JP2969882B2 - 管内面取付溶接部の残留応力低減方法 - Google Patents
管内面取付溶接部の残留応力低減方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、管内面取付溶接部の残留応力低減方法に係
り、特に、母管内面に部品等を溶接している場合の残留
応力を改善するものである。
り、特に、母管内面に部品等を溶接している場合の残留
応力を改善するものである。
「従来の技術」 原子力発電関連プラント、各種エネルギ関連プラン
ト、化学プラント、火力発電プラント等には、その配管
路の途中に、サンプリング管、圧力検出用管、信号取り
出し管等が、管継手によって接続される場合がある。
ト、化学プラント、火力発電プラント等には、その配管
路の途中に、サンプリング管、圧力検出用管、信号取り
出し管等が、管継手によって接続される場合がある。
沸騰水型原子炉における原子炉格納容器を例に取っ
て、第４図に基づいて説明すると、コンクリート製生体
遮蔽壁（原子炉建屋壁）１に囲まれた鋼製容器２の中
に、原子炉圧力容器３、原子炉ペデスタル４、原子炉遮
蔽壁５がそれれ収納されるとともに、ダイヤフラムフロ
ア６によって、ドライウエル７とサプレッションチェン
バ８とが区画され、ドライウエル７に布設される主蒸気
系配管９には、その配管経路における破断事故時の最大
蒸気量を制限することと、蒸気流量を検出することとを
目的として、流量制限器10が設置されている。
て、第４図に基づいて説明すると、コンクリート製生体
遮蔽壁（原子炉建屋壁）１に囲まれた鋼製容器２の中
に、原子炉圧力容器３、原子炉ペデスタル４、原子炉遮
蔽壁５がそれれ収納されるとともに、ダイヤフラムフロ
ア６によって、ドライウエル７とサプレッションチェン
バ８とが区画され、ドライウエル７に布設される主蒸気
系配管９には、その配管経路における破断事故時の最大
蒸気量を制限することと、蒸気流量を検出することとを
目的として、流量制限器10が設置されている。
該流量制限器10は、第５図に示すように、ラッパ管
（ベンチュリー管）状の絞り管11と、この絞り管11の内
部と主蒸気系配管（母管）９の外部とを連通させる貫通
穴12及び連通管13と、該連通管13の外側に位置して貫通
穴12を外側に延長するように、母管９の外壁に取り付け
られるカップリング14と、カップリング14に接続されて
内部圧力信号を所望箇所まで導く流量検出管15と、母管
９に絞り管11を固定するとともに連通管13を貫通させて
いる固定リング16と、母管９とを絞り管11との間に形成
され蒸気の挿通がなされない停滞部17と、母管９と固定
リング16とを一体化する溶接部Ｗとを有する構造であ
る。なお、第５図の各矢印は流体の流れる方向を示して
いる。
（ベンチュリー管）状の絞り管11と、この絞り管11の内
部と主蒸気系配管（母管）９の外部とを連通させる貫通
穴12及び連通管13と、該連通管13の外側に位置して貫通
穴12を外側に延長するように、母管９の外壁に取り付け
られるカップリング14と、カップリング14に接続されて
内部圧力信号を所望箇所まで導く流量検出管15と、母管
９に絞り管11を固定するとともに連通管13を貫通させて
いる固定リング16と、母管９とを絞り管11との間に形成
され蒸気の挿通がなされない停滞部17と、母管９と固定
リング16とを一体化する溶接部Ｗとを有する構造であ
る。なお、第５図の各矢印は流体の流れる方向を示して
いる。
「発明が解決しようとする課題」 このように母管９の内面に溶接部Ｗが形成されている
と、溶接部Ｗを形成する場合に、溶接状態の溶接金属が
凝固するときに収縮が伴うことに基づいて、その近傍に
引っ張り残留応力が残され易くなる。そして、母管９の
部分は、いわゆる耐圧部材であるために、特に、機械的
強度の優れた材料STS49材等によって構成されている
が、その内面に剛性の高い固定リング16が一体に設けら
れていると、高温流体挿通時の熱過渡現象や温度差の発
生等により、第６図に示すように、母管９の内面におけ
る溶接部Ｗの近傍に引っ張り応力が付与され、亀裂等の
欠陥部Ｘが発生する原因となり得るため、十分な信頼性
を確保することが要求される。
と、溶接部Ｗを形成する場合に、溶接状態の溶接金属が
凝固するときに収縮が伴うことに基づいて、その近傍に
引っ張り残留応力が残され易くなる。そして、母管９の
部分は、いわゆる耐圧部材であるために、特に、機械的
強度の優れた材料STS49材等によって構成されている
が、その内面に剛性の高い固定リング16が一体に設けら
れていると、高温流体挿通時の熱過渡現象や温度差の発
生等により、第６図に示すように、母管９の内面におけ
る溶接部Ｗの近傍に引っ張り応力が付与され、亀裂等の
欠陥部Ｘが発生する原因となり得るため、十分な信頼性
を確保することが要求される。
従来、溶接継手の残留応力を低減する方法として、金
属管を焼鈍する方法があるが、焼鈍温度及び焼鈍時間が
例えば615℃及び1.5時間程度であっても、母管９に取り
付けられている絞り管11や連通管13等の材質が例えばSU
S304材であると、加熱された箇所の組織が鋭敏化する新
たな恐れが生じるとともに、焼鈍処理を行なうことによ
って、母管９の機械的強度が低下することもあり得る。
属管を焼鈍する方法があるが、焼鈍温度及び焼鈍時間が
例えば615℃及び1.5時間程度であっても、母管９に取り
付けられている絞り管11や連通管13等の材質が例えばSU
S304材であると、加熱された箇所の組織が鋭敏化する新
たな恐れが生じるとともに、焼鈍処理を行なうことによ
って、母管９の機械的強度が低下することもあり得る。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、
母管内面の溶接部近傍における欠陥部の発生を防止可能
とし、また、残留応力改善作業実施時の施行性を向上さ
せるとともに、改善効果の程度の確認を容易にするもの
である。
母管内面の溶接部近傍における欠陥部の発生を防止可能
とし、また、残留応力改善作業実施時の施行性を向上さ
せるとともに、改善効果の程度の確認を容易にするもの
である。
「課題を解決するための手段」 かかる課題を解決するため二つの手段を提案してい
る。
る。
第１の手段は、母管内面に剛性部材を取り付けている
溶接部近傍の残留応力を改善する方法であって、溶接部
から管軸方向両側に離間した母管壁の表面に、溶接ビー
ドを重畳して肉盛り部を形成し、この肉盛り部は、前記
溶接部の中心から肉盛り部の縁部までの離間距離が
（Ｌ）、母管の平均半径が（ａ）、母管壁の厚さが
（ｈ）、肉盛り部の軸方向の寸法が（ｗ）であるとき、 Ｌ≧0.6（ah）0.5 ……（ｉ） Ｌ＋ｗ≦1.8（ah）0.5 ……（ii） の条件を満たすように形成されており、 該肉盛り部の収縮力によって母管の管壁の一部を変位
させ、前記溶接部近傍における母管の内面に圧縮方向の
残留応力を付与することを特徴とする管内面取付溶接部
の残留応力低減方法としている。
溶接部近傍の残留応力を改善する方法であって、溶接部
から管軸方向両側に離間した母管壁の表面に、溶接ビー
ドを重畳して肉盛り部を形成し、この肉盛り部は、前記
溶接部の中心から肉盛り部の縁部までの離間距離が
（Ｌ）、母管の平均半径が（ａ）、母管壁の厚さが
（ｈ）、肉盛り部の軸方向の寸法が（ｗ）であるとき、 Ｌ≧0.6（ah）0.5 ……（ｉ） Ｌ＋ｗ≦1.8（ah）0.5 ……（ii） の条件を満たすように形成されており、 該肉盛り部の収縮力によって母管の管壁の一部を変位
させ、前記溶接部近傍における母管の内面に圧縮方向の
残留応力を付与することを特徴とする管内面取付溶接部
の残留応力低減方法としている。
第２の手段は、溶接部の中心から肉盛り部の縁部まで
の離間距離が（Ｌ）、母管壁の厚さが（ｈ）であると
き、 Ｌ≧２×ｈ ……（iii） の条件を満たす構成を第１の手段に付加した管内面取付
溶接部の残留応力低減方法としている。
の離間距離が（Ｌ）、母管壁の厚さが（ｈ）であると
き、 Ｌ≧２×ｈ ……（iii） の条件を満たす構成を第１の手段に付加した管内面取付
溶接部の残留応力低減方法としている。
「作用」 第１の手段にあっては、溶接部から離間した母管壁の
表面に、溶接ビードの重畳によって肉盛り部を形成する
と、肉盛り部の熱収縮にともなって、肉盛り部の直下の
管壁が半径方向内方に押され、この変位が溶接部近傍に
おける母管の内面に及ぶことにより、母管の内面に圧縮
方向の残留応力を付与するものである。そして、この肉
盛り部を（ｉ）（ii）式の条件を満たす場合に、圧縮方
向への移行が効果的に現れる。
表面に、溶接ビードの重畳によって肉盛り部を形成する
と、肉盛り部の熱収縮にともなって、肉盛り部の直下の
管壁が半径方向内方に押され、この変位が溶接部近傍に
おける母管の内面に及ぶことにより、母管の内面に圧縮
方向の残留応力を付与するものである。そして、この肉
盛り部を（ｉ）（ii）式の条件を満たす場合に、圧縮方
向への移行が効果的に現れる。
第２の手段にあっては、第１の手段に準じて、母管の
内面に圧縮方向の残留応力を付与することに加えて、肉
盛り部と溶接部との間に位置する母管表面が解放され、
超音波探傷試験等の検査域を供給するものである。
内面に圧縮方向の残留応力を付与することに加えて、肉
盛り部と溶接部との間に位置する母管表面が解放され、
超音波探傷試験等の検査域を供給するものである。
「実施例」 第１図ないし第３図は、本発明に係る管内面取付溶接
部の残留応力低減方法を第５図に示した流量制限器10の
箇所の溶接部Ｗに適用した一実施例を示している。
部の残留応力低減方法を第５図に示した流量制限器10の
箇所の溶接部Ｗに適用した一実施例を示している。
該一実施例では、母管９が炭素鋼管（STS49材）であ
り、大きさが650A（外径660.4mm×管壁厚さ33.3mm）で
ある。そして、母管９の内面に、溶接部Ｗによって取り
付けられている剛性部材16が、おおよそ管軸方向寸法10
0mm×半径方向厚さ120mmのS25C材であるとする。
り、大きさが650A（外径660.4mm×管壁厚さ33.3mm）で
ある。そして、母管９の内面に、溶接部Ｗによって取り
付けられている剛性部材16が、おおよそ管軸方向寸法10
0mm×半径方向厚さ120mmのS25C材であるとする。
また、母管９の内部に水を介在させた状態で、第１図
に示すように、溶接部Ｗから母管９の管軸方向両側に離
間した母管壁の表面に、溶接ビードを重畳させた肉盛り
部21を形成することによって、母管９の管壁に第２図に
示すような変位を付与する。
に示すように、溶接部Ｗから母管９の管軸方向両側に離
間した母管壁の表面に、溶接ビードを重畳させた肉盛り
部21を形成することによって、母管９の管壁に第２図に
示すような変位を付与する。
発明者等の研究によれば、鋼管の表面に溶接金属を肉
盛りしたときの管の内面の応力及び変形は、管壁厚さが
15mm以上であるものに対して、25キロジュール/cm以下
の入熱で溶接を行なうと、残留応力が第３図（Ａ）
（Ｂ）に示すような応力分布を示すことが知見された。
盛りしたときの管の内面の応力及び変形は、管壁厚さが
15mm以上であるものに対して、25キロジュール/cm以下
の入熱で溶接を行なうと、残留応力が第３図（Ａ）
（Ｂ）に示すような応力分布を示すことが知見された。
即ち、肉盛り部21の中心近傍では、半径方向に収縮が
生じることによって、第３図（Ｂ）に示すように、内面
の周方向応力が軸方向の距離３π/4βの範囲において圧
縮となる。しかし、軸方向応力は、肉盛り部21の中心極
近で引っ張りになるが、軸方向の距離π/4βの範囲を越
えると、圧縮に転じる。
生じることによって、第３図（Ｂ）に示すように、内面
の周方向応力が軸方向の距離３π/4βの範囲において圧
縮となる。しかし、軸方向応力は、肉盛り部21の中心極
近で引っ張りになるが、軸方向の距離π/4βの範囲を越
えると、圧縮に転じる。
したがって、軸方向の距離π/4βないし３π/4βの範
囲では、周方向及び軸方向ともに圧縮残留応力とするこ
とができる。
囲では、周方向及び軸方向ともに圧縮残留応力とするこ
とができる。
ただし、βは管の剛性パラメータであり、 これから、ν＝0.3とすると、 β＝1.285/（ah）0.5 ……（iv） となる。
このような肉盛り部21を、第１図に示すように溶接部
Ｗをはさんでその両側に形成し、かつ、軸方向の距離π
/4βないし３π/4βの範囲が重複するように設定する
と、残留応力改善効果が高くなることが明らかである。
Ｗをはさんでその両側に形成し、かつ、軸方向の距離π
/4βないし３π/4βの範囲が重複するように設定する
と、残留応力改善効果が高くなることが明らかである。
前述した一実施例における母管９について、一般式で
表すと、溶接部Ｗの中心から肉盛り部21の縁部までの離
間距離が（Ｌ）、母管９の平均半径が（ａ）、母管壁の
厚さが（ｈ）、肉盛り部21の軸方向の寸法（幅）が
（ｗ）であるときには、 Ｌ≧0.6（ah）0.5 ……（ｉ） Ｌ＋ｗ≦1.8（ah）0.5 ……（ii） の条件を満たすようにするとよい。
表すと、溶接部Ｗの中心から肉盛り部21の縁部までの離
間距離が（Ｌ）、母管９の平均半径が（ａ）、母管壁の
厚さが（ｈ）、肉盛り部21の軸方向の寸法（幅）が
（ｗ）であるときには、 Ｌ≧0.6（ah）0.5 ……（ｉ） Ｌ＋ｗ≦1.8（ah）0.5 ……（ii） の条件を満たすようにするとよい。
さらに、溶接部Ｗの健全性を確認するために、母管９
の表面側から、超音波探傷試験を実施するものとして、
超音波の照射角度45度を考慮した場合、肉盛り部21と溶
接部Ｗとの間に位置する母管９の表面が検査域として解
放状態となっていればよく、この場合には、 Ｌ≧２×ｈ ……（iii） の条件を満たすようにすればよい。
の表面側から、超音波探傷試験を実施するものとして、
超音波の照射角度45度を考慮した場合、肉盛り部21と溶
接部Ｗとの間に位置する母管９の表面が検査域として解
放状態となっていればよく、この場合には、 Ｌ≧２×ｈ ……（iii） の条件を満たすようにすればよい。
一方、肉盛り部21の高さ（ｂ）は、溶接ビードが１層
であっても効果が生じるが、改善効果を確実なものとす
るためには、母管９の寸法に応じた高さ（ｂ）とする必
要があり、 ｗ・ｂ≧ｈ・（ａ・ｈ）0.5/10 ……（ｖ） の条件を満たすようにすればよい。
であっても効果が生じるが、改善効果を確実なものとす
るためには、母管９の寸法に応じた高さ（ｂ）とする必
要があり、 ｗ・ｂ≧ｈ・（ａ・ｈ）0.5/10 ……（ｖ） の条件を満たすようにすればよい。
外径660.4mm×管壁厚さ33.3mmの管について試算する
と、 ｗ・ｂ≧343mm2 となる。
と、 ｗ・ｂ≧343mm2 となる。
したがって、ｗ＝50mmとすると、ｂ＝70mm程度とな
り、通常の場合には、２〜３の溶接ビード層を形成する
とよい。
り、通常の場合には、２〜３の溶接ビード層を形成する
とよい。
［他の実施例］ 以上の一実施例における説明では、流量制限器10の箇
所の溶接部Ｗに適用したものとしたが、母管９の内面に
剛性を有する部材を溶接によって取り付けている構造物
について応用することができる。
所の溶接部Ｗに適用したものとしたが、母管９の内面に
剛性を有する部材を溶接によって取り付けている構造物
について応用することができる。
また、このような構造物であれば、母管９の内外両方
を空気等の雰囲気とすることによっても、内面の残留応
力改善を実施することができる。
を空気等の雰囲気とすることによっても、内面の残留応
力改善を実施することができる。
「発明の効果」 以上説明したように、第１の発明、つまり、請求項
（１）に係る管内面取付溶接部の残留応力低減方法は、
溶接部から離間した母管壁の表面に、肉盛り部を形成
し、その収縮力によって管壁を変位させて、溶接部近傍
における母管の内面に圧縮方向の残留応力を付与するも
のであるから、母管内面に部品等を溶接している場合の
残留応力を改善し、欠陥部の発生を防止することができ
る。また、肉盛り部の形成に際して母管の内部の流体の
有無や、母管の周囲の環境に左右されることなく、残留
応力改善作業実施時の施工性を向上させることができ
る。さらに、必要箇所に肉盛り部を形成するものである
から、応用性が高く母管内面に直接溶接部が形成されて
いる多くの構造物に適用することができる。そして、加
熱範囲、母管の大きさ、母管壁の厚さ等の条件を加味し
て応力改善処理が行われるので、母管内面の残留応力改
善効果を確実なものとすることができる。そして、各条
件の通りに肉盛り部が形成されているか否かを寸法等に
よって判別することにより、残留応力改善効果の確認を
容易に行うことができる。
（１）に係る管内面取付溶接部の残留応力低減方法は、
溶接部から離間した母管壁の表面に、肉盛り部を形成
し、その収縮力によって管壁を変位させて、溶接部近傍
における母管の内面に圧縮方向の残留応力を付与するも
のであるから、母管内面に部品等を溶接している場合の
残留応力を改善し、欠陥部の発生を防止することができ
る。また、肉盛り部の形成に際して母管の内部の流体の
有無や、母管の周囲の環境に左右されることなく、残留
応力改善作業実施時の施工性を向上させることができ
る。さらに、必要箇所に肉盛り部を形成するものである
から、応用性が高く母管内面に直接溶接部が形成されて
いる多くの構造物に適用することができる。そして、加
熱範囲、母管の大きさ、母管壁の厚さ等の条件を加味し
て応力改善処理が行われるので、母管内面の残留応力改
善効果を確実なものとすることができる。そして、各条
件の通りに肉盛り部が形成されているか否かを寸法等に
よって判別することにより、残留応力改善効果の確認を
容易に行うことができる。
第２の発明、つまり、請求項（２）に係る管内面取付
溶接部の残留応力低減方法によれば、溶接部の中心から
肉盛り部の縁部までの離間距離が、母管壁の厚さに関連
して設定されることによって、第１の発明による圧縮方
向の残留応力を付与する効果に加えて、肉盛り部と溶接
部との間の母管表面を解放して、超音波探傷試験等の検
査域を提供し、母管の健全性の維持を確実なものとする
ことができる。
溶接部の残留応力低減方法によれば、溶接部の中心から
肉盛り部の縁部までの離間距離が、母管壁の厚さに関連
して設定されることによって、第１の発明による圧縮方
向の残留応力を付与する効果に加えて、肉盛り部と溶接
部との間の母管表面を解放して、超音波探傷試験等の検
査域を提供し、母管の健全性の維持を確実なものとする
ことができる。
第１図は本発明に係る管内面取付溶接部の残留応力低減
方法の一実施例を示す要部の正断面図、第２図は第１図
例の処理による母管の変位を示す正断面図、第３図
（Ａ）は第１図例に準じて母管に肉盛り部を形成した場
合の軸方向応力分布図、第３図（Ｂ）は第１図例に準じ
て母管に肉盛り部を形成した場合の周方向応力分布図、
第４図は沸騰水型原子炉の原子炉格納容器の例を示す正
断面図、第５図は第４図における鎖線Ｖ部分の拡大断面
図、第６図は第５図例の溶接部における欠陥部発生状態
のモデル図である。 Ｗ……溶接部、Ｘ……欠陥部、９……主蒸気系配置（母
管）、10……流量制限器、11……絞り管、12……貫通
穴、13……連通管、14……カップリング、15……流量検
出管、16……固定リング（剛性部材）、17……停滞部、
21……肉盛り部、22……超音波探触子。
方法の一実施例を示す要部の正断面図、第２図は第１図
例の処理による母管の変位を示す正断面図、第３図
（Ａ）は第１図例に準じて母管に肉盛り部を形成した場
合の軸方向応力分布図、第３図（Ｂ）は第１図例に準じ
て母管に肉盛り部を形成した場合の周方向応力分布図、
第４図は沸騰水型原子炉の原子炉格納容器の例を示す正
断面図、第５図は第４図における鎖線Ｖ部分の拡大断面
図、第６図は第５図例の溶接部における欠陥部発生状態
のモデル図である。 Ｗ……溶接部、Ｘ……欠陥部、９……主蒸気系配置（母
管）、10……流量制限器、11……絞り管、12……貫通
穴、13……連通管、14……カップリング、15……流量検
出管、16……固定リング（剛性部材）、17……停滞部、
21……肉盛り部、22……超音波探触子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23K 9/04 B23K 31/00 F16L 13/04 C21D 7/00
Claims (2)
- 【請求項１】母管内面に剛性部材を取り付けている溶接
部近傍の残留応力を改善する方法であって、溶接部から
管軸方向両側に離間した母管壁の表面に、溶接ビードを
重畳して肉盛り部を形成し、 この肉盛り部は、前記溶接部の中心から肉盛り部の縁部
までの離間距離が（Ｌ）、母管の平均半径が（ａ）、母
管壁の厚さが（ｈ）、肉盛り部の軸方向の寸法が（ｗ）
であるとき、 Ｌ≧0.6（ah）0.5 ……（ｉ） Ｌ＋ｗ≦1.8（ah）0.5 ……（ii） を条件を満たすように形成されており、 該肉盛り部の収縮力によって母管の管壁の一部を変位さ
せ、前記溶接部近傍における母管の内面に圧縮方向の残
留応力を付与することを特徴とする管内面取付溶接部の
残留応力低減方向。 - 【請求項２】溶接部の中心から肉盛り部の縁部までの離
間距離が（Ｌ）、母管壁の厚さが（ｈ）であるとき、 Ｌ≧２×ｈ ……（iii） の条件を満たすことを特徴とする請求項（１）記載の管
内面取付溶接部の残留応力低減方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25461390A JP2969882B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 管内面取付溶接部の残留応力低減方法 |
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| JP25461390A JP2969882B2 (ja) | 1990-09-25 | 1990-09-25 | 管内面取付溶接部の残留応力低減方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04135067A JPH04135067A (ja) | 1992-05-08 |
| JP2969882B2 true JP2969882B2 (ja) | 1999-11-02 |
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|---|---|---|---|---|
| US20060284417A1 (en) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | Bruce Brown | Method of impeding crack propagation |
| JP2009012030A (ja) * | 2007-07-03 | 2009-01-22 | Hitachi Ltd | 配管内面の残留応力改善方法、内面の残留応力を改善した配管 |
| EP3202528B1 (en) * | 2014-10-03 | 2020-12-02 | Nippon Steel Corporation | Weld construction member and manufacturing method thereof |
-
1990
- 1990-09-25 JP JP25461390A patent/JP2969882B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04135067A (ja) | 1992-05-08 |
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