JPH01240622A

JPH01240622A - 容器溶接部の残留応力改善方法

Info

Publication number: JPH01240622A
Application number: JP63064351A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Umemoto; 忠宏梅本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1989-09-26

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、容器溶接部の残留応力改善方法に係り、特に
、縦方向の溶接シームを有する容器における外表面の残
留応力を改善する方法に関するものである。

「従来の技術」一般に、原子力発電プラント、化学プラント、火力プラ
ント等には、各種容器の構成材料として、炭素鋼、低合
金鋼等の金属板材が多用されている。

また、金属板材を継ぎ合わせて構成されている容器が、
臨海地域に設定されて腐食雰囲気にさらされる場合等の
立地条件であると、その外表面に生じる応力腐食割れ等
が問題化する。つまり、大型容器等であると、前記金属
板材の大きさが有限であるために、溶接継手によって縦
横に継ぎ合わせた構造となり、オーステナイト系ステン
レス鋼の場合には、引っ張り応力と腐食因子が共存する
と腐食割れが急速に進行する傾向がある。

従来、オーステナイト系ステンレス鋼からなる配管や、
小型容器等における周方向に沿った溶接シームの場合は
、溶接部の回りに誘導加熱コイルを巻回するとともに、
表面に冷却水を存在させた状態で、誘導加熱コイルに通
電して誘導加熱を行ない、内外表面に降伏点を越える応
力を発生させることにより、溶接部の近傍表面に圧縮応
力を付与する応力改善技術が提案されており、その適用
が可能である。

「発明が解決しようとする課題」しかしながら、溶接部が縦横シームを有するとともに、
特に、縦シームを長くしたり数を多くせざるを得ない容
器等であると、誘導加熱コイルの形状や電力供給の関係
で、容器の長手方向、つまり、溶接部の縦シームに沿っ
て誘導加熱コイルを配置することが困難となり、応力改
善技術の適用ができなくなる。

本発明は、これらの課題を解決するものである。

つまり、溶接部の縦横シームの配置や容器の大きさに制
限を受けることなく、溶接部の外表面に付与される応力
を圧縮方向に導くことの可能な方法を提供するものであ
る。

「課題を解決するための手段」容器溶接部の縦シームの温度上昇を抑制しながら、縦シ
ームの両側離間箇所を加熱して縦シーム近傍に降伏点を
越える応力を発生させた後、該縦シームの端部を含む容
器溶接部の横シームについて残留応力改善を行なうこと
を特徴とする容器溶接部の残留応力改善方法である。

最初に縦シームの両側離間箇所を加熱すると、該加熱に
基づく熱膨張によって、その内側に位置している加熱抑
制域、縦シーム２の近傍に、その長手方向の引っ張り応
力が生じる。該引っ張り応力が降伏点を越えることによ
り塑性変形が生じ、冷却後の定常状聾では、加熱抑制域
の部分の応力が圧縮となる方向に移行する。この場合に
あって、縦シームの端部には、圧縮方向に移行できない
応力が残される場合がある。

次いで、縦シームの端部を含む横シームの残留応力改善
を行なうと、横シーム外表面の残留応力改善を行なうこ
とができるとともに、縦シームの端部の外表面について
も、応力が圧縮方向に移行する応力改善が行なわれるも
のである。

「実施例」以下、本発明に係わる容器溶接部の残留応力改善方法の
一実施例について、図面を参照して説明する。

第１図において、符号１は金属板材、符号２は縦シーム
、符号３は横シーム、符号４は加熱抑制域、符号５は加
熱域、符号６は縦方向処理域、符号７は処理残域、符号
８は周方向処理域である。

容器が複数の金属板材１を縦シーム２と横シーム３とに
よって継ぎ合わせてなる溶接構造である場合、各溶接部
の残留応力改善処理は、縦シーム２の残留応力改善工程
、横シーム３の残留応力改善工程の順に分けて実施する
。

［溶接シームの状態コ第１図に示すように、容器が複数の金属板材ｌを縦シー
ム２と横シーム３とによって相互に継ぎ合わせてなるも
のである場合、容器を製造する通常の方法では、縦シー
ム２によって金属板材ｌを筒状に連結したものを形成し
、次いで、筒状のものを横シーム３によって連結して容
器とすることが行なわれる。

したがって、縦シーム２の箇所の溶接時において、各金
属板材ｌは縦シーム２と直交する幅方向には移動が拘束
されないが、縦シーム２と平行な長手方向には、縦シー
ム２が形成されることによって移動が拘束されることに
なり、縦シーム２の近傍には溶接材料の収縮に基づいて
、大きな長手方向の引っ張り応力が発生する。第４図に
示すように、左右の金属板材ｌを縦シーム２で連結して
いる場合において、任意の横断方向Ｘ−Ｙをとって、縦
シーム２の長手方向の残留応力を検討すると、　、該長
芋方向の応力σは、縦シーム２の中心付近が最大となる
引っ張り応力の分布であり、中心より距離りだけ離間し
た位置で０となり、さらに離間した位置では、応力−σ
の圧縮応力の分布となる傾向を示す。

また、横シーム３にあっては、金属板材ｌを筒状に連結
したものを溶接して形成されるために、横シーム３の長
芋方向及び幅方向の残留応力とも、第４図に示した応力
状態に近似していると考えられる。

［縦シームの残留応力改善工程］第１図において■で示すように、縦シーム２の両側に、
加熱抑制域４と加熱域５とからなる縦方向処理域６を設
定して応力改善を行なう。つまり、第２図に示すように
、縦シーム２の中心から寸法りだけ両側に離間した範囲
を加熱抑制域４とするとともに、その外側に寸法２Ｌ以
上の範囲を持つ加熱域５を設定する。この場合の寸法り
は、第２図及び第４図に示しているように、縦シーム２
における長手方向の引っ張り残留応力σが０となる範囲
であり、材料、板厚、加熱条件によって相異するので、
パラメータＱ＋）（（ただし、Ｑは溶接線１ｃｍ当たり
の入熱量）で整理すると、例えば、第３図に示すように
なる。第３図に示す結果から、次式（１）が得られる。

Ｌ＝０．３　ＸＩＯ’−’ＸＱ＋Ｈ・・・・・・（ｉ）
ただし、Ｌ　：片側の離間寸法（ＣＩｌｌ）Ｑ　：入熱
量（ジュール／ａｍ）Ｈ：板厚（ｃｍ　）また、第２図に示すように、加熱抑制域４を形成するた
めに、冷却媒体供給手段に対して接続状態の吐出ノズル
９を、縦シーム２の表面に向けて複数配設し、加熱域５
を形成する手段として、電気ヒータ、ガスバーナ等の加
熱手段１０が配設される。

これら両手段９・１０の同時作動によって、吐出ノズル
９から冷却媒体を噴出させて加熱抑制域４の温度上昇を
抑制しながら、加熱手段ｌＯにより縦シーム２の両側に
離間した箇所、つまり、加熱域５を加熱して温度を上昇
させる。

このときの加熱温度Ｔ（加熱部と加熱抑制域との温度差
）は、次式（ｉｉ　　）によって与えられる。

Ｔ＝ＫＸσｙ／（Ｅα）・・・・・・（１）ただし、σ
ｙ：材料の降伏応力Ｅ　：材料のヤング率 α　：線膨張係数に：０．８〜１．５ＳＵＳ３０４を例にすると、 σｙ　＝　２５　ｋｇ／ｍｍ’ Ｅ　＝　　１．９Ｘ　１０’　ｋｇ７／ｍｍ”ａ　＝　
　１．６Ｘ　１０５ｍｍ／ｍｍ’ｃＫ＝　　０．８〜１
．２であるすれば、加熱温度Ｔは、８０℃程度が適当である
。［加熱部の温度は８０＋　（５０〜１００℃）となる
。］なお、加熱抑制域４の温度は、５０〜１００℃以下に保
持するものとし、加熱温度Ｔは、例えば上限を５５０℃
とする。

このような条件設定によって、縦方向処理域６の加熱を
行なうと、加熱域５の範囲における金属板材１の温度が
上昇することにより、加熱抑制域４と比較して加熱域５
が長手方向に相対的に熱膨張しようとする。該加熱域５
が第２図に示すように大きく設定されているために、加
熱域５では全体的に圧縮応力、加熱抑制域４では引っ張
り応力が生じる。この場合、金属板材ｌの厚さが薄いと
、厚さ方向に実質的な温度差のない状態に近似する。

加熱抑制域４の範囲を第２図に寸法して示すように小さ
く設定しておくと、長手方向の引っ張り応力値が降伏点
を越えることになり、長手方向に伸張する塑性変形か生
じる。なお、加熱域５の寸法を２Ｌ以上の大きな値に設
定すると、加熱域５に生じる応力値を小さく抑制して、
降伏点以下に管理することができる。

その後、加熱手段１０及び吐出ノズル９の作動を停止し
て、定常状態に戻すと、塑性変形した加熱抑制域４の残
留応力が低減または圧縮応力となる方向に移行する。第
２図において、処理前に残留応力σであったものが、処
理後にはＯに近い処理後応力Ｚとなる。この場合、原理
的には、加熱域５とした縦シーム２の近傍に、圧縮残留
応力を付与して以後の引っ張り応力の発生を抑制した状
態とすることが可能であるが、実用上は、引っ張り残留
応力σが５　ｋｇ／　ｍｍ’程度以下となるように運用
すればよい。

［縦シーム処理後の状態コ一方、縦方向処理域６における応力改善処理を実施した
後には、第１図に■で示すように処理残域７が生じた状
態となっていると考えられる。つまり、縦シーム２の端
部では、加熱抑制域４や加熱域５の大きさの制限を受け
て、縦シーム２の長手方向に十分に加熱できない部分が
残されて、応力を圧縮方向に移行させることができない
部分が生じるとともに、その応力の方向は、縦シーム応
力改善処理と、横シーム３における溶接工程との影響を
受けて、ばらついている可能性がある。そこで、以下の
横シーム３における残留改善を実施する。

［構シームの残留応力改善工程］容器の周方向に連続している横シーム３については、両
性した応力改善技術を適□用する。つまり、横シーム３
の上に誘導加熱コイルを巻回するとともに、該誘導加熱
コイル通電して横シーム３の近傍を誘導加熱し、高温状
態の外表面に冷却水を吹き付ける等の冷媒を接触させる
等により、内外表面の温度差の付与に基づいて、降伏点
を越える応力を発生させることによって、−周の横シー
ム３の近傍の外表面に圧縮残留応力を付与した状態とす
るのである。

この場合にあって、処理残域７を含むように、誘導加熱
範囲を設定することによって、周方向処理域８の外表面
に付与される応力が、各方向にそれぞれ圧縮となる方向
に移行する傾向を示す。したがって、前記処理残域７に
生じた引っ張り応力は、外表面について圧縮となる方向
に移行させられることになる。

［他の実施態様］なお、前述した実施例に代えて次のようにすることもで
きる。

（イ）ステンレス鋼に代えて炭素鋼等の他の金属板材に
適用すること。

（ロ）容器以外の形状をしているものにおいて、−船釣
な加熱手段と誘導加熱とによる応力改善処理　　　。

を行ない得るものに適用すること。

「発明の効果」以上説明したように、本発明に係わる容器溶接部の残留
応力改善方法は、（１）容器溶接部の縦シームの部分について、離間箇所
を加熱して降伏点を越える応力を発生させることにより
、縦シームについての残留応力改善を行ない、次いで、
横シームの残留応力改善を行なうものであるから、縦横
シームを組み合わせた多くの大型容器において、外表面
の応力が圧縮方向となるように導いて、残留応力改善を
行なうことが・できる。

（２）縦シームの応力改善処理によって生じた応力むら
を、周方向の応力改善工程時に改善処理することができ
、縦シームの長さや数による制限を受けることが少ない
。

（３）容器の大きさによる制限を受けることが少なく、
広範囲の容器外表面に対して適用することができる。

等の効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係わる容器溶接部の残留応力改善方法の
一実施例を説明するもので、第１図は溶接シームと処理
域との関係図、第２図は冷却及び加熱手段を併記した応
力分布図、第３図は入熱量、板厚、離間塗置の関係図、
第４図は溶接によって発生する残宥応力の分布図である
。 ■・・・・・・金属板材、２・・・・・・縦シーム、３・・・・・横シーム、４・・・・・・加熱抑制域、５・・・・・・加熱域、６・・・・・・縦方向処理域、７・・・・・・処理残域、８・・・・・・周方向処理域、９・・・・・・吐出ノズル、ｌＯ・・・・・・加熱手段。出願人　　石川島播磨重工業株式会社第３図Ｑ／Ｈ第４図

Claims

【特許請求の範囲】

容器溶接部の縦シームの温度上昇を抑制しながら、縦シ
ームの両側離間箇所を加熱して縦シーム近傍に降伏点を
越える応力を発生させた後、該縦シームの端部を含む容
器溶接部の横シームについて残留応力改善を行なうこと
を特徴とする容器溶接部の残留応力改善方法。