JP3491307B2 - 配管分岐部の残留応力改善方法及び冷却装置 - Google Patents
配管分岐部の残留応力改善方法及び冷却装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、配管分岐部の残留応力
改善方法及び冷却装置に関するものである。
改善方法及び冷却装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】配管分岐部を作製する場合には、例え
ば、図１０及び図１１に示すような構造が採用される。
図１０及び図１１にあって、符号１は母管、１ａは管
壁、１ｂは取付穴、１ｃは分岐穴、２は溶接開先、３は
管台、４は溶接開先、５は溶接部である。
ば、図１０及び図１１に示すような構造が採用される。
図１０及び図１１にあって、符号１は母管、１ａは管
壁、１ｂは取付穴、１ｃは分岐穴、２は溶接開先、３は
管台、４は溶接開先、５は溶接部である。
【０００３】図１０例の配管分岐部にあっては、管台３
がフランジ部３ａを有する形状とされるとともに、フラ
ンジ部３ａに溶接開先４が形成され、図１１例の配管分
岐部にあっては、管台３が直管形状とされるとともに、
その管穴３ｂの内径が分岐穴１ｃの口径に合わせて設定
される。これらの配管分岐部は、両溶接開先２，４に溶
接部５を形成することにより、母管１に管台３を取り付
けた状態となるとともに、管台３の先端に、管穴３ｂと
同内径の管を溶接により接続して延長することが行なわ
れる。
がフランジ部３ａを有する形状とされるとともに、フラ
ンジ部３ａに溶接開先４が形成され、図１１例の配管分
岐部にあっては、管台３が直管形状とされるとともに、
その管穴３ｂの内径が分岐穴１ｃの口径に合わせて設定
される。これらの配管分岐部は、両溶接開先２，４に溶
接部５を形成することにより、母管１に管台３を取り付
けた状態となるとともに、管台３の先端に、管穴３ｂと
同内径の管を溶接により接続して延長することが行なわ
れる。
【０００４】一方、溶接部５の形成時には、溶接金属の
熱収縮に基づいて、図１０及び図１１に示すように、母
管１や管台３の内面に引っ張りの残留応力が付与され易
い箇所、つまり、応力改善対象部Ａが発生する。
熱収縮に基づいて、図１０及び図１１に示すように、母
管１や管台３の内面に引っ張りの残留応力が付与され易
い箇所、つまり、応力改善対象部Ａが発生する。
【０００５】従来、母管１や管台３の内面に引っ張りの
残留応力が付与される現象を低減する（または改善す
る）方法として、母管１や管台３の内面を冷却水に接触
させた状態を連続的に保持しながら溶接部５を形成する
ことが行なわれる。金属壁が炭素鋼やステンレス鋼等で
ある場合にこの方法を適用すると、金属壁の内外の温度
差を、例えば２００℃以上となることにより、溶接部５
の形成箇所の内面に圧縮方向の残留応力を付与すること
ができる。
残留応力が付与される現象を低減する（または改善す
る）方法として、母管１や管台３の内面を冷却水に接触
させた状態を連続的に保持しながら溶接部５を形成する
ことが行なわれる。金属壁が炭素鋼やステンレス鋼等で
ある場合にこの方法を適用すると、金属壁の内外の温度
差を、例えば２００℃以上となることにより、溶接部５
の形成箇所の内面に圧縮方向の残留応力を付与すること
ができる。
【０００６】また、溶接作業と切り離して、つまり溶接
後に、金属管の内面の残留応力を改善する方法として、
例えば特開昭６０−３３３１５号公報「配管の熱処理方
法」が提案されている。この技術では、配管の内部に冷
却水を充満させた状態で連続的に流すとともに、配管の
管壁を誘導加熱することにより管壁に温度差を生じさせ
て、配管内面に圧縮方向の残留応力を付与するものであ
り、誘導加熱範囲の応力改善を行なうことができる。
後に、金属管の内面の残留応力を改善する方法として、
例えば特開昭６０−３３３１５号公報「配管の熱処理方
法」が提案されている。この技術では、配管の内部に冷
却水を充満させた状態で連続的に流すとともに、配管の
管壁を誘導加熱することにより管壁に温度差を生じさせ
て、配管内面に圧縮方向の残留応力を付与するものであ
り、誘導加熱範囲の応力改善を行なうことができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
二つの技術例には、以下のような解決すべき課題が残さ
れている。 ａ）管の内部に冷却水を充満させかつ連続的に流した状
態とする必要があるため、応力改善実施のための設備が
大掛かりなものとなり、適用範囲の制限が大きくなる。 ｂ）誘導加熱の実施時に、被加熱管の外表面近傍の温度
が高くなる傾向があり、配管分岐部のように、管壁の厚
さが途中で大きく変化するような場合には、管壁の温度
分布が不均等になって応力改善むらが大きくなり実用性
が損なわれる。
二つの技術例には、以下のような解決すべき課題が残さ
れている。 ａ）管の内部に冷却水を充満させかつ連続的に流した状
態とする必要があるため、応力改善実施のための設備が
大掛かりなものとなり、適用範囲の制限が大きくなる。 ｂ）誘導加熱の実施時に、被加熱管の外表面近傍の温度
が高くなる傾向があり、配管分岐部のように、管壁の厚
さが途中で大きく変化するような場合には、管壁の温度
分布が不均等になって応力改善むらが大きくなり実用性
が損なわれる。
【０００８】本発明は、かかる事情に鑑みてなされたも
ので、 配管分岐部の溶接作業の実施時及び溶接作業に付随し
て、配管及び管台の内面の残留応力改善を行なうこと、 応力改善作業実施時の冷却水使用量を著しく低減し、
取り扱い性を高めること、 応力改善対象部の形状による影響を少なくし、かつ応
力改善を確実に実施すること を目的とするものである。
ので、 配管分岐部の溶接作業の実施時及び溶接作業に付随し
て、配管及び管台の内面の残留応力改善を行なうこと、 応力改善作業実施時の冷却水使用量を著しく低減し、
取り扱い性を高めること、 応力改善対象部の形状による影響を少なくし、かつ応
力改善を確実に実施すること を目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、配管分岐部の内面の残留応力を改善する方法とし
て、母管及び管台の内部に気体を介在させた状態で管台
近傍の母管を１５０ないし３００℃の温度まで加熱する
工程と、加熱部分の熱を管台に伝達させて配管分岐部の
温度を均一化状態とする工程と、管台の管穴から母管穴
にスプレーノズルの先端を挿入して冷却水をスプレーノ
ズルの基部に向けて噴出するとともにスプレーノズルを
回転させて配管分岐部の内面を環状に冷却する工程と、
配管分岐部の管壁における内外方向の温度差に基づき降
伏点を越える応力を発生させる工程と、管壁内外の温度
差の消滅により配管分岐部の内面に圧縮方向の残留応力
を付与する工程とを有する構成を採用している。また、
配管分岐部の残留応力改善時に使用する冷却装置とし
て、母管と接続状態に配される管台の端部に取り付けら
れる駆動手段と、該駆動手段によって回転させられ母管
の内部に挿入される冷却水供給管と、該冷却水供給管の
先端に配され冷却水を基部に向けて噴出するスプレーノ
ズルと、冷却水供給管に接続され冷却水を供給する給水
手段とを具備する構成を採用している。
めに、配管分岐部の内面の残留応力を改善する方法とし
て、母管及び管台の内部に気体を介在させた状態で管台
近傍の母管を１５０ないし３００℃の温度まで加熱する
工程と、加熱部分の熱を管台に伝達させて配管分岐部の
温度を均一化状態とする工程と、管台の管穴から母管穴
にスプレーノズルの先端を挿入して冷却水をスプレーノ
ズルの基部に向けて噴出するとともにスプレーノズルを
回転させて配管分岐部の内面を環状に冷却する工程と、
配管分岐部の管壁における内外方向の温度差に基づき降
伏点を越える応力を発生させる工程と、管壁内外の温度
差の消滅により配管分岐部の内面に圧縮方向の残留応力
を付与する工程とを有する構成を採用している。また、
配管分岐部の残留応力改善時に使用する冷却装置とし
て、母管と接続状態に配される管台の端部に取り付けら
れる駆動手段と、該駆動手段によって回転させられ母管
の内部に挿入される冷却水供給管と、該冷却水供給管の
先端に配され冷却水を基部に向けて噴出するスプレーノ
ズルと、冷却水供給管に接続され冷却水を供給する給水
手段とを具備する構成を採用している。
【００１０】
【作用】母管及び管台の内部に気体を介在させた状態で
母管を加熱すると、放熱が少なくなるとともに母管及び
管台への熱伝達に基づいて、温度の均一化がなされる。
スプレーノズルをその先端が母管の内部まで達するよう
に挿入し、冷却水をスプレーノズルの基部に向けて噴出
すると、管台の管穴及びその近傍の母管の内面が冷却さ
れ、スプレーノズルが回転することにより、配管分岐部
の内面が環状に冷却される。配管分岐部の管壁が予め１
５０ないし３００℃の温度まで加熱されていると、冷却
部分の近傍の温度勾配が大きくなり、この部分に降伏点
を越える引っ張り方向の応力が付与され、これに基づく
塑性変形が発生する。この塑性変形部分は、管壁内外の
温度差の消滅時に、管壁の他の部分が弾性変形分だけ相
対的に収縮することに基づいて、配管分岐部の内面に圧
縮方向の残留応力が付与される。
母管を加熱すると、放熱が少なくなるとともに母管及び
管台への熱伝達に基づいて、温度の均一化がなされる。
スプレーノズルをその先端が母管の内部まで達するよう
に挿入し、冷却水をスプレーノズルの基部に向けて噴出
すると、管台の管穴及びその近傍の母管の内面が冷却さ
れ、スプレーノズルが回転することにより、配管分岐部
の内面が環状に冷却される。配管分岐部の管壁が予め１
５０ないし３００℃の温度まで加熱されていると、冷却
部分の近傍の温度勾配が大きくなり、この部分に降伏点
を越える引っ張り方向の応力が付与され、これに基づく
塑性変形が発生する。この塑性変形部分は、管壁内外の
温度差の消滅時に、管壁の他の部分が弾性変形分だけ相
対的に収縮することに基づいて、配管分岐部の内面に圧
縮方向の残留応力が付与される。
【００１１】
【実施例】以下、本発明に係る配管分岐部の残留応力改
善方法及び冷却装置の実施例について、図１ないし図９
を参照して説明する。各図において、符号１１は加熱手
段、１２は保温材、２０は冷却装置、２１は駆動手段、
２２は冷却水供給管、２３はスプレーノズル、２４は給
水手段である。
善方法及び冷却装置の実施例について、図１ないし図９
を参照して説明する。各図において、符号１１は加熱手
段、１２は保温材、２０は冷却装置、２１は駆動手段、
２２は冷却水供給管、２３はスプレーノズル、２４は給
水手段である。
【００１２】前記加熱手段１１は、図１に示すように、
例えば管台３の取り付け部分を除いて母管１の外周面に
おける応力改善対象部Ａの範囲に管軸方向に離間した状
態に巻回した誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルに給
電するための高周波電源等とによって構成される。
例えば管台３の取り付け部分を除いて母管１の外周面に
おける応力改善対象部Ａの範囲に管軸方向に離間した状
態に巻回した誘導加熱コイルと、該誘導加熱コイルに給
電するための高周波電源等とによって構成される。
【００１３】前記保温材１２は、図１に示すように、応
力改善対象部Ａの外側を覆うように母管１の外周面に配
される断熱材であり、加熱手段１１と母管１及び管台３
との間に介在して放熱を抑制するものである。
力改善対象部Ａの外側を覆うように母管１の外周面に配
される断熱材であり、加熱手段１１と母管１及び管台３
との間に介在して放熱を抑制するものである。
【００１４】前記冷却装置２０は、図３及び図５に示す
ように、管台３の端部に取り付けられる駆動手段２１
と、該駆動手段２１に接続され母管１の内部に挿入され
る冷却水供給管２２と、該冷却水供給管２２の先端に取
り付けられるスプレーノズル２３と、冷却水供給管２２
に接続される給水手段２４とによって構成され、応力改
善対象部Ａよりも若干大きな図２に示す冷却エリアＢに
ついて、冷却を行なうものである。
ように、管台３の端部に取り付けられる駆動手段２１
と、該駆動手段２１に接続され母管１の内部に挿入され
る冷却水供給管２２と、該冷却水供給管２２の先端に取
り付けられるスプレーノズル２３と、冷却水供給管２２
に接続される給水手段２４とによって構成され、応力改
善対象部Ａよりも若干大きな図２に示す冷却エリアＢに
ついて、冷却を行なうものである。
【００１５】以下、図２、図３及び図４に示す冷却装置
２０を代表して説明する。駆動手段２１にあっては、管
台３の端部に外嵌め状態に取り付けられるサドル部材２
５と、該サドル部材２５の外方に同軸状態に配されるス
イベル本体２６及びモータ取付板２７と、例えば電動機
が適用される駆動源２８と、これらを一体化状態に組み
付ける締結ボルト２９とを有している。
２０を代表して説明する。駆動手段２１にあっては、管
台３の端部に外嵌め状態に取り付けられるサドル部材２
５と、該サドル部材２５の外方に同軸状態に配されるス
イベル本体２６及びモータ取付板２７と、例えば電動機
が適用される駆動源２８と、これらを一体化状態に組み
付ける締結ボルト２９とを有している。
【００１６】前記冷却水供給管２２は、図３に示すよう
に、サドル部材２５の貫通穴２５ａ、スイベル本体２６
の給水プレナム部２６ａ、モータ取付板２７の貫通穴２
７ａに挿入されて、軸受け３０によって回転可能に支持
され、駆動源２８の駆動軸２８ａに接続状態に、かつ先
端が母管１の内部に突出した状態に配される。そして、
冷却水供給管２２の基部には、スイベル本体２６の中心
に配した給水プレナム部２６ａと連通状態の給水穴２２
ａが形成される。
に、サドル部材２５の貫通穴２５ａ、スイベル本体２６
の給水プレナム部２６ａ、モータ取付板２７の貫通穴２
７ａに挿入されて、軸受け３０によって回転可能に支持
され、駆動源２８の駆動軸２８ａに接続状態に、かつ先
端が母管１の内部に突出した状態に配される。そして、
冷却水供給管２２の基部には、スイベル本体２６の中心
に配した給水プレナム部２６ａと連通状態の給水穴２２
ａが形成される。
【００１７】前記スプレーノズル２３は、図３に示すよ
うに、冷却水供給管２２の先端に同軸状態に取り付けら
れるノズルシャフト２３ａと、該ノズルシャフト２３ａ
の先端に配されるノズル本体２３ｂと、該ノズル本体２
３ｂの両側に配される散水板２３ｃ，２３ｄと、該散水
板２３ｃ，２３ｄをノズル本体２３ｂに固定するための
取付ねじ２３ｅとを有しており、ノズルシャフト２３ａ
及びノズル本体２３ｂの中空穴２３ｆが、ノズル本体２
３ｂの両側で開口されるとともに、その開口と散水板２
３ｃ，２３ｄとの間に小間隙を形成しておくことによ
り、冷却水の噴出方向をノズルシャフト２３ａの軸方向
に沿わせるように設定されている。
うに、冷却水供給管２２の先端に同軸状態に取り付けら
れるノズルシャフト２３ａと、該ノズルシャフト２３ａ
の先端に配されるノズル本体２３ｂと、該ノズル本体２
３ｂの両側に配される散水板２３ｃ，２３ｄと、該散水
板２３ｃ，２３ｄをノズル本体２３ｂに固定するための
取付ねじ２３ｅとを有しており、ノズルシャフト２３ａ
及びノズル本体２３ｂの中空穴２３ｆが、ノズル本体２
３ｂの両側で開口されるとともに、その開口と散水板２
３ｃ，２３ｄとの間に小間隙を形成しておくことによ
り、冷却水の噴出方向をノズルシャフト２３ａの軸方向
に沿わせるように設定されている。
【００１８】前記給水手段２４は、図３に示すように、
給水を行なう給水系２４ａと、該給水系２４ａとスイベ
ル本体２６との間を接続する給水管２４ｂと、該給水管
２４ｂの途中に配され流路の切り替えを行なう制御弁２
４ｃと、スイベル本体２６の給水プレナム部２６ａに接
続するための給水口２４ｄと、給水系２４ａとサドル部
材２５との間を接続する給水管２４ｅと、該給水管２４
ｅの途中に配され流路の切り替えを行なう制御弁２４ｆ
と、サドル部材２５の貫通穴２５ａに接続するための溶
接用給水口２４ｇとを有しており、管台３及びサドル部
材２５の間、冷却水供給管２２及びスイベル本体２６の
間等には、シール部材２４ｈが配される。
給水を行なう給水系２４ａと、該給水系２４ａとスイベ
ル本体２６との間を接続する給水管２４ｂと、該給水管
２４ｂの途中に配され流路の切り替えを行なう制御弁２
４ｃと、スイベル本体２６の給水プレナム部２６ａに接
続するための給水口２４ｄと、給水系２４ａとサドル部
材２５との間を接続する給水管２４ｅと、該給水管２４
ｅの途中に配され流路の切り替えを行なう制御弁２４ｆ
と、サドル部材２５の貫通穴２５ａに接続するための溶
接用給水口２４ｇとを有しており、管台３及びサドル部
材２５の間、冷却水供給管２２及びスイベル本体２６の
間等には、シール部材２４ｈが配される。
【００１９】なお、図４に示す符号２７ｂは吊り耳であ
り、モータ取付板２７と一体に配される。
り、モータ取付板２７と一体に配される。
【００２０】一方、図５及び図６は、冷却装置２０の他
の例を示すもので、全体の高さを低減するように、サド
ル部材２５及びスイベル本体２６と駆動源２８とが並べ
た状態に配され、駆動源２８における駆動軸２８ａと冷
却水供給管２２との間に、モータ取付板２７の部分に支
持された状態のギヤ機構３１が配される。なお、符号３
２はバンドであり、冷却装置２０を母管１及び管台３に
括り付けることにより固定するものである。
の例を示すもので、全体の高さを低減するように、サド
ル部材２５及びスイベル本体２６と駆動源２８とが並べ
た状態に配され、駆動源２８における駆動軸２８ａと冷
却水供給管２２との間に、モータ取付板２７の部分に支
持された状態のギヤ機構３１が配される。なお、符号３
２はバンドであり、冷却装置２０を母管１及び管台３に
括り付けることにより固定するものである。
【００２１】以下、配管分岐部の内面の残留応力を改善
する方法について、図２ないし図４に示す加熱手段１
１、保温材１２及び冷却装置２０を適用した場合を主と
して説明する。
する方法について、図２ないし図４に示す加熱手段１
１、保温材１２及び冷却装置２０を適用した場合を主と
して説明する。
【００２２】〔配管分岐部の一様加熱〕母管１及び管台
３の内部に気体（例えば空気）を介在させた状態とし
て、管台３の近傍位置である母管１の外周面に、保温材
１２を配するとともに、誘導加熱コイルを巻回する等に
より、加熱手段１１を設置する。この場合における加熱
手段１１による加熱範囲は、応力改善対象部Ａに設定さ
れる。加熱手段１１の作動により、母管１の管壁１ａが
１５０ないし３００℃の温度となるように加熱する。母
管１及び管台３の内部が気体雰囲気である場合には、高
温化した管壁１ａの熱が、金属の良好な熱伝導性に基づ
いて管壁１ａの各方向及び管台３に伝達され、この際に
気体への放熱が水等と比較して著しく少なくなることに
より、応力改善対象部Ａの範囲内の母管１及び管台３の
温度が均一化状態となる。
３の内部に気体（例えば空気）を介在させた状態とし
て、管台３の近傍位置である母管１の外周面に、保温材
１２を配するとともに、誘導加熱コイルを巻回する等に
より、加熱手段１１を設置する。この場合における加熱
手段１１による加熱範囲は、応力改善対象部Ａに設定さ
れる。加熱手段１１の作動により、母管１の管壁１ａが
１５０ないし３００℃の温度となるように加熱する。母
管１及び管台３の内部が気体雰囲気である場合には、高
温化した管壁１ａの熱が、金属の良好な熱伝導性に基づ
いて管壁１ａの各方向及び管台３に伝達され、この際に
気体への放熱が水等と比較して著しく少なくなることに
より、応力改善対象部Ａの範囲内の母管１及び管台３の
温度が均一化状態となる。
【００２３】〔応力改善対象部の急冷〕図３に示すよう
に、一体化状態に組み立てた冷却装置２０のサドル部材
２５を、管台３の上に載置し（あるいは予め載置してお
くことにより）、管台３の管穴３ｂから母管１の内部に
スプレーノズル２３の先端を内方突出状態に挿入する。
給水手段２４の作動により、給水系２４ａから、給水管
２４ｂ，２４ｅ、制御弁２４ｃ，２４ｆ、給水口２４ｄ
及び溶接用給水口２４ｇを経由して、冷却水を溶接部５
の内面及びスプレーノズル２３に供給する。管台３の管
穴３ｂに供給された冷却水は、図３に実線の矢印で示す
ように、管穴３ｂ及び分岐穴１ｃと冷却水供給管２２と
の円環状間隙を経由して、母管１の内部に流下し、応力
改善対象部の急冷を行なう。そして、スプレーノズル２
３に供給された冷却水は、図３に鎖線の矢印で示すよう
に、概略円板状に噴出して、その噴出水の一部が、スプ
レーノズル２３の基部に向かって母管１の内面（分岐穴
１ｃの回りの内面）の急冷を行なう。また、駆動手段２
１を作動状態とすると、回転力がスプレーノズル２３に
伝達されて、スプレーノズル２３が旋回することによ
り、配管分岐部の内面が環状に急冷されることになる。
つまり、図７（ａ）のように一様な加熱を行なっておい
て、図７（ｂ）に示すようにスプレーで配管分岐部の内
面を急冷する。
に、一体化状態に組み立てた冷却装置２０のサドル部材
２５を、管台３の上に載置し（あるいは予め載置してお
くことにより）、管台３の管穴３ｂから母管１の内部に
スプレーノズル２３の先端を内方突出状態に挿入する。
給水手段２４の作動により、給水系２４ａから、給水管
２４ｂ，２４ｅ、制御弁２４ｃ，２４ｆ、給水口２４ｄ
及び溶接用給水口２４ｇを経由して、冷却水を溶接部５
の内面及びスプレーノズル２３に供給する。管台３の管
穴３ｂに供給された冷却水は、図３に実線の矢印で示す
ように、管穴３ｂ及び分岐穴１ｃと冷却水供給管２２と
の円環状間隙を経由して、母管１の内部に流下し、応力
改善対象部の急冷を行なう。そして、スプレーノズル２
３に供給された冷却水は、図３に鎖線の矢印で示すよう
に、概略円板状に噴出して、その噴出水の一部が、スプ
レーノズル２３の基部に向かって母管１の内面（分岐穴
１ｃの回りの内面）の急冷を行なう。また、駆動手段２
１を作動状態とすると、回転力がスプレーノズル２３に
伝達されて、スプレーノズル２３が旋回することによ
り、配管分岐部の内面が環状に急冷されることになる。
つまり、図７（ａ）のように一様な加熱を行なっておい
て、図７（ｂ）に示すようにスプレーで配管分岐部の内
面を急冷する。
【００２４】〔急俊な温度差を有する温度分布の付与〕
急冷された内表面のごく浅い範囲には、図８（ａ）に示
すように、高温でかつ一様な温度分布をしている部分よ
りも、大きな温度差ΔＴが生じる温度分布が付与され
る。
急冷された内表面のごく浅い範囲には、図８（ａ）に示
すように、高温でかつ一様な温度分布をしている部分よ
りも、大きな温度差ΔＴが生じる温度分布が付与され
る。
【００２５】〔引っ張り方向の降伏応力の発生〕大きな
温度差ΔＴが生じると、一様な高温状態である管壁の大
部分と急冷された部分との熱膨張差に基づいて、図８
（ｂ）に示すように、管壁の内面に引っ張り応力が付与
される。この際に管壁に発生する応力分布は、管壁の内
面だけが極端な引っ張り応力となる図８（Ｃ）の状態と
なる。ただし、図８（Ｃ）において、（ＥαΔＴ）／
（１−ν）：最大引っ張り応力，ａ：塑性変形量，σ：
降伏応力，Ｅ：ヤング率，α：線膨張係数，ΔＴ：温度
差，ν：ポアソン比である。
温度差ΔＴが生じると、一様な高温状態である管壁の大
部分と急冷された部分との熱膨張差に基づいて、図８
（ｂ）に示すように、管壁の内面に引っ張り応力が付与
される。この際に管壁に発生する応力分布は、管壁の内
面だけが極端な引っ張り応力となる図８（Ｃ）の状態と
なる。ただし、図８（Ｃ）において、（ＥαΔＴ）／
（１−ν）：最大引っ張り応力，ａ：塑性変形量，σ：
降伏応力，Ｅ：ヤング率，α：線膨張係数，ΔＴ：温度
差，ν：ポアソン比である。
【００２６】〔分岐部の自然冷却〕加熱を停止して冷却
を継続または自然に冷却すると、高温状態の管壁が冷却
されることに基づいて、図９（ａ）で示すように、管壁
内外の温度差が消滅し（ΔＴ＝０となり）、管壁の温度
が一様になる。
を継続または自然に冷却すると、高温状態の管壁が冷却
されることに基づいて、図９（ａ）で示すように、管壁
内外の温度差が消滅し（ΔＴ＝０となり）、管壁の温度
が一様になる。
【００２７】〔残留応力の改善〕引っ張り応力を発生さ
せた際に、引っ張り方向の塑性変形が生じると、冷却に
より管壁の温度差がなくなることに基づいて、図９
（ｂ）に示すように、引っ張り塑性変形箇所、つまり応
力改善対象部に圧縮応力が付与される。この際に管壁に
発生する応力分布は、管壁の内面及びその近傍だけが圧
縮応力となる図９（ｃ）に示す状態となる。ただし、発
生応力値は、−｛（ＥαΔＴ）／（１−ν）−σｙ｝で
表わされ、σｙは降伏応力である。
せた際に、引っ張り方向の塑性変形が生じると、冷却に
より管壁の温度差がなくなることに基づいて、図９
（ｂ）に示すように、引っ張り塑性変形箇所、つまり応
力改善対象部に圧縮応力が付与される。この際に管壁に
発生する応力分布は、管壁の内面及びその近傍だけが圧
縮応力となる図９（ｃ）に示す状態となる。ただし、発
生応力値は、−｛（ＥαΔＴ）／（１−ν）−σｙ｝で
表わされ、σｙは降伏応力である。
【００２８】〔検証例〕母管が７００Ａ及び３００Ａの
ステンレス鋼管（例えばＳＵＳ３０４），応力改善対象
部の管軸方向の長さが４００ｍｍ及び２６０ｍｍ，管台
の口径が２５ｍｍ，管台の高さが８０ｍｍの仕様である
配管分岐部について、常温の冷却水（２０℃）によって
冷却する際に、図９（ｃ）の発生応力が「負」となる温
度条件を求めたところ、１５０℃以上の温度が必要であ
ることが検証された。この場合、温度を高くすることに
よって、残留応力改善効果（配管分岐部の内面応力を圧
縮方向に移行させる効果）が高くなるが、実用上、３０
０℃程度で十分である。
ステンレス鋼管（例えばＳＵＳ３０４），応力改善対象
部の管軸方向の長さが４００ｍｍ及び２６０ｍｍ，管台
の口径が２５ｍｍ，管台の高さが８０ｍｍの仕様である
配管分岐部について、常温の冷却水（２０℃）によって
冷却する際に、図９（ｃ）の発生応力が「負」となる温
度条件を求めたところ、１５０℃以上の温度が必要であ
ることが検証された。この場合、温度を高くすることに
よって、残留応力改善効果（配管分岐部の内面応力を圧
縮方向に移行させる効果）が高くなるが、実用上、３０
０℃程度で十分である。
【００２９】〔他の実施態様〕本発明にあっては、実施
例に代えて次の技術を採用することができる。 ａ）図示した形状以外の管台３について適用すること。 ｂ）溶接用給水口２４ｇへの冷却水供給を行ないなが
ら、溶接作業を実施すること。 ｃ）冷却装置２０を管台３に取り付ける手段を任意とす
ること。
例に代えて次の技術を採用することができる。 ａ）図示した形状以外の管台３について適用すること。 ｂ）溶接用給水口２４ｇへの冷却水供給を行ないなが
ら、溶接作業を実施すること。 ｃ）冷却装置２０を管台３に取り付ける手段を任意とす
ること。
【００３０】
【発明の効果】本発明に係る配管分岐部の残留応力改善
方法及び冷却装置にあっては、以下の効果を奏する。 （１） 配管分岐部の内部に気体を介在させた状態で管
台近傍の母管を１５０ないし３００℃の温度まで加熱す
るものであるから、放熱量を少なくして配管分岐部の応
力改善対象部を速やかに、かつ一様に加熱してその後の
残留応力改善作業を効率的に実施することができる。 （２） 加熱部分の熱を管台に伝達させて配管分岐部の
温度を均一化するものであるから、応力改善対象部の形
状による影響を少なくし、応力改善を確実に実施するこ
とができるとともに、加熱のための施設及び使用機器を
簡単なものとすることができる。 （３） 管台の管穴から母管にスプレーノズルの先端を
挿入して冷却水を噴出させるものであるから、応力改善
作業実施時の冷却水使用量を著しく低減して、取り扱い
性を高めることができる。 （４） スプレーノズルを回転させて配管分岐部の内面
を環状に冷却することにより、冷却むらの発生を抑制
し、精度の高い残留応力改善を実施することができる。 （５） 管台の内面と母管の内面とに別々に冷却水を供
給することにより、配管分岐部の溶接作業の実施時また
は溶接作業に付随して残留応力改善作業を実施し、作業
効率を向上させることができる。
方法及び冷却装置にあっては、以下の効果を奏する。 （１） 配管分岐部の内部に気体を介在させた状態で管
台近傍の母管を１５０ないし３００℃の温度まで加熱す
るものであるから、放熱量を少なくして配管分岐部の応
力改善対象部を速やかに、かつ一様に加熱してその後の
残留応力改善作業を効率的に実施することができる。 （２） 加熱部分の熱を管台に伝達させて配管分岐部の
温度を均一化するものであるから、応力改善対象部の形
状による影響を少なくし、応力改善を確実に実施するこ
とができるとともに、加熱のための施設及び使用機器を
簡単なものとすることができる。 （３） 管台の管穴から母管にスプレーノズルの先端を
挿入して冷却水を噴出させるものであるから、応力改善
作業実施時の冷却水使用量を著しく低減して、取り扱い
性を高めることができる。 （４） スプレーノズルを回転させて配管分岐部の内面
を環状に冷却することにより、冷却むらの発生を抑制
し、精度の高い残留応力改善を実施することができる。 （５） 管台の内面と母管の内面とに別々に冷却水を供
給することにより、配管分岐部の溶接作業の実施時また
は溶接作業に付随して残留応力改善作業を実施し、作業
効率を向上させることができる。
【図１】本発明に係る配管分岐部の残留応力改善方法に
よる配管分岐部加熱時の実施状況を示す正断面図であ
る。
よる配管分岐部加熱時の実施状況を示す正断面図であ
る。
【図２】本発明に係る配管分岐部の残留応力改善方法に
よる配管分岐部の残留応力改善時の実施状況を示す正断
面図である。
よる配管分岐部の残留応力改善時の実施状況を示す正断
面図である。
【図３】本発明に係る配管分岐部の冷却装置の一実施例
を示す正断面図である。
を示す正断面図である。
【図４】図３部分の平面図である。
【図５】本発明に係る配管分岐部の冷却装置の他の実施
例を示す正断面図である。
例を示す正断面図である。
【図６】図５部分の平面図である。
【図７】本発明に係る配管分岐部の残留応力改善方法の
適用時における加熱及び急冷状況のモデル図である。
適用時における加熱及び急冷状況のモデル図である。
【図８】本発明に係る配管分岐部の残留応力改善方法の
適用時における温度分布の付与及び降伏応力の発生状況
のモデル図である。
適用時における温度分布の付与及び降伏応力の発生状況
のモデル図である。
【図９】本発明に係る配管分岐部の残留応力改善方法の
適用時における分岐部の冷却によって生じる残留応力の
改善状況のモデル図である。
適用時における分岐部の冷却によって生じる残留応力の
改善状況のモデル図である。
【図１０】配管分岐部の構造例を示す一部の記載を省略
した正断面図である。
した正断面図である。
【図１１】配管分岐部の他の構造例を示す一部の記載を
省略した正断面図である。
省略した正断面図である。
Ａ 応力改善対象部
Ｂ 冷却エリア
１ 母管
１ａ 管壁
１ｂ 取付穴
１ｃ 分岐穴
２ 溶接開先
３ 管台（ノズル）
３ａ フランジ部
３ｂ 管穴
４ 溶接開先
５ 溶接部
１１ 加熱手段
１２ 保温材
２０ 冷却装置
２１ 駆動手段
２２ 冷却水供給管
２２ａ 給水穴
２３ スプレーノズル
２３ａ ノズルシャフト
２３ｂ ノズル本体
２３ｃ，２３ｄ 散水板
２３ｅ 取付ねじ
２３ｆ 中空穴
２４ 給水手段
２４ａ 給水系
２４ｂ 給水管
２４ｃ 制御弁
２４ｄ 給水口
２４ｅ 給水管
２４ｆ 制御弁
２４ｇ 溶接用給水口
２４ｈ シール部材
２５ サドル部材
２５ａ 貫通穴
２６ スイベル本体
２６ａ 給水プレナム部
２７ モータ取付板
２７ａ 貫通穴
２７ｂ 吊り耳
２８ 駆動源
２８ａ 駆動軸
２９ 締結ボルト
３０ 軸受け
３１ ギヤ機構
３２ バンド
フロントページの続き
(72)発明者 中村 巧
神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地
石川島播磨重工業株式会社 横浜第一工
場内
(56)参考文献 特開 平６−179093（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−48638（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−136124（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−165724（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C21D 9/00 - 9/44
C21D 9/50
B23K 31/00
Claims (2)
- 【請求項１】 母管（１）と接続状態に管台（３）を溶
接してなる配管分岐部の内面の残留応力を改善する方法
であって、母管及び管台の内部に気体を介在させた状態
で管台近傍の母管を１５０ないし３００℃の温度まで加
熱する工程と、加熱部分の熱を管台に伝達させて配管分
岐部の温度を均一化状態とする工程と、管台の管穴（３
ｂ）から母管の内部にスプレーノズル（２３）の先端を
挿入して冷却水をスプレーノズルの基部に向けて噴出す
るとともにスプレーノズルを回転させて配管分岐部の内
面を環状に冷却する工程と、配管分岐部の管壁における
内外方向の温度差に基づき降伏点を越える応力を発生さ
せる工程と、管壁内外の温度差の消滅により配管分岐部
の内面に圧縮方向の残留応力を付与する工程とを有する
ことを特徴とする配管分岐部の残留応力改善方法。 - 【請求項２】 配管分岐部の内面の残留応力改善時に、
該内面を冷却する装置であって、母管（１）と接続状態
に配される管台（３）の端部に取り付けられる駆動手段
（２１）と、該駆動手段によって回転させられ母管の内
部に挿入される冷却水供給管（２２）と、該冷却水供給
管の先端に配され冷却水を基部に向けて噴出するスプレ
ーノズル（２３）と、冷却水供給管に接続され冷却水を
供給する給水手段（２４）とを具備することを特徴とす
る配管分岐部の残留応力改善用冷却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33380093A JP3491307B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 配管分岐部の残留応力改善方法及び冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33380093A JP3491307B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 配管分岐部の残留応力改善方法及び冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07188765A JPH07188765A (ja) | 1995-07-25 |
| JP3491307B2 true JP3491307B2 (ja) | 2004-01-26 |
Family
ID=18270101
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33380093A Expired - Fee Related JP3491307B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 配管分岐部の残留応力改善方法及び冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3491307B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4759302B2 (ja) * | 2004-04-06 | 2011-08-31 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 熱処理方法及びその装置 |
| JP4599957B2 (ja) * | 2004-09-16 | 2010-12-15 | 株式会社Ｉｈｉ | 高周波誘導加熱残留応力改善法 |
| JP4847888B2 (ja) * | 2007-02-08 | 2011-12-28 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 原子力発電プラントの配管残留応力改善方法および高周波加熱装置 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP33380093A patent/JP3491307B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07188765A (ja) | 1995-07-25 |
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