JP2013174296A - 継手構造及び継手方法 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食を防止するとともに、簡易に施工可能な継手構造を提供する。
【解決手段】継手構造１は、端面１０Ｃ，１０Ｄ同士が互いに間隔をあけて対向配置され、第一金属材料から構成される一対の母材１０Ａ，１０Ｂと、前記一対の母材１０Ａ，１０Ｂにおける対向方向に直交する厚み方向の一方側（Ｑ側）の面に形成され、第二金属材料から構成される金属被覆層２０と、前記一対の母材１０Ａ，１０Ｂの前記金属被覆層２０にわたって配置され、少なくとも前記一方側（Ｑ側）を向く面に前記第二金属材料が被覆された当て板４０と、前記一対の端面１０Ｃ，１０Ｄと前記当て板４０とによって画成された空間５１に充填されて、前記第一金属材料で形成された溶接部５０とを備えることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、継手構造及び継手方法に関するものである。

一般に、原子力発電所や火力発電所等の発電プラントにおける熱交換器等の設備には、炭素鋼等の金属材料で成形された金属部材が使用されている。このような金属部材は使用環境により金属材料が腐食を起こしてしまうため、該金属部材の表面に亜鉛やアルミニウム等の金属でめっき処理を施して腐食を防止している。

例えば、管状部材のめっき処理の方法としては、部材を所望の管形状に成形する成形工程と、電縫溶接を行って電縫鋼管とする電縫溶接工程と、該電縫鋼管を再加熱する再加熱工程と、絞り圧延する絞り圧延工程と、溶融亜鉛（又はアルミニウム。以下、アルミニウムとする。）めっきを施すめっき工程とを備える技術が採用されている（下記特許文献１参照）。

上記のようなめっき処理を施した管状部材においては、母材の表面にはアルミニウムと母材とが溶融した合金層が形成され、該合金層の表面にアルミニウムからなるめっき層が被覆される構成である。

一方、発電プラントに設けられた設備同士は互いに配管で接続されおり、設備同士の離間距離が長い場合には複数の配管を接合して接続されている。
このような配管同士の接合方法としては、配管の端面を互いに対向して配置して、該配管の端部に形成された径方向外方に向かって突出するフランジ部同士をボルト・ナット等で締結する技術が知られている。

しかし、上記のフランジ部を締結する方法では、施工現場において設計図との間で施工誤差が生じた場合には、配管の軸方向の長さ調整ができないために、上手く納めて施工することができないという問題があった。

そこで、配管の端面を互いに対向して配置して、該端面同士を互いにステンレス等の耐食性材料で溶接することにより接合する技術が一般的に知られている。
この場合、施工現場において配管を所望の長さに切断してから接合することができるため、寸法合わせが容易であるとともに、配置変更にも柔軟に対応できるという長所がある。

特許第３９３８０５２号公報

しかしながら、上記のめっき処理を施した配管（管材）同士を溶接した場合には、例えば溶接部分を構成するステンレス鋼とめっき層を構成するアルミニウムとの腐食電位の違いにより、イオン化傾向の高い方であるアルミニウムの方が腐食するガルバニック腐食が生じる。
よって、めっき層が腐食を起こし、腐食が進行すると該めっき層が溶出して合金層が露出する。次いで、該合金層を構成するアルミニウムと母材との合金とステンレス鋼との間でガルバニック腐食が生じ、合金層も腐食を起こし、腐食が進行すると該合金層が溶出して母材が露出する。そして、最終的には母材とステンレス鋼との間でガルバニック腐食が生じ、腐食が進行すると母材に亀裂が生じてしまい、この場合には該配管中を流通している流体が漏えいしてしまうという問題点がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、腐食を防止するとともに、簡易に施工可能な継手構造及び継手方法を提供するものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、本発明に係る継手構造は、端面同士が互いに間隔をあけて対向配置され、第一金属材料から構成される一対の母材と、前記一対の母材における対向方向に直交する厚み方向の一方側の面に形成され、第二金属材料から構成される金属被覆層と、前記一対の母材の前記金属被覆層にわたって配置され、少なくとも前記一方側を向く面に前記第二金属材料が被覆された当て板と、前記一対の端面と前記当て板とによって画成された空間に充填されて、前記第一金属材料で形成された溶接部とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る継手方法は、第一金属材料から構成される一対の母材同士を接合する継手方法であって、前記一対の母材の端面同士を互いに間隔をあけて対向配置する母材配置工程と、該一対の母材における対向方向に直交する厚み方向の一方側の面に、第二金属材料を被覆して金属被覆層を形成する金属被覆工程と、前記一対の母材の前記金属被覆層にわたって、少なくとも前記一方側を向く面に第二金属材料が被覆された当て板を配置する当て板配置工程と、前記一対の端面と前記当て板とによって画成された空間に、前記第一金属材料を溶接する溶接工程とを備えることを特徴とする。

このような継手構造及び継手方法では、母材の厚み方向一方側の面及び当て板の一方側を向く面は共に第二金属材料が被覆されているため、母材の厚み方向一方側の面と当て板の一方側を向く面との間では金属の電位差は生じない。よって、金属電位差に起因するガルバニック腐食が生じることはないため、母材及び当て板で覆われた溶接部の腐食を防止することができる。
また、対向配置された一対の母材と、該母材の一面に形成された金属被覆層と、該一対の母材にわたって配置された当て板と、一対の端面と当て板とによって画成された空間に充填された溶接部とにより構成されるため、簡易な施工で母材同士を接合することができる。

また、本発明に係る継手構造は、前記第二金属材料は、前記第一金属材料よりもイオン化傾向の高い金属材料であることが好ましい。

また、本発明に係る継手方法は、前記第二金属材料は、前記第一金属材料よりもイオン化傾向の高い金属材料であることが好ましい。

このような継手構造及び継手方法では、第二金属材料の方が母材及び溶接部を構成する第一金属材料よりもイオン化傾向が高いため、該第二金属材料が母材及び溶接部の腐食を防止することができる。

また、本発明に係る継手構造は、前記第一金属材料は、炭素鋼であり、前記第二金属材料は、アルミニウム、亜鉛又は鉛のいずれかであることが好ましい。

また、本発明に係る継手方法は、前記第一金属材料は、炭素鋼であり、前記第二金属材料は、アルミニウム、亜鉛又は鉛のいずれかであることが好ましい。

このような継手構造及び継手方法では、第二金属材料であるアルミニウム、亜鉛又は鉛の方が母材及び溶接部を構成する炭素鋼よりもイオン化傾向が高いため、該第二金属材料が母材及び溶接部の腐食を確実に防止することができる。

本発明に係る継手構造及び継手方法によれば、母材の厚み方向一方側の面及び当て板の一方側を向く面は、共に第二金属材料が被覆されおり、金属電位差に起因するガルバニック腐食が生じることはないため、腐食を防止するとともに、簡易に施工可能な継手構造を提供するものである。

本発明の一実施形態に係る継手構造を用いて接合された母材を模式的に表した外観図である。 本発明の一実施形態に係る継手構造を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る継手方法のフローチャートである。 本発明の一実施形態に係る継手方法における当て板配置工程を実行した後における母材と当て板との断面図である。 本発明の一実施形態の第一変形例に係る（ａ）継手構造を用いて接合された母材の外観図、（ｂ）継手構造の断面図である。 本発明の一実施形態の第二変形例に係る（ａ）継手構造を用いて接合された母材の外観図、（ｂ）継手構造の断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係る継手構造について説明する。
図１は本実施形態に係る継手構造を用いて接合された配管（以下、母材と称する。）を模式的に表した外観図であり、図２は継手構造を示す断面図である。
図１及び図２に示すとおり、継手構造１は、軸線方向Ｐに延在する一対の母材１０と、該母材１０の一方側の面に形成された金属被覆層２０と、母材１０と金属被覆層２０との間に積層された合金層３０と、一対の母材１０にわたって配置された当て板４０と、一対の母材１０及び当て板４０とによって画成された空間５１に充填された溶接部５０とを備えている。

（母材）
一対の母材１０である第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂは、第一金属材料で構成された管状部材であり、その端面１０Ｃ，１０Ｄ同士が互いに軸線方向Ｐに間隔をあけて配置されている。
なお、本実施形態では、第一金属材料として炭素鋼が採用されている。

（金属被覆層）
金属被覆層２０は、第二金属材料から構成されており、第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂにおける対向方向（本実施形態では軸線方向Ｐに相当する。）に直交する厚み方向の一方側（図２に示すＱ側）の面に積層されている。
この第二金属材料は、第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂを構成する第一金属材料よりもイオン化傾向が高い金属材料であり、本実施形態では、アルミニウム、亜鉛又は鉛が採用されている。

（合金層）
合金層３０は、第一金属材料と第二金属材料との混合材料から構成されており、第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂと金属被覆層２０との間に介装されている。

（当て板）
当て板４０は、第一母材１０Ａ及び第二母材１０ＢのＱ側に積層された金属被覆層２０にわたって配置された環状部材である。この当て板４０は、第一金属材料で主要材料として、少なくとも一方側（Ｑ側）を向く面に第二金属材料が被覆されている。本実施形態では、中心部４１が第一金属材料で構成され、厚み方向の一方側（Ｑ側）である第一側壁部４２及び軸線方向Ｐの両端部である第二側壁部４３が第二金属材材料で構成されている。

（溶接部）
溶接部５０は、第一金属材料から構成されており、第一母材１０Ａの端面１０Ｃ、第二母材１０Ｂの端面１０Ｄ及び当て板４０によって画成された空間５１に充填されている。

次に、継手方法について説明する。
継手方法は、図３に示すように、母材配置工程Ｓ１と、金属被覆工程Ｓ２と、当て板配置工程Ｓ３と、溶接工程Ｓ４とを備えている。

まず、母材配置工程Ｓ１を実行する。
すなわち、図４に示すように、第一母材１０Ａと第二母材１０Ｂとを、その端面１０Ｃ，１０Ｄ同士を軸線方向Ｐに互いに間隔をあけて対向配置する。

次に、金属被覆工程Ｓ２を実行する。
すなわち、第一母材１０Ａと第二母材１０Ｂの厚み方向の一方側であるＱ側の面に、第二金属材料を被覆して金属被覆層２０を形成する。
このとき、第一母材１０Ａ，第二母材１０Ｂと金属被覆層２０との間には、該第一母材１０Ａ，第二母材１０Ｂを構成する第一金属材料と金属被覆層２０を構成する第二金属材料とが融解した合金層３０が形成される。

次に、当て板配置工程Ｓ３を実行する。
すなわち、第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂの金属被覆層２０にわたって、当て板４０を配置する。
ここで、当て板４０を第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂに対してはんだ等で仮固定することで、当て板４０の位置ずれを防止してもよい。

次に、溶接工程Ｓ４を実行する。
すなわち、図２に示すように、第一母材１０Ａの端面１０Ｃ、第二母材１０Ｂの端面１０Ｄ及び当て板４０とによって画成された空間５１に、第一金属材料を溶接する。

次に、このように構成された継手方法によって接合された継手構造１の作用・効果について説明する。
このように構成された継手構造１では、第一母材１０Ａ及び第二母材１０ＢのＱ側の面及び当て板４０のＱ側の面は共に第二金属材料が被覆されているため、第一母材１０Ａ及び第二母材１０ＢのＱ側の面と当て板４０のＱ側の面との間では金属の電位差は生じない。よって、金属電位差に起因するガルバニック腐食が生じることはないため、第一母材１０Ａ、第二母材１０Ｂ及び当て板４０で覆われた溶接部５０の腐食を防止することができる。

また、継手構造１は、第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂと、金属被覆層２０と、当て板４０と、溶接部５０とにより構成される。継手方法は、第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂを配置して金属被覆層２０を形成し、当て板４０を配置して一対の端面１０Ｃと当て板４０とによって画成された空間５１に溶接することにより構成されている。したがって、簡易な施工で第一母材１０Ａと第二母材１０Ｂとを接合することができる。

また、第一母材１０Ａ及び第二母材１０Ｂ及び溶接部５０を構成する第一金属材料よりも第二金属材料の方がイオン化傾向が高い。よって、該第二金属材料が第一母材１０Ａ並びに第二母材１０Ｂ及び溶接部５０の腐食を確実に防止することができる。

また、当て板４０のＱ側の面と反対のＲ側の面は第一部材である炭素鋼で構成されているため、溶接性を向上させることができ、健全な溶接が可能となる。

（第一変形例）
また、上記に示す実施形態の第一変形例として、図５に示すように母材１１０が液体等を貯蔵するタンク１００の側面を構成する側壁部であり、一対の端面１１０Ｃ，１１０Ｄが対向して配設されることで、一対の母材１１０Ａ，１１０Ｂとして構成されている。
なお、母材１１０Ａ，１１０Ｂの一方側である内壁側をＳ側とし、他方側である外壁側をＴ側とする。

ここで、継手構造１０１は、端面１１０Ｃ，１１０Ｄ同士を対向配置された一対の母材１１０Ａ，１１０Ｂと、該一対の母材１１０Ａ，１１０Ｂ一方側（Ｓ側）の内壁面に形成された金属被覆層１２０と、一対の母材１１０Ａ，１１０Ｂの金属被覆層１２０にわたって配置された当て板１４０と、該一対の端面１１０Ｃ，１１０Ｄと当て板１４０とによって画成された空間１５１に充填された溶接部１５０とを備えている。

このように構成された継手構造１０１では、一対の母材１１０Ａ，１１０ＢのＳ側の面及び溶接部５０のＳ側の面には第二金属材料が形成されているため、タンク１００の内部に貯蔵される流体により該一対の母材１１０Ａ，１１０Ｂ及び溶接部１５０が腐食することを防止することができる。

（第二変形例）
また、第一変形例ではタンク１００の内壁面に当て板１４０が配置されていたが、第一変形例として図６に示すようにタンク２００の外壁面に当て板２４０が配置されていてもよい。
なお、母材１１０Ａ，１１０Ｂの一方側である外壁側をＶ側とし、他方側である内壁側をＵ側とする。

すなわち、継手構造２０１は、端面２１０Ｃ，２１０Ｄ同士を対向配置された一対の母材２１０Ａ，２１０Ｂと、該一対の母材２１０Ａ，２１０Ｂの一方側（Ｖ側）の外壁面に形成された金属被覆層２２０と、一対の母材２１０Ａ，２１０Ｂの金属被覆層２２０にわたって配置された当て板２４０と、該一対の端面２１０Ｃ，２１０Ｄと当て板２４０とによって画成された空間２５１に充填された溶接部２５０とを備えている。

このように構成された継手構造２０１では、一対の母材２１０Ａ，２１０ＢのＶ側の面及び溶接部２５０のＶ側の面には第二金属材料が形成されている。よって、タンク２００が外気にさらされる環境下にあっても、外気により該一対の母材２１０Ａ，２１０Ｂ及び溶接部２５０が腐食することを防止することができる。

なお、上述した実施の形態において示した動作手順、各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、当て板４０，１４０，２４０の一方側及び他方側の面も第二金属材料で形成されていてもよい。この場合でも、第一母材１０Ａ，１１０Ａ，２１０Ａ及び第二母材１０Ｂ、１１０Ｂ，２１０Ｂの一方側の面及び当て板４０，１４０，２４０の一方側の面は共に第二金属材料が被覆されている。よって、第一母材１０Ａ，１１０Ａ，２１０Ａ及び第二母材１０Ｂ、１１０Ｂ，２１０Ｂの一方側の面と当て板４０，１４０，２４０の一方側の面との間では金属の電位差は生じない。したがって、金属電位差に起因するガルバニック腐食が生じることは無いため、第一母材１０Ａ，１１０Ａ，２１０Ａ及び第二母材１０Ｂ、１１０Ｂ，２１０Ｂ及び溶接部５０，１５０，２５０の腐食を防止することができる。

１， １０１，２０１…継手構造
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１１０Ａ，１１０Ｂ，２１０Ａ，２１０Ｂ…母材
１０Ｃ，１０Ｄ，１１０Ｃ，１１０Ｄ，２１０Ｃ，２１０Ｄ…端面
２０，１２０，２２０…金属被覆層
４０，１４０，２４０…当て板
５０，１５０，２５０…溶接部
５１，１５１，２５１…空間
Ｓ１…母材配置工程
Ｓ２…金属被覆工程
Ｓ３…当て板配置工程
Ｓ４…溶接工程
Ｐ…対向方向
Ｑ側、Ｓ側、Ｖ側・・・一方側

Claims (6)

1. 端面同士が互いに間隔をあけて対向配置され、第一金属材料から構成される一対の母材と、
   前記一対の母材における対向方向に直交する厚み方向の一方側の面に形成され、第二金属材料から構成される金属被覆層と、
   前記一対の母材の前記金属被覆層にわたって配置され、少なくとも前記一方側を向く面に前記第二金属材料が被覆された当て板と、
   前記一対の端面と前記当て板とによって画成された空間に充填されて、前記第一金属材料で形成された溶接部とを備えることを特徴とする継手構造。
2. 請求項１に記載の継手構造において、
   前記第二金属材料は、前記第一金属材料よりもイオン化傾向の高い金属材料であることを特徴とする継手構造。
3. 請求項１または請求項２に記載の継手構造において、
   前記第一金属材料は、炭素鋼であり、
   前記第二金属材料は、アルミニウム、亜鉛又は鉛のいずれかであることを特徴とする継手構造。
4. 第一金属材料から構成される一対の母材同士を接合する継手方法であって、
   前記一対の母材の端面同士を互いに間隔をあけて対向配置する母材配置工程と、
   該一対の母材における対向方向に直交する厚み方向の一方側の面に、第二金属材料を被覆して金属被覆層を形成する金属被覆工程と、
   前記一対の母材の前記金属被覆層にわたって、少なくとも前記一方側を向く面に第二金属材料が被覆された当て板を配置する当て板配置工程と、
   前記一対の端面と前記当て板とによって画成された空間に、前記第一金属材料を溶接する溶接工程とを備えることを特徴とする継手方法。
5. 請求項４に記載の継手方法において、
   前記第二金属材料は、前記第一金属材料よりもイオン化傾向の高い金属材料であることを特徴とする継手方法。
6. 請求項３に記載の継手方法において、
   前記第一金属材料は、炭素鋼であり、
   前記第二金属材料は、アルミニウム、亜鉛又は鉛のいずれかであることを特徴とする継手方法。

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