JPH01165724A - 金属管継手溶接部表面の残留応力改善方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、金属管継手溶接部表面の残留応力改善方法に
係り、特に、オーステナイト系鋼管による母管と枝管と
の溶接部表面の残留応力を低減する技術に関するもので
ある。

「従来の技術」 一般に、臨海地区の化学プラント、原子力発電プラント
等にはオーステナイト系ステンレス鋼管等が使用されて
いるが、これらの管では、海塩粒子による管外表面の応
力腐食割れ（以下、ＥＳＣＣという　）が問題となって
いる。この主因の一つは、管の溶接部の近傍に存在して
いる溶接残留応力であると考えられる。即ち、オーステ
ナイト系鋼管等にあっては、引っ張り応力と腐食因子と
が共存する場合、ＥＳＣＣが進行する傾向がある。

特に、溶接継手によって、管体を相互に連結する場合や
′、母管から枝管を分岐させている場合は、溶接時の熱
影響を受けて、溶接部の近傍の表面に引っ張り残留応力
が発生した状態となり易い。

従来、オーステナイト系ステンレス鋼管等における残留
応力改善方法としては、−例えば、特公昭５８−１７８
０７号「配管の熱処理方法」等に示されるように、管の
内部に腐食因子である流体を挿通させる使用条件である
場合に、管の内部に冷却水を挿通させなから管壁を誘導
加熱して、内外表面の温度差により、管の内面に圧縮の
残留応力を付与する技術等が機業されている。

「発明が解決しようとする問題点」 しかしながら、前述したように、海塩粒子による管外表
面のＥＳＣＣを問題としている場合に、このような従来
技術を適用しようとすると、例えばジャケットを管外表
面を覆うように被せて、冷却水を挿通させるとともに、
ジャケットの中に加熱用誘導加熱コイルを設置する必要
があって、冷却水及び誘導加熱コイルの干渉、既設設備
との干渉等を生じる。また、被処理管の管壁が均一な厚
さの場合は、誘導加熱コイルの中央部近傍で温度上昇が
大きくなる現象が起こり易く、そして、管壁が不均一な
厚さの場合は、薄い部分が高温状態、厚い部分が低温状
態となるとともに、前述の内外表面の温度差のばらつき
が大きくなって、必要な温度差を得ることが困難となる
。

本発明は、このような従来技術の問題点を有効に解決し
て、残留応力改善範囲の管壁の差を許容するとともに、
母管及び枝管の継手箇所のように複雑な形状部分の表面
に残留圧縮応力を付与して、耐食性を向上させ得る方法
の提供を目的とするものである。

「問題点を解決するための手段」 母管及び枝管をそれぞれ加熱して被処理表面の温度を上
昇させる工程と、管壁の内部温度を処理適温となるまで
待機する工程と、該工程を付加した後の管壁の温度が処
理適温に達しているときに溶接部表面近傍を急冷して表
面温度と管壁の内部温度との差を生じさせる工程との有
機的結合により、熱容量の相異する厚肉状管壁、薄肉状
管壁等をそれぞれ処理適温に導いて、処理範囲の管壁の
温度差を少なくした状態としてから急冷することにより
、管壁の温度差に基づいて塑性変形を生じさせ、冷却後
の状態において、管壁の外表面に圧縮残留応力が付与さ
れるようにしているものである。

「実施例」 以下、本発明に係る金属管継手溶接部表面の残留応力改
善方法を適用した一実施例を第１図及び第２図に基づい
て説明する。

該−実施例では、第１図に示すように、オーステナイト
系ステンレス鋼からなる母管ｌとノズル２と枝管３とが
、溶接継手（溶接部）４・５により連結されている場合
に、これら溶接継手４・５の近傍の外表面の残留応力を
改善するようにしている。

また、残留応力改善作業を実施するために、母管ｌの回
りには、母管用誘導加熱コイル６・７　Ｍ巻回され、ノ
ズル２及び枝管３の回りには、直管用誘導加熱コイル８
が巻回されているとともに、両溶接継手４・５の近傍の
表面をほぼ均等に覆うことにより、加熱むらを少なくす
るようにしており、さらに、各誘導加熱コイル６・７・
８には、その加熱範囲の表面に冷却水をシャワー状に噴
出するための冷却水噴出ヘッダ９が設けられる。

以下、残留応力改善工程について説明する。

［誘導加熱工程］ 各誘導加熱コイル６・７・８や冷却水噴出ヘッダ９を、
母管ｌ、ノズル（取り付は管）２、枝管３の回りに配置
しておく。

そして、６管ｌ・２・３の内部の液状流体を抜き取る等
により、中空状態、つまり、空気等の気体が存在してい
る状態で、各誘導加熱コイル６・７・８に通電して、誘
導加熱により管壁の温度を上昇させる。

このように各管壁を誘導加熱する場合における温度上昇
は、第１図にモデル点■〜■の位置で代表するように、
管壁の厚さや誘導加熱コイル６・７・８の巻き方によっ
て、第２図に示すように、外面側が高く内面側が低くな
る傾向の差を生じるが、例えば２００℃ないし５５０℃
の温度（以下、この温度を処理適温という　）となるよ
うに設定することを原則とする。（第２図においてＴ。

ないしＴＩ　　） ［温度保持工程］ このような誘導加熱工程の途中で、管壁の表面温度の一
部が５５０℃以上に達した場合は、その部分または全体
の誘導加熱コイル６・７・８の出力を下げるか、あるい
は通電を中止して、温度上昇が遅れている部分の温度上
昇を促して温度の平均化を図り、加熱範囲の全体がほぼ
均一な温度でかつ前述の処理適温となるように導く（第
２図においてＴ１ないしＴ、）。

これらの両工程を連続して行なうことにより、加熱範囲
における管壁は、内部温度も含めて管壁の厚さ方向の熱
伝達や長手方向の熱伝達により、外表面温度と類似した
温度になり、その内外面が第２図においてＴ、の各モデ
ル点の温度で代表するように、上下差が少なく全部が処
理適温状態となる。

［急冷工程］ 誘導加熱コイル６・７・８への通電を停止し、次いで、
冷却水噴出ヘッダ９から、冷却水を管壁の外表面に向け
てシャワー状に噴出させ、加熱範囲の外表面を急速に冷
却するとともに、この冷却状聾をしばらくの間続行する
。この場合の冷却によって、第２図においてＴ、〜Ｔ、
の範囲における各曲線で示すように、まず、管壁の外表
面温度が急激に低下して、冷却が遅れる内表面温度との
間に、大きな温度差が生じる。

［応力発生工程コ 第２図において、ΔＴ■■、ΔＴ■■、ΔＴ■■、ΔＴ
■■で示しているように、加熱範囲における管壁には、
内外方向に大きな温度差が生じ、これら内外表面の温度
差に基づいて熱応力が発生する。冷却の遅れによってま
だ高温状態となっている管壁内部に圧縮応力が、冷却さ
れた部分には引っ張り応力が付加される。第２図例に示
すように処理適温条件であると、材料の降伏点応力以上
の応力が生じて、管の内面側には圧縮方向の塑性変形が
、外面側には引つ張りの塑性変形が発生する。

［徐冷工程コ そして、第２図におけるＴ３以降の冷却時間を長くして
、内面温度と外面温度とをほぼ等しくして、つまり、加
熱範囲の管壁全体がほぼ常温に戻ってから、冷却水の噴
出を停止する。管壁が常温状態に戻ると、圧縮塑性変形
分に対応した引っ張り応力か管壁の内部に発生して、外
表面にはその反対の圧縮残留応力を付与することができ
る。

このように、各工程を有機的に組み合わせることによっ
て、太さ及び管壁厚さに差のある金属管継手溶接部の外
表面に、圧縮残留応力を付与した残留応力改善を行なう
ことができる。

また、これらの工程における詳細について補足説明する
と、処理適温が２００°Ｃないし５５０°Ｃである理由
は、オーステナイト系ステンレス鋼の場合、管壁の内外
表面に２００°Ｃ以上の温度差を付与することができる
と、熱応力に上り管壁の一部が材料の降伏点を越えて塑
性変形し、圧縮残留応力を発生することになるためであ
り、かつ、５５０℃以下であると、母材の鋭敏化の発生
を防止。

することができるためである。

そして、急速冷却を実施する場合、理想的には１秒間以
内で１００〜１３０℃の温度まで下げる必要があり、次
式を満足さ仕るようにする。

ただし、Ｆ：フーリエ数 に：温度拡散率（ｍｍ’／秒） τ、加熱時間（秒） ｔ：管壁の厚さ（ｍｍ） ［誘導加熱コイルの作動について］ ６管を加熱するための誘導加熱コイル６・７・８による
熱量は、第２図に示すＴｏないしＴ１において１００％
、Ｔ、ないしＴ。において例えば３０％、Ｔ、以降にお
いて０％というように運用する。

また、加熱時間τは、例えば第２図に示すＴ。

ないしＴ１においてτ／２、ＴＩないしＴ。においてτ
／２というように運用する。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明における金属管継手溶接部
表面の残留応力改善方法によれば、被処理表面の温度を
上昇させるとともに、管壁の内部温度を処理適温となる
まで待機し、管壁の温度か処理適温に達しているときに
溶接部表面近傍を急冷して、表面温度と管壁の内部温度
との差を生じさせるものであるから、以下のような効果
を奏するものである。

（イ）溶接部近傍の管の表面に圧縮残留応力を付与して
耐食性を向上することができる。

（ロ）熱容量の相異する管壁の温度差を少なくした状態
としてから急冷して応力を発生させているので、被加熱
範囲に不拘−厚さの管壁がある場合に適用可能であり、
応用範囲を拡大することができる。

（ハ）管等の外側において、誘導加熱及び冷却を行なう
ものであるから、管体単独の状態、あるい°は配管路が
構成されている状態等の影響を受けず、既設設備との干
渉等を生じることがなく、作業性が高い。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る金属管継手溶接部表面の残留応力改
善方法の一実施例を示すもので、第１図は６管と加熱及
び冷却装置との配置関係説明図、第２図は工程の進行と
各部の温度との関係曲線図である。 ｌ・・・・・・母管、 ２・・・・・・ノズル（取り付は管）、３・・・・・・
枝管（分岐管）、 ４・・・・・・溶接継手（溶接部）、 ５・・・・・・溶接継手（溶接部）、 ６・・・・・・母管用誘導加熱コイル、７・・・・・・
母管用誘導加熱コイル、８・・・・・・直管用加熱コイ
ル、 ９・・・・・・冷却水噴出ヘッダ。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 母管と枝管との溶接部表面の残留応力改善方法において
   、母管及び枝管を加熱して被処理表面の温度を上昇させ
   る工程と、管壁の内部温度を処理適温となるまで待機す
   る工程と、溶接部表面近傍を急冷して表面温度と管壁の
   内部温度との差を生じさせる工程とを有することを特徴
   とする金属管継手溶接部表面の残留応力改善方法。