JPH02133191A - 容器貫通管の応力腐食割れ防止方法 - 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、容器貫通管の応力腐食割れ防止方法に係り、
特に、容器貫通管の内部から応力腐食割れ対策処理を行
なう技術に関するものである。

「従来の技術とその課題」 原子力発電関連プラント、各種エネルギ関連プラント、
化学プラント、火力発電プラント等には、容器を貫通し
た状態の配管、つまり、容器貫通管が使用される。

例えば、第５図に示すように、沸騰水型原子炉における
原子炉圧力容器ｌには、その下鏡部を貫通した状態の容
器貫通管２が溶接部３によって取り付けられており、原
子炉の状態を検出するための各種センサの信号伝達等を
行なっている。

このような容器貫通管（配管）２は、機械的強度の優れ
た原子炉圧力容器（容器）１の下鏡部に取り付けられて
いるために、容器貫通管２の伸縮や曲げによる変形力の
影響が、容器貫通管２の管壁や溶接部３に現れ易く、十
分な信頼性を確保することが要求される。

従来、溶接部３の近傍に欠陥部が発生している場合や、
その可能性がある場合は、溶接部３の部分で解体して、
新規の容器貫通管を再溶接によって取り付ける等の対策
が必要とされている。しかし、特に、原子炉の運転開始
後における容器貫通管２の交換作業は、工事が大掛かり
となるとともに、従事作業者の被曝線量が増加するｔ；
め好ましくない。

この場合にあって、例えば、溶接部３を解体することな
く、発生した欠陥部の補修を実施するか、あるいは、欠
陥部の発生を積極的に防止する対策を行ない得ると好都
合であるが、その技術は未だ確立されていない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、容
器貫通管を取り替えることなく、溶接部の内側に位置す
る管壁部分における欠陥部の発生を積極的に防止すると
ともに、欠陥部が生じていた場合は、その進展を抑制す
ることを目的とするものである。

「課題を解決するための手段」 第１の手段は、容器と容器貫通管との間の溶接部の近傍
位置における管壁部分を拡管して降伏点を越える応力を
発生させた後、拡管範囲の容器貫通管内面に耐食性コー
ティング層を形成するものであり、また、第２の手段は
、容器と容器貫通管との間の溶接部の近傍位置における
容器貫通管の内面に耐食性コーティング層を形成した後
、該耐食性コーティング層近傍の管壁部分を拡管して降
伏点を越える応力を発生させるものである。

「作用」 第１の手段に基づいて、溶接部の内側位置の管壁を拡管
することにより塑性変形を生じさせると、塑性変形分だ
け容器貫通管の直径が大きくなる寸法変化や、溶接部近
傍の容器貫通管表面が伸ばされる寸法変化が起ころうと
する。これらの寸法変化は、その回りに機械的強度の高
い容器及び溶接部が存在することにより、容器貫通管の
管壁部分に集中する。このため、拡管部分における管壁
内面には、部分的な寸法変化を機械的強度の高い部分で
妨げようとすることに基づいて、圧縮残留応力が付与さ
れ、溶接部近傍の容器貫通管の表面にも圧縮残留応力が
付与される。

そして、これら拡管範囲の容器貫通管内面に耐食性コー
ティング層を形成することにより、当初の容器貫通管内
面は、圧縮残留応力を付与することと、腐食流体との接
触を妨げることとによって二重に保護されるものである
。

第２の手段に基づいて、第１の手段の逆順の工程による
処理、つまり、耐食性コーティング層の形成後に拡管を
行なった場合も、耐食性コーティング層による耐食性の
付与と、圧縮残留応力の付与とによって二重に保護され
るものである。

「実施例」 第１図ないし第４図は、本発明に係る容器貫通管の応力
腐食割れ防止方法を、第５図に示した原子炉圧力容器（
容器）ｌの下鏡部の容器貫通管２に適用した一実施例を
示すものである。

以下、工程順に第１図ないし第４図に基づいて説明する
。

第１図は、原子炉圧力容器（容器）ｌに対して貫通状態
の容器貫通管（例えばＳＯ３３０４からなる配管）２を
溶接部３によって取り付けた状態を示している。

この場合、原子炉圧力容器１は機械的強度が高く、容器
貫通管２は相対的に機械的強度が低いために、原子炉圧
力容器ｌの製造時における溶接部３の形成に基づいて、
溶接金属が収縮する作用にともなって、容器貫通管２の
管壁部分が、半径外方向に引っ張られることになり、溶
接部３によって囲まれている寸法Ａの範囲における管壁
には、周方向の引っ張り残留応力が発生していると考え
られ、内部流体（例えば原子炉冷却水）と接触する内面
にも、第１図において、符号（＋）で示すように、引っ
張り残留応力が発生していると考えられる。

また、容器貫通管２の管壁の厚さが比較的薄い場合（例
えば１２＋＊ｍ以下である場合）を考慮して、溶接部３
の形成時の熱による影響で、金属組織が鋭敏化した状態
の熱影響部Ｘが容器貫通管２の内面まで及んでいると仮
定する。

このような前提に基づいて、容器貫通管２の管壁におい
て、内面近傍が引っ張り残留応力となっている範囲及び
熱影響部Ｘの範囲、つまり、第１図の寸法Ａで示す範囲
について、応力腐食割れ対策処理を容器貫通管１の内部
から行なう場合の工程を以下説明する。

第２図において寸法Ｂで示すように、前記寸法Ａよりも
若干大きな範囲について、容器貫通管２の内面のスケー
ル、クラッド（酸化物膜）を除去する。

この場合、原子炉圧力容器ｌの内部、容器貫通管２の回
りには、原子炉冷却水を存在させた状態として、作業員
の放射線被曝を低減しながら対策作業が行なわれ、容器
貫通管２の中における寸法Ｂの範囲よりも上方位置の管
穴に、栓を装着する等により、必要に応じて容器貫通管
２の内部の水を排除して、スケール等の除去作業を行な
う（以下の各作業においても同様である）。

スケール等の除去作業後、容器貫通管２の中に適宜機器
を挿入する等により、ロール法や局部的内圧負荷法等に
よって、第２図の各矢印で示すように、管壁を半径外方
向に膨張させる拡管を行なう。この拡管範囲の寸法Ｂは
、溶接部３の止端部から、容器貫通管２の管軸方向に寸
法り以上離間した二つの位置の距離に設定され、 Ｌ　＝　３　Ｘ　（＊ｂ　）”−＝（ｉ　）の条件を満
足させるようにする。

ただし、 ａ：容器貫通管の平均半径 ｂ：管壁の厚さ（板厚） である。

また、拡管時の半径外方向への膨張力によって、寸法Ｂ
の範囲における管壁を変形させようとする場合、前述し
たように、原子炉圧力容器ｌは機械的強度が高く、容器
貫通管２は相対的に機械的強度が低いために、拡管時の
変形力を容器貫通管２の管壁部分に集中させて、管壁の
一部を第２図に示すように湾曲変形させ、管壁に降伏点
を越える応力を発生させる（つまり、引っ張り力による
塑性変形を発生させる）ことができる。

このような管壁の塑性変形後に、拡管させていた力、膨
張力を解放すると、塑性変形によって寸法が大きくなっ
た分だけ、拡管時における管壁の弾性変形分の復元を妨
げることになり、第３図に符号（−）で示すように、拡
管範囲の管壁内面に、圧縮残留応力が付与された状態と
なる。

そして、塑性変形分だけ容器貫通管２の直径が部分的に
大きくなる寸法変化とともに、溶接部３の近傍に位置す
る寸法りで示す部分の容器貫通管表面が伸ばされる寸法
変化が起ころうとし、この寸法変化も、その回りに機械
的強度の高い容器１及び溶接部３が存在することにより
妨げられる。

したがって、寸法り部分の容器貫通管表面にも、第３図
に符号（−）で示すように、圧縮残留応力が付与される
ことになる。

このような圧縮残留応力を管壁の内外面に導入すること
により、拡管範囲（寸法Ｂの範囲）におけるクラック等
の欠陥部の発生を防止し、既に欠陥部の発生がある場合
は、欠陥部がさらに進展することを防止することになる
。つまり、第１図で示した熱影響部Ｘが管壁の内面部分
に達している場合においても、腐食流体である原子炉冷
却水と接触する寸法Ｂの部分に圧縮残留応力を付与して
、欠陥部の発生及び進展を妨げる。

次いで、第４図に示すように、寸法Ｂで示した拡管範囲
の容器貫通管内面に耐食性コーティング層４を形成する
。該耐食性コーティング層４は、容器貫通管２の内部流
体（例えば原子炉冷却水）を考慮して、例えば、耐食性
を有する（　ｒ、Ｔ　ｉ等の金属メツキにより形成され
、当初の熱影響部Ｘを覆って隔離するとともに、金属メ
ツキ自身の耐食性によって新たな腐食部、欠陥部の発生
を防止する。したがって、当初の容器貫通管内面は、圧
縮残留応力を付与することと、腐食流体との接触を妨げ
ることとによって二重に保護されることになる。

また、耐食性コーティング層４の部分を金属溶融凝固層
に置き換えて形成することができ、この場合、寸法Ｂで
示した拡管範囲の容器貫通管内面にＣｒ、Ｔｉ等の粉末
を付着させ、アルゴン等の不活性ガス雰囲気状態で、レ
ーザによりＣｒ、Ｔｉを急速加熱して溶融させるととも
に、その後の冷却凝固により容器貫通管２の内面に金属
溶融凝固層４を形成する。

さらに、金属溶融凝固層４を形成する別の方法として、
レーザまたはＴＩＧ溶接トーチを利用し、熱量を１〜３
ｋＪ／ｃｍ程度の小入熱となるように設定し、熱影響部
Ｘの範囲を内側から覆うとともに、容器貫通管２の内面
、極表面の組織を直接溶融凝固させることにより、再凝
固した組織がデルタフェライトを含むように改質するこ
とができる。

この場合、溶融再凝固処理後には、容器貫通管２の内面
がデルタフェライトを含む組織となる改質がなされる。

また、小入熱加熱とすることによって、容器貫通管２の
管壁の温度上昇が抑制され、新たに金属組織が鋭敏化す
る等の熱影響部の発生を伴うことを避けることができる
ため、容器貫通管２の内部に引っ張り残留応力と腐食因
子とが両方存在するときでも、応力腐食割れの発生する
因子の一つである鋭敏化したオーステナイト組織の存在
が除去されて、応力腐食割れの発生そのものが起こりに
くくなる。

以上の実施例の説明では、拡管実施後に耐食性コーティ
ング層を形成するものとしたが、第１の手段の逆順の処
理、つまり、耐食性コーティング層の形成後に拡管を行
なう工程を採用することができる。この場合、耐食性コ
ーティング層が拡管処理によって損傷しない金属、ある
いはその他適宜プラスチック等の選定をして、容器貫通
管の内面に位置する耐食性コーティング層にも圧縮残留
応力を付与することができ、耐食性コーティング層によ
る耐食性の付与と圧縮残留応力の付与とによって、容器
貫通管が二重に保護されるものである。

く他の実施態様について〉 以上の実施例に代えて次のようにすることができる。

（イ）配管の外周面に７ランジを溶接部によって取り付
けているものに適用すること。

（ロ）直管状の単純な金属管に適用すること。

（ハ）耐食性金属層がＴ　ｉ、Ａ　Ｉ等のセラミックス
化できる金属である場合、例えば窒素あるいは炭素雰囲
気で反応させる等により、Ｔｉ　を窒化チタンや炭化チ
タンとする等、さらにセラミックス化すること。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る金属管の応力腐食割
れ防止方法は、 （ｉ）容器貫通管の中で拡管及び耐食性金属層の形成を
行なうものであるから、容器貫通管の外側に溶接部が存
在する場合においても、溶接部を解体して新規金属管と
交換することなく、容器貫通管の内面の腐食防止対策処
理を実施することができる。

（ｕ）耐食性コーティング層による耐食性の付与と圧縮
残留応力の付与とによって、容器貫通管を二重に保護す
ることができる。

（ｉ）容器貫通管取り付は時の溶接により、熱影響部が
生じた場合においても、鋭敏化域を耐食性コーティング
層で覆うことにより、容器貫通管の内部流体との接触を
妨げ、応力腐食割れの発生を抑制することができる。

等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明に係る容器貫通管の応力腐
食割れ防止方法を原子炉圧力容器の下鏡部の容器貫通管
に適用した一実施例を示す工程説明図、第５図は沸騰水
型原子炉における容器下鏡部を貫通する配管の例を示す
正断面図である。 ｌ・・・・・・原子炉圧力容器（容器）、２・・・・・
・容器貫通管（配管）、 ３・・・・・・溶接部、 ４・・・・・・耐食性コーティング層（金属溶融凝固層
）、Ｘ・・・・・・熱影響部。 出願人　　石川島播磨重工業株式会社 第４図 第５間 ５」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、容器と容器貫通管との間の溶接部の近傍位置におけ
   る管壁部分を拡管して降伏点を越える応力を発生させた
   後、拡管範囲の容器貫通管内面に耐食性コーティング層
   を形成することを特徴とする容器貫通管の応力腐食割れ
   防止方法。 ２、容器と容器貫通管との間の溶接部の近傍位置におけ
   る容器貫通管の内面に耐食性コーティング層を形成した
   後、該耐食性コーティング層近傍の管壁部分を拡管して
   降伏点を越える応力を発生させることを特徴とする容器
   貫通管の応力腐食割れ防止方法。