JP4317799B2 - 管体の残留応力改善方法 - Google Patents
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Description
管体内面の残留応力を改善するための残留応力の改善方法であって、
前記管体の外面にレーザ光を照射し、残留応力改善領域を均熱に加熱する1又は複数のレーザ光照射部を有するレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段の動作を制御するための制御手段と、
前記レーザ光照射手段を前記残留応力改善領域にそって移動させる移動手段とを有し、
前記レーザ光照射手段は前記レーザ光照射部をレーザ光照射領域が前記管体の外面に軸方向及び周方向に予め決めた長さを有するように配置しており、
前記移動手段により前記レーザ光照射手段を前記管体の周方向に回動させ、該管体周りを一周するごとに軸方向に移動させることを特徴とする。
また、レーザ光照射手段が移動することで広い範囲を加熱するので、同時にレーザ光を照射する領域は小さくてよく、レーザ光の出力を小さい領域の加熱できるだけでよく、装置自体をコンパクトに安価に構成することが可能である。
更に、前記移動手段は前記レーザ光照射手段を周方向、軸方向に移動するのでレーザ光照射部の大きさを小さくすることができるとともに、管体の周方向大きさ及び軸方向長さにかかわらず、適用することが可能である。
管体内面の残留応力を改善するための残留応力の改善方法であって、
前記管体の外面にレーザ光を照射し、残留応力改善領域を均熱に加熱する1又は複数のレーザ光照射部を有するレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段の動作を制御するための制御手段と、
前記レーザ光照射手段を前記残留応力改善領域にそって移動させる移動手段とを有し、
前記レーザ光照射手段は前記レーザ光照射部をレーザ光照射領域が前記管体の外面に周方向に予め決めた長さを有すると共に軸方向に前記残留応力改善領域の軸方向長さと同一になるように配置しており、
前記移動手段により前記レーザ光照射手段を前記管体の周方向に回動させることを特徴とする。
また、レーザ光照射手段が移動することで広い範囲を加熱するので、同時にレーザ光を照射する領域は小さくてよく、レーザ光の出力を小さい領域の加熱できるだけでよく、装置自体をコンパクトに安価に構成することが可能である。
また、管体の外面の軸方向に均一に加熱することができるので、残留応力を均一に改善することが可能である。また、周方向にのみ移動するので構造が簡単であり、それだけ低コストで製作することができる。
また、前記応力改善領域の軸方向の幅長さに同時に加熱することができ、移動手段は周方向のみ移動するので、管体の直径にかかわらず残留応力の改善処理を行うことが可能である。
また、複数のレーザ光照射部を着脱可能であってもよく、複数のレーザ光照射部のうち前記応力改善領域にあった個数だけ駆動できるものであってもよい。
前記管体の残留応力を改善したい応力改善領域に、管体の外部に配置されたレーザ光照射部から該管体の外面にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記管体の応力改善領域の温度を測定する温度測定工程と、
前記応力改善領域の外面側と内面側が所定の温度差になった後レーザ光照射を停止し冷却する冷却工程とを有することを特徴とする。
図3(A)、(B)に管体に本発明にかかる管体の残留応力改善方法の一例による残留応力改善を表す正面図及び側面図を示す。図3(C)〜図3(E)に本発明にかかる管体の残留応力改善方法の一例の手順を示す。また、図4に本発明にかかる管体の残留応力改善方法を用いた残留応力改善工程のフロー図を示す。また、残留応力改善装置A1はレーザ光照射手段以外の部分は図2に示す残留応力改善装置Aと実質上同じ構成であり、実質上同じ部分には同じ符号を付してある。
図5(A)、(B)に管体に本発明にかかる管体の残留応力改善方法の一例による残留応力改善を表す正面図及び側面図を示す。図5(C)〜図5(E)に本発明にかかる管体の残留応力改善方法の一例の手順を示す。また、図5に示す残留応力改善装置はレーザ光照射手段以外の部分は図2に示す残留応力改善装置Aと実質上同じ構成であり、実質上同じ部分には同じ符号を付してある。
図6(A)、(B)に管体に本発明にかかる管体の残留応力改善方法の一例による残留応力改善を表す正面図及び側面図を示す。図6(C)〜図6(F)に本発明にかかる管体の残留応力改善方法の他の例の手順を示す。また、図6に示す残留応力改善装置はレーザ光照射手段以外の部分は図2に示す残留応力改善装置Aと実質上同じ構成であり、実質上同じ部分には同じ符号を付してある。
図7(A)〜(F)に本発明にかかる管体の残留応力の改善方法の概略図を示す。図7各図に示す応力改善方法を実施するための応力改善装置A4は、管体Pi内面に挿入され、管体Piの内面の周方向を所定の軸方向幅で同時に加熱するレーザ光照射手段1dと、レーザ光照射手段1dによってレーザ光Lzが照射され、加熱された部分に冷却水を噴射して冷却する冷却水噴射手段4とを有している。
図8に本発明にかかる管体の残留応力の改善方法の概略図を示す。図8(A)は本発明にかかる管体の残留応力改善前の応力状態を示す図であり、図8(B)は応力改善領域の一方に隣り合う領域を加熱したときの応力分布であり、図8(C)は冷却後の応力分布であり、図8(D)は応力改善領域の他方に隣り合う領域を加熱したときの応力分布であり、図8(E)は冷却後の応力分布である。
本実施形態は、パイプの軸方向に長い加熱幅をもたせて、円周方向に連続して回転させた場合である。加熱する装置構成は図9に示すとおりである。以下、加熱手順について説明する。
パイプ材質:SUS304(固溶化温度は1050℃)
レーザ出力:4kW(YAGレーザ)
回転速度:1.4mm/sec(周速)
内外面の温度差:約400℃
外面加熱温度:約450℃
加熱領域:軸方向に約80mm(3√rt:r=57.15mm,t=13.5mm)
円周方向に約15mm(円周方向のスキャンがないときの加熱幅)
1、1a、1b、1c、1d、1e レーザ光照射手段
11 レーザ光源
12、12a、12b、12c レーザ光照射部
13、13d 光ファイバケーブル
2 移動手段
3 温度測定手段
4 冷却水噴射手段
Pi 管体
Sr 応力改善領域
50:レーザ光学系
51:シャッター
52:パイプ
Claims (24)
- 管体内面の残留応力を改善するための残留応力の改善方法であって、
前記管体の外面にレーザ光を照射し、残留応力改善領域を均熱に加熱する1又は複数のレーザ光照射部を有するレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段の動作を制御するための制御手段と、
前記レーザ光照射手段を前記残留応力改善領域にそって移動させる移動手段とを有し、
前記レーザ光照射手段は前記レーザ光照射部をレーザ光照射領域が前記管体の外面に軸方向及び周方向に予め決めた長さを有するように配置しており、
前記移動手段により前記レーザ光照射手段を前記管体の周方向に回動させ、該管体周りを一周するごとに軸方向に移動させることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 管体内面の残留応力を改善するための残留応力の改善方法であって、
前記管体の外面にレーザ光を照射し、残留応力改善領域を均熱に加熱する1又は複数のレーザ光照射部を有するレーザ光照射手段と、
前記レーザ光照射手段の動作を制御するための制御手段と、
前記レーザ光照射手段を前記残留応力改善領域にそって移動させる移動手段とを有し、
前記レーザ光照射手段は前記レーザ光照射部をレーザ光照射領域が前記管体の外面に周方向に予め決めた長さを有すると共に軸方向に前記残留応力改善領域の軸方向長さと同一になるように配置しており、
前記移動手段により前記レーザ光照射手段を前記管体の周方向に回動させることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1または請求項2に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記移動は、前記レーザ光照射部を前記管体の周方向に前記残留応力改善領域に沿って、移動初期と移動終期が重なるように一周以上移動させ、
前記レーザ光の照射は、前記移動初期及び移動終期において管体温度の不均一を抑制するようにレーザ出力を抑制することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1または請求項2に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記移動は、前記レーザ光照射部を前記管体の周方向に前記残留応力改善領域に沿って半周させた後に元の位置に戻して、更に前記移動方向と逆方向に半周させた後に元の位置に戻すことを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光を照射し加熱する領域の軸方向長さが2.5√rt以上であることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記管体の残留応力を改善したい残留応力改善領域に、管体の外部に配置されたレーザ光照射部から該管体の外面にレーザ光を照射するレーザ光照射工程と、
前記管体の残留応力改善領域の温度を測定する温度測定工程と、
前記残留応力改善領域の外面側と内面側が所定の温度差になった後レーザ光照射を停止し冷却する冷却工程とを有することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザの光照射は、前記管体の内面を空冷しながら行うことを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光の照射は、前記管体の外面における、前記レーザ光照射部の移動方向の前方向又は後方向を、空冷しながら行うことを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光の照射は、前記管体の外面における、前記レーザ光照射部の移動方向に沿って、前記レーザ光の照射前、照射中、照射後の温度変化をモニタリングしながら行うことを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項9に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記温度変化は、放射温度計または、前記管体のレーザ光照射部分に設置した熱電対、温度チョーク又は接触温度計により測定することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
予め、前記管体と同材料の平板、または同材料、同形状の疑似モデルに対して、最適な残留応力改善方法をシミュレーションした後、
該結果に基づいて、前記管体の残留応力を改善することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光を照射し加熱する温度が、固溶化温度以下であることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光照射手段は前記管体の材質に合わせて照射するレーザ光の出力を調整できることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光照射手段はレーザ光源を備えており、
前記レーザ光源としてレーザダイオード又はファイバーレーザーが採用されていることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光は、光ファイバで伝送されることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光の光源は、レーザダイオード又はファイバーレーザであることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光の照射は、レーザ光の照射位置によりレーザ光の出力を調整できることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記レーザ光が照射される管体の表面には、吸収剤が塗布されていることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項18に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記吸収剤は、炭素を含有することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項18に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記吸収剤は、雲母を含有することを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項18に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記吸収剤は、ハロゲン元素を含有しないことを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項21の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記管体は、原子炉プラントのステンレス鋼配管であることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項21の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記管体は、BWR(沸騰水型原子力発電)の再循環配管であることを特徴とする管体の残留応力改善方法。 - 請求項1乃至請求項21の何れか一項に記載の管体の残留応力改善方法において、
前記管体は、原子力プラントの原子炉容器、加圧器、蒸気発生器のいずれかに接続される低合金鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の異材継ぎ手部であることを特徴とする管体の残留応力改善方法。
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