JP7082541B2 - 補修溶接方法 - Google Patents

Description

本開示は、補修溶接方法に関する。

溶接部を有する部材が使用された後、補修のために補修溶接が行われることがある。
例えば、火力・原子力発電プラントや化学プラント等におけるボイラやタービンの高温配管等では、長期間の使用により溶接部にクリープ損傷が生じることがある。
このような場合に、クリープ損傷が生じた配管の全体を取り換えるのではなく、クリープ損傷が生じた部位を切除し、その切除した部分に補修溶接を施すことが行われている（特許文献１参照）。

特公昭６０－００８１４８号公報

特許文献１に記載の補修溶接方法では、本溶接接手溶着金属、すなわち、既設の溶接部の溶接金属の内部に補修溶接によって生じる熱影響部の延在方向を考慮することで該熱影響部に作用する応力が小さくなるようにしている。
ところで、既設の溶接部の熱影響部と補修溶接の熱影響部とが重複する領域では、既設の溶接部の溶接の際、及び補修溶接の際の双方で熱の影響を受けており、既設の溶接部の溶接の際、又は補修溶接の際の何れか一方の熱の影響だけを受けている領域と比べると、作用する応力によって損傷を受け易いことが分かってきている。そのため、既設の溶接部の熱影響部と補修溶接の熱影響部とが重複する領域ができるだけ生じないようにすることが望ましい。しかし、特許文献１に記載の補修溶接方法では、既設の溶接部の熱影響部と補修溶接の熱影響部とが重複する領域については特に言及されていない。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、補修溶接の熱影響部が部材の寿命に与える影響を抑制することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る補修溶接方法は、
母材の第１端部と第２端部とが溶接によって接続された部材の補修溶接方法であって、
前記部材の既設溶接部における第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する工程と、
前記部位の除去後に補修溶接を行う工程と、
を備え、
前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記既設溶接部における前記第１熱影響部と前記補修溶接による第２熱影響部との全ての交差部において、前記第１熱影響部と前記第２熱影響部との交差角度は、７０度以上１１０度以下である。

母材及び既設溶接部を含む断面において、既設溶接部における第１熱影響部と補修溶接による第２熱影響部との交差部では、上述したように、作用する応力によって損傷を受け易いため、該交差部ができるだけ生じないようにすることが望ましい。母材及び既設溶接部を含む断面において、第１熱影響部及び第２熱影響部がそれぞれ溶接金属と接する境界面に沿って一定の幅をもって形成されているので、第１熱影響部と第２熱影響部との交差角度が９０度であれば、交差部の断面積を最も小さくすることができ、交差角度が９０度からずれるほど、交差部の断面積が大きくなる。
その点、上記（１）の方法によれば、第１熱影響部と第２熱影響部との交差角度が７０度以上１１０度以下であるので、母材及び既設溶接部を含む断面において、交差部の断面積が大きくなることを抑制できる。これにより、補修溶接による部材の寿命の低下を抑制できる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記補修溶接は、前記第１端部側の前記母材から前記第２端部側の前記母材にわたって行われ、
前記第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する前の、前記第１端部側の前記母材に生じた前記第１熱影響部と、前記第２端部側の前記母材に生じた前記第１熱影響部との前記母材の表面における第１間隔に対して、前記第１端部側の前記母材に生じた前記第２熱影響部と、前記第２端部側の前記母材に生じた前記第２熱影響部との前記母材の表面における第２間隔は、前記第１間隔の１．１倍以上２．０倍以下である。

上記（２）の方法によれば、上記第２間隔が上記第１間隔の１．１倍以上であるので、母材の表面近傍で第１熱影響部と第２熱影響部とが重複することを抑制できる。また、上記（２）の方法によれば、上記第２間隔が上記第１間隔の２．０倍以下であるので、補修溶接の範囲を抑制できる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の方法において、
前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記補修溶接は、前記第１端部側の前記母材から前記第２端部側の前記母材にわたって行われ、
前記第１端部側の前記交差部と前記第２端部側の前記交差部との第３間隔は、前記第２熱影響部のうち、前記補修溶接の溶接金属の表面から前記第２熱影響部までの深さの最大値の０．８倍の深さとなる前記第１端部側の位置と、該最大値の０．８倍の深さとなる前記第２端部側の位置との第４間隔以下である。

上記（３）の方法によれば、第１端部側の交差部及び第２端部側の交差部の深さ、すなわち補修溶接の溶接金属の表面からの深さを補修溶接の溶接金属の表面から第２熱影響部までの深さの最大値の０．８倍以上とすることができる。これにより、前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、第１端部側の交差部及び第２端部側の交差部の深さ方向の位置を第２熱影響部における最も深い位置に近づけることができる。したがって、第１端部側の交差部及び第２端部側の交差部における第２熱影響部の延在方向を深さ方向に対して直交する方向に近づけることができる。そのため、交差部における第１熱影響部が深さ方向と略同じ方向に延在していれば、交差部における上記の交差角度を９０度に近づけることができ、交差部の断面積が大きくなることを抑制できる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかの方法において、前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記既設溶接部の溶接金属に前記補修溶接により生じた第２熱影響部の延在方向と、前記部材の厚さ方向との交差角度は、７０度以上１１０度以下である。

既設溶接部の溶接金属に補修溶接により生じた第２熱影響部、すなわち、既設溶接部の溶接金属内の第２熱影響部は、母材の第２熱影響部や補修溶接の熱の影響を受けていない既設溶接部の溶接金属よりも作用する応力によって損傷を受け易い。そのため、上記の部材に対して第１端部側と第２端部側とが互いに離間する方向に引張応力が作用する場合、この引張応力が作用する方向から見たときの、既設溶接部の溶接金属内の第２熱影響部の投影面積は小さい方が望ましい。
その点、上記（４）の方法によれば、前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、既設溶接部の溶接金属内の第２熱影響部の延在方向と、部材の厚さ方向との交差角度が７０度以上１１０度以下であるので、既設溶接部の溶接金属内の第２熱影響部の延在方向が上述した引張応力が作用する方向に近づき、上記投影面積を抑制できる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れかの方法において、前記補修溶接の溶接止端部は、前記母材内に存在する。

上記（５）の方法によれば、補修溶接の溶接止端部が既設溶接の溶接金属内に存在する場合と比べて、該溶接金属における第２熱影響部の領域を減らすことができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）の方法において、
前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記補修溶接は、前記第１端部側の前記母材から前記既設溶接部の溶接金属にわたって行われ、
前記第１端部側の前記母材の表面に現れる前記第２熱影響部の位置と、前記既設溶接部の前記溶接金属の表面に現れる前記第２熱影響部の位置との中間位置は、前記第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する前の前記既設溶接部の前記溶接金属内に存在する。

上記（６）の方法によれば、交差部の断面積が大きくなることを抑制しつつ、第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する工程における除去量、及び、補修溶接による溶接金属の体積を減らすことができ、補修溶接のための工数を削減できる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の方法において、
前記補修溶接を行う工程に先立ち、前記第１熱影響部の形状を計測する工程と、
前記第１熱影響部の形状を計測する工程で計測した前記第１熱影響部の形状に基づいて、前記第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する工程における除去範囲を決定する工程と、
をさらに備える。

上記（７）の方法によれば、第１熱影響部と第２熱影響部との交差角度が７０度以上１１０度以下となるように、第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去することができるようになる。これにより、母材及び既設溶接部を含む断面において、交差部の断面積が大きくなることを抑制でき、補修溶接による部材の寿命の低下を抑制できる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の方法において、前記第１熱影響部の形状を計測する工程は、フェイズドアレイ法による超音波探傷によって前記第１熱影響部の形状を計測する、または、エッチングにより前記第１熱影響部の形状を現出させて前記第１熱影響部の形状を計測する。

上記（８）の方法によれば、フェイズドアレイ法による超音波探傷によって第１熱影響部の形状を計測することで、第１熱影響部の形状を非破壊で計測できる。また、上記（８）の方法によれば、エッチングという簡易な方法によって部材の表面に第１熱影響部の形状を現出させることで、第１熱影響部の形状の計測が容易になる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れかの方法において、前記母材は、高強度フェライト系耐熱鋼である。

上記（９）の方法は、母材が高強度フェライト系耐熱鋼で形成された部材の補修溶接に適している。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（９）の何れかの方法において、前記部材は、ボイラ配管である。

上記（１０）の方法は、ボイラ配管の補修溶接に適している。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、補修溶接の熱影響部が部材の寿命に与える影響を抑制できる。

幾つかの実施形態に係る補修溶接方法が適用される部材の一例としての配管の一部を示す図である。 母材及び既設溶接部を含む配管の断面の一部を模式的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る補修溶接方法の処理の手順を示すフローチャートである。 母材及び既設溶接部を含む配管の断面の一部についての一例を示す図であり、（ａ）は断面のマクロ組織を示す図であり、（ｂ）は該断面のフェイズドアレイ法による超音波探傷の結果を示すコンタ図である。 マイクロエッチングを行った後の配管の表面の一例を示す図である。 除去工程Ｓ３０において除去範囲を除去した後の配管の断面の一部を模式的に示す図である。 除去工程Ｓ３０において除去範囲を除去した後の配管の断面の一部を模式的に示す図である。 除去工程Ｓ３０において除去範囲を除去した後の配管の断面の一部を模式的に示す図である。 補修溶接後の配管の断面の一部を模式的に示す図である。 補修溶接後の配管の断面の一部を模式的に示す図である。 補修溶接後の配管の断面の一部を模式的に示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、幾つかの実施形態に係る補修溶接方法が適用される部材の一例としての配管の一部を示す図である。
幾つかの実施形態に係る補修溶接方法が適用される部材（対象物）は、例えば火力・原子力発電プラントや化学プラント等におけるボイラやタービンの高温配管等である。このような高温配管（配管）１には、複数の種類の溶接個所が存在する。例えば、高温配管１には、配管同士を接続する円周溶接部や、配管と分岐管とを接続する管台溶接部が存在する。また、配管１が板状部材から製造されている場合には、図１に示すように、母材である板の端部同士を接続するために管軸方向に延在する長手溶接部１０が存在する。

この高温配管１のように、高温高圧の環境下で長時間使用される部材には、溶接部、特に熱影響部（ＨＡＺ部）においてクリープ損傷により亀裂が発生するおそれがある。以下の説明では、配管１の長手溶接部１０の熱影響部に亀裂が発生した場合を例に挙げて説明する。図２は、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面の一部を模式的に示す図である。すなわち、図２は、管軸方向と直交する方向に切断した配管１の断面（管軸方向から見た断面）の一部を模式的に示す図である。なお、図２において、左右方向は配管１の周方向であり、上側は径方向外側であり、下側は径方向内側である。以下の説明では、補修溶接を行う前から存在している長手溶接部１０を既設溶接部１１と呼ぶ。

既設溶接部１１は、配管１の母材２の第１端部３と第２端部４とを接続する溶接部であり、溶接金属５と、既設溶接部１１の溶接時の熱の影響を受けることで母材２に生じた熱影響部６とを含む。図２に示す配管１では、第１端部３側の熱影響部６に亀裂７が生じたものとする。なお、配管１には、主として配管１の内部を流通する流体の圧力によってフープ応力が作用する。そのため、既設溶接部１１には、主として周方向、すなわち図２における左右方向への引張応力が作用する。

例えば、幾つかの実施形態では、プラントの定期検査の際に、配管１の検査が行われる。以下の説明では、定期検査によって配管１に生じた亀裂７が見つかり、配管１を補修溶接によって補修することになった場合について説明する。
配管１に亀裂７が生じた場合、亀裂７を含む配管１の一部の領域を除去し、その除去した部位に補修溶接を行うことで配管１を補修することができる。しかし、補修溶接を行うことで配管１には補修溶接による熱の影響を受けた熱影響部が生じる。以下の説明では、既設溶接部１１の溶接時の熱の影響を受けることで母材２に生じた熱影響部６を第１熱影響部６とも呼ぶ。そして、補修溶接部２１（図９～図１１参照）の溶接時の熱の影響を受けることで生じる熱影響部を第２熱影響部２６（図９～図１１参照）と呼ぶ。

例えば、後述する図６～図８に示すように、既設溶接部１１を含む配管１の一部を除去した後、後述する図９～図１１に示すように補修溶接を行うと、第１熱影響部６と第２熱影響部２６とが重複する領域が生じる。この重複領域を、以下の説明では、重複熱影響部３６と呼ぶこととする。
重複熱影響部３６では、第１熱影響部６や第２熱影響部２６のように、既設溶接部１１の溶接の際、又は補修溶接の際の何れか一方の熱の影響だけを受けている領域と比べると、作用する応力によって損傷を受け易いことが分かってきている。そのため、補修溶接を行うにあたり、重複熱影響部３６が生じる場合には、重複熱影響部３６の大きさをできる限り小さくすることが望ましい。

そこで、幾つかの実施形態に係る補修溶接方法では、以下のようにして、重複熱影響部３６の大きさをできる限り小さくするようにしている。
図３は、幾つかの実施形態に係る補修溶接方法の処理の手順を示すフローチャートである。幾つかの実施形態に係る補修溶接方法は、熱影響部形状計測工程Ｓ１０と、除去範囲決定工程Ｓ２０と、除去工程Ｓ３０と、補修溶接工程Ｓ４０とを含む。
幾つかの実施形態に係る補修溶接方法の概略の流れは、次のとおりである。幾つかの実施形態に係る補修溶接方法では、熱影響部形状計測工程Ｓ１０で第１熱影響部６の形状を計測し、その計測結果に基づいて、配管１から除去する範囲を除去範囲決定工程Ｓ２０で決定する。そして、除去範囲決定工程Ｓ２０で決定された除去範囲を除去工程Ｓ３０で除去し、その除去した部分に補修溶接工程Ｓ４０で補修溶接を行う。以下、各工程の詳細について説明する。

（熱影響部形状計測工程Ｓ１０）
熱影響部形状計測工程Ｓ１０は、補修溶接工程Ｓ４０に先立ち、第１熱影響部６の形状を計測する工程である。重複熱影響部３６の大きさをできる限り小さくするためには、補修溶接を行う領域をどのような形状に設定すればよいのかを検討する必要があり、そのためには、既設溶接部１１の熱影響部６の形状を把握する必要がある。そこで、幾つかの実施形態に係る補修溶接方法では、熱影響部形状計測工程Ｓ１０において、亀裂７の近傍の熱影響部６の形状を計測する。

具体的には、熱影響部形状計測工程Ｓ１０では、例えばフェイズドアレイ法による超音波探傷によって、亀裂７の近傍の熱影響部６の形状を計測する。図４は、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面の一部についての一例を示す図である。図４（ａ）は、断面のマクロ組織を示す図であり、図４（ｂ）は、該断面のフェイズドアレイ法による超音波探傷の結果を示すコンタ図である。説明の便宜上、図４（ａ）及び図４（ｂ）には、母材２及び溶接金属５と、第１熱影響部６との境界を破線で示している。図４（ｂ）における２点鎖線１２は、配管１の形状を表す仮想線である。

図４（ｂ）に示したコンタ図１３から明らかであるように、フェイズドアレイ法による超音波探傷によって、熱影響部６の形状を計測することができる。なお、コンタ図１３には、配管１の内周面における裏面エコー１４が現れる。また、コンタ図１３には、溶接金属５中のノイズ１５やウェッジノイズ１６が現れることもある。そのため、これら裏面エコー１４やノイズ１５，１６が現れることを考慮して、第１熱影響部６の形状を特定する必要がある。
なお、定期検査においてフェイズドアレイ法による超音波探傷によって配管１の損傷の有無を検査する場合には、当該検査によって得られた検査結果に基づいて亀裂７の近傍の熱影響部６の形状の情報を取得してもよい。

なお、フェイズドアレイ法以外にも、他の方法による超音波探傷によって亀裂７の近傍の熱影響部６の形状を計測してもよい。
このように、フェイズドアレイ法等の超音波探傷によって第１熱影響部６の形状を計測することで、第１熱影響部６の形状を非破壊で計測できる。

また、熱影響部形状計測工程Ｓ１０では、例えばエッチングにより第１熱影響部６の形状を現出させて第１熱影響部６の形状を計測するようにしてもよい。図５は、エッチングを行った後の配管１の表面の一例を示す図である。図５から明らかなように、例えばエッチングを行うことで、配管１の外周面における第１熱影響部６の位置や形状を計測することができる。なお、配管１の内部の第１熱影響部６の形状は、開先形状等、既設溶接部１１に関する設計情報に基づいて推定することができる。
エッチングという簡易な方法によって配管１の表面に第１熱影響部６の形状を現出させることで、第１熱影響部６の形状の計測が容易になる。
なお、第１熱影響部６の形状を計測しなくても後述するように第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度を所望の角度とすることができる場合には、上述した熱影響部形状計測工程Ｓ１０は、必ずしも実施する必要はない。

（除去範囲決定工程Ｓ２０）
除去範囲決定工程Ｓ２０は、熱影響部形状計測工程Ｓ１０で計測した第１熱影響部６の形状に基づいて、除去工程Ｓ３０における除去範囲を決定する工程である。
例えば図９に示すように、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面において、第１熱影響部６は、溶接金属５と接する境界面に沿って該境界面から母材２側に向かう一定の幅Ｗ１をもって形成されている。同様に、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面において、第２熱影響部２６は、補修溶接の溶接金属２５と接する境界面に沿って一定の幅Ｗ２をもって形成されている。したがって、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面において、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度θ１～θ５が９０度であれば、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差部、すなわち重複熱影響部３６の断面積を最も小さくすることができる。逆に、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度θ１～θ５が９０度からずれるほど、重複熱影響部３６の断面積が大きくなる。

そこで、幾つかの実施形態に係る除去範囲決定工程Ｓ２０では、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度θ１～θ５が７０度以上１１０度以下となるように、且つ、亀裂７を除去するように、除去工程Ｓ３０における除去範囲を決定する。
具体的には、幾つかの実施形態に係る除去範囲決定工程Ｓ２０では、除去工程Ｓ３０で配管１の一部を除去した後に表れる表面から配管１を構成する部材の内部側に一定の幅Ｗ２をもって第２熱影響部２６が形成されることを考慮して、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度が７０度以上１１０度以下となるように、除去工程Ｓ３０における除去範囲を決定する。

例えば、一実施形態に係る除去範囲決定工程Ｓ２０では、図６に示すように、亀裂７が生じていた第１端部３側の熱影響部６の一部だけでなく、亀裂７が生じていなかった第２端部４側の熱影響部６の一部も除去範囲４０として決定する。なお、図６は、次に述べる除去工程Ｓ３０において除去範囲４０を除去した後の配管１について、母材２及び既設溶接部１１を含む断面の一部を模式的に示す図である。
図６に示す実施形態では、除去範囲４０の底面、すなわち、当該除去範囲４０を除去した後に表れる表面のうち、周方向（図示左右方向）に延在する面４１は、図６に模式的に示すように平面状としてもよく、図示はしていないが、配管１の軸線を中心とする曲面状としてもよく、平面状とした場合よりも周方向の中央側に向かうにつれて除去範囲４０の深さが深くなるようにしてもよい。

また、図６に示す一実施形態では、除去範囲４０の側面、すなわち、当該除去範囲４０を除去した後に表れる表面のうち、母材２の厚さ方向（図示上下方向）に延在する、第１端部３側の面４２及び第２端部４側の面４２は、図６に模式的に示すように、配管１の外周面１ａから母材２の厚さ方向と略同じ方向に延在し、且つ、除去範囲４０が配管１の径方向内側に向かうにつれて狭くなるように、その延在方向を設定してもよい。
なお、第１端部３側の面４２及び第２端部４側の面４２の延在方向を母材２の厚さ方向（配管１の径方向）に近づけることで、除去範囲４０を狭める、すなわち、補修溶接を行う範囲を狭めることができ、除去及び補修溶接に要する工数を抑制できる。

例えば、他の実施形態に係る除去範囲決定工程Ｓ２０では、図７に示すように、亀裂７が生じていた第１端部３側の熱影響部６の一部を除去範囲４０として決定する。なお、図７は、次に述べる除去工程Ｓ３０において除去範囲４０を除去した後の配管１について、母材２及び既設溶接部１１を含む断面の一部を模式的に示す図である。
図７に示す実施形態では、面４１は、図６に示した一実施形態の場合と同様に、図７に模式的に示すように平面状としてもよく、図示はしていないが、配管１の軸線を中心とする曲面状としてもよい。

また、図７に示す他の実施形態では、第１端部３側の面４２及び溶接金属５に形成された面４２は、図６に示した一実施形態の場合と同様に、図７に模式的に示すように、配管１の外周面１ａから母材２の厚さ方向と略同じ方向に延在し、且つ、除去範囲４０が配管１の径方向内側に向かうにつれて狭くなるように、その延在方向を設定してもよい。

例えば、さらに他の実施形態に係る除去範囲決定工程Ｓ２０では、図８に示すように、亀裂７が生じていた第１端部３側の熱影響部６の一部だけでなく、亀裂７が生じていなかった第２端部４側の熱影響部６の一部も除去範囲４０として決定する。なお、図８は、次に述べる除去工程Ｓ３０において除去範囲４０を除去した後の配管１について、母材２及び既設溶接部１１を含む断面の一部を模式的に示す図である。
図８に示す実施形態では、面４１は、第１端部３側の熱影響部６の延在方向と直交する方向に近づくように傾斜した第１面４１ａと、第２端部４側の熱影響部６の延在方向と直交する方向に近づくように傾斜した第２面４１ｂとを含む。すなわち、図８に示した、さらに他の実施形態では、延在方向がわずかに異なる第１端部３側の熱影響部６と、第２端部４側の熱影響部６とに合わせて、第１面４１ａの延在方向、及び、第２面４１ｂの延在方向を個別に設定している。

また、図８に示す、さらに他の実施形態では、第１端部３側の面４２及び第２端部４側の面４２は、図６に示した一実施形態の場合と同様に、図８に模式的に示すように、配管１の外周面１ａから母材２の厚さ方向と略同じ方向に延在し、且つ、除去範囲４０が配管１の径方向内側に向かうにつれて狭くなるように、その延在方向を設定してもよい。

このように、幾つかの実施形態に係る補修溶接方法では、熱影響部形状計測工程Ｓ１０と除去範囲決定工程Ｓ２０とを備えるので、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度が７０度以上１１０度以下となるように、除去範囲４０を設定して除去することができるようになる。これにより、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、重複熱影響部３６の断面積が大きくなることを抑制でき、補修溶接による配管１の寿命の低下を抑制できる。

（除去工程Ｓ３０）
除去工程Ｓ３０は、既設溶接部１１における第１熱影響部６の少なくとも一部を含む部位を除去する工程である。
除去工程Ｓ３０では、例えばグラインダ等の研削工具を用いて、除去範囲決定工程Ｓ２０で決定した除去範囲４０を配管１から除去する。除去工程Ｓ３０で除去範囲４０を除去した後の配管１は、上述したように、図６～図８に示すような断面形状となる。

（補修溶接工程Ｓ４０）
補修溶接工程Ｓ４０は、除去範囲４０の除去後に補修溶接を行う工程である。
一実施形態に係る補修溶接工程Ｓ４０では、図９に示すように、補修溶接を行う。なお、図９は、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面の一部を模式的に示す図であり、一実施形態に係る除去工程Ｓ３０で図６に示す除去範囲４０を除去した後に補修溶接を行った場合について示す図である。
他の実施形態に係る補修溶接工程Ｓ４０では、図１０に示すように、補修溶接を行う。なお、図１０は、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面の一部を模式的に示す図であり、他の実施形態に係る除去工程Ｓ３０で図７に示す除去範囲４０を除去した後に補修溶接を行った場合について示す図である。
さらに他の実施形態に係る補修溶接工程Ｓ４０では、図１１に示すように、補修溶接を行う。なお、図１１は、母材２及び既設溶接部１１を含む配管１の断面の一部を模式的に示す図であり、さらに他の実施形態に係る除去工程Ｓ３０で図８に示す除去範囲４０を除去した後に補修溶接を行った場合について示す図である。
なお、説明の便宜上、図９～図１１において、既設溶接部１１の第１熱影響部６が存在していた位置を２点鎖線で表している。

幾つかの実施形態に係る補修溶接工程Ｓ４０で補修溶接が行われた後の配管１は、次のような特徴を有する。換言すると、補修溶接後の配管１が次のような特徴を有するように、除去範囲決定工程Ｓ２０で除去範囲４０が決定されている。

図９～図１１に示す幾つかの実施形態では、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、既設溶接部１１における第１熱影響部６と補修溶接による第２熱影響部２６との全ての交差部（重複熱影響部３６）において、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度θ１～θ５は、７０度以上１１０度以下である。

母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、既設溶接部１１の第１熱影響部６と補修溶接部２１の第２熱影響部２６との交差部（重複熱影響部３６）では、上述したように、作用する応力によって損傷を受け易いため、重複熱影響部３６ができるだけ生じないようにすることが望ましい。
また、上述したように、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、第１熱影響部６及び第２熱影響部２６がそれぞれ溶接金属５，２５と接する境界面に沿って一定の幅Ｗ１，Ｗ２をもって形成されているので、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度θ１～θ５が９０度であれば、重複熱影響部３６の断面積を最も小さくすることができ、交差角度θ１～θ５が９０度からずれるほど、重複熱影響部３６の断面積が大きくなる。
その点、図９～図１１に示す幾つかの実施形態では、第１熱影響部６と第２熱影響部２６との交差角度θ１～θ５が７０度以上１１０度以下であるので、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、重複熱影響部３６の断面積が大きくなることを抑制できる。これにより、補修溶接による配管１の寿命の低下を抑制できる。

図９及び図１１に示す実施形態では、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、補修溶接は、第１端部３側の母材２から第２端部４側の母材２にわたって行われる。
そして、除去範囲４０を除去する前の、第１端部３側の母材２に生じた第１熱影響部６と、第２端部４側の母材２に生じた第１熱影響部６との母材２の表面における第１間隔ｄ１に対して、第１端部３側の母材２に生じた第２熱影響部２６と、第２端部４側の母材２に生じた第２熱影響部２６との母材２の表面における第２間隔ｄ２は、第１間隔ｄ１の１．１倍以上２．０倍以下である。
第２間隔ｄ２を第１間隔ｄ１の１．１倍以上とすることで、母材２の表面近傍で第１熱影響部６と第２熱影響部２６とが重複することを抑制できる。また、第２間隔ｄ２を第１間隔ｄ１の２．０倍以下とすることで、補修溶接の範囲を抑制できる。

図９に示す一実施形態では、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、補修溶接は、第１端部３側の母材２から第２端部４側の母材２にわたって行われる。
そして、第１端部３側の重複熱影響部３６と第２端部４側の重複熱影響部３６との第３間隔ｄ３は、第２熱影響部２６のうち、溶接金属２５の表面から第２熱影響部２６までの深さｈの最大値ｈｍａｘの０．８倍の深さとなる第１端部３側の位置Ｐ１と、該最大値ｈｍａｘの０．８倍の深さとなる第２端部４側の位置Ｐ２との第４間隔ｄ４以下である。

これにより、第１端部３側の重複熱影響部３６及び第２端部４側の重複熱影響部３６の深さＨを補修溶接の溶接金属の表面から第２熱影響部２６までの深さｈの最大値ｈｍａｘの０．８倍以上とすることができる。これにより、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、第１端部３側の重複熱影響部３６及び第２端部４側の重複熱影響部３６の深さ方向の位置を第２熱影響部２６における最も深い位置に近づけることができる。したがって、第１端部３側の重複熱影響部３６及び第２端部４側の重複熱影響部３６における第２熱影響部２６の延在方向を深さ方向に対して直交する方向に近づけることができる。そのため、重複熱影響部３６における第１熱影響部６が深さ方向と略同じ方向に延在していれば、重複熱影響部３６における交差角度θ１，θ２を９０度に近づけることができ、重複熱影響部３６の断面積が大きくなることを抑制できる。

図９に示す一実施形態では、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、既設溶接部１１の溶接金属５に補修溶接により生じた第２熱影響部２６の延在方向と、配管１の厚さ方向との交差角度θ６は、７０度以上１１０度以下である。

既設溶接部１１の溶接金属５内の第２熱影響部２６は、母材２の第２熱影響部２６や補修溶接の熱の影響を受けていない既設溶接部１１の溶接金属５よりも作用する応力によって損傷を受け易い。そのため、配管１に対して周方向、すなわち第１端部３側と第２端部４側とが互いに離間する方向に引張応力が作用する場合、この引張応力が作用する方向から見たときの、既設溶接部１１の溶接金属５内の第２熱影響部２６の投影面積は小さい方が望ましい。
その点、図９に示す一実施形態では、既設溶接部１１の溶接金属５内の第２熱影響部２６の延在方向と、配管１の厚さ方向との交差角度θ６が７０度以上１１０度以下であるので、既設溶接部１１の溶接金属５内の第２熱影響部２６の延在方向が上述した引張応力が作用する方向に近づき、上記投影面積を抑制できる。

図９及び図１１に示す実施形態では、補修溶接の溶接止端部２３は、母材２内に存在する。また、図１０に示す実施形態では、補修溶接の第１端部３側の溶接止端部２３は、母材２内に存在する。
これにより、補修溶接の溶接止端部２３が既設溶接部１１の溶接金属５内に存在する場合と比べて、該溶接金属５における第２熱影響部２６の領域を減らすことができる。

図１０に示す実施形態では、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、補修溶接は、第１端部３側の母材２から既設溶接部１１の溶接金属５にわたって行われている。
そして、第１端部３側の母材２の表面に現れる第２熱影響部２６の位置Ｐ３と、既設溶接部１１の溶接金属５の表面に現れる第２熱影響部２６の位置Ｐ４との中間位置Ｃ１は、除去範囲４０を除去する前の既設溶接部１１の溶接金属５内に存在する。
これにより、重複熱影響部３６の断面積が大きくなることを抑制しつつ、除去工程Ｓ３０における除去量、及び、補修溶接による溶接金属２５の体積を減らすことができ、補修溶接のための工数を削減できる。

図１１に示す実施形態では、母材２及び既設溶接部１１を含む断面において、補修溶接は、第１端部３側の母材２から第２端部４側の母材２にわたって行われる。また、図１１に示す実施形態では、第１端部３側の第１熱影響部６は、少なくとも第２熱影響部２６との交差部（重複熱影響部３６）において、配管１の外周面１ａから離れるにつれて第２端部４側に位置するように配管１の径方向に対して傾斜している。図１１に示す実施形態では、第２端部４側の第１熱影響部６は、少なくとも第２熱影響部２６との交差部（重複熱影響部３６）において、配管１の外周面１ａから離れるにつれて第１端部３側に位置するように配管１の径方向に対して傾斜している。
そして、図１１に示す実施形態では、第２熱影響部２６は、少なくとも第１端部３側の第１熱影響部６との交差部（重複熱影響部３６）において、第１端部３側から第２端部４側に向かうにつれて、配管１の外周面１ａからの深さが浅くなるように形成されている。図１１に示す実施形態では、第２熱影響部２６は、少なくとも第２端部４側の第１熱影響部６との交差部（重複熱影響部３６）において、第２端部４側から第１端部３側に向かうにつれて、配管１の外周面１ａからの深さが浅くなるように形成されている。
これにより、重複熱影響部３６における交差角度θ４，θ５を９０度に近づけることができ、重複熱影響部３６の断面積が大きくなることを抑制できる。

上述した幾つかの実施形態に係る補修溶接方法は、配管１の長手溶接部１０を有する配管１の補修溶接に適している。
上述した幾つかの実施形態に係る補修溶接方法は、例えば火力・原子力発電プラントや化学プラント等におけるボイラやタービンの高温配管の補修溶接に適している。このような高温配管は、高温環境下で長期間使用され、仮に破断等が発生すると、プラントの運転に重大な影響を及ぼすことが予想される重要な配管である。また、このような高温配管は、プラントの点検や補修などが定期点検のように限られた時期に行われることが一般的であるため、長期間にわたって使用できることが求められている。また、このような高温配管は、材質や厚さ等の点から、入手に長期間を要することがある。したがって、例えば定期検査等の限られた期間内に、上述した幾つかの実施形態に係る補修溶接方法によって配管１の亀裂７等を修復できれば、その経済的な効果は大きい。

なお、上述の説明では、配管１の材質については特に言及してなかったが、幾つかの実施形態に係る補修溶接方法は、重複熱影響部３６における強度の低下が特に問題となりやすい、高強度フェライト系耐熱鋼で形成された部材の補修溶接に適している。
ここで、高強度フェライト系耐熱鋼とは、例えば、Ｇｒ．９１系鋼（火ＳＣＭＶ２８、火ＳＴＰＡ２８、火ＳＦＶＡＦ２８、火ＳＴＢＡ２８）の同等材、Ｇｒ．９２系鋼（火ＳＴＰＡ２９、火ＳＦＶＡＦ２９、火ＳＴＢＡ２９）の同等材、火Ｇｒ．１２２系鋼（火ＳＵＳ４１０Ｊ３、火ＳＵＳ４１０Ｊ３ＴＰ、火ＳＵＳＦ４１０Ｊ３、火ＳＵＳ４１０Ｊ３ＴＢ、火ＳＵＳ４１０Ｊ３ＤＴＢ）の同等材、又は、Ｇｒ．２３系鋼（火ＳＴＰＡ２４Ｊ１、火ＳＦＶＡＦ２２ＡＪ１、火ＳＴＢＡ２４Ｊ１、火ＳＣＭＶ４Ｊ１）の同等材である。
なお、配管１の材質は、高強度フェライト鋼に限定されることはなく、例えば、低合金鋼やステンレス鋼であってもよい。低合金鋼とは、例えば、ＳＴＢＡ１２の同等材、ＳＴＢＡ１３の同等材、ＳＴＰＡ２０の同等材、火ＳＴＰＡ２１の同等材、ＳＴＰＡ２２の同等材、ＳＴＰＡ２３の同等材、又は、ＳＴＰＡ２４の同等材である。ステンレス鋼とは、例えば、ＳＵＳ３０４ＴＰの同等材、ＳＵＳ３０４ＬＴＰの同等材、ＳＵＳ３０４ＨＴＰの同等材、火ＳＵＳ３０４Ｊ１ＨＴＢの同等材、ＳＵＳ３２１ＴＰの同等材、ＳＵＳ３２１ＨＴＰの同等材、ＳＵＳ３１６ＨＴＰの同等材、ＳＵＳ３４７ＨＴＰの同等材、又は、火ＳＵＳ３１０Ｊ１ＴＢの同等材である。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、上述した幾つかの実施形態では、配管１の長手溶接部１０における補修方法を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されない。上述した幾つかの実施形態に係る補修溶接方法を、配管同士を接続する円周溶接部や、配管と分岐管とを接続する管台溶接部等の他の溶接部の補修溶接に適用してもよい。また、上述した幾つかの実施形態に係る補修溶接方法を、配管以外の板材等、他の部材の溶接部の補修溶接に適用してもよい。

１ 高温配管（配管）
２ 母材
３ 第１端部
４ 第２端部
５，２５ 溶接金属
６ 熱影響部（第１熱影響部）
７ 亀裂
１０ 長手溶接部
１１ 既設溶接部
２１ 補修溶接部
２３ 溶接止端部
２６ 熱影響部（第２熱影響部）
３６ 交差部（重複熱影響部）

Claims (10)

1. 母材の第１端部と第２端部とが溶接によって接続された部材の補修溶接方法であって、
   前記部材の既設溶接部における第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する工程と、
   前記部位の除去後に補修溶接を行う工程と、
   を備え、
   前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記既設溶接部における前記第１熱影響部と前記補修溶接による第２熱影響部との全ての交差部において、前記第１熱影響部と前記第２熱影響部との交差角度は、７０度以上１１０度以下である
   補修溶接方法。
2. 前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記補修溶接は、前記第１端部側の前記母材から前記第２端部側の前記母材にわたって行われ、
   前記第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する前の、前記第１端部側の前記母材に生じた前記第１熱影響部と、前記第２端部側の前記母材に生じた前記第１熱影響部との前記母材の表面における第１間隔に対して、前記第１端部側の前記母材に生じた前記第２熱影響部と、前記第２端部側の前記母材に生じた前記第２熱影響部との前記母材の表面における第２間隔は、前記第１間隔の１．１倍以上２．０倍以下である、
   請求項１に記載の補修溶接方法。
3. 前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記補修溶接は、前記第１端部側の前記母材から前記第２端部側の前記母材にわたって行われ、
   前記第１端部側の前記交差部と前記第２端部側の前記交差部との第３間隔は、前記第２熱影響部のうち、前記補修溶接の溶接金属の表面から前記第２熱影響部までの深さの最大値の０．８倍の深さとなる前記第１端部側の位置と、該最大値の０．８倍の深さとなる前記第２端部側の位置との第４間隔以下である
   請求項１又は２に記載の補修溶接方法。
4. 前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記既設溶接部の溶接金属に前記補修溶接により生じた第２熱影響部の延在方向と、前記部材の厚さ方向との交差角度は、７０度以上１１０度以下である
   請求項１乃至３の何れか一項に記載の補修溶接方法。
5. 前記補修溶接の溶接止端部は、前記母材内に存在する
   請求項１乃至４の何れか一項に記載の補修溶接方法。
6. 前記母材及び前記既設溶接部を含む断面において、前記補修溶接は、前記第１端部側の前記母材から前記既設溶接部の溶接金属にわたって行われ、
   前記第１端部側の前記母材の表面に現れる前記第２熱影響部の位置と、前記既設溶接部の前記溶接金属の表面に現れる前記第２熱影響部の位置との中間位置は、前記第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する前の前記既設溶接部の前記溶接金属内に存在する
   請求項１に記載の補修溶接方法。
7. 前記補修溶接を行う工程に先立ち、前記第１熱影響部の形状を計測する工程と、
   前記第１熱影響部の形状を計測する工程で計測した前記第１熱影響部の形状に基づいて、前記第１熱影響部の少なくとも一部を含む部位を除去する工程における除去範囲を決定する工程と、
   をさらに備える
   請求項１乃至６の何れか一項に記載の補修溶接方法。
8. 前記第１熱影響部の形状を計測する工程は、フェイズドアレイ法による超音波探傷によって前記第１熱影響部の形状を計測する、または、エッチングにより前記第１熱影響部の形状を現出させて前記第１熱影響部の形状を計測する
   請求項７に記載の補修溶接方法。
9. 前記母材は、高強度フェライト系耐熱鋼である
   請求項１乃至８の何れか一項に記載の補修溶接方法。
10. 前記部材は、ボイラ配管である
    請求項１乃至９の何れか一項に記載の補修溶接方法。

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