JPH0129631B2 - - Google Patents
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- JPH0129631B2 JPH0129631B2 JP5952081A JP5952081A JPH0129631B2 JP H0129631 B2 JPH0129631 B2 JP H0129631B2 JP 5952081 A JP5952081 A JP 5952081A JP 5952081 A JP5952081 A JP 5952081A JP H0129631 B2 JPH0129631 B2 JP H0129631B2
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- Japan
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- welded joint
- pipe
- cooling
- residual stress
- joint
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K31/00—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups
- B23K31/02—Processes relevant to this subclass, specially adapted for particular articles or purposes, but not covered by only one of the preceding main groups relating to soldering or welding
- B23K31/027—Making tubes with soldering or welding
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
本発明は、凍結方法により、管もしくは管状容
器の突き合せ溶接継手部内面の残留引張応力を圧
縮応力とし、応力腐食割れの発生のおそれのない
ようにした残留応力改善方法の改良に関する。 プラント配管や管状容器の溶接継手における内
面の残留応力は通常引張状態となつている。この
ためSCC（応力腐食割れ）が生ずるなどの不都合
があつた。これを改善して管内面の引張残留応力
を軽減し、さらには圧縮状態とするために、これ
までいくつかの方法が考案されている。これら
種々の方法のひとつとして、凍結方法（特願昭55
−150821号）がある。 凍結方法を第１図に基づいて説明する。 第１図は、管０１と管０２を突き合せ溶接し、
溶接継手部０３を有する配管の縦断面を示すもの
で、この場合、溶接継手部０３内側には残留引張
応力が残留している。そこで本方法では、該配管
内に冷却すれば固体となる物質たとえば水Ｗを充
し、ついで上記溶接継手部０３の両側の外側、す
なわち管０１，０２の外側適所に設けられた例え
ば冷却ジヤケツト等の冷却手段０４，０４′によ
り配管内の水を冷却する。そうすると第１図に示
す如く冷却手段０４，０４′の内周近傍の水は冷
却されて氷となり、ついには氷の栓I1，I2が形成
されてそれら両側の氷栓I1，I2により水が分断さ
れて配管内に閉じ込められる。ついでさらに冷却
手段０４，０４′により冷却を続けると、氷栓I1，
I2が次第に生長し、配管内にそれら氷栓で分断、
閉じ込められた水Ｗの内圧は上昇し該内圧によつ
て管径が拡大されて溶接継手部０３とその近傍に
塑性変形が与えられる。このように溶接継手部部
０３とその近傍に塑性変形が生じたのち冷却手段
０４，０４′による冷却を中止し、氷栓I1，I2を
融かして閉じ込められた水の内圧を解放すれば溶
接継手部０３内の残留引張応力は圧縮応力とな
る。すなわち、上記の如く内圧を解放すれば拡大
部は、周囲から引張られて若干縮む。そうすると
すでに降伏点に達し塑性変形を起していた拡大部
は縮むことによつて該部に圧縮応力が生じる。な
お外力を加えて強制的に縮ませた場合には、縮ん
だ状態で降伏してしまうので圧縮応力が生じな
い。 なお、上記拡大部の拡大の程度は、拡大部の内
面が降伏点に達し塑性変形を生じるまで拡大す
る。また、拡大部の外面が弾性変形の範囲内であ
れば、外面側の戻りによつて内面側に圧縮応力が
生じる。 しかし、実際のプラント配管などに適用しよう
とする場合には、スペース上の制約や拡管効果の
面から２つの冷却ジヤケツト０４，０４′間の距
離Ｌを短くしたり、管内の流体に流れがある場合
がある。このような場合には第２図に示すように
２つの氷栓が生成する前に管壁の氷の成長が進
み、２つの氷が合体して１つの氷栓になつてしま
う事がある。 このような場合、氷栓によつて管路が塞がれた
時点で第３図のように内部に塞閉水がなければ、
拡管効果は全くなく所望の効果が得られない。ま
た第４図のように生じた氷栓の内部に塞閉水Ｗが
残存する場合には、この水が固化する時の膨張に
よつて拡管が生じる可能性があるが、この場合管
壁付近の氷の破壊によつて突然拡管が行なわれる
ため、制御が極めて困難であり、不幸な場合には
管の破壊を招くという欠点があつた。 上述のように従来の凍結方法では、冷却ジヤケ
ツト間の距離が短い場合や、管内水の流れがある
場合に２つの氷栓が独立して生成不可能な時に
は、適用不可能であつた。 本発明は、上記従来の凍結方法による管の溶接
継手部の残留応力改善方法の欠点を解消する目的
で提案されたもので、管または管状容器の突き合
せ溶接継手部内面における残留応力を改善するに
当り、該溶接継手部の両側の外周に配設した冷却
手段により、内部に封入された冷却により固化す
る物質を冷却して上記溶接継手部の両側内部を封
止する栓を形成させ、さらに冷却手段による冷却
を続けて該栓を生長させ該栓の間に形成された閉
区間内の圧力を上昇せしめ拡管させて溶接継手部
とその近傍に塑性変形を与えたのち、上記封止栓
を融解させて加圧力を除き前記拡管部の収縮作用
により溶接継手部内面の残留応力に圧縮応力に変
える残留応力改善方法において、溶接継手部の両
側外周に配設された上記冷却手段の間の外周に加
熱装置を設けて溶接継手部内側の冷却固化を防ぐ
ようにしたことを特長とする管の溶接継手部の残
留応力改善方法を提供する。 本発明方法においては、上記封止栓形成のため
の冷却操作と同時に、２つの冷却手段の間の管外
面に設けた加熱装置により加熱することにより、
溶接継手部内側の冷却固化を防いで冷却手段配設
部内側に形成される２つの封止栓が互いに独立し
て形成されるようにしたものであり、このため冷
却手段間の距離が小さい場合や、管内に流れがあ
る場合でも容易に封止栓に挟まれる閉区間を形成
し、残留応力改善のための拡管操作をし得るよう
にしたものである。 次に本発明方法の一実施例を図面に基づいて説
明する。 第５図において、管１及び管２は互いに突き合
せ溶接され溶接継手部３を有しており、この場
合、溶接継手部３内側には残留引張応力が残留し
ている。そこで本方法では、この配管内に冷却す
れば固体となる物質、例えば水Ｗを満し、ついで
溶接継手部３の両側の外側、すなわち管１及び２
の外側適所に冷却手段、例えば冷却ジヤケツト４
及び４′を設け、配管内の水を冷却する。同時に
冷却ジヤケツト４及び４′の間の配管外側に加熱
装置を設け、溶接継手部３の内側を加熱する。第
５図中、５及び６は加熱装置の具体例として設け
られた高周波方式、電熱方式の加熱装置及びガス
炎方式の加熱装置を示す。 なお、使用可能な加熱装置としては、配管の円
周上均一に加熱する事が可能で、かつ入熱量が調
整できるものであれば何でもよい。 このように、本方法においては、２つの冷却ジ
ヤケツト４及び４′間、即ち溶接継手部３を加熱
することにより、溶接継手部３内側の結氷を防
ぎ、冷却ジヤケツト配設部内側に形成される２つ
の氷栓を第７図に示すようにそれぞれ独立して形
成させ、これら氷栓I1及びI2間に閉区間を確実に
形成させることができる。 なお、閉区間を形成させた後は、第１図に示す
従来の凍結方法による応力改善方法と同様の操作
を行なつて残留圧力の改善をはかる。 従来の凍結方法では、２つの冷却手段間の距離
Ｌが小さい場合、又は管内に流れがある場合に
は、第６図に示すように、１つの氷栓になつてし
まい閉区間を形成できなかつたが以下に述べる具
体的実施例を第８と９図にて説明する。本発明の
第８図に示す実施状況から、適用対象の配管１，
２はステンレス鋼管（JIS SUS304TP6BSch.40）
で中央に突合せ溶接継手３がある。溶接継手３の
溶接方法はGTAW方法（TIG溶接方法）で、そ
の溶接条件は下記第１表に示すとおりである。
器の突き合せ溶接継手部内面の残留引張応力を圧
縮応力とし、応力腐食割れの発生のおそれのない
ようにした残留応力改善方法の改良に関する。 プラント配管や管状容器の溶接継手における内
面の残留応力は通常引張状態となつている。この
ためSCC（応力腐食割れ）が生ずるなどの不都合
があつた。これを改善して管内面の引張残留応力
を軽減し、さらには圧縮状態とするために、これ
までいくつかの方法が考案されている。これら
種々の方法のひとつとして、凍結方法（特願昭55
−150821号）がある。 凍結方法を第１図に基づいて説明する。 第１図は、管０１と管０２を突き合せ溶接し、
溶接継手部０３を有する配管の縦断面を示すもの
で、この場合、溶接継手部０３内側には残留引張
応力が残留している。そこで本方法では、該配管
内に冷却すれば固体となる物質たとえば水Ｗを充
し、ついで上記溶接継手部０３の両側の外側、す
なわち管０１，０２の外側適所に設けられた例え
ば冷却ジヤケツト等の冷却手段０４，０４′によ
り配管内の水を冷却する。そうすると第１図に示
す如く冷却手段０４，０４′の内周近傍の水は冷
却されて氷となり、ついには氷の栓I1，I2が形成
されてそれら両側の氷栓I1，I2により水が分断さ
れて配管内に閉じ込められる。ついでさらに冷却
手段０４，０４′により冷却を続けると、氷栓I1，
I2が次第に生長し、配管内にそれら氷栓で分断、
閉じ込められた水Ｗの内圧は上昇し該内圧によつ
て管径が拡大されて溶接継手部０３とその近傍に
塑性変形が与えられる。このように溶接継手部部
０３とその近傍に塑性変形が生じたのち冷却手段
０４，０４′による冷却を中止し、氷栓I1，I2を
融かして閉じ込められた水の内圧を解放すれば溶
接継手部０３内の残留引張応力は圧縮応力とな
る。すなわち、上記の如く内圧を解放すれば拡大
部は、周囲から引張られて若干縮む。そうすると
すでに降伏点に達し塑性変形を起していた拡大部
は縮むことによつて該部に圧縮応力が生じる。な
お外力を加えて強制的に縮ませた場合には、縮ん
だ状態で降伏してしまうので圧縮応力が生じな
い。 なお、上記拡大部の拡大の程度は、拡大部の内
面が降伏点に達し塑性変形を生じるまで拡大す
る。また、拡大部の外面が弾性変形の範囲内であ
れば、外面側の戻りによつて内面側に圧縮応力が
生じる。 しかし、実際のプラント配管などに適用しよう
とする場合には、スペース上の制約や拡管効果の
面から２つの冷却ジヤケツト０４，０４′間の距
離Ｌを短くしたり、管内の流体に流れがある場合
がある。このような場合には第２図に示すように
２つの氷栓が生成する前に管壁の氷の成長が進
み、２つの氷が合体して１つの氷栓になつてしま
う事がある。 このような場合、氷栓によつて管路が塞がれた
時点で第３図のように内部に塞閉水がなければ、
拡管効果は全くなく所望の効果が得られない。ま
た第４図のように生じた氷栓の内部に塞閉水Ｗが
残存する場合には、この水が固化する時の膨張に
よつて拡管が生じる可能性があるが、この場合管
壁付近の氷の破壊によつて突然拡管が行なわれる
ため、制御が極めて困難であり、不幸な場合には
管の破壊を招くという欠点があつた。 上述のように従来の凍結方法では、冷却ジヤケ
ツト間の距離が短い場合や、管内水の流れがある
場合に２つの氷栓が独立して生成不可能な時に
は、適用不可能であつた。 本発明は、上記従来の凍結方法による管の溶接
継手部の残留応力改善方法の欠点を解消する目的
で提案されたもので、管または管状容器の突き合
せ溶接継手部内面における残留応力を改善するに
当り、該溶接継手部の両側の外周に配設した冷却
手段により、内部に封入された冷却により固化す
る物質を冷却して上記溶接継手部の両側内部を封
止する栓を形成させ、さらに冷却手段による冷却
を続けて該栓を生長させ該栓の間に形成された閉
区間内の圧力を上昇せしめ拡管させて溶接継手部
とその近傍に塑性変形を与えたのち、上記封止栓
を融解させて加圧力を除き前記拡管部の収縮作用
により溶接継手部内面の残留応力に圧縮応力に変
える残留応力改善方法において、溶接継手部の両
側外周に配設された上記冷却手段の間の外周に加
熱装置を設けて溶接継手部内側の冷却固化を防ぐ
ようにしたことを特長とする管の溶接継手部の残
留応力改善方法を提供する。 本発明方法においては、上記封止栓形成のため
の冷却操作と同時に、２つの冷却手段の間の管外
面に設けた加熱装置により加熱することにより、
溶接継手部内側の冷却固化を防いで冷却手段配設
部内側に形成される２つの封止栓が互いに独立し
て形成されるようにしたものであり、このため冷
却手段間の距離が小さい場合や、管内に流れがあ
る場合でも容易に封止栓に挟まれる閉区間を形成
し、残留応力改善のための拡管操作をし得るよう
にしたものである。 次に本発明方法の一実施例を図面に基づいて説
明する。 第５図において、管１及び管２は互いに突き合
せ溶接され溶接継手部３を有しており、この場
合、溶接継手部３内側には残留引張応力が残留し
ている。そこで本方法では、この配管内に冷却す
れば固体となる物質、例えば水Ｗを満し、ついで
溶接継手部３の両側の外側、すなわち管１及び２
の外側適所に冷却手段、例えば冷却ジヤケツト４
及び４′を設け、配管内の水を冷却する。同時に
冷却ジヤケツト４及び４′の間の配管外側に加熱
装置を設け、溶接継手部３の内側を加熱する。第
５図中、５及び６は加熱装置の具体例として設け
られた高周波方式、電熱方式の加熱装置及びガス
炎方式の加熱装置を示す。 なお、使用可能な加熱装置としては、配管の円
周上均一に加熱する事が可能で、かつ入熱量が調
整できるものであれば何でもよい。 このように、本方法においては、２つの冷却ジ
ヤケツト４及び４′間、即ち溶接継手部３を加熱
することにより、溶接継手部３内側の結氷を防
ぎ、冷却ジヤケツト配設部内側に形成される２つ
の氷栓を第７図に示すようにそれぞれ独立して形
成させ、これら氷栓I1及びI2間に閉区間を確実に
形成させることができる。 なお、閉区間を形成させた後は、第１図に示す
従来の凍結方法による応力改善方法と同様の操作
を行なつて残留圧力の改善をはかる。 従来の凍結方法では、２つの冷却手段間の距離
Ｌが小さい場合、又は管内に流れがある場合に
は、第６図に示すように、１つの氷栓になつてし
まい閉区間を形成できなかつたが以下に述べる具
体的実施例を第８と９図にて説明する。本発明の
第８図に示す実施状況から、適用対象の配管１，
２はステンレス鋼管（JIS SUS304TP6BSch.40）
で中央に突合せ溶接継手３がある。溶接継手３の
溶接方法はGTAW方法（TIG溶接方法）で、そ
の溶接条件は下記第１表に示すとおりである。
【表】
また、配管１，２の冷却は同図に示すように、
配管１，２に冷却ジヤケツト４，４′を装着し、
その内部に液体窒素供給（LN2）７を通じて各ジ
ヤケツト４，４′ごとに0.7Kg／分供給して冷却
し、配管１，２の内部に満たしてある水（不図
示）を凍結（不図示）させた。また、本実施状況
から管径に比して冷却ジヤケツト４，４′の位置
が互いに近接している場合には、両ジヤケツト
４，４′の生成する氷栓（不図示）がつながつて
しまうおそれがあるため、本発明の方法を適用す
る必要がある。更に本発明の加熱装置５は両ジヤ
ケツト４，４′間の配管１，２外周に電気ヒータ
５を巻いて1Kwにて加熱することによつて効果
を得た。 同配管１，２の溶接継手部３の溶接残留応力分
布は、溶接のままでは内面が強い引張状態となつ
ているが、本発明の方法を適用することにより第
９図に示す応力状態が大幅に改善されることが確
認された。、本方法によれば、加熱装置の加熱量
を氷の成長度合いに応じて適宜調節することによ
り、冷却ジヤケツト中間部内壁の着氷を防ぎ閉区
間を容易に形成することができる。 なお、本実施例では、管内に封止栓を形成する
物質として水を使用したが、水に限らず、重油な
ど冷却によつて固化するものであれば何でも使用
可能である。 以上のように、本発明方法は、従来の熱的処理
方法等に比べて容易かつ確実に管または管状容器
の突き合せ溶接継手部内面の残留応力を改善でき
る凍結方法をさらに改善してその適用条件を緩和
したものであり、極めて有用である。
配管１，２に冷却ジヤケツト４，４′を装着し、
その内部に液体窒素供給（LN2）７を通じて各ジ
ヤケツト４，４′ごとに0.7Kg／分供給して冷却
し、配管１，２の内部に満たしてある水（不図
示）を凍結（不図示）させた。また、本実施状況
から管径に比して冷却ジヤケツト４，４′の位置
が互いに近接している場合には、両ジヤケツト
４，４′の生成する氷栓（不図示）がつながつて
しまうおそれがあるため、本発明の方法を適用す
る必要がある。更に本発明の加熱装置５は両ジヤ
ケツト４，４′間の配管１，２外周に電気ヒータ
５を巻いて1Kwにて加熱することによつて効果
を得た。 同配管１，２の溶接継手部３の溶接残留応力分
布は、溶接のままでは内面が強い引張状態となつ
ているが、本発明の方法を適用することにより第
９図に示す応力状態が大幅に改善されることが確
認された。、本方法によれば、加熱装置の加熱量
を氷の成長度合いに応じて適宜調節することによ
り、冷却ジヤケツト中間部内壁の着氷を防ぎ閉区
間を容易に形成することができる。 なお、本実施例では、管内に封止栓を形成する
物質として水を使用したが、水に限らず、重油な
ど冷却によつて固化するものであれば何でも使用
可能である。 以上のように、本発明方法は、従来の熱的処理
方法等に比べて容易かつ確実に管または管状容器
の突き合せ溶接継手部内面の残留応力を改善でき
る凍結方法をさらに改善してその適用条件を緩和
したものであり、極めて有用である。
第１〜４図及び第６図はそれぞれ従来の凍結方
法による管の溶接継手部の残留応力改善方法を示
す縦断面図、第５図及び第７図は本発明方法を管
の溶接継手部に適用した一実施例を示す縦断面
図、第８図は本発明方法に係る具体的実施状況を
示す部分縦断面図、第９図は第８図の実施状況か
ら残留応力の変化を溶接線からの距離別に表わし
たグラフである。 ０１，０２，１，２……管、０３，３……溶接
継手部、０４，０４′，４，４′……冷却ジヤケツ
ト、５……高周波方式、電熱方式の加熱装置、６
……ガス炎方式の加熱装置、７……LN2供給、８
……LN2排出、Ｉ，，９……ゲージ貼付位置、I1，
I2……氷栓、Ｗ……水。
法による管の溶接継手部の残留応力改善方法を示
す縦断面図、第５図及び第７図は本発明方法を管
の溶接継手部に適用した一実施例を示す縦断面
図、第８図は本発明方法に係る具体的実施状況を
示す部分縦断面図、第９図は第８図の実施状況か
ら残留応力の変化を溶接線からの距離別に表わし
たグラフである。 ０１，０２，１，２……管、０３，３……溶接
継手部、０４，０４′，４，４′……冷却ジヤケツ
ト、５……高周波方式、電熱方式の加熱装置、６
……ガス炎方式の加熱装置、７……LN2供給、８
……LN2排出、Ｉ，，９……ゲージ貼付位置、I1，
I2……氷栓、Ｗ……水。
Claims (1)
- １ 管または管状容器の突き合せ溶接継手部内面
における残留応力を改善するに当り、該溶接継手
部の両側の外周に配設した冷却手段により、内部
に封入された冷却により固化する物質を冷却して
上記溶接継手部の両側内部を封止する栓を形成さ
せ、さらに冷却手段による冷却を続けて該栓を生
長させ該栓の間に形成された閉区間内の圧力を上
昇せしめ拡管させて溶接継手部とその近傍に塑性
変形を与えたのち、上記封止栓を融触させて加圧
力を除き前記拡管部の収縮作用により溶接継手部
内面の残留応力を圧縮応力に変える残留応力改善
方法において、溶接継手部の両側外周に配設され
た上記冷却手段の間の外周に加熱装置を設けて溶
接継手部内側の冷却固化を防ぐようにしたことを
特長とする管の溶接継手部の残留応力改善方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5952081A JPS57175094A (en) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | Improving method for residual stress in welded joint part of pipes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5952081A JPS57175094A (en) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | Improving method for residual stress in welded joint part of pipes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57175094A JPS57175094A (en) | 1982-10-27 |
| JPH0129631B2 true JPH0129631B2 (ja) | 1989-06-13 |
Family
ID=13115618
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5952081A Granted JPS57175094A (en) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | Improving method for residual stress in welded joint part of pipes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57175094A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8978433B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-03-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Pipe diameter expansion apparatus and pipe diameter expansion method |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4448791B2 (ja) | 2005-05-31 | 2010-04-14 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管の残留応力改善方法及びその装置 |
| JP4857375B2 (ja) * | 2009-11-30 | 2012-01-18 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管の残留応力改善装置 |
| JP5367558B2 (ja) * | 2009-12-25 | 2013-12-11 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管の残留応力改善方法 |
| CN113305400A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-08-27 | 湘潭大学 | 一种用于减小钛合金板焊接残余应力的焊接装置 |
-
1981
- 1981-04-20 JP JP5952081A patent/JPS57175094A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8978433B2 (en) | 2012-09-28 | 2015-03-17 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Pipe diameter expansion apparatus and pipe diameter expansion method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57175094A (en) | 1982-10-27 |
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