JP4706814B2 - 管内面の応力腐食割れ形成方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管材の内面に、管軸方向に延びる応力腐食割れを容易且つ確実に形成し得るようにした管内面の応力腐食割れ形成方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
原子力プラントでは予防保全の見地から種々の機器の各部所に対して超音波探傷検査等の非破壊検査が施工されるが、その中でも種々の形状を有して多数配設される管の内面における応力腐食割れＳＣＣの欠陥検出は難しいとされており、検査技術は確立されていないのが現状である。
【０００３】
このため、試験用の管材の内面に予め応力腐食割れＳＣＣを形成しておき、この管材を用いて超音波探傷検査等の非破壊検査を実施することによって今後の検査技術（検査精度）の向上を図ることが志向されている。従って、そのためには管材の内面に自然欠陥として応力腐食割れＳＣＣを生じさせ、その管材を用いて応力腐食割れＳＣＣの検査試験を行うことによって検査技術を高める必要がある。
【０００４】
そして、管内面の管軸方向に延びる応力腐食割れＳＣＣの検査技術を高めるためには、管材の内面に、管軸方向に沿って延びる応力腐食割れＳＣＣを確実に形成できる技術を実現する必要がある。
【０００５】
管材の表面に応力腐食割れＳＣＣを生じさせる方法としては、補修溶接方法がある。この補修溶接方法は、管材の外周面に溶接を実施した後、その溶接した部分を削り落とし、更にその削り落とした部分を再度溶接する方法である。この方法によれば、溶接部が縮むことによって管材の外面に周方向の引っ張りによる残留応力が生じ、この残留応力によって応力腐食割れＳＣＣを生じさせることができる。
【０００６】
上記した補修溶接方法では、溶接部が縮むことによる引張応力によって応力腐食割れＳＣＣを生じさせているが、同時に、溶接時の入熱により管材が変質して劣化（鋭敏化）することによっても応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなっている。
【０００７】
しかし、上記した補修溶接方法によって発生する応力腐食割れＳＣＣは、溶接部の直近位置に短く発生するのみであり、管軸方向に長い応力腐食割れＳＣＣを発生させることはできない。
【０００８】
又、管材に生じさせた応力腐食割れＳＣＣを超音波探傷検査等により検査する場合には溶接部が検査の邪魔になることがあり、そのような場合には溶接部を除去する必要がある。従って、前記溶接部を溶接する作業及び溶接部の除去作業を含めて応力腐食割れＳＣＣを有する管材の製作に多大の時間と手間を要するという問題がある。又溶接部の内部に溶接割れ等の目的以外の欠陥が生じてしまう可能性もある。
【０００９】
更に、上記したような補修溶接方法は、管材の外周面に応力腐食割れＳＣＣを生じさせる場合が一般的であり、管材の内周面に前記補修溶接方法を用いて応力腐食割れＳＣＣを形成させることは困難である。
【００１０】
一方、管材の内面に応力腐食割れＳＣＣを生じさせる方法としては、鋭敏化させた管材をそのまま腐食環境に置く方法、或いは鋭敏化した管材の内部に押付装置を挿入して、この押付装置によって管材の内面を外方に押圧し、管材の内面に引っ張りによる残留応力を生じさせる方法が考えられる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、鋭敏化させた管材をそのまま腐食環境に置く方法は、細かな応力腐食割れＳＣＣがあらゆる方向に無秩序に生じることになり、管材の内面に管軸方向に長い応力腐食割れＳＣＣを生じさせるようなことはできないという問題がある。
【００１２】
又、鋭敏化した管材の内部に押付装置を挿入して管材の内面を外方に押圧する方法では、押付装置を管材の内部に挿入する構成上、管内部から管材内面を大きな押付力で押し付けることが困難であり、そのために管材内面に応力腐食割れＳＣＣが発生するような大きな残留応力を生じさせることは難しく、従って薄肉の管材にしか適用することができないという問題がある。
【００１３】
従って、従来、管材の内面に管軸方向に延びる応力腐食割れＳＣＣを確実に形成できるようにした技術は全く存在していないのが実情であった。
【００１４】
本発明は上述の実情に鑑み、管材の内面に管軸方向に延びる応力腐食割れを簡単且つ確実に形成して今後の検査技術の向上に供し得る管内面の応力腐食割れ形成方法及び装置を提供することを目的としてなしたものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の管内面の応力腐食割れ形成方法は、管材の外側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所において、押付装置により管材の外周面を管軸方向に間隔を有した複数箇所で押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成し、この状態で管材内面の周方向引張応力作用部を腐食環境に保持し、管材の内面に管軸方向に沿った応力腐食割れを生じさせることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の管内面の応力腐食割れ形成方法は、管材を熱処理して鋭敏化させ、鋭敏化した管材の外側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所において、押付装置により管材の外周面を管軸方向に間隔を有した複数箇所で押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成し、この状態で管材内面の周方向引張応力作用部を腐食環境に保持し、管材の内面に管軸方向に沿った応力腐食割れを生じさせることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の管内面の応力腐食割れ形成装置は、管材の周外側に嵌合する拘束リングと、該拘束リングの周方向複数箇所において管材の外周面を軸方向に間隔を隔てた位置で押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成する複数の押付装置と、からなる応力付与装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１９】
上記管内面の応力腐食割れ形成装置における押付装置は、ボルトであってもよく、又、ジャッキ装置であってもよい。
【００２０】
上記手段によれば以下のように作用する。
【００２１】
請求項１〜２に係る発明によれば、簡単な手段で管材内面に管軸方向に沿って形成させた周方向引張応力作用部に、管軸方向に沿った応力腐食割れを確実に形成することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、簡単な構成にて管材内面に管軸方向に沿った周方向引張応力作用部を容易に形成できる。
【００２３】
請求項４に係る発明によれば、ボルトにより管材を押し付けているので、押付装置を簡略なものにできる。
【００２４】
請求項５に係る発明によれば、ジャッキ装置により管材を押し付けているので、押付装置により大きな押付力で瞬時に押し付けを行える。
【００２５】
以上の結果、溶接継手部分の検査技術の向上を図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１、図２は本発明の実施の形態における応力付与装置の一例を示している。
図１、図２の応力付与装置１は、管材２の外周面との間に余裕を有して嵌合できる拘束リング３と、該拘束リング３の周方向複数箇所において、管材２の外周面を管軸方向Ｄに沿って押圧できるように管軸方向Ｄに複数並べて配置した押付装置４とにより構成している。
【００２８】
この時、前記拘束リング３は、管材２の外周を包囲できる形状を有していればよく、従って、必ずしも図１のような円形である必要はなく、楕円や多角形の形状を有していてもよい。
【００２９】
又、図１、図２における押付装置４は、拘束リング３の周方向４ヶ所の略等間隔位置（十字位置）に配置しており、且つ押付装置４は、拘束リング３に対し半径方向外側から螺合して先端が管材２の外周面を押付けるボルトであって、図２の場合では管軸方向Ｄに所要の間隔を有して３個のボルト５ａ，５ｂ，５ｃを配置しており、このボルト５ａ，５ｂ，５ｃの押し付けによって管材２内面の管軸方向Ｄに沿う連続した周方向引張応力作用部Ｅが形成されるようにしている。
【００３０】
尚、拘束リング３に対する押付装置４の配置は、拘束リング３の周方向に略均等な２ヶ所以上であれば配置する数は任意である。但し、押付時の応力付与装置１の安定性を考慮すると３ヶ所以上設置するのが好ましい。一方、周方向に配置される押付装置４の数をあまり多くすると、押付装置４による管材２の撓み変形が起こり難くなって管材２の内面に好適な引張応力を作用させることが困難になるので、適宜な設置数を選定する。
【００３１】
又、押付装置４における管軸方向Ｄに設置するボルト５ａ，５ｂ，５ｃの設置数は、２個以上であればよく、管軸方向Ｄに形成しようとする応力腐食割れＳＣＣの希望長さに応じて設置数を選定すればよい。又、ボルト５ａ，５ｂ，５ｃの相互間隔はできるだけ狭く設定する。このようにボルト５ａ，５ｂ，５ｃの相互間隔を狭くすると、管材２の内面に引張応力が連続して生じ易くなるので好ましい。
【００３２】
又、押付装置４としては、前記図１、図２におけるボルト５ａ，５ｂ，５ｃに代えて、図３に示すようなジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを備えるようにしてもよい。この時、ジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃには、油圧式ジャッキ、或いはモータ駆動等による機械式ジャッキ等を用いることができる。
【００３３】
上記したように、押付装置４にボルト５ａ，５ｂ，５ｃを用いると簡略な構成とすることができ、又、押付装置４にジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを用いると、押付装置４により大きな押付力で瞬時に管材２を押し付けることができる。
【００３４】
次に、上記実施の形態の応力付与装置１を用いて管材２の内面に管軸方向Ｄに延びる応力腐食割れＳＣＣを形成する方法を説明する。
【００３５】
まず、管材２の内面に応力腐食割れＳＣＣを形成するには管材２の材質を選定する必要がある。このとき、管材２には、腐食環境に保持することによって応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなる材料のものか、又は、加熱により鋭敏化して応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなるものを選定する。
【００３６】
腐食環境に保持することによって応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなる材料の管材２を用いて、管材２の内面に管軸方向Ｄに沿う応力腐食割れＳＣＣを形成する場合には、図４の方法手順による。
【００３７】
まず、管材２の外側に、図１、図２におけるボルト５ａ，５ｂ，５ｃを回して外側に抜き出した（弛めた）状態の拘束リング３、又は図３におけるジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを縮小した状態の拘束リング３を嵌合した後、ボルト５ａ，５ｂ，５ｃをねじ込むか、又は、ジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを伸長することによって、管材２を周方向４ヶ所から強く押し付ける。すると、管材２のボルト５ａ，５ｂ，５ｃ、又はジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃによって押し付けられた部分は、内側に膨らむように変形し、これによって、管材２の内周面には大きな引張応力が作用し、且つその引張応力が管軸方向Ｄに沿って連続することにより管軸方向Ｄに長い周方向引張応力作用部Ｅ（残留応力発生部）が形成され、この状態が保持されるようになる。
【００３８】
続いて、このように応力付与装置１にて管材２の内面に形成した周方向引張応力作用部Ｅを腐食環境に保持させる。周方向引張応力作用部Ｅを腐食環境に保持させる方法としては、管材２内部に腐食作用流体を供給する方法を用いることができる。腐食作用流体としては、粒内割れを生じさせるような強い腐食性を有する腐食作用流体として例えば塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）水溶液、或いは食塩（ＮａＣｌ）水溶液等を用いることができ、又、粒界割れを生じさせるような腐食性を有する腐食作用流体として例えば純水、熱水等を用いることができる。
【００３９】
上記したように、応力付与装置１によって管材２内面に周方向引張応力作用部Ｅを形成し、且つ該周方向引張応力作用部Ｅを腐食環境に保持することにより、周方向引張応力作用部Ｅに、管軸方向Ｄに沿った応力腐食割れＳＣＣが発生する。
【００４０】
又、上記において、粒内割れを生じさせるような強い腐食性を有する腐食作用流体〔例えば塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ）水溶液、或いは食塩（ＮａＣｌ）水溶液等〕を用いる場合には、管材２の内周面全面に応力腐食割れＳＣＣが生じてしまうことになる。従って、この場合には、図５に示すように、前記周方向引張応力作用部Ｅのみを残してそれ例外の部分に樹脂コーティング７を施すことによって、周方向引張応力作用部Ｅ以外の部分には応力腐食割れＳＣＣを生じさせないようにし、周方向引張応力作用部Ｅのみに集中して応力腐食割れＳＣＣを生じさせる手段を用いることが好ましい。
【００４１】
又、粒界割れを生じさせるような腐食性を有する腐食作用流体〔例えば純水、熱水等〕を用いる場合には、腐食速度が遅く、従ってこの場合には周方向引張応力作用部Ｅに腐食作用流体が滞留する部分を形成してやると応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなることが判明した。従って、この場合には、図６に示すように、前記周方向引張応力作用部Ｅにカーボンウール等の液滞留材料８を配置することよって、周方向引張応力作用部Ｅに集中して応力腐食割れＳＣＣを生じさせる手段を用いることが好ましい。
【００４２】
又、加熱により鋭敏化して応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなる材料の管材２を用いて、管材２の内面に管軸方向Ｄに沿う応力腐食割れＳＣＣを形成する場合には、図７の方法手順による。
【００４３】
この管材２は、まず加熱により鋭敏化させて応力腐食割れＳＣＣを生じ易くした後、この管材２の外側に、図１、図２におけるボルト５ａ，５ｂ，５ｃを回して外側に抜き出した（弛めた）状態の拘束リング３、又は図３におけるジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを縮小した状態の拘束リング３を嵌合し、その後、ボルト５ａ，５ｂ，５ｃをねじ込むか、又は、ジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを伸長することによって、管材２を周方向４ヶ所から強く押し付ける。すると、管材２のボルト５ａ，５ｂ，５ｃ、又はジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃによって押し付けられた部分は、内側に膨らむように変形し、これによって、管材２の内周面には大きな引張応力が作用し、且つその引張応力が管軸方向Ｄに沿って連続することにより管軸方向Ｄに長い周方向引張応力作用部Ｅ（残留応力発生部）が形成され、この状態が保持されるようになる。
【００４４】
このように、加熱によって管材２が鋭敏化され、且つ応力付与装置１によって管材２の内面に管軸方向Ｄに沿って周方向引張応力作用部Ｅが形成されることにより、この周方向引張応力作用部Ｅに、管軸方向Ｄに沿った応力腐食割れＳＣＣが発生する。
【００４５】
又、図８に示すように、前記図４と図７の方法を組み合わせて、管材２の内面に管軸方向Ｄに沿う応力腐食割れＳＣＣを形成することができる。
【００４６】
この場合は、加熱により鋭敏化して応力腐食割れＳＣＣが生じ易くなる材料の管材２を用い、まずこの管材２を加熱することにより鋭敏化させ、その後、この管材２の外側に、図１、図２に示したように拘束リング３を嵌合して、ボルト５ａ，５ｂ，５ｃをねじ込むか、又は、図３のジャッキ装置６ａ，６ｂ，６ｃを伸長することによって、管材２を周方向４ヶ所から強く押し付け、これによって、管材２の内面に管軸方向Ｄに沿う連続した周方向引張応力作用部Ｅ（残留応力発生部）を形成し、その後、管材２の内面の周方向引張応力作用部Ｅを腐食環境に保持する。
【００４７】
図８の方法によれば、管材２が加熱によって鋭敏化され、且つ応力付与装置１により管材２の内面に周方向引張応力作用部Ｅが形成され、更に、周方向引張応力作用部Ｅが腐食環境に保持されることにより、管材２内面における周方向引張応力作用部Ｅに、管軸方向Ｄに沿った応力腐食割れＳＣＣがより確実に形成されるようになる。
【００４８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、押付装置には図示例以外にも種々の方式が採用できること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ること、等は勿論である。
【００４９】
【発明の効果】
請求項１〜３に係る発明によれば、簡単な手段で管材内面に管軸方向に沿って形成させた周方向引張応力作用部に、管軸方向に沿った応力腐食割れを確実に形成できる効果がある。
【００５０】
請求項４に係る発明によれば、簡単な構成にて管材内面に管軸方向に沿って周方向引張応力作用部を容易に形成できる効果がある。
【００５１】
請求項５に係る発明では、ボルトにより管材を押し付けているので、押付装置を簡略なものにできる効果がある。
【００５２】
請求項６に係る発明では、ジャッキ装置により管材を押し付けているので、押付装置により大きな押付力で瞬時に押し付けを行える効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における応力付与装置の形態の一例を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ方向縦断面図である。
【図３】図１、図２に備えた押付装置の他の例を示す縦断面図である。
【図４】本発明の方法の形態の一例を示すフロー図である。
【図５】周方向引張応力作用部のみに集中して応力腐食割れを生じさせる手段の一例を示す管材の縦断面図である。
【図６】周方向引張応力作用部のみに集中して応力腐食割れを生じさせる手段の他の例を示す管材の縦断面図である。
【図７】本発明の方法の形態の他の例を示すフロー図である。
【図８】本発明の方法の形態の更に他の例を示すフロー図である。
【符号の説明】
１ 応力付与装置
２ 管材
３ 拘束リング
４ 押付装置
５ａ，５ｂ，５ｃ ボルト
６ａ，６ｂ，６ｃ ジャッキ装置
Ｄ 管軸方向
Ｅ 周方向引張応力作用部
ＳＣＣ 応力腐食割れ

Claims (5)

1. 管材の外側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所において、押付装置により管材の外周面を管軸方向に間隔を有した複数箇所で押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成し、この状態で管材内面の周方向引張応力作用部を腐食環境に保持し、管材の内面に管軸方向に沿った応力腐食割れを生じさせることを特徴とする管内面の応力腐食割れ形成方法。
2. 管材を熱処理して鋭敏化させ、鋭敏化した管材の外側に嵌合した拘束リングの周方向複数箇所において、押付装置により管材の外周面を管軸方向に間隔を有した複数箇所で押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成し、この状態で管材内面の周方向引張応力作用部を腐食環境に保持し、管材の内面に管軸方向に沿った応力腐食割れを生じさせることを特徴とする管内面の応力腐食割れ形成方法。
3. 管材の周外側に嵌合する拘束リングと、該拘束リングの周方向複数箇所において管材の外周面を軸方向に間隔を隔てた位置で押付けることにより管材の内周面に管軸方向に沿う連続した周方向引張応力作用部を形成する複数の押付装置と、からなる応力付与装置を備えたことを特徴とする管内面の応力腐食割れ形成装置。
4. 押付装置が、ボルトであることを特徴とする請求項３に記載の管内面の応力腐食割れ形成装置。
5. 押付装置が、ジャッキ装置であることを特徴とする請求項３に記載の管内面の応力腐食割れ形成装置。

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