JP4448873B2 - 小口径配管の残留応力改善方法 - Google Patents

小口径配管の残留応力改善方法 Download PDF

Info

Publication number
JP4448873B2
JP4448873B2 JP2007221987A JP2007221987A JP4448873B2 JP 4448873 B2 JP4448873 B2 JP 4448873B2 JP 2007221987 A JP2007221987 A JP 2007221987A JP 2007221987 A JP2007221987 A JP 2007221987A JP 4448873 B2 JP4448873 B2 JP 4448873B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pipe
refrigerant container
residual stress
insulating material
heat insulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007221987A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2009050906A (ja
Inventor
聡 青池
史則 岩松
ゆか 福田
修 齋藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Original Assignee
Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi GE Nuclear Energy Ltd filed Critical Hitachi GE Nuclear Energy Ltd
Priority to JP2007221987A priority Critical patent/JP4448873B2/ja
Priority to CA2638730A priority patent/CA2638730C/en
Priority to US12/193,791 priority patent/US20090056839A1/en
Publication of JP2009050906A publication Critical patent/JP2009050906A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4448873B2 publication Critical patent/JP4448873B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/10—Means for stopping flow from or in pipes or hoses
    • F16L55/103—Means for stopping flow from or in pipes or hoses by temporarily freezing liquid sections in the pipe
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
    • C21D9/085—Cooling or quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L13/00—Non-disconnectible pipe-joints, e.g. soldered, adhesive or caulked joints
    • F16L13/02—Welded joints
    • F16L13/04—Welded joints with arrangements for preventing overstressing
    • F16L13/06—Welded joints with arrangements for preventing overstressing with tension relief of the weld by means of detachable members, e.g. divided tension rings, bolts in flanges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/001—Austenite
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/02—Hardening by precipitation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D6/00—Heat treatment of ferrous alloys
    • C21D6/04—Hardening by cooling below 0 degrees Celsius

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Description

本発明は、応力腐食割れを生じる可能性があるニッケル基合金やオーステナイト系ステンレス鋼製の小口径配管溶接部に対する応力腐食割れ進展性および発生感受性改善のための残留応力改善方法に関する。
配管溶接部内面に作用する残留応力を緩和して、応力腐食割れの発生感受性を改善させる方法については、配管の外面冷却により配管を拡管して残留応力を改善させる例が、特許文献１に開示されている。
この公報では、配管突合せ溶接部の上流および下流に氷栓作成用の冷媒容器を設置し、配管外面を冷却して氷栓を形成させた後に、氷栓間の外面冷却により内部の水を凝固させ、凝固時の体積膨張により溶接部近傍を拡管させて、配管内面に圧縮残留応力を付与している。
また、配管の内外面に温度差を付与して残留応力を改善させる例が、特許文献２に開示されている。
この公報では、配管外面を加熱するとともに内面を冷却することで、配管の内外面に大きな温度差を与え、温度差により生じる熱膨張差を利用して配管外面に圧縮降伏、内面に引張降伏を与え、配管内面に圧縮残留応力を付与している。
特開２００６−３３４５９６号公報 特開昭５４−０６０６９４号公報
ニッケル基合金やオーステナイト系ステンレス鋼は、引張残留応力が負荷された状態で高温純水中に長時間曝されることにより、応力腐食割れが発生する可能性がある。
原子力発電プラントを構成する配管にはニッケル基合金やオーステナイト系ステンレス鋼製の配管があり、溶接により配管内面の残留応力が引張状態となっている溶接部近傍では、応力腐食割れ発生感受性および進展性を改善するために、残留応力を低減、さらには、圧縮化することが望まれている。
前述した配管の外面冷却により配管を拡管して残留応力を改善させる場合、拡管時に氷栓間が高圧になるため、安定した施工を行うには、氷栓の軸長を大きくしなければならない。
また、前述した配管の内外面に温度差を付与して残留応力を改善させる場合、小口径配管では肉厚が薄く、内外面に塑性変形を付与できるほどの温度差を設けることは難しい。
本発明は上記課題を鑑みなされたものであり、その目的は、配管の外面冷却により配管を拡管して残留応力を改善させる方法において氷栓の耐圧性を向上させて氷栓形成用冷媒容器を小型化することにある。
本発明はかかる課題を解決するために、配管の外面冷却により配管を拡管して残留応力を改善させる方法において、冷媒容器中央部を部分的に断熱することにより氷栓形成時の冷却速度を冷媒容器中央部で低下させ、これにより氷栓中央部を最後に凝固させる。
つまり、本発明の小口径配管の残留応力改善方法は、配管突合せ溶接部の上流および下流の配管に氷栓作成用の冷媒容器を設置するとともに、前記冷媒容器の中央付近に位置する配管の外面全周に断熱材を敷設した状態で冷媒容器内の配管外面を冷却して配管内部に耐圧性に優れた氷栓を作成した後、氷栓間の配管外面を冷却し、内部の水を凝固させ、凝固時の体積膨張により溶接部近傍を拡管させて、配管内面に圧縮残留応力を付与することを特徴とする。
また、本発明の小口径配管の残留応力改善方法は、内部が水で満たされた配管系の突合せ溶接部に対して、溶接部が冷媒容器の中央に位置する様に冷媒容器を設置するとともに、溶接部と冷媒容器中央付近に位置する配管の外面全周を断熱材で覆い、冷媒容器内の配管外面を冷却することにより、１つの冷媒容器で溶接部近傍を拡管させて、配管内面に圧縮残留応力を付与することを特徴とする。
また、本発明の冷媒容器は、予め冷媒容器中央付近に断熱材を設置していることを特徴とし、耐圧性に優れた氷栓を作成する。
また、本発明の耐圧性に優れた氷栓の作製方法は、内部が水で満たされた配管に冷媒容器を設置するとともに、前記冷媒容器の中央付近に位置する配管の外面全周に断熱材を敷設した状態で、前記冷媒容器内の配管外面を冷却することを特徴とする。
本発明によれば、配管の外面冷却により配管を拡管して残留応力を改善させる方法において、氷栓中央部の膨張に伴う配管内面との接触圧の増加により接触面における摩擦力が増加するため、氷栓の耐圧性が向上する。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
耐圧性に優れた氷栓の作成方法について図１を用いて説明する。図１は内部が水で満たされた配管に冷媒容器を設置するとともに冷媒容器中央付近に位置する配管の外面全周に断熱材を敷設した状態で、冷媒容器内の配管外面を冷却することで氷栓の耐圧性を向上させた実施例を示すものである。
まず、配管３に冷媒容器１４を取付けるとともに、冷媒容器１４の中央付近に位置する配管３の外面全周に断熱材１１を敷設する。この状態で冷媒容器１４にエタノール１０とドライアイス９を投入すると、冷媒容器１４内部で断熱材１１が敷設されていない配管３の内表面から水４が冷却され始め、氷６が形成し始める（ステップ１）。
その後、時間の経過とともに断熱材１１の敷設部でも氷６が形成し始めるが、冷却能力の差により断熱材１１の敷設部に比べて冷媒容器１４の両端近傍の凝固速度が速くなり、氷６の厚さに差が生じ始める（ステップ２）。
さらに、時間が経過すると、凝固速度が速い冷媒容器１４の両端近傍が氷６により閉塞し、断熱材１１敷設部に水４が取り残され、凝固が進むにつれて当該部の内圧が上昇し始める（ステップ３）。
断熱材１１の敷設部に取り残された水４の凝固が全て完了すると断熱材１１敷設部が局所的に膨張した形状の氷栓となる。これにより、当該部における配管内壁との接触圧が上昇することにより氷栓の摩擦力が上昇するため、断熱材１１を敷設しない場合に比べて耐圧性が向上する（ステップ４）。
なお、図中１３は、ドレン弁である。
さらに、本発明の耐圧性に優れた氷栓を活用して溶接部近傍を拡管させて、配管内面に圧縮残留応力を付与する方法について、図２を用いて説明する。
図２は、耐圧性に優れた氷栓を作成した後、氷栓間の水の凝固により溶接部近傍を拡管させて、配管内面に圧縮残留応力を付与する方法の実施例を示すものである。
溶接部１の上流および下流の配管３に氷栓作成用の外側冷媒容器７を設置するとともに外側冷媒容器７の中央付近に位置する配管３の外面全周に断熱材１１を敷設した状態で外側冷媒容器７内の配管３外面を冷却して配管３内部に耐圧性に優れた氷栓５を作成した後、氷栓５間の配管３外面を冷却し、内部の水４を凝固させ、凝固時の体積膨張により溶接部１近傍の開先加工部２を拡管させて、配管３内面に圧縮残留応力を付与する。
耐圧性に優れた氷栓を採用することにより耐圧性が向上するため、外側冷媒容器７の寸法を小型化することが可能となる。これにより、発電プラント内で狭隘かつ複雑な経路になることが多い小口径配管への施工性が大幅に向上する。
冷媒容器中央付近に位置する溶接部と配管の外面全周を断熱材で覆うことにより、冷媒容器１つで溶接部を拡管して溶接部近傍の内面に圧縮残留応力を付与する方法について、図３を用いて説明する。
図３は冷媒容器１つで溶接部を拡管して溶接部近傍の内面に圧縮残留応力を付与する方法の実施例を示すものである。
まず、内部が水４で満たされた配管３に溶接部１が冷媒容器１４の中央となる様に冷媒容器１４を設置する。次に、冷媒容器１４の中央付近に位置する溶接部１と配管３の外面全周に断熱材１１を敷設する。なお、断熱材１１の寸法は配管の外径と板厚毎に、溶接部１近傍の開先加工部２に発生する周方向ひずみが０.４％以上になる厚さと軸長に調節して敷設する。この状態で冷媒容器１４にエタノール１０とドライアイス９を投入すると、冷媒容器１４内部で断熱材１１が敷設されていない溶接部１近傍の開先加工部２の内表面から水４が冷却され始め、氷６が形成し始める（ステップ１）。
その後、時間の経過とともに断熱材１１敷設部でも氷６が形成し始めるが、冷却能力の差により断熱材１１敷設部に比べて冷媒容器１４の両端近傍の凝固速度が速くなり、氷６の厚さに差が生じ始める（ステップ２）。
さらに時間が経過すると、凝固速度が速い冷媒容器１４の両端近傍が氷６により閉塞し、断熱材１１敷設部に水４が取り残され、凝固が進むにつれて当該部の内圧が上昇し始める（ステップ３）。
断熱材１１敷設部に取り残された水４の凝固が全て完了すると断熱材１１敷設部が局所的に膨張した形状の氷６となる。これにより、溶接部１近傍の開先加工部２を拡管させて、配管３内面に圧縮残留応力を付与する（ステップ４）。
従来方法では少なくとも３つ以上の冷媒容器が必要であったのに対し、本形態の方法では１つの冷媒容器で施工が可能となるため、発電プラント内で狭隘かつ複雑な経路になりがちな小口径配管への施工性が大幅に向上する。
耐圧性に優れた氷栓を作成するために予め冷媒容器中央付近に断熱材を設置した冷媒容器について、図４と図５を用いて説明する。
図４は冷媒容器中央部に予め断熱材が取付けられた水平配管に対する冷媒容器の実施例を示すものである。
水平配管に耐圧性を向上させた氷栓を作成するための冷媒容器３４は、冷媒容器上蓋３１と冷媒容器下蓋３２により配管３をパッキン１５と断熱材１１を介して挟み、ボルト１７とナット１８により固定する構造をしている。
なお、冷媒容器上蓋３１と冷媒容器下蓋３２には容器中央に断熱材設置具１６が取付けられている。さらに、冷媒容器上蓋３１と冷媒容器下蓋３２の固定構造としては、冷媒容器上蓋３１と冷媒容器下蓋３２の１辺を蝶つがいで接続するとともに蝶つがいの対辺にバックルを取付け、配管３への脱着をバックルの解除と固定により行う構造を採用することも可能である。
図５は冷媒容器中央部に予め断熱材が取付けられた垂直配管に対する冷媒容器の実施例を示すものである。
垂直配管に耐圧性を向上させた氷栓を作成するための冷媒容器３５は、冷媒容器側蓋（ドレン弁あり）３６と冷媒容器側蓋（ドレン弁なし）３７により配管３をパッキン１５と断熱材１１を介して挟み、ボルト１７とナット１８により固定する構造をしている。なお、冷媒容器側蓋（ドレン弁あり）３６と冷媒容器側蓋（ドレン弁なし）３７には容器中央に断熱材設置具１６が取付けられている。さらに、冷媒容器側蓋（ドレン弁あり）３６と冷媒容器側蓋（ドレン弁なし）３７の固定構造としては、冷媒容器側蓋（ドレン弁あり）３６と冷媒容器側蓋（ドレン弁なし）３７の１辺を蝶つがいで接続するとともに蝶つがいの対辺にバックルを取付け、配管３への脱着をバックルの解除と固定により行う構造を採用することも可能である。
軸方向の引張荷重を付与した状態で溶接部およびその近傍を拡管することで配管内面に圧縮残留応力を付与する方法について、図６を用いて説明する。
図６は溶接部およびその近傍を弾性変形の範囲内で拡管した状態に軸方向の引張荷重を付与した場合の応力分布を示したものである。
小口径配管溶接部近傍における溶接後の残留応力分布、即ち、施工前の残留応力分布１９では、配管内面の残留応力は引張となっている。これを弾性変形の範囲内で拡管した場合、施工中の応力分布（内圧による拡管のみ）２０は、降伏応力σｙを超過する領域が無いため、施工後の残留応力分布（内圧による拡管のみ）２１は施工前の残留応力分布１９と同じ残留応力分布になる。
これに対し、弾性変形の範囲内で拡管した状態に軸方向の引張荷重を付与した場合、施工中の応力分布（内圧による拡管＋軸方向引張荷重付与）２２は、配管内面において降伏応力σｙを超過するため塑性ひずみが生じ、施工後の残留応力分布（内圧による拡管＋軸方向引張荷重付与）２３は内面が圧縮の残留応力となる。
なお、残留応力改善方法の施工では、拡管のための内圧と軸方向引張荷重が同時期に付与されている状態が必要であるが、施工の順序はどちらが先でも構わない。
さらに、残留応力改善方法の施工には内面に作用する残留応力を増強する効果があるため、内圧による拡管だけでは十分な残留応力改善効果が得られ難い外径６０mm以上の溶接部に対する施工に適用することで、内面の残留応力を圧縮化することが可能となる。
また、残留応力改善方法やエルボ溶接部の拡管と組合せることで、内面への圧縮残留応力付与効果を増強することが可能となる。
軸方向の引張荷重を付与した状態で溶接部およびその近傍の内外面に温度差を与えることで配管内面に圧縮残留応力を付与する方法について、図７を用いて説明する。
図７は溶接部およびその近傍の内外面に熱膨張による変形が弾性変形の範囲内となる温度差を与えた状態に軸方向の引張荷重を付与した場合の応力分布を示したものである。
小口径配管溶接部近傍における溶接後の残留応力分布、即ち、施工前の残留応力分布１９では、配管内面の残留応力は引張となっている。これに熱膨張による変形が弾性変形の範囲内となる温度差を与えた場合、施工中の応力分布（温度勾配のみ）２４は、降伏応力σｙを超過する領域が無いため、施工後の残留応力分布（温度勾配のみ）２５は施工前の残留応力分布１９と同じ残留応力分布になる。
これに対し、熱膨張による変形が弾性変形の範囲内となる温度差を与えた状態に軸方向の引張荷重を付与した場合、施工中の応力分布（温度勾配＋軸方向引張荷重付与）２６は、配管内面において降伏応力σｙを超過するため塑性ひずみが生じ、施工後の残留応力分布（温度勾配＋軸方向引張荷重付与）２７は内面が圧縮の残留応力となる。
なお、残留応力改善方法の施工では、内外面の温度差と軸方向引張荷重が同時期に付与されている状態が必要であるが、施工の順序はどちらが先でも構わない。
さらに、残留応力改善方法では、板厚が薄く内外面に大きな温度差を付与できないため、熱膨張により生じる変形が小さく弾性変形範囲内となる小口径配管に対しても、軸方向の引張荷重付与により内面に塑性ひずみを生じさせ、施工後の内面の残留応力を圧縮化することが可能となる。
溶接部およびその近傍の配管に軸方向の引張荷重を付与する方法について、図８を用いて説明する。
図８は軸方向の引張荷重を配管に付与する方法の実施例を示すものである。溶接部１の上流と下流に、配管３を外面から挟んでボルト１７とナット１８により固定する配管固定治具２８を設置する。配管３への引張荷重は２つの配管固定治具２８の間に取付けられた油圧もしくは水圧シリンダ２９が軸方向に伸びることで付与される。
残留応力を付与したい方向に引張方向もしくは圧縮方向の外荷重を付与した状態で、温度分布や変形により生じる分布応力を与えることで、外荷重を付与した方向に圧縮残留応力を選択的に付与する方法について、図９と図１０を用いて説明する。
図９は実施例の１つとして、平板に温度分布と外荷重を付与することで外荷重付与方向の平板表面における残留応力を圧縮化する例を示すものである。
本実施例では平板３８を冷却水４０の中に浸漬させた状態で引張方向の外荷重４１をｙ方向に付与するとともに、高周波加熱器４２により平板３８を加熱する。これにより、平板３８が発熱するとともに冷却水４０と接する面（１）と面（２）が冷却されるため、平板３８の温度分布は外表面が低温、内部が高温の状態となる。温度差により熱膨張差が生じるため施工中の平板内応力分布４３は、外面が引張、内面が圧縮の応力分布となる。平板の板厚が薄く降伏応力σｙを超過する領域がない点線の応力分布となった場合、残留応力改善効果が期待できないが、引張方向の外荷重４１を重畳させることにより外表面近傍の領域が降伏応力σｙを超過するため、施工後の平板内残留応力分布４４は外表面近傍の領域で圧縮状態となる。
図１０は実施例の１つとして、中実円筒を高温に加熱するとともに軸方向の長さを治具により拘束した状態で冷却水内に浸漬させることで、中実円筒内に温度分布を付与すると同時に軸方向の長さの拘束により引張方向の外荷重を付与することで表面に圧縮残留応力を付与する例を示すものである。
まず、室温と同じ温度の中実円筒４５を高温環境４７内で高温に加熱する。その後、高温になった中実円筒４５を軸方向長さの拘束治具４８（室温）に取付け、軸方向長さを一定に保つ。高温の中実円筒４５を軸方向長さの拘束治具４８に取付けた状態で冷却水４０中に浸漬させると円筒の温度分布は外表面が低温、内表面が高温の状態となる。
さらに、温度の低下により中実円筒４５は収縮するため、軸方向長さの拘束治具４８による拘束により、軸方向には引張応力が生じる。この様に、温度差により生じる外面が引張、内面が圧縮の応力分布に拘束により負荷される引張方向の応力４９が重畳されるため、外表面近傍において降伏応力σｙを超過する領域が増加する。これにより、施工後の残留応力分布５０は温度差のみで施工した場合に比べて高い圧縮残留応力となる。
本発明は応力腐食割れの発生が懸念される種々の材質および使用環境の組み合わせに対して適用することが可能であり、特にニッケル基合金やオーステナイト系ステンレス製の溶接構造物の応力腐食割れ抑制に利用できる。
冷媒容器中央付近の配管外面全周に断熱材を敷設して冷却することにより耐圧性に優れた氷栓ができることを説明する図。 耐圧性に優れた氷栓を作成した後、氷栓間の水の凝固により溶接部近傍を拡管させて、配管内面に圧縮残留応力を付与する方法を説明する図。 冷媒容器１つで溶接部を拡管して、溶接部近傍の内面に圧縮残留応力を付与する方法を説明する図。 冷媒容器中央部に予め断熱材が取付けられた水平配管に耐圧性を向上させた氷栓を作成するための冷媒容器を説明する図。 冷媒容器中央部に予め断熱材が取付けられた垂直配管に耐圧性を向上させた氷栓を作成するための冷媒容器を説明する図。 軸方向の引張荷重を付与した状態で、溶接部およびその近傍を拡管することで、配管内面に圧縮残留応力を付与できることを説明する図。 軸方向の引張荷重を付与した状態で、溶接部およびその近傍の内外面に温度差を与えることで、配管内面に圧縮残留応力を付与できることを説明する図。 軸方向の引張荷重を配管に付与する方法の具体例を説明する図。 平板に温度分布と外荷重を付与することで外荷重付与方向の平板表面における残留応力を圧縮化する例を説明する図。 中実円筒を高温に加熱するとともに軸方向の長さを治具により拘束した状態で冷却水内に浸漬させることで、表面の残留応力を圧縮化する例を説明する図。
符号の説明
１ 溶接部
２ 開先加工部
３ 配管
４ 水
５ 氷栓
６ 氷
７ 外側冷媒容器
８ 内側冷媒容器
９ ドライアイス
１０ エタノール
１１ 断熱材
１２ ひずみゲージ
１３ ドレン弁
１４ 冷媒容器
１５ パッキン
１６ 断熱材設置具
１７ ボルト
１８ ナット
１９ 施工前の残留応力分布
２０ 施工中の応力分布（内圧による拡管のみ）
２１ 施工後の残留応力分布（内圧による拡管のみ）
２２ 施工中の応力分布（内圧による拡管＋軸方向引張荷重付与）
２３ 施工後の残留応力分布（内圧による拡管＋軸方向引張荷重付与）
２４ 施工中の応力分布（温度勾配のみ）
２５ 施工後の残留応力分布（温度勾配のみ）
２６ 施工中の応力分布（温度勾配＋軸方向引張荷重付与）
２７ 施工後の残留応力分布（温度勾配＋軸方向引張荷重付与）
２８ 配管固定治具
２９ 油圧もしくは水圧シリンダ
３０ シリンダの伸び方向
３１ 冷媒容器上蓋
３２ 冷媒容器下蓋
３３ ひずみ計測器
３４ 水平配管に耐圧性を向上させた氷栓を作成するための冷媒容器
３５ 垂直配管に耐圧性を向上させた氷栓を作成するための冷媒容器
３６ 冷媒容器側蓋（ドレン弁あり）
３７ 冷媒容器側蓋（ドレン弁なし）
３８ 平板
３９ 平板内の初期残留応力分布
４０ 冷却水
４１ 引張方向の外荷重
４２ 高周波加熱器
４３ 施工中の平板内応力分布
４４ 施工後の平板内残留応力分布
４５ 中実円筒
４６ 初期残留応力分布
４７ 高温環境
４８ 軸方向長さの拘束治具
４９ 拘束により負荷される引張方向の応力
５０ 施工後の残留応力分布

Claims (4)

  1. 内部が水で満たされた配管に冷媒容器を設置するとともに、前記冷媒容器の中央付近に位置する配管の外面全周に断熱材を敷設した状態で、前記冷媒容器内の配管外面を冷却することを特徴とする氷栓の作成方法。
  2. 内部が水で満たされた配管の突合せ溶接部を挟んで、冷媒容器を設置するとともに、前記冷媒容器の中央付近に位置する配管の外面全周に断熱材を敷設した状態で、前記冷媒容器内の配管外面を冷却して氷栓を形成して、前記氷栓で水密な空間を形成した後、
    前記水密な空間の配管外面を冷却して、溶接部近傍を拡管することを特徴とする小口径配管の残留応力改善方法。
  3. 内部が水で満たされた配管の突合せ溶接部に対して、溶接部が冷媒容器の中央に位置するように冷媒容器を設置するとともに、溶接部と冷媒容器中央付近に位置する配管の外面全周を断熱材で覆い、冷媒容器内の配管外面を冷却することにより、１つの冷媒容器で溶接部近傍を拡管させて、配管内面に圧縮残留応力を付与することを特徴とする小口径配管の残留応力改善方法。
  4. 予め冷媒容器中央付近に断熱材を設置していることを特徴とする氷栓を作成するための冷媒容器。
JP2007221987A 2007-08-29 2007-08-29 小口径配管の残留応力改善方法 Active JP4448873B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007221987A JP4448873B2 (ja) 2007-08-29 2007-08-29 小口径配管の残留応力改善方法
CA2638730A CA2638730C (en) 2007-08-29 2008-08-13 Method for improving residual stress of structure member
US12/193,791 US20090056839A1 (en) 2007-08-29 2008-08-19 Method for Improving Residual Stress of Structure Member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007221987A JP4448873B2 (ja) 2007-08-29 2007-08-29 小口径配管の残留応力改善方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009269401A Division JP2010042452A (ja) 2009-11-27 2009-11-27 小口径配管の残留応力改善方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009050906A JP2009050906A (ja) 2009-03-12
JP4448873B2 true JP4448873B2 (ja) 2010-04-14

Family

ID=40385235

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007221987A Active JP4448873B2 (ja) 2007-08-29 2007-08-29 小口径配管の残留応力改善方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20090056839A1 (ja)
JP (1) JP4448873B2 (ja)
CA (1) CA2638730C (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5367558B2 (ja) * 2009-12-25 2013-12-11 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 配管の残留応力改善方法
CN104854390B (zh) * 2012-07-13 2016-10-26 Mpr联合有限公司 减少管道焊接区域应力腐蚀开裂的内部机械应力改进方法
JP2014069207A (ja) 2012-09-28 2014-04-21 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 管径拡張装置及び管径拡張方法
JP6367681B2 (ja) * 2014-10-17 2018-08-01 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 配管の残留応力改善方法、氷栓間への不凍液供給方法、および配管の残留応力改善装置
US9739412B2 (en) 2015-01-15 2017-08-22 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Method of extending life expectancy of high-temperature piping and life expectancy extension structure of high-temperature piping
CN111676351A (zh) * 2020-07-29 2020-09-18 中国石油大学(华东) 局部温差调控残余应力热处理方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2429320A (en) * 1944-02-22 1947-10-21 Linde Air Prod Co Method of stress-relief of welded structures
US4590108A (en) * 1984-07-11 1986-05-20 Nippe Reynold B Method and system for insulating pipes
US4948435A (en) * 1988-01-04 1990-08-14 Butler Thomas M Method for inhibiting stress corrosion cracking
JP4448791B2 (ja) * 2005-05-31 2010-04-14 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 配管の残留応力改善方法及びその装置

Also Published As

Publication number Publication date
CA2638730C (en) 2011-09-20
CA2638730A1 (en) 2009-02-28
JP2009050906A (ja) 2009-03-12
US20090056839A1 (en) 2009-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4448873B2 (ja) 小口径配管の残留応力改善方法
CA2706360C (en) Method and apparatus for relieving residual stress in welded pipe joints
US11530769B2 (en) Reactor pressure vessel including pipe restraint device, and/or pipe restraint device
JP5367558B2 (ja) 配管の残留応力改善方法
CN103594130B (zh) 一种防止核电站压力管道快速断裂的方法
Zhang et al. Limit analysis based on GM criterion for defect-free pipe elbow under internal pressure
JP2010042452A (ja) 小口径配管の残留応力改善方法
JP2012071355A (ja) 残留応力改善方法
JP5237750B2 (ja) 配管の残留応力改善方法
JP6367681B2 (ja) 配管の残留応力改善方法、氷栓間への不凍液供給方法、および配管の残留応力改善装置
JP5773913B2 (ja) 鋼製パイプラインの座屈耐性評価方法及び座屈耐性評価装置
JP2005095948A (ja) 配管の残留応力改善方法
JP4972595B2 (ja) 配管のき裂進展抑止方法
JP2008238190A (ja) 配管の残留応力改善方法
JP4857375B2 (ja) 配管の残留応力改善装置
JPH0129631B2 (ja)
Luo et al. Reducing Full-Field Residual Stress of Girth Weld with Thick Wall by Combining Local PWHT and Water Jet Peening
Wang et al. Transient thermal stress and temperature change rate analysis of fixed tubesheet
KR101017648B1 (ko) 이종 금속 부재로 이루어진 용접 배관 내벽의 인장 잔류응력 감소 및 제거 방법
Ferino et al. Pressurized Flanged Joints Subjected to Bending Cyclic Loading: Tests and Finite Element Analyses
JP2018511040A (ja) 原子力発電所の配管の溶接エリアでの応力腐食割れを軽減するための内側における機械的な応力改善方法
Kim et al. Limit Load Analysis of Pipe Bend With Extrados Wall Thinning
Hashimoto et al. Earthquake Resistance of Pipeline With Local Metal Loss Subjected to Cyclic Loading
Sawa et al. FEM stress analysis and sealing performance evaluation in pipe flange connections with spiral wound gaskets subjected to external bending moments: case where internal fluid is liquid
Xuming Lv et al. STUDY ON LBB BEHAVIOR OF NUCLEAR PRIMARY PIPES AFTER LONG-TERM THERMAL AGING

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090520

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090520

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090904

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090929

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091127

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100112

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100125

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130129

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4448873

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150