JP5457939B2 - 二重管の溶接部の検査方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、二重管の溶接部の検査方法に関する。

高速増殖炉の蒸気発生器には、安全のため改良９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼からなる二重管の適用が検討されている。また、このような二重管として、組網線型二重管の適用も検討されている。組網線型二重管は、内管、外管と、内管と外管の隙間に挟み込まれるように配置された網状の組網線によって構成されている。

組網線型二重管を用いた高速増殖炉の蒸気発生器の場合、内管と外管との隙間（組網線部）には、ヘリウム（Ｈｅ）ガスが充填される。そして、組網線型二重管の外管が破損した場合には、液体ナトリウム（Ｎａ）中にヘリウムガスが流れ込むので、このヘリウムガスを検出することによって外管の破損を検出することができる。

一方、内管が破損した場合には、組網線層を通じて水蒸気がヘリウムガス中に流れ込むので、この水蒸気を検出することによって内管の破損を検出することができる。このように、組網線型二重管を用いた高速増殖炉の蒸気発生器では、リアルタイムでの健全性の評価が可能となっている。

上記構成の二重管を、高速増殖炉の蒸気発生器に使用する場合、必要とされる二重管の長さは非常に長くなる。このため、複数の二重管構成部材を、その軸方向端部で溶接し連結して必要な長さの二重管を構成する必要がある。この二重管を用いた高速増殖炉の蒸気発生器において、リアルタイムでの健全性評価を行うためには、溶接時に二重管の内管と外管との間の隙間が埋まることは許されない。このため、二重管同士を接続するための溶接方法についてレーザーを用いた各種の方法が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特開平１０−３４３７３号公報 特開２００９−２２０１７９号公報

上記した二重管では、二重管同士を溶接接合した溶接部の検査を行う必要がある。一般に、管の溶接部の検査を、Ｘ線を透過させてフィルムで直接撮影して行う場合、溶接部に対して所定距離（例えば、６００ｍｍ程度）離れた位置に設けたＸ線源から溶接部に対して斜めにＸ線を照射して円形の溶接部の楕円状の画像を得る。しかしながら、このような方法によって二重管の溶接部の検査を行うと、内管の溶接部の画像と外管の溶接部の画像とが重なってしまい、検査を精度良く行うことができないという問題が生じる。

本発明は、上記従来の事情に対処してなされたもので、外管と内管とからなる二重管の溶接部の検査を、精度良く行うことのできる二重管の溶接部の検査方法を提供しようとするものである。

実施形態によれば、内管と外管の間に組網線層を有する複数の二重管構成部材を、軸方向端部の溶接部で溶接して連結した二重管の前記溶接部を検査する二重管の溶接部の検査方法であって、前記二重管構成部材の前記溶接部は、一方の前記二重管構成部材の前記内管を軸方向に所定長さ前記外管より長く構成し、他方の二重管構成部材の前記外管を軸方向に前記所定長さ前記内管より長く構成して、前記内管同士の溶接位置と、前記外管同士の溶接位置を前記所定長さ軸方向にずらすとともに、前記溶接部にＸ線源からＸ線を照射し、前記二重管を挟んで前記Ｘ線源とは反対側に設けられたフィルムによって撮像する。さらに、前記二重管の内径をＤ、前記内管の厚さをｄ_１、前記内管と前記外管との間隔をｄ_２、前記外管の厚さをｄ_３、前記外管と前記Ｘ線源との距離をＬ、前記外管の溶接ビードの最大幅をｍ_１、軸方向における前記Ｘ線源と前記外管の溶接ビードの前記Ｘ線源側端部との距離をｍ_２、軸方向における前記外管の溶接ビードと前記内管の溶接ビードとの最小間隔をｍ_３とした時に、
ｍ_３＞（ｍ_１＋ｍ_２）（Ｄ＋２ｄ_１＋ｄ_２＋ｄ_３）／Ｌ
を満たすようにする。

本発明によれば、外管と内管とからなる二重管の溶接部の検査を、精度良く行うことのできる二重管の溶接部の検査方法を提供することができる。

二重管の溶接方法を説明するための図。 二重管の構造を模式的に示す図。 実施形態に係る二重管の溶接部の検査方法を説明するための図。 実施形態に係る二重管の溶接部の検査方法を説明するための図。 実施例に係る二重管の溶接部のＸ線写真。

以下、二重管の溶接部の検査方法の実施形態について図面を参照して説明する。

まず、図１を参照して二重管１００の溶接方法について説明する。二重管構成部材１００ａ、１００ｂは、内管４と外管５および内管４と外管５が直接接触しないように挿入された組網線６とから構成されている。この組網線６が配置された部分は、二重管の軸方向にガスを流すための間隙を有しており、二重管構成部材１００ａと二重管構成部材１００ｂとを溶接する際には、この間隙にバックシールドガスとしてアルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスを流す。

二重管構成部材１００ａ及び二重管構成部材１００ｂの内管４同士を溶接するために、内管４の内側に挿入される溶接ヘッドは、円筒状に形成された筺体７を具備しており、筺体７内には、反射ミラー８、集光レンズ９、コリメートレンズ１０が収容され、筺体７に支持されている。

また、筺体７には、溶接ヘッドにレーザー光を供給する光ファイバー１３と、溶接時に反射ミラー８および集光レンズ９のスパッタ、ヒューム等による汚れを防止するためにアルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガスを流すためのチュープ（例えばウレタンチューブ）１２とが接続されている。なお、チューブ１２と筺体７との間には、これらの間をシールするためのＯリング１１が配設されている。

上記構成の溶接ヘッドを用いて、二重管構成部材１００ａ及び二重管構成部材１００ｂの内管４同士をレーザー溶接により溶接する。また、二重管構成部材１００ａ及び二重管構成部材１００ｂの外管５同士を溶接する際は、これらの外側からレーザー溶接により溶接を行う。

図２は、二重管構成部材１００ａ及び二重管構成部材１００ｂの軸方向端部の溶接部の構成を拡大して模式的に示すものである。同図に示すように、二重管構成部材１００ａ及び二重管構成部材１００ｂの一方、本実施形態では二重管構成部材１００ａの内管４が、所定長さ（Ｌ_１）外管５より長く構成されている。また、他方の二重管構成部材１００ｂは、外管５が所定長さ（Ｌ_１）内管４より長く構成されている。したがって、内管４の溶接位置と、外管５の溶接位置は、軸方向に沿って所定長さ（Ｌ_１）ずれた位置となっている。

さらに、内管４と外管５との間には、これらの内管４と外管５との間の間隔が拡がるように溝２０が形成されている。一般に、組網線６が配置された部分の内管４と外管５との間隔は、非常に狭く、例えば０．４ｍｍ程度とされている。これに対して、溝２０の部分における内管４と外管５との間隔は、例えば０．８ｍｍ程度等とされ、内管４と外管５との間の間隔が拡がった構成となっている。この溝２０は、例えば、内管４の外側面を切削するとともに、外管５の内側面を切削することによって形成することができる。このように内管４及び外管５を切削することによって、これらの表面に形成された酸化被膜等を溶接前に除去することができ、酸化被膜等を溶接に悪影響を与えることを防止することができる。

図３は、二重管の溶接部の検査を、Ｘ線撮影によって行う際の構成を模式的に示したものである。この場合、二重管１００の溶接部にＸ線源３０からＸ線を照射し、二重管１００を挟んでＸ線源３０とは反対側に設けられたフィルム３１によって撮像する。この時、Ｘ線源３０とＸ線源３０に近い外管溶接ビード４１を結んだ線の延長線上に、Ｘ線源３０から遠い外管溶接ビード４２がある場合、二重壁両面観察方法では溶接ビード位置がフィルム３１上で重なってしまう。

Ｘ線源３０に近い外管溶接ビード４１と、Ｘ線源３０から遠い外管溶接ビード４２の撮影画像がフィルム３１上で重ならないためには、次のようにする必要がある。すなわち、Ｘ線源３０からフィルム３１面上に下ろした垂線５０と、Ｘ線源３０に近い外管溶接ビード４１のＸ線源３０に近い側の端部のフィルム３１面上での投影位置とＸ線源３０とを結ぶ線５１とがなす角θ_１が、垂線５０とＸ線源３０から遠い外管溶接ビード４２のＸ線源３０から遠い側の端部のフィルム３１面上での投影位置とＸ線源３０とを結ぶ線５２とがなす角θ_２よりも大きくなればよい。

二重管内径をＤ、Ｘ線源３０と外管５（Ｘ線源３０に近い側）との距離をＬ、外管５の溶接ビードの最大幅をｍ_１、Ｘ線源３０とＸ線源３０に近い外管溶接ビード４１のＸ線源３０に近い側の端部との軸方向における距離（Ｌと直交する方向の距離）をｍ_２、内管４の厚さをｄ_１、内管４と外管５の間隔をｄ_２、外管５の厚さをｄ_３、とすると、次式を満たすときにフィルム３１面上で溶接部のビードが重ならないこととなる。
ｍ_２／Ｌ＞（ｍ_１＋ｍ_２）／(Ｌ＋Ｄ＋２ｄ_１＋２ｄ_２＋ｄ_３)
これよりｍ_２は下式を満足している必要がある。
ｍ_２＞ Ｌｍ_１／（Ｄ＋２ｄ_１＋２ｄ_２＋ｄ_３）
また、ＪＩＳＺ３１０６−２００１の二重壁両面観察方法における線源の移動距離の規定から
ｍ_２≦Ｌ／４
とする必要があり、ｍ_２は、
Ｌ／４≧ｍ_２＞ Ｌｍ_１／（Ｄ＋２ｄ_１＋２ｄ_２＋ｄ_３）
とする。

次に、内管溶接部の溶接ビード位置と外管溶接部の溶接ビード位置がフィルム３１上で重ならないようにする条件について説明する。図４に示すように、Ｘ線源３０からフィルム３１面上に下ろした垂線５０と、Ｘ線源３０から遠い内管溶接ビード４３のＸ線源３０に近い側の端部のフィルム面上での投影位置とＸ線源３０とを結ぶ線５２とがなす角θ_３が、垂線５０と、Ｘ線源３０に近い外管溶接ビード４１のＸ線源３０から遠い側の端部のフィルム３１面上での投影位置とＸ線源３０とを結ぶ線５３とがなす角θ_４よりも大きい場合、内管溶接部の溶接ビードと外管溶接部のビードの撮影画像がフィルム３１上で重ならない。

上記した各要素に加えて、軸方向における外管溶接ビードと内管溶接ビードとの最小間隔をｍ_３とすると、次式を満たすときにフィルム面上で内管溶接ビードと外管溶接ビードが重ならない。
（ｍ_１＋ｍ_２＋ｍ_３）／(Ｌ＋Ｄ＋２ｄ_１＋ｄ_２＋ｄ_３)＞（ｍ_１＋ｍ_２）／Ｌ
上式を変形すると、
ｍ_３＞（ｍ_１＋ｍ_２）(Ｄ＋２ｄ_１＋ｄ_２＋ｄ_３)／Ｌ
となる。

上記の式を満たすように、ｍ_３の値を設定することによって、二重壁両面撮影報を用いた放射線透過試験においてフィルム３１上に写る外管溶接ビードと内管溶接ビードが重ならないようにすることができる。すなわち、放射線透過試験の二重壁両面撮影法においてフィルム３１上に内管４と外管５の溶接部として完全に分離したリング状の像を得ることができ、欠陥の判定を容易に、かつ、精度良く行うことができる。

実際に、内径１７．８ｍｍ、外径３２ｍｍ、内管肉厚３ｍｍ、外管肉厚３ｍｍの二重管をレーザーによってキーホール溶接を行ったものについて、二重壁両面撮影を行った。Ｘ線源３０と二重管外管（Ｘ線源３０に近い側）との距離（Ｌ）が６００ｍｍ、Ｘ線源３０とＸ線源３０に近い外管溶接ビード４１のＸ線源３０に近い側の端部との軸方向距離（Ｌと直交する方向の距離）（ｍ_２）が１０ｍｍ、外管溶接部の最大ビード幅（ｍ_１）が例えば３ｍｍの場合、上述の式によれば、内管と外管の最も近い溶接ビード間隔（ｍ_３）が約１ｍｍ以上であれば、二重壁両面撮影写真において内管溶接部と外管溶接部の分離が可能である。

図５に示す写真は、上記の寸法の二重管を、内管と外管の管長手方向の開先位置を５ｍｍ離し、上記の条件で二重壁両面撮影を行ったものである。図５の写真に示されるように、写真上において、内管のビード位置と外管のビード位置は完全に分離していた。したがって、内管の溶接部の欠陥の同定と、外管の溶接部の欠陥の同定を、一枚の写真によって、個別に精度良く行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、各種の変形が可能であることは、勿論である。

４……内管、５……外管、３０……Ｘ線源、３１……フィルム、４１，４２……外管溶接ビード、４３……内管溶接ビード、１００……二重管。

Claims (2)

1. 内管と外管の間に組網線層を有する複数の二重管構成部材を、軸方向端部の溶接部で溶接して連結した二重管の前記溶接部を検査する二重管の溶接部の検査方法であって、
   前記二重管構成部材の前記溶接部は、一方の前記二重管構成部材の前記内管を軸方向に所定長さ前記外管より長く構成し、他方の二重管構成部材の前記外管を軸方向に前記所定長さ前記内管より長く構成して、前記内管同士の溶接位置と、前記外管同士の溶接位置を前記所定長さ軸方向にずらすとともに、
   前記溶接部にＸ線源からＸ線を照射し、前記二重管を挟んで前記Ｘ線源とは反対側に設けられたフィルムによって撮像し、かつ、
   前記二重管の内径をＤ、前記内管の厚さをｄ_１、前記内管と前記外管との間隔をｄ_２、前記外管の厚さをｄ_３、前記外管と前記Ｘ線源との距離をＬ、前記外管の溶接ビードの最大幅をｍ_１、軸方向における前記Ｘ線源と前記外管の溶接ビードの前記Ｘ線源側端部との距離をｍ_２、軸方向における前記外管の溶接ビードと前記内管の溶接ビードとの最小間隔をｍ_３とした時に、
   ｍ_３＞（ｍ_１＋ｍ_２）（Ｄ＋２ｄ_１＋ｄ_２＋ｄ_３）／Ｌ
   を満たすようにした
   ことを特徴とする二重管の溶接部の検査方法。
2. 請求項１記載の二重管の溶接部の検査方法であって、さらに、
   ｍ_２＞ Ｌｍ_１／（Ｄ＋２ｄ_１＋２ｄ_２＋ｄ_３）
   を満たすようにした
   ことを特徴とする二重管の溶接部の検査方法。

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