JPH03146620A - 金属管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　１ 本発明は、金属管の残留応力改善方法に関するものであ
る。

「従来の技術」 一般に、金属材料、例えば原子力発電プラントや化学プ
ラントに他用されているオーステナイト系ステンレス鋼
等においては、引っ張り応力と腐食因子とか共存する場
合、応力腐食割れが進行することが知られている。特に
、溶接継手によって管体を連結して配管路を構成するよ
うにしている場合は、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か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舖管等における残留
応力改善方法としては、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提案されて
いる。

「発明が解決しようとする課題」 ２−かＺ、なから、このような従来方法の例であると、
配管の中に冷却水を流すことのできる場合や、単体の管
である場合には適用が容易であるが、配管がプラントに
組み込まれている場合には、既設部分との干渉等を受け
て、残留応力の改善処理の制限を受は品くなる。

本発明は、このような従来技術の課題を有効に解決する
とともに、管体単独の状態、あるいは配管路が形成され
ている状態等の影響を受けることが少なく、比較的簡便
に金属管の内面に残留圧縮応力を付与して、応力腐食割
れ防止を行なうものである。

「課題を解決するための手段」 本発明では、かかる課題を解決する二つの手段を提案し
ている。

第１の手段は、金ｖ４管における処理対象箇所の外側表
面に形状記憶合金からなる拘束スリーブを外嵌し、該拘
束スリーブを記憶形状に復元するまで加熱することによ
り拘束スリーブを縮径して、前記処理対象箇所内面に圧
縮残留応力を付与する構成の金属管の残留応力改善方法
である。

第２の手段は、第！の手段と同様に、金属管における処
理対象箇所の外側表面に形状記憶合金からなる拘束スリ
ーブを外嵌しておいて、該拘束スリーブを記憶形状に復
元するまで加熱するものであるが、その場合に、前記処
理対象箇所内面に冷却水を存在さけた状態としておいて
、処理対象箇所及び拘束スリーブを加熱することにより
、拘束スリーブを記憶形状に復元する縮径を行なうとと
もに、管壁内側の一部に降伏点を越える応力を発生させ
た後に冷却する構成の金属管の残留応力改善方法である
。

「作用　」 第１の手段において、金属管における処理対象箇所の外
側表面に外嵌した拘束スリーブを加熱し、高温変態を生
じさせて直径を小さく設定しておいた記憶形状に復元さ
せると、拘束スリーブの縮径によって金属管の処理対象
箇所の範囲が、金属管の中心に向かって押される力が働
くことにより、金属管の管壁が圧縮されるいわゆる［た
が締め状態］になって、処理対象箇所内面に圧縮残留応
力が付与され、そして、拘束スリーブが処理対象箇所外
表面に密着状態となることにより外表面を覆い、処理対
象箇所外表面を密封状態とするものである。

第２の手段においては、温度の上昇とともに管壁内に内
外方向の温度差が生じ、その温度差か大きくなるにした
がって温度差に基づく発生応力が降伏点を越え、管壁内
に塑性変形が生じる。そして、拘束スリーブが高温とな
ると、高温変態により記憶形状に復元して縮径し、金属
管を締め付ける。その後、金属管の管壁が冷却されると
、処理対象箇所内面に、管壁内の塑性変形分の寸法差に
よる圧縮応力と、拘束スリーブの縮径による圧縮応力と
が相乗した状態で付与される。かつ、第１の手段に準す
る作用も付加される。

［実施例ｊ 以下、本発明に係る金属管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。

〈応力改善処理館の状態〉 該−実施例では、金属管（管体）１がオーステナイト系
ステンレス鋼管であるとと乙に、残留応力を改善した部
分、つまり処理対象箇所２が溶接継手３の近傍に形成さ
れ易い熱影響部等の内面となっており、このため、第１
図に示すように、溶接継手３を中間にして処理対象箇所
２が存在している。

く拘束スリーブの取り付け〉 処理対象箇所２の半径方向外方となっている外側表面に
、形状記憶合金からなる拘束スリーブ４を外嵌する。こ
の拘束スリーブ４は、形状記憶合金の部分を高温変態さ
せるごとにより、直径の小さな記憶形状、つまり、常温
等においては金属管！に対して外嵌可能な内径Ｄｓ（第
１図参照）であり、記憶形状に変態した場合に、金属管
１の外径り。（第１図参照）より小さな内径ＤＸ（第２
図参照）となるように予め設定される。そして、後続ス
リーブ４の位置は、溶接継手３が長平方向の中央となる
ように設定される。

く加熱手段の設置〉 拘束スリーブ４の回りに、拘束スリーブ４とと乙に金属
管１における処理対象箇所２を誘導加熱するための加熱
手段として、高周波加熱コイル５を巻回状態に配設する
。

く冷却水の充満〉 金属管ｌの内部に冷却水を流すこと等により、流水状態
または流水可能な状態で、処理対象箇所２の全内面に接
触させておく。

く加熱手段の作動〉 高周波加熱コイル５に通電することにより、金属管Ｉに
おけろ処理対象箇所２の近傍の管壁を加熱する。

該加熱によって拘束リング４の近傍における管壁の温度
が上昇し、この温度の上がとともに、主として加熱され
る外表面近傍の管壁と、冷却水に接している内表面近傍
の管壁とには、内外方向の温度差が生じるとともに、温
度差に基づく応力が付与される。つまり、相対的に高温
状態の外表面近傍の管壁に圧縮応力、相対的に低温状態
の内面近傍の管壁に引っ張り応力が付与される。

本発明者等の研究によれば、ステンレス鋼においては、
管壁の温度差が例えば２００℃以上に達すると、温度差
に基づく発生応力が降伏点を越えて、管壁内に塑性変形
が生じる。

一方、拘束スリーブ４の高温変態温度を例えば３００℃
以上（上記温度差を２００℃以上とする条件を満足する
温度）に設定しておき、管壁に塑性変形を発生させた状
態で、拘束スリーブ４を、第２図において鎖線位置から
実線位置に示すように、高温変態により記憶形状に復元
して縮径させると、金属管１における処理対象箇所２が
、中心に向かって押される力が働いて、第２図に示すよ
うに、金属管１が締め付けられるいわゆる［たが締め状
態　１になる。

〈圧縮応力の発生〉 拘束スリーブ４の変態後に、誘導加熱コイル５・＼の通
電を停止し、金属管１を自然冷却状態に導くと、加熱時
に管壁内に発生した塑性変形分に対応して、処理対象箇
所内面に圧縮応力が付与されるとと乙に、拘束スリーブ
４．の縮径によって、金属管ｌにおける処理対象箇所２
が全体的に圧縮されることに基づく圧縮応力が相乗した
状態で付与される。

この拘束スリーブ４による圧縮応力の付与程度よ、第１
固渋び第２図に示すように、金属管１の外径り。、拘束
スリーブ４の変９ｍの内径Ｄｓ。

拘束スリーブ４の記憶内ｉＤｘとの間で、予めＤ　ｓ　
＞　Ｄ　ｏ　＞　Ｄ　ｘ　−−（１）式の関係を存する
ように設定され、金属管ｌの外ｉ１　Ｄ。と記憶内径Ｄ
Ｘとの寸法差によって発生する圧縮応力の大きさが調整
可能となる。

拘束スリーブ４の記憶内径ＤＸと金属管１の外径り、と
の差によって、処理対象箇所２の近傍範囲の管壁が圧縮
されることに基づいて、重連した圧縮応力が処理対象箇
所２の内面に付与されるが、この場合にあって、拘束ス
リーブ４は、第２図に示すように、処理対象箇所２の外
表面に対して密着状態となるために、外表面を覆って処
理対象箇所２の外表面を密封状態とし、外部環境に前述
した腐食因子が存在する場合においてら、これより溶接
継手３を隔離するのに加え、処理対象箇所２を全体的に
圧縮状態として、処理対象箇所２に引っ張り応力が残留
することを妨げる如くして、応力腐食割れの発生を防止
する。

〈実施態様〉 なお、本発明は次の実施％３　ｉＪを包含するしのであ
る。

■金属管がオーステナイト系ステンレス鋼以外の材料で
あるしのを処理対象とすること。

、■溶接継手以外の部分を処理対象箇所とすること。

■拘束スリーブ単独により、処理対象箇所に圧縮応力を
付与すること。

ε発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る金属管の残留応力改
善方法によれば、金属管に外嵌した形状記憶合金からな
る拘束スリーブを記憶形状に復元する縮径により、処理
対象箇所を全体的に圧縮して、逸理対象箇所全体的に圧
縮応力を付与することができるとともに、拘束スリーブ
を外嵌し得る条件を満足する金属管であれば、周囲の状
況に影響されることが少なく、簡便に応力改善処理を行
なうことができる。また、拘束スリーブの縮径によって
処理対象箇所の外表面を密着状態で覆うようにしている
ため、外表面を外部環境から隔離して保護することがで
きる。

そして、金属管とこれに外嵌した拘束スリーブとを加熱
し、かつ、金属管内に冷却水を存在させた条件を付加し
た改善方法にあっては、加熱にともなって金属管の管壁
内外面に温度差が生じて温度差による応力が付与され、
この応力が降伏点を越えてから冷却状態に導くことに基
づいて、処理対象箇所内面に圧縮応力を付与することが
でき、加えて金属管加熱時の熱をｆＩＩ用して拘束スリ
ーブを記憶形状に復元する縮径により、圧縮応力を用乗
状態で容易に付与することができる等の効果を奏するし
のである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る金属管の残留応力数件方法の一実施
例を示すもので、第１図は拘束スリーブによる応力改善
方法の概略を示す一部を断面した正面図、第２図は改善
処理後における金属管の状態を示す一部を断面した正面
図である。 ・・・・・金属管、 ・・・・・・処理対象箇所、 ・・・・・溶接継手、 ・・・・拘束スリーブ、 ・・・・・誘導加熱コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｉ、金属管における処理対象箇所の外側表面に形状記憶
   合金からなる拘束スリーブを外嵌し、該拘束スリーブを
   記憶形状に復元するまで加熱することにより拘束スリー
   ブを縮径して、前記処理対象箇所内面に圧縮残留応力を
   付与することを特徴とする金属管の残留応力改善方法。 ｉｉ、金属管における処理対象箇所の外側表面に形状記
   憶合金からなる拘束スリーブを外嵌し、前記処理対象箇
   所内面に冷却水を存在させた状態で処理対象箇所及び拘
   束スリーブを加熱することにより、拘束スリーブを記憶
   形状に復元する縮径を行なうとともに、管壁内側の一部
   に降伏点を越える応力を発生させた後に冷却することを
   特徴とする金属管の残留応力改善方法。