JP2008212945A

JP2008212945A - 低合金鋼母材のクラッド溶接構造

Info

Publication number: JP2008212945A
Application number: JP2007049760A
Authority: JP
Inventors: Tomoyoshi Yamanokuchi; 智誉山ノ口
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: JP4915251B2

Abstract

【課題】溶接施工性に優れ、かつ、耐ＰＷＳＣＣ性にも優れた低合金鋼母材のクラッド溶接構造を提供するものである。
【解決手段】本発明に係る低合金鋼母材のクラッド溶接構造は、低合金鋼からなる母材１１の表面に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の溶接金属によるクラッド溶接層を設けたものであり、低合金鋼母材１１の表面に、８２合金１３を溶接して内層側クラッド溶接層１４を設け、その内層側クラッド溶接層１４の上に、５２合金１５を溶接して外層側クラッド溶接層１６を設けたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐ＰＷＳＣＣ（Primary Water Stress Corrosion Cracking）性が要求される環境下で使用される低合金鋼母材のクラッド溶接構造に関するものである。

図２に示すように、加圧水型原子炉の、蒸気発生器２３、原子炉圧力容器２１、配管２２などの一次系炉水（高温高圧の水）と接液する環境下においては、それらを構成する構造材の接液面に防食対策としてクラッド溶接を施している。

例えば、図３に示すように、蒸気発生器２３における水室３１の底面３２などは、これまで、図４に示すように、低合金鋼からなる母材（構造材）１１の表面に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の溶接金属である５２合金（６９０系Ｎｉ基合金とほぼ同じ組成の合金）を溶接してクラッド溶接層（内張り層）１６を設けることで、低合金鋼母材１１の防食を行っていた。ここで、溶接金属として５２合金を用いるのは、ＰＷＳＣＣ対策材として優れた特性を有しているためである。

特開平５−２９３６６１号公報

ところで、５２合金はＰＷＳＣＣ対策材として優れている一方、低合金鋼からなる低合金鋼母材１１の表面に５２合金のクラッド溶接層１６を溶接した場合、その溶接部において、凝固割れ、遅れ割れ、再熱割れ等が生じるおそれがある。従来は、このような割れが生じた場合、溶接不良箇所の溶接領域を除去し、再度溶接をやり直すことで、健全な溶接部を得ていた。

しかしながら、低合金鋼母材１１に溶接熱を何度も入熱することは、熱影響部の弊害があるため、加圧水型原子炉の一次冷却系機器（放射性環境下）の構造材として、あまり好ましいことではない。また、健全な溶接部を得るためには、入熱管理やパージ（ガスシールド）などを厳しく管理するといった高度な溶接技術が必要であるため、やり直しに手間と時間を要する。

そこで本発明の目的は、溶接施工性に優れ、かつ、耐ＰＷＳＣＣ性にも優れた低合金鋼母材のクラッド溶接構造を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、低合金鋼からなる母材の表面に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の溶接金属によるクラッド溶接層を設けたクラッド溶接構造において、上記低合金鋼母材の表面に、８２合金を溶接して内層側クラッド溶接層を設け、その内層側クラッド溶接層の上に、５２合金を溶接して外層側クラッド溶接層を設けたことを特徴とする低合金鋼母材のクラッド溶接構造である。

請求項２の発明は、上記低合金鋼母材の厚さを１としたとき、上記内層側クラッド溶接層の厚さが０．０２〜０．０６、上記外層側クラッド溶接層の厚さが０．０８〜０．１２である請求項１記載の低合金鋼母材のクラッド溶接構造である。

請求項３の発明は、上記低合金鋼母材を構成する低合金鋼がＳＡ５０８である請求項１又は２記載の低合金鋼母材のクラッド溶接構造である。

本発明によれば、低合金鋼母材の表面に、８２合金を溶接して内層側クラッド溶接層を設け、その内層側クラッド溶接層の上に、５２合金を溶接して外層側クラッド溶接層を設けたことで、溶接施工性に優れ、かつ、耐ＰＷＳＣＣ性にも優れた低合金鋼母材のクラッド溶接構造を得ることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。

本発明の好適一実施の形態に係る低合金鋼母材のクラッド溶接構造は、図１（ｃ）に示すように、低合金鋼からなる母材１１の表面（溶接面）に、８２合金１３を溶接して内層側クラッド溶接層１４を設け、その内層側クラッド溶接層１４の上に、５２合金１５を溶接して外層側クラッド溶接層１６を設けたものである。また、低合金鋼母材１１の厚さを１としたとき、内層側クラッド溶接層１４の厚さは０．０２〜０．０６、好ましくは０．０２５〜０．０５、外層側クラッド溶接層１６の厚さは０．０８〜０．１２、好ましくは０．１前後とされる。ここで言う「内層側」とは低合金鋼母材１１に近い側、「外層側」とは低合金鋼母材１１から離れた側を示している。また、「表面」とは、母材１１（例えば容器や管など）の内面を示している。

８２合金１３は、６００系Ｎｉ基合金（例えば、インコネル６００（登録商標））とほぼ同じ組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金、また、５２合金１５は、６９０系Ｎｉ基合金（例えば、インコネル６９０（登録商標））とほぼ同じ組成のＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金であり、５２合金１５は、８２合金１３よりもＣｒ含有量を多くし、耐食性を高めたものである。

低合金鋼母材１１の構成材は、最終的にその表面をクラッド溶接して防食層を形成するため、圧力（加圧された一次系炉水）に対する強度のみあれば十分である。このため、低合金鋼母材１１の構成材としては、ステンレス鋼よりも強度が高く、安価な低合金鋼が好ましく、例えば、ＳＡ５０８（ＡＳＭＥ（米国機械学会）規格）などが挙げられる。ＳＡ５０８の他にも、原子炉用低合金鋼として慣用的に用いられている鋼材は全て適用可能である。

次に、本実施の形態に係る低合金鋼母材のクラッド溶接構造の形成方法を説明する。

先ず、低合金鋼母材１１として、例えば、図３に示した蒸気発生器２３における水室３１の底面３２を構成する構造材を準備する。この構造材は、例えば、強度に優れたＳＡ５０８（ＡＳＭＥ規格）で構成される。

その後、図１（ａ）に示すように、低合金鋼母材１１の表面（図中では上面）全面に、溶接材として８２合金１３、ＴＩＧ溶接機１２を用いてクラッド溶接を行う。低合金鋼母材１１を構成する構造材は、例えば、直径が４ｍ程度もある大型の部材なので、その底面３２はほぼ平面である。このため、溶接材としては、棒状（ワイヤ状）のものよりは平板状（シート状）のものを用いることが好ましい。また、クラッド溶接を行う際、溶接対象物が小さい場合、低合金鋼母材１１を固定し、ＴＩＧ溶接機１２を回転、移動させてもよいが、溶接対象物が大きい場合、ＴＩＧ溶接機１２は固定し、低合金鋼母材１１の方を回転、移動させることが好ましい。

このクラッド溶接により、８２合金１３を溶融させ、低合金鋼母材１１の表面に溶け込ませ、低合金鋼母材１１の表面全面に、８２合金１３の溶融・凝固部（ビード）である内層側クラッド溶接層１４を設ける。内層側クラッド溶接層１４を構成する溶融・凝固部の層数は１層で十分である。

次に、図１（ｂ）に示すように、内層側クラッド溶接層１４の上に、溶接材として５２合金１５、ＴＩＧ溶接機１２を用いて同様にクラッド溶接を行う。これにより、５２合金１５を溶融させ、内層側クラッド溶接層１４の表面に溶け込ませ、内層側クラッド溶接層１４の表面全面に、５２合金１５の溶融・凝固部である外層側クラッド溶接層１６を設ける。外層側クラッド溶接層１６を構成する溶融・凝固部の積層数は、目的とする厚さに応じて適宜調整し、外層側クラッド溶接層１６の厚さは、溶融・凝固部の積層数によって調整する。例えば、ＳＡ５０８からなる低合金鋼母材１１の厚さを約４０ｍｍとした場合、８２合金１３からなる内層側クラッド溶接層１４の厚さは約１〜２ｍｍ、５２合金１５からなる外層側クラッド溶接層１６の厚さは約４ｍｍに調整する。

その後、適宜、外層側クラッド溶接層１６の表面をグラインダ等の研削工具により研削して表面を滑らかにし、図１（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る低合金鋼母材のクラッド溶接構造が得られる。この研削は、内層側クラッド溶接層１４に対して行ってもよい。

８２合金１３からなる内層側クラッド溶接層１４は、５２合金１５からなる外層側クラッド溶接層１６と異なり、低合金鋼母材１１に対する溶接性は良好である。このため、低合金鋼母材１１の表面に内層側クラッド溶接層１４をクラッド溶接する際に、その溶接部に凝固割れ、遅れ割れ、再熱割れ等が発生するおそれはない。また、８２合金１３と５２合金１５は、組成はやや異なるものの同じＮｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金であることから、内層側クラッド溶接層１４に対する外層側クラッド溶接層１６の溶接性は良好である。このため、内層側クラッド溶接層１４上に外層側クラッド溶接層１６をクラッド溶接する際にも、その溶接部に凝固割れ、遅れ割れ、再熱割れ等が発生するおそれはない。

このようなクラッド溶接構造を採用することで、低合金鋼母材１１の表面に防食層（耐ＰＷＳＣＣ層）をクラッド溶接する際に、各種割れが発生せず、溶接をやり直す必要がなくなる（又は殆どなくなる）ため、溶接施工性に優れたクラッド溶接構造を得ることができる。

また、低合金鋼母材１１の表面にクラッド溶接を行う際、特に一層目のクラッド溶接を行う際、溶接をやり直すことがなく、溶接部毎の溶接熱の入熱は１回で済む。このため、低合金鋼母材１１に対する熱影響部の弊害が少なくなり、また、溶接層のクラッド溶接品質を大幅に向上させることができる。その結果、ＰＷＲ型原子力発電所の中で重要な機器である一次冷却系機器の信頼性をより確かなものにすることができる。

さらに、低合金鋼母材１１の表面に設ける防食層（耐ＰＷＳＣＣ層）は、ＰＷＳＣＣ対策材として優れた特性を有する５２合金１５の外層側クラッド溶接層１６であるため、耐ＰＷＳＣＣ性に優れたクラッド溶接構造となる。

また、低合金鋼母材１１を構成するＳＡ５０８は、溶接割れが発生しやすい鋼であるため、入熱管理やパージ（ガスシールド）などの溶接条件を厳しく管理する必要があり、高度な溶接技術を必要とする。しかしながら、本実施の形態に係る低合金鋼母材のクラッド溶接構造を形成するために、新たな溶接技術は特別に必要とせず、既に確立された慣用の溶接技術を適用することができる。このため、新規の設備投資を必要とせず、既存の溶接設備を利用することができ、コスト上昇を抑えることができる。

本発明の好適一実施の形態に係る低合金鋼母材のクラッド溶接構造を示す横断面図である。図１（ａ）は内層側クラッド溶接層の形成状態を説明するための図、図１（ｂ）は外層側クラッド溶接層の形成状態を説明するための図、図１（ｃ）はクラッド溶接後の低合金鋼母材の横断面図である。加圧水型原子炉における原子炉格納容器内の模式図である。蒸気発生器の部分断面図である。従来の低合金鋼母材のクラッド溶接構造を示す横断面図である。

符号の説明

１１低合金鋼母材
１３８２合金（溶接材）
１４内層側クラッド溶接層
１５５２合金（溶接材）
１６外層側クラッド溶接層

Claims

低合金鋼からなる母材の表面に、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の溶接金属によるクラッド溶接層を設けたクラッド溶接構造において、上記低合金鋼母材の表面に、８２合金を溶接して内層側クラッド溶接層を設け、その内層側クラッド溶接層の上に、５２合金を溶接して外層側クラッド溶接層を設けたことを特徴とする低合金鋼母材のクラッド溶接構造。
上記低合金鋼母材の厚さを１としたとき、上記内層側クラッド溶接層の厚さが０．０２〜０．０６、上記外層側クラッド溶接層の厚さが０．０８〜０．１２である請求項１記載の低合金鋼母材のクラッド溶接構造。
上記低合金鋼母材を構成する低合金鋼がＳＡ５０８である請求項１又は２記載の低合金鋼母材のクラッド溶接構造。