JP2012081475A - 異材接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる金属材相互の接合強度を向上すること。
【解決手段】振止部材（第一部材）１４と、前記振止部材１４とは異なる金属材で形成された接合部材（第二部材）１５とを相互に接合する異材接合構造において、振止部材１４を複数の接合部材１５１，１５２で挟み、各接合部材１５１，１５２を溶接接合する。各接合部材１５１，１５２を溶接した溶接材１５３の収縮により、接合部材１５１と接合部材１５２との間で振止部材１４を挟持し、振止部材１４と接合部材１５とが接合される。この結果、異なる金属材を溶接する際の熱処理が不要となり、溶接作業を容易に行える。しかも、溶接材１５３の収縮によって接合部材１５１と接合部材１５２との間で振止部材１４を挟持するため、異なる金属材である振止部材１４と接合部材１５との相互の接合強度を向上できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、異なる金属材を相互に接合するための異材接合構造に関する。

例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）に用いられる蒸気発生器は、筒状の胴内に、Ｕ字形状の伝熱管が複数整列されている。伝熱管は、Ｕ字形状の一端に、原子炉から高温高圧の一次冷却水が送られる。そして、伝熱管は、一次冷却水の熱を胴内に供給された二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。また、熱交換した後の一次冷却水は、伝熱管のＵ字形状の他端から排出されて原子炉に戻される。

このような蒸気発生器は、伝熱管のＵ字形状の円弧部での流体励起振動を防ぐため、振止部材が用いられている。振止部材は、円弧部において伝熱管の間に挿入されたほぼＶ字形状のものである。この振止部材は、ほぼＶ字形状の屈曲部側から伝熱管の間に挿入され、かつ最外周管の円弧部の外側に両端部が突出される。振止部材は、それぞれの端部が保持部材に溶接されて連結される。保持部材は、伝熱管における最外周とその内側との間に挿入された取付部と溶接される。これにより、振止部材は、伝熱管に対して保持部材により保持される。

ところで、振止部材は、伝熱管の流体励起振動を抑える際の衝撃に耐え得るため、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ４０５）で形成されることが好ましい。また、保持部材は、高温雰囲気での耐食性に優れた高ニッケル合金（インコネル６９０）で形成されることが好ましい。このため、異なる金属材である振止部材と保持部材とを相互に接合することになる。そして、異なる金属材である振止部材と保持部材とを溶接により接合する場合、熱処理が必要となることから溶接作業に手間がかかることになる。

従来、このような異なる金属材を相互に接合するための異材接合構造としては、特許文献１に鉄筋籠が開示されている。かかる鉄筋籠は、鉄筋を円環状補強筋の外面に周方向に複数配置するため、補強筋と材質同一のＵ字形金具を鉄筋に嵌合し、当該Ｕ字形金具の両端を補強筋の外面に溶接している。このため、異なる金属材である鉄筋と補強筋とを溶接することなく、鉄筋と補強筋とを接合することが可能になる。

特開２００５−３４４３２１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の異材接合構造は、Ｕ字形金具と鉄筋とが嵌合のみであることから十分な接合強度を得ることができない。特に、蒸気発生器の振止部材のように伝熱管の流体励起振動を防ぐための接合構造としては接合強度不足となりやすい。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、異なる金属材相互の接合強度を向上することのできる異材接合構造を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の異材接合構造は、第一部材と、前記第一部材とは異なる金属材で形成された第二部材と、を相互に接合する異材接合構造において、前記第一部材を複数の前記第二部材で挟み、各前記第二部材間を溶接接合することを特徴とする。

この異材接合構造によれば、各第二部材を溶接した溶接材の収縮により、一方の第二部材と他方の第二部材との間で第一部材を挟持し、第一部材と第二部材とが接合される。この結果、異なる金属材を溶接する際の熱処理が不要となり、溶接作業を容易に行うことができる。しかも、第一部材と第二部材との接合は、溶接材の収縮によって一方の第二部材と他方の第二部材との間で第一部材を挟持しているため、異なる金属材である第一部材と第二部材との相互の接合強度を向上することができる。

また、本発明の異材接合構造は、前記第一部材と前記第二部材とを相互に嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とする。

この異材接合構造によれば、嵌合部の嵌合によって、第一部材と第二部材との接合をより強固にすることができる。

上述の目的を達成するために、本発明の異材接合構造は、複数配列された伝熱管の間に挿入される複数の振止部材と、前記振止部材とは異なる金属材で形成されて各前記振止部材同士を連結する保持部材と、を相互に接合する異材接合構造において、前記保持部材と同一の金属材で形成された複数の接合部材を備え、前記振止部材における前記保持部材と接合される部位を各前記接合部材で挟み、かつ各前記接合部材間を溶接接合し、当該接合部材と前記保持部材とを溶接接合することを特徴とする。

この異材接合構造によれば、各接合部材を溶接した溶接材の収縮により、一方の接合部材と他方の接合部材との間で振止部材を挟持し、振止部材と接合部材とが接合される。そして、この状態で同一金属材である接合部材と保持部材とを溶接接合する。この結果、異なる金属材を溶接する際の熱処理が不要となり、溶接作業を容易に行うことができる。しかも、振止部材と接合部材との接合は、溶接材の収縮によって一方の接合部材と他方の接合部材との間で振止部材を挟持しているため、異なる金属材である振止部材と保持部材との相互の接合強度を向上することができる。

また、本発明の異材接合構造は、前記振止部材と前記接合部材とを相互に嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とする。

この異材接合構造によれば、嵌合部の嵌合によって、振止部材と接合部材との接合をより強固にすることができる。

本発明によれば、異なる金属材相互の接合強度を向上することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る異材接合構造が適用される蒸気発生器の側断面概略図である。 図２は、伝熱管群の平面視概略図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、伝熱管群の斜視概略図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る異材接合構造を示す平面図である。 図６は、図５のＢ−Ｂ断面拡大図である。 図７は、本発明の実施の形態に係る異材接合構造を示す斜視図である。

以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施の形態に係る異材接合構造が適用される蒸気発生器の側断面概略図である。蒸気発生器１は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized Water Reactor）に用いられる。加圧水型原子炉は、原子炉冷却材および中性子減速材として軽水を使用している。加圧水型原子炉は、軽水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水としての一次冷却水を蒸気発生器１に送る。蒸気発生器１では、高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。

蒸気発生器１は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状を成し、上半部に対して下半部が若干小径とされた胴部２を有している。胴部２は、その下半部内に、該胴部２の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状を成す管群外筒３が設けられている。この管群外筒３は、その下端部が、胴部２の下半部内の下方に配置された管板４近傍まで延設されている。管群外筒３内には、伝熱管群５１が設けられている。伝熱管群５１は、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管５からなる。各伝熱管５は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向けて配置され、下端部が管板４に支持されていると共に、中間部が複数の管支持板６を介して管群外筒３に支持されている。管支持板６には、多数の貫通孔（図示せず）が形成されており、この貫通孔内に各伝熱管５が貫通されている。

胴部２は、その下端部に水室７が設けられている。水室７は、内部が隔壁８により入室７１と出室７２とに区画されている。入室７１は、各伝熱管５の一端部が連通され、出室７２は、各伝熱管５の他端部が連通されている。また、入室７１は、胴部２の外部に通じる入口ノズル７１１が形成され、出室７２は、胴部２の外部に通じる出口ノズル７２１が形成されている。そして、入口ノズル７１１は、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管（図示せず）が連結され、出口ノズル７２１は、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管（図示せず）が連結される。

胴部２は、その上半部内に、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器９、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器１０が設けられている。気水分離器９と伝熱管群５１との間には、外部から胴部２内に二次冷却水の給水を行う給水管１１が挿入されている。さらに、胴部２は、その上端部に、蒸気排出口１２が形成されている。また、胴部２は、その下半部内に、給水管１１からこの胴部２内に給水された二次冷却水を、胴部２と管群外筒３との間を流下させて管板４にて折り返えさせ、伝熱管群５１に沿って上昇させる給水路１３が形成されている。なお、蒸気排出口１２は、タービンに蒸気を送る冷却水配管（図示せず）が連結され、給水管１１は、タービンで使用された蒸気が復水器（図示せず）で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管（図示せず）が連結される。

このような蒸気発生器１では、加圧水型原子炉で加熱された一次冷却水は、入室７１に送られ、多数の伝熱管５内を通って循環して出室７２に至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水管１１に送られ、胴部２内の給水路１３を通って伝熱管群５１に沿って上昇する。このとき、胴部２内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出室７２から加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部２内を上昇し、気水分離器９で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器１０で湿分が除去されてからタービンに送られる。

このように構成された蒸気発生器１において、一次冷却水が各伝熱管５内を通過する際、逆Ｕ字形状の円弧部にて流体励起振動が発生する。そこで、伝熱管５の円弧部には、振止部材が設けられている。図２は、伝熱管群の平面視概略図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図であり、図４は、伝熱管群の斜視概略図である。

伝熱管群５１の上端部には、上述したように伝熱管５の逆Ｕ字形状の円弧部が配置されている。伝熱管５は、図３に示すように、中央Ｓから外側に向けて円弧部の径が大きなものを配列し、かつ該配列したものを、図２に示すように、側方に重ねつつ径を変えることで、伝熱管群５１の上端部を半球形状に形成している。

振止部材１４は、図４に示すように、重ねられた伝熱管５の列の間に挿入されている。振止部材１４は、矩形断面を成し、ほぼＶ字形状に折り曲げて形成され、重ねられた各伝熱管５の列における同径の部位（所定位置）に屈曲部が配置される。そして、振止部材１４は、最も大きい径の伝熱管５の円弧部の外側に両端部が突出されている。この振止部材１４の端部は、伝熱管群５１の半球形状の円弧に沿って一列に並んで配置される。また、振止部材１４は、大きいほぼＶ字形状のものの内側に小さいＶ字形状のものが配置されて対を成し、この対が伝熱管５の半円部分に３つ配置されている。この振止部材１４は、伝熱管５の振動を抑止するのに好ましい金属材（例えば、ＳＵＳ４０５）で形成されている。また、伝熱管５の円弧部の外側に突出されている両端部には、接合部材１５が設けられている。この接合部材１５は、後述する保持部材１６と同一の金属材であって、高温雰囲気での耐食性に優れた金属材（例えば、インコネル６９０）で形成されている。

振止部材１４に設けられた接合部材１５は、図２〜図４に示すように、保持部材１６が溶接される。保持部材１６は、高温雰囲気での耐食性に優れた金属材（例えば、インコネル６９０）で形成され、伝熱管群５１の半球状の外周に沿って取り付けられた棒状のもので、最外周の伝熱管５とその内側の伝熱管５との間に挿入された略コ字形状の取付部１７の両端に溶接されることで伝熱管群５１に取り付けられる。このように、振止部材１４は、伝熱管５の間の所定位置に挿入された形態で前記伝熱管群５１に配設されている。

ところで、上述した振止部材１４は、伝熱管５の振動を抑止するのに好ましい金属材（例えば、ＳＵＳ４０５）で形成され、当該振止部材１４を保持するための保持部材１６は、高温雰囲気での耐食性に優れた金属材（例えば、インコネル６９０）で形成されている。すなわち、振止部材１４と保持部材１６とは、異なる金属材で形成されている。このため、異なる金属材で形成された振止部材１４と保持部材１６とを接合する必要がある。また、振止部材１４と保持部材１６との接合においては、蒸気発生器１内での接合部品の落下などを防ぐ目的により、ボルト接合ではなく溶接接合することが好ましい。しかし、異なる金属材で形成された振止部材１４と保持部材１６とを溶接により接合するには、熱処理を行う必要があるため、溶接作業に手間がかかってしまう。そこで、保持部材１６と同一の金属材で形成された接合部材１５を、振止部材１４に接合し、この接合部材１５と保持部材１６とを溶接により接合している。ただし、振止部材（第一部材）１４と接合部材（第二部材）１５とは、異なる金属材であるため、これら振止部材１４と接合部材１５との相互の接合において、下記のように工夫している。

図５は、本実施の形態に係る異材接合構造を示す平面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ断面拡大図であり、図７は、本実施の形態に係る異材接合構造を示す斜視図である。

本実施の形態の異材接合構造は、振止部材（第一部材）１４と接合部材（第二部材）１５との接合は、図５〜図７に示すように、振止部材１４における保持部材１６と接合される部位を、分割形成された複数（本実施の形態では２つ）の接合部材１５１，１５２で挟み、かつ各接合部材１５１，１５２同士を溶接接合する。そして、この状態で、接合部材１５と保持部材１６とを溶接接合する。

振止部材１４は、保持部材１６と接合される部位、すなわち接合部材１５が接合される部位に、接合部材１５と嵌合する嵌合部１４ａが形成されている。嵌合部１４ａは、本実施の形態では、振止部材１４の先端を除き、振止部材１４の長手方向に沿って細く形成された括れ部として形成されている。

接合部材１５の一方の接合部材１５１は、板状のブロックを元に形成されており、その一面に、振止部材１４の嵌合部１４ａを挿入することのできる長溝形状の凹部１５１ａが形成されている。この凹部１５１ａの深さは、嵌合部１４ａの厚さに対して小さく形成されている。また、一方の接合部材１５１は、他方の接合部材１５２との溶接部位となる両側部に、凹部１５１ａの長手方向に沿ってテーパ状に形成された開先１５１ｂが設けられている。接合部材１５の他方の接合部材１５２は、板状に形成されている。

振止部材１４への接合部材１５の接合において、図６（ｂ）に示すように、振止部材１４の嵌合部１４ａを一方の接合部材１５１の凹部１５１ａに挿入し、この凹部１５１ａ側に他方の接合部材１５２を添えることにより、一方の接合部材１５１と他方の接合部材１５２とにより振止部材１４の嵌合部１４ａを挟む。このとき、凹部１５１ａの深さが嵌合部１４ａの厚さに対して小さく形成されているため、凹部１５１ａから嵌合部１４ａがはみ出すこととなり、一方の接合部材１５１の開先１５１ｂと他方の接合部材１５２との間に隙間Ｈが生じる。そして、図６（ａ）に示すように、開先１５１ｂに溶接材１５３を肉盛りする。すると、溶接材１５３の冷却時の収縮により、開先１５１ｂを設けた一方の接合部材１５１の両側部と、当該開先１５１ｂに対向する他方の接合部材１５２の両側部とが引き寄せられて隙間Ｈが狭まることによって、一方の接合部材１５１と他方の接合部材１５２との間で嵌合部１４ａを挟持し、振止部材１４と接合部材１５とが接合される。その後、この状態の接合部材１５に対し、当該接合部材１５を同一金属材の保持部材１６を溶接により接合する。

このように、本実施の形態の異材接合構造は、異なる金属材である、振止部材（第一部材）１４と接合部材（第二部材）１５とを相互に接合する異材接合構造において、振止部材１４を、複数の接合部材（第二部材）１５１，１５２で挟み、かつ各接合部材１５１，１５２同士を溶接材１５３で接合する。

この異材接合構造によれば、各接合部材１５１，１５２を溶接した溶接材１５３の収縮により、一方の接合部材１５１と他方の接合部材１５２との間で振止部材１４を挟持し、振止部材１４と接合部材１５とが接合される。この結果、異なる金属材を溶接する際の熱処理が不要となり、溶接作業を容易に行うことが可能になる。しかも、振止部材１４と接合部材１５との接合は、溶接材１５３の収縮によって一方の接合部材１５１と他方の接合部材１５２との間で振止部材１４を挟持しているため、異なる金属材である振止部材１４と接合部材１５との相互の接合強度を向上することが可能になる。

また、本実施の形態の異材接合構造は、複数配列された伝熱管５の間に挿入される複数の振止部材１４と、振止部材１４とは異なる金属材で形成されて各振止部材１４同士を連結する保持部材１６と、を相互に接合する異材接合構造において、保持部材１６と同一の金属材で形成された複数の接合部材１５（１５１，１５２）を備え、振止部材１４における保持部材１６と接合される部位を各接合部材１５１，１５２で挟み、かつ各接合部材１５１，１５２間を溶接接合し、当該接合部材１５１，１５２と保持部材１６とを溶接接合する。

この異材接合構造によれば、各接合部材１５１，１５２を溶接した溶接材１５３の収縮により、一方の接合部材１５１と他方の接合部材１５２との間で振止部材１４を挟持し、振止部材１４と接合部材１５とが接合される。そして、この状態で同一金属材である接合部材１５と保持部材１６とを溶接接合する。この結果、異なる金属材を溶接する際の熱処理が不要となり、溶接作業を容易に行うことが可能になる。しかも、振止部材１４と接合部材１５との接合は、溶接材１５３の収縮によって一方の接合部材１５１と他方の接合部材１５２との間で振止部材１４を挟持しているため、異なる金属材である振止部材１４と保持部材１６との相互の接合強度を向上することが可能になる。

また、本実施の形態の異材接合構造は、振止部材（第一部材）１４と接合部材（第二部材）１５とを相互に嵌合する嵌合部１４ａを設けることが好ましい。

この異材接合構造によれば、嵌合部１４ａの嵌合によって、振止部材１４と接合部材１５との接合をより強固にすることが可能になる。なお、上述した実施の形態では、嵌合部１４ａは、振止部材１４に形成した括れ部としたが、この限りではない。例えば、図には明示しないが、振止部材１４に貫通孔を設け、接合部材１５に貫通孔に挿通される凸部を設けてもよい。

以上のように、本発明に係る異材接合構造は、異なる金属材相互の接合強度を向上することに適している。

５ 伝熱管
１４ 振止部材（第一部材）
１４ａ 嵌合部
１５ 接合部材（第二部材）
１５１，１５２ 接合部材
１５１ａ 凹部
１５１ｂ 開先
１５３ 溶接材
１６ 保持部材
１７ 取付部
Ｈ 隙間

Claims (4)

1. 第一部材と、前記第一部材とは異なる金属材で形成された第二部材と、を相互に接合する異材接合構造において、
   前記第一部材を複数の前記第二部材で挟み、各前記第二部材間を溶接接合することを特徴とする異材接合構造。
2. 前記第一部材と前記第二部材とを相互に嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の異材接合構造。
3. 複数配列された伝熱管の間に挿入される複数の振止部材と、前記振止部材とは異なる金属材で形成されて各前記振止部材同士を連結する保持部材と、を相互に接合する異材接合構造において、
   前記保持部材と同一の金属材で形成された複数の接合部材を備え、前記振止部材における前記保持部材と接合される部位を各前記接合部材で挟み、かつ各前記接合部材間を溶接接合し、当該接合部材と前記保持部材とを溶接接合することを特徴とする異材接合構造。
4. 前記振止部材と前記接合部材とを相互に嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の異材接合構造。