JP5896933B2 - 溶接部の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、配管を構成する管体どうしの溶接部の補修方法に関するものである。

発電プラント等におけるボイラの配管においては、内部を高温の流体が流れるため、長期間の運転による負荷によって、溶接部が劣化することがある。
このため、配管を点検する際に、溶接部について、劣化の発生の有無を組織検査や超音波検査等によって検査し、その結果に応じ、劣化部分の補修を行っている。

このような劣化部分を有した溶接部の補修方法として、例えば特許文献１には、図５に示すように、溶接部１だけでなく、その両側の母材２，３との境界部４，５を含む領域を除去し、その領域に補修溶接を施す構成が開示されている。

特開２０１１−１９４４５８号公報

しかしながら、図５に示したように、補修溶接を施すことによって形成された補修溶接金属部６は、溶接部１が連続する方向（母材２，３の突き合わせ方向に直交する方向）における一端側６ａと他端側６ｂにおいて、溶接部１との境界部７，８が、溶接部１が連続する方向に対して直交することになる。
溶接部１が、配管を構成する所定長の管体９，９どうしを溶接した部分においては、溶接部１は、管体９の周方向に連続したものとなる。すると、管体９内を流れる流体による内圧によって、管体９および溶接部１は径方向外周側に膨張する方向の力が作用する。これにより、溶接部１においては、管体９の周方向に沿った応力（フープ応力）が発生する。すると、この応力に対し、溶接部１と補修溶接金属部６との境界部７，８が直交して位置することとなり、クリープ強度の低下につながる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、クリープ強度を向上させることのできる溶接部の補修方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の溶接部の補修方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、管体の端部どうしが溶接金属で前記管体の周方向に溶接された溶接部の補修方法であって、前記溶接金属と前記管体の境界部を含む領域を除去する工程と、除去された前記領域に補修溶接を施す工程と、を備え、前記領域は、前記周方向の一端側と他端側が、それぞれ前記周方向に直交する面に対し傾斜して形成されていることを特徴とする。
このようにして補修溶接がなされた溶接部において、補修溶接によって形成された補修溶接金属部は、管体の周方向の一端側と他端側において溶接部の溶接金属と接する部分が周方向に直交する面に対して傾斜する。すると、管体内を流れる流体の温度や圧力によって管体が膨張する方向の力を受けたときに、溶接部が周方向に延びるような応力を受けても、その応力によって補修溶接金属部と溶接部の溶接金属との境界部分でクリープ破壊しにくくなる。
ここで、前記の領域の一端側と他端側の傾斜角度は、２５°以上であるのが好ましい。

また、前記領域は、前記溶接金属と、該溶接金属の両側の前記管体との境界部を含むようにするのが好ましい。

本発明は、前記管体が、該管体内を流れる流体による内圧で膨張する方向の力を受けるものである場合に特に有効である。

本発明によれば、周方向に連続する溶接部を補修溶接した場合に、補修溶接した部分と溶接部との境界部分におけるクリープ強度を向上させることができる。

本発明の溶接部の補修方法の流れを示す図である。 本発明の溶接部の補修方法により補修した部分を示す外観図および断面図である。 本発明の溶接部の補修方法により補修した補修溶接部と溶接金属部との境界部分の傾斜角度と、溶接部に周方向の応力が作用したときの境界部分に作用する応力の大きさとの関係を示す図である。 応力とクリープ破断時間との関係を示す図である。 従来の溶接部の補修方法により補修した部分を示す外観図である。

以下に、本発明に係る溶接部の補修方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、発電プラント等のボイラ用の配管１０の一部を示すものである。この配管１０は、高温・高圧の流体が内部を流れ、所定長の管体１１を長手方向に複数接合することによって構成されている。
図１（ａ）に示すように、管体１１，１１どうしの接合部（溶接部）Ｊは、その端部１１ａ，１１ａがそれぞれ所定の開先形状として突き合わせられ、周方向に沿って、アーク溶接、ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ）溶接、摩擦撹拌接合等の接合法により接合されている。これにより、管体１１，１１どうしの接合部には、周方向に連続する環状の溶接金属部（溶接金属）１２が形成されている。配管１０が連続する方向において、この溶接金属部１２とその両側の管体１１との境界部に、溶接時の熱によって形成される熱影響部が形成されている。

このような配管１０において、ボイラの運転を長時間にわたって行っていくと、接合部Ｊに、クリープボイドや結晶流の粗大化といった劣化が生じることがあるため、定期的に、組織検査や超音波検査等によって検査する。

検査の結果、接合部Ｊに劣化の発生が認められた場合、以下のようにして補修を行う。
まず、図１（ｂ）、図２に示すように、接合部Ｊにおいて劣化が発生した部分を除去する。これには、配管１０の外周側から、配管１０の周方向においては、溶接金属部１２において劣化が発生している部分を含み、かつ、配管１０の長手方向においては、溶接金属部１２とその両側の管体１１，１１の一部とを含み、配管１０の肉厚方向においては、配管１０の内周側の一部を残した領域５０を除去する。
このとき、この領域５０において、配管１０の周方向の一端部５０ａと他端部５０ｂは、管体１０の周方向（溶接金属部１２が連続する方向）に直交し、かつ配管１０の管軸方向、管体１１，１１どうしの突き合わせ方向に平行な仮想面Ｆに対し、所定角度θだけ傾斜するよう形成する。つまり、配管１０の外周側から見たときに、領域５０が、平行四辺形状または台形状となるようにする。

このようにして、配管１０の接合部Ｊにおいて所定の領域５０を除去することによって除去凹部１５を形成した後、この除去凹部１５に、被覆アーク溶接等によって、補修溶接を施す。図１（ｃ）に示すように、この補修溶接により、除去凹部１５には補修溶接金属部２０が形成される。補修溶接金属部２０は、除去凹部１５を埋めるように形成される。

ここで、領域５０の一端部５０ａと他端部５０ｂが、管体１０の周方向に直交する仮想面Ｆに対し所定角度θだけ傾斜しているので、補修溶接により形成される補修溶接金属部２０は、配管１０の周方向における溶接金属部１２との境界面２０ａ，２０ｂが、溶接金属部１２が連続する方向に直交する仮想面Ｆに対し、所定角度θだけ傾斜して形成されている。
ここで、境界面２０ａ，２０ｂの傾斜角度θは、２５°以上９０°未満とするのが好ましく、さらには、４０°以上５０°未満とするのが特に好ましい。

このように、補修溶接金属部２０において、溶接金属部１２との境界面２０ａ，２０ｂが、溶接金属部１２が連続する方向に直交する仮想面Ｆに対し、所定角度θだけ傾斜するよう形成した構成においては、以下のような作用効果が得られる。
すなわち、図２（ａ）に示すように、配管１０内の高温・高圧の流体によって溶接金属部１２が径方向外周側に膨張する方向の力が作用し、溶接金属部１２に周方向に沿った応力（フープ応力）Ｓ１が発生したとする。すると、この応力Ｓ１による、補修溶接金属部２０の境界面２０ａ，２０ｂ（図３参照）に直交する方向の応力Ｓ２は、応力Ｓ１の分力であり、応力Ｓ１よりも小さくなる。

図３は、境界面２０ａ，２０ｂの傾斜角度θと、溶接金属部１２の周方向に沿った応力Ｓ１に対する境界面２０ａ，２０ｂに直交する方向の応力Ｓ２の比との関係を示したものである。
この図３に示すように、傾斜角度θが大きくなるほど、応力Ｓ２は小さくなる。例えば、傾斜角度θが２５°である場合、応力Ｓ１に対し、応力Ｓ２は１０％以上低減する。

また、図４は、例えば、ボイラ用の配管に多用されているＧｒ．９１系鋼の溶接継ぎ手における応力の大きさに対するクリープ破断に至るまでの寿命の関係を示すものである。
この図４に示すように、作用する応力が下がれば、クリープ破断に至るまでの時間（破断時間）が長くなる。

上述したように、溶接金属部１２との境界面２０ａ，２０ｂを傾斜させることによって、補修溶接金属部２０と溶接金属部１２との境界面２０ａ，２０ｂにおけるクリープ強度が高まり、クリープ破断に至るまでの時間も長くなる。

１０ 配管
１１ 管体
１２ 溶接金属部（溶接金属）
１５ 除去凹部
２０ 補修溶接金属部
２０ａ，２０ｂ 境界面
５０ 領域
Ｊ 接合部（溶接部）

Claims (4)

1. 管体の端部どうしが溶接金属で前記管体の周方向に溶接された溶接部の補修方法であって、
   前記溶接金属と前記管体の境界部を含む領域を除去する工程と、
   除去された前記領域に補修溶接を施す工程と、を備え、
   前記領域は、前記周方向の一端側と他端側が、それぞれ前記周方向に直交する面に対し傾斜して形成されていることを特徴とする溶接部の補修方法。
2. 前記領域の一端側と他端側の傾斜角度が２５°以上であることを特徴とする請求項１に記載の溶接部の補修方法。
3. 前記領域は、前記溶接金属と、該溶接金属の両側の前記管体との境界部を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の溶接部の補修方法。
4. 前記管体が、該管体内を流れる流体による内圧で膨張する方向の力を受けるものであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の溶接部の補修方法。

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