを特徴とする。
上記第1〜第9の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記最高到達温度を、
オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
ニッケルクロム鉄合金の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
低合金鋼あるいは炭素鋼の場合は、500℃以上、且つ、595℃未満に管理することを特徴とする。
上記第1〜第10の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光の周方向の移動速度をv、管体の板厚をhとして、
積(v×h)を、70mm2/秒以上に管理することを特徴とする。
上記第4の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化時間Fの下限を管理することを特徴とする。
上記第6の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする。
円筒状の管体の外周を周回移動すると共に周方向移動速度を制御可能な回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、前記管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射すると共に照射領域を調整可能な光学ヘッドと、
前記回転移動手段及び前記光学ヘッドを制御する制御手段とを有し、
前記レーザ光の照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
施工対象の管体に複数の温度計が設置され、
前記制御手段は、
レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を前記複数の温度計により測定して、温度履歴を管理することを特徴とする。
円筒状の管体の外周を周回移動すると共に周方向移動速度を制御可能な回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、前記管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射すると共に照射領域を調整可能な光学ヘッドと、
前記回転移動手段及び前記光学ヘッドを制御する制御手段とを有し、
前記レーザ光の照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
施工対象の管体に複数の温度計が設置され、
前記制御手段は、
レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を前記複数の温度計により測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を管理することを特徴とする。
円筒状の管体の外周を周回移動すると共に周方向移動速度を制御可能な回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、前記管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射すると共に照射領域を調整可能な光学ヘッドと、
前記回転移動手段及び前記光学ヘッドを制御する制御手段とを有し、
前記レーザ光の照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
予め、施工対象の管体と同一条件の管体に設置した複数の温度計から、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を求めておき、
施工対象の管体にレーザ光を照射する際、施工条件として、前記最高到達温度、前記昇温時間、前記軸方向加熱幅及び前記周方向加熱幅を管理することを特徴とする。
上記第14〜第16の発明に係る管体の残留応力改善方法において、
前記制御手段は、
前記昇温時間をτ、管体の熱拡散率をk、管体の板厚をhとして、無次元化時間F=(τ×k)/h2を求め、
前記昇温時間として、前記無次元化時間Fを管理することを特徴とする。
上記第17の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記無次元化時間Fを、上限と下限で管理することを特徴とする。
上記第14〜第18の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記周方向加熱幅をW、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、周方向の無次元化距離G=W/√(rh)を求め、
前記周方向加熱幅として、前記無次元化距離Gを管理することを特徴とする。
上記第19の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする。
上記第14〜第20の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記軸方向加熱幅をL、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、軸方向の無次元化距離J=L/√(rh)を求め、
前記軸方向加熱幅として、前記無次元化距離Jを管理することを特徴とする。
上記第21の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記無次元化距離Jを、3.0以上に管理することを特徴とする。
上記第14〜第22の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記最高到達温度を、
オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
ニッケルクロム鉄合金の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
低合金鋼あるいは炭素鋼の場合は、500℃以上、且つ、595℃未満に管理することを特徴とする。
上記第14〜第23の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記レーザ光の周方向の移動速度をv、管体の板厚をhとして、
積(v×h)を、70mm2/秒以上に管理することを特徴とする。
上記第17の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化時間Fの下限を管理することを特徴とする。
上記第19の発明に係る管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする。
図1(a)は、本発明に係る管体の残留応力改善装置を示す模式図である。
図1(a)に示すように、残留応力改善装置1は、円筒状の管体である配管2の外周を周回移動可能に配置され、周方向の移動速度vを制御可能な回転駆動装置3(回転駆動手段)と、回転駆動装置3に支持されると共に配管2の軸方向に延設され、配管2の周囲を配管2と同軸に周回可能なアーム部4と、アーム部4に保持され、配管2の外周面の所定領域にレーザ光5aを照射する光学ヘッド5と、光ファイバ6により光学ヘッド5と接続され、光ファイバ6を介してレーザ光を光学ヘッド5に供給するレーザ発振器7と、回転駆動装置3、レーザ発振器7等を制御する制御装置8とを有するものである。なお、加熱範囲により、複数のレーザ発振器と光学ヘッドを回転駆動装置のアームに設置する場合もある。
施工条件について説明する前に、まず、本発明に係る管体の残留応力改善方法の原理を簡単に説明する。
具体的には、以下に示す4種類の配管形状(材料はSUS304で同一)を対象に弾塑性解析を実施し、施工後の残留応力を比較することにより、応力改善効果に対する配管の径、板厚の影響を評価してみた。配管形状としては、配管外径D、配管板厚h、平均半径rが各々以下の表1のように異なるものを用いた(図1(b)参照)。なお、異なる配管形状では溶接による残留応力が異なるので、ここでは、配管の径、板厚の影響を明確にするため、配管の初期応力のない素管を対象とした。又、表1中の14B管−Aは、板厚の影響を把握するために評価したものである。
Fo=τo×k/h2 式(1)
(b)周方向加熱幅Wは、√(rh)で整理できると仮定し、1.7√(rh)とした。なお、周方向加熱幅Wは、最高到達温度まで加熱するのに有効な幅であり、他のパラメータとは、以下の式(2)に示す関係を有する。
W=τo×v 式(2)
(c)軸方向加熱幅Lも、√(rh)で整理できると仮定し、3.0√(rh)とした。なお、軸方向加熱幅は、外面が所定温度に加熱されている領域の軸方向長さである(図7(b)参照)。
(d)移動速度vは、式(1)、式(2)から求められる式(3)から求めた。
v=(W×k)/(Fo×h2) 式(3)
式(3)において、周方向加熱幅Wは1.7√(rh)で定数、熱拡散率kも定数、昇温時間パラメータFoは0.08、板厚hも定数なので、速度vが定まる。
そして、上記条件を用い、1周目は0°を始終端とし、360°まで、2周目は180°を始終端とする2周施工を行った。なお、各配管形状に対する施工条件を整理したものが表2である。
β×x≒1.3x/√(rh) 式(5)
但し、ν=0.3とする。
更に、本発明者等は、上述した各施工条件において、残留応力を改善するために望ましい管理範囲を規定してみた。ここでは、4B管は外径114.3×板厚13.5mm、2B管は外径60.5×板厚8.7mm、14B管は外径355.6×板厚35.7mmである。
昇温時間τoを管理する無次元数(昇温時間パラメータFo)の最適な範囲を求めるため、表1に示した異なる配管形状に対して、昇温時間パラメータFoとレーザ照射により内面に発生する熱応力との関係を熱弾性解析により検証してみた(図8参照)。外面の温度が100℃を越え、最高到達温度Tmaxに到達するまでの昇温時間をτo(秒)とした。
又、周方向加熱幅Wを管理する無次元数(周方向加熱幅パラメータG=W/√(rh))の最適な範囲を求めるため、表1に示した異なる配管形状に対して、周方向加熱幅パラメータG=W/√(rh)とレーザ照射により内面に発生する熱応力の熱弾性解析結果との関係を調べてみた(図9参照)。
又、軸方向加熱幅Lを管理する無次元数(軸方向加熱幅パラメータJ=L/√(rh))の最適な範囲を求めるため、表1に示した異なる配管形状に対して、軸方向加熱幅パラメータJ=L/√(rh)とレーザ照射により内面に発生する熱応力の熱弾性解析結果との関係を調べてみた(図10参照)。
又、最高到達温度Tmaxについては、その管理範囲を規定するため、表1に示した配管形状(4B管)において、レーザ照射により内面に発生する熱応力の熱弾性解析結果を最高到達温度Tmaxとの関係から調べてみた(図11参照)。
又、移動速度vについては、その管理範囲を規定するため、表1に示した配管形状(4B管)において、レーザ照射により発生する内面と外面の温度差ΔTを移動速度vと板厚hの積(v×h)との関係から調べてみた(図12参照)。
具体的には、ステンンレス鋼(SUS316)と低合金鋼の異材継手(溶接金属はニッケルクロム鉄合金)において、上記施工条件における残留応力分布について検証した。
図18(a)、(b)からわかるように、空冷モードと水冷モードでは、水冷モードの方が残留応力改善効果は大きい。例えば、同じ周方向加熱幅では水冷モードの方の残留応力改善効果が大きく、又、軸方向応力で空冷モードと同程度の残留応力改善効果を得るためには、水冷モードでは周方向加熱幅を1.7√(rh)から1.0√(rh)に減少させても良いことがわかる。
2 配管
3 回転駆動装置
4 アーム部
5 光学ヘッド
6 光ファイバ
7 レーザ発振器
8 制御装置
9 熱電対
C 溶接部
D 配管の外径
h 配管の板厚
L 軸方向加熱幅
r 配管の平均半径
S 加熱領域
v 周方向移動速度
W 周方向加熱幅
Claims (26)
- 円筒状の管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射し、照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善方法において、
施工対象の管体に複数の温度計を設置し、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、温度履歴を管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 円筒状の管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射し、照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善方法において、
施工対象の管体に複数の温度計を設置し、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 円筒状の管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射し、照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善方法において、
予め、施工対象の管体と同一条件の管体に複数の温度計を設置し、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を求めておき、
施工対象の管体にレーザ光を照射する際、施工条件として、前記最高到達温度、前記昇温時間、前記軸方向加熱幅及び前記周方向加熱幅を管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の管体の残留応力改善方法において、
前記昇温時間をτ、管体の熱拡散率をk、管体の板厚をhとして、無次元化時間F=(τ×k)/h2を求め、
前記昇温時間として、前記無次元化時間Fを管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項4に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記無次元化時間Fを、上限と下限で管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の管体の残留応力改善方法において、
前記周方向加熱幅をW、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、周方向の無次元化距離G=W/√(rh)を求め、
前記周方向加熱幅として、前記無次元化距離Gを管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項6に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の管体の残留応力改善方法において、
前記軸方向加熱幅をL、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、軸方向の無次元化距離J=L/√(rh)を求め、
前記軸方向加熱幅として、前記無次元化距離Jを管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項8に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記無次元化距離Jを、3.0以上に管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の管体の残留応力改善方法において、
前記最高到達温度を、
オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
ニッケルクロム鉄合金の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
低合金鋼あるいは炭素鋼の場合は、500℃以上、且つ、595℃未満に管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光の周方向の移動速度をv、管体の板厚をhとして、
積(v×h)を、70mm2/秒以上に管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項4に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化時間Fの下限を管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項6に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 円筒状の管体の外周を周回移動すると共に周方向移動速度を制御可能な回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、前記管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射すると共に照射領域を調整可能な光学ヘッドと、
前記回転移動手段及び前記光学ヘッドを制御する制御手段とを有し、
前記レーザ光の照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
施工対象の管体に複数の温度計が設置され、
前記制御手段は、
レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を前記複数の温度計により測定して、温度履歴を管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 円筒状の管体の外周を周回移動すると共に周方向移動速度を制御可能な回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、前記管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射すると共に照射領域を調整可能な光学ヘッドと、
前記回転移動手段及び前記光学ヘッドを制御する制御手段とを有し、
前記レーザ光の照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
施工対象の管体に複数の温度計が設置され、
前記制御手段は、
レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を前記複数の温度計により測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 円筒状の管体の外周を周回移動すると共に周方向移動速度を制御可能な回転駆動手段と、
前記回転駆動手段に保持され、前記管体の溶接部分の外周面に局所的にレーザ光を照射すると共に照射領域を調整可能な光学ヘッドと、
前記回転移動手段及び前記光学ヘッドを制御する制御手段とを有し、
前記レーザ光の照射領域を周方向に移動することにより、管体の残留応力を改善する管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
予め、施工対象の管体と同一条件の管体に設置した複数の温度計から、レーザ光の照射による管体外面の温度履歴を測定して、最高到達温度、前記最高到達温度までの昇温時間、前記最高到達温度に対して所定の温度範囲内となる軸方向加熱幅を求めると共に、前記昇温時間と前記レーザ光の周方向の移動速度の積から周方向加熱幅を求めておき、
施工対象の管体にレーザ光を照射する際、施工条件として、前記最高到達温度、前記昇温時間、前記軸方向加熱幅及び前記周方向加熱幅を管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項14乃至請求項16のいずれかに記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記昇温時間をτ、管体の熱拡散率をk、管体の板厚をhとして、無次元化時間F=(τ×k)/h2を求め、
前記昇温時間として、前記無次元化時間Fを管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項17に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記無次元化時間Fを、上限と下限で管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項14乃至請求項18のいずれかに記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記周方向加熱幅をW、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、周方向の無次元化距離G=W/√(rh)を求め、
前記周方向加熱幅として、前記無次元化距離Gを管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項19に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項14乃至請求項20のいずれかに記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記軸方向加熱幅をL、管体の平均半径をr、管体の板厚をhとして、軸方向の無次元化距離J=L/√(rh)を求め、
前記軸方向加熱幅として、前記無次元化距離Jを管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項21に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記無次元化距離Jを、3.0以上に管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項14乃至請求項22のいずれかに記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記最高到達温度を、
オーステナイト系ステンレス鋼の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
ニッケルクロム鉄合金の場合は、550℃以上、且つ、650℃未満に、
低合金鋼あるいは炭素鋼の場合は、500℃以上、且つ、595℃未満に管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項14乃至請求項23のいずれかに記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記レーザ光の周方向の移動速度をv、管体の板厚をhとして、
積(v×h)を、70mm2/秒以上に管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項17に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化時間Fの下限を管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。 - 請求項19に記載の管体の残留応力改善装置において、
前記制御手段は、
前記管体の内面が水冷される場合には、前記無次元化距離Gの下限を管理することを特徴とする管体の残留応力改善装置。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013144837A (ja) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | Babcock Hitachi Kk | 高強度低合金鋼の溶接後熱処理法 |
CN109163831A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-08 | 南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 | 一种超声波残余应力测量方法 |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2141252A1 (en) * | 2007-04-20 | 2010-01-06 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Method and device for improving residual stress in pipe body |
GB201017958D0 (en) | 2010-10-23 | 2010-12-08 | Rolls Royce Plc | Method for beam welding on components |
DE102011077829A1 (de) * | 2011-06-20 | 2012-12-20 | Endress + Hauser Gmbh + Co. Kg | Verfahren zur Herstellung eines Drucksensors: |
DE102011054718B4 (de) * | 2011-10-21 | 2014-02-13 | Hitachi Power Europe Gmbh | Verfahren zur Erzeugung einer Spannungsverminderung in errichteten Rohrwänden eines Dampferzeugers |
CN102409153B (zh) * | 2011-11-14 | 2013-04-10 | 苏州热工研究院有限公司 | 不等规格管道焊接接头焊后热处理方法 |
JP5912659B2 (ja) * | 2012-02-28 | 2016-04-27 | 三菱重工業株式会社 | タービンロータ |
CN107636175A (zh) * | 2015-01-09 | 2018-01-26 | 伊利诺斯工具制品有限公司 | 用于热处理连续产品的成列基于激光的系统和方法 |
MX2017008435A (es) | 2015-01-09 | 2017-10-31 | Illinois Tool Works | Sistema y metodo a base de plasma en linea para el tratamiento termico de productos continuos. |
CN107138857B (zh) * | 2017-05-08 | 2019-03-05 | 广东工业大学 | 一种双激光束自动补偿同步校形与强化装置及方法 |
US20210138582A1 (en) * | 2018-04-10 | 2021-05-13 | Talens Systems, S.L.U. | Apparatus and method for processing cardboard |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62211325A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 二重金属管等の残留応力改善方法 |
JPH0230716A (ja) * | 1988-07-21 | 1990-02-01 | Hokkaido Electric Power Co Inc:The | 円周溶接部の残留応力改善方法 |
JP2005232586A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 管体の残留応力改善方法及び改善装置 |
JP2006045598A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 配管の残留応力改善装置 |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1496377A (en) * | 1974-11-26 | 1977-12-30 | Nippon Steel Corp | Method of heat-treatment of welded pipe and apparatus therefor |
JPS569327A (en) * | 1979-07-02 | 1981-01-30 | Hitachi Ltd | Heat treatment of piping |
JPS5770095A (en) | 1980-10-20 | 1982-04-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Method for improving residual stress of weld zone of pipe |
JPH085773A (ja) | 1994-06-20 | 1996-01-12 | Toshiba Corp | ジェットポンプの予防保全装置と予防保全方法 |
US5796069A (en) * | 1997-01-10 | 1998-08-18 | Crc-Evans Pipeline International, Inc. | Arc and laser welding process for pipeline |
JPH10272586A (ja) | 1997-03-31 | 1998-10-13 | Nippon Steel Corp | 金属管のレーザ突合せ溶接方法およびその装置 |
JP2000254776A (ja) | 1999-03-10 | 2000-09-19 | Toshiba Corp | 原子炉内部配管溶接部の応力腐食割れ防止方法 |
JP3746651B2 (ja) | 1999-11-26 | 2006-02-15 | 三菱重工業株式会社 | 溶接残留応力の低減方法とその装置 |
JP2003004890A (ja) | 2001-06-21 | 2003-01-08 | Toshiba Corp | 原子炉内ポンプの予防保全方法及びその装置 |
JP2004130314A (ja) | 2002-10-08 | 2004-04-30 | Toshiba Corp | 応力腐食割れ発生抑制方法 |
JP2006015399A (ja) | 2004-06-04 | 2006-01-19 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 配管の残留応力改善装置 |
JP4209366B2 (ja) | 2004-07-29 | 2009-01-14 | 三菱重工業株式会社 | 配管の残留応力改善装置 |
-
2007
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2008
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62211325A (ja) * | 1986-03-10 | 1987-09-17 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 二重金属管等の残留応力改善方法 |
JPH0230716A (ja) * | 1988-07-21 | 1990-02-01 | Hokkaido Electric Power Co Inc:The | 円周溶接部の残留応力改善方法 |
JP2005232586A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-09-02 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 管体の残留応力改善方法及び改善装置 |
JP2006045598A (ja) * | 2004-08-03 | 2006-02-16 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 配管の残留応力改善装置 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013144837A (ja) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | Babcock Hitachi Kk | 高強度低合金鋼の溶接後熱処理法 |
CN109163831A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-08 | 南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 | 一种超声波残余应力测量方法 |
CN109163831B (zh) * | 2018-08-21 | 2020-11-13 | 南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司 | 一种超声波残余应力测量方法 |
Also Published As
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