JPH03285021A - 管溶接継手の応力改善方法 - 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、管溶接継手の応力改善方法に係り、特に、ソ
ケットに管体を溶接して継手を構成する場合におけるソ
ケット部分の残留応力を改善するものである。

「従来の技術」 一般に、原子力発電関連プラントあるいは化学プラント
等に用いられる配管を溶接継手によって接続する場合は
、溶接継手からの流体の漏洩を防止することは言うまで
もないが、地震、ポンプ振動、流体振動等によって損傷
を受けないようにすることら、重要な課題となる。

第３図は、管溶接継手の形成例を示すものである。この
技術例では、母管（または容“器）ｌからその直交外方
向に突出させたソケット２に、管体（枝管）３を溶接部
４によって接続するものであり、管体３の基部をソケッ
ト２のソケット穴５に挿入し、ソケット２の端面と管体
３の外周面との間を溶接して接続状態としている。この
際に、管体３の基部を前記ソケット穴５に支持させた状
態に組み合わせて、溶接部４を形成することにより、位
置合わｌ°作業や溶接作業性の向上を図ることができる
。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、かかる管溶接継手であると、溶接部４の形成時
の溶接金属の収縮作用に基づいて、第４図に示すルート
部Ａ等に引つ張りの残留応力が付与される。また、第３
図例の管溶接継手では、管軸方向の引っ張り応力や曲げ
力が働いた場合に、ルート部Ａに応力が集中し易い構造
であるために、亀裂Ｘが半径方向に沿って発生する可能
性があり、管溶接継手の寿命を短縮させる要因となる。

本発明は、これらの課題を解決して、溶接継手近傍のソ
ケット穴内面の残留応力改善を行なって、亀裂の発生を
積極的に抑制する方法の提供を目的とするものである。

［課題を解決するための手段」 本発明では、前述の課題を解決するために、ソケット穴
の端面と該ソケット穴に挿入状態の管体の外周面との間
に溶接部を形成してなる管溶接継手の応力を改善する方
法であって、溶接部近傍位置の管壁を急速加熱して管体
の一部を熱膨張させることにより、溶接部のルート部に
降伏点を越える応力を付与した後、溶接部、管体等の温
度差を消滅させて前記ルート部に圧縮残留応力を付与す
る構成の管溶接継手の応力改善方法としている。

「作用　」 ソケットと管体との溶接部を形成することにより、ルー
ト部の近傍には、引っ張り残留応力が付与される。溶接
部の近傍位置における管壁を加熱して急速に温度を高め
ると、その部分の管壁のみが主として熱膨張して径が大
きくなり、一方、非加熱部分であるソケット等が当初の
径を維持するために、径の変化に基づいてモーメントが
発生して、ルート部に引っ張りの残留応力が集中する。

その後に、加熱を停止して自然冷却させること等により
、全体の温度差がなくなると、加熱された管壁が当初の
寸法まで戻ることによって、変形した部分を収縮力で圧
縮することにより、ルート部の軸方向の応力を圧縮方向
に移行させ、疲労亀裂の発生を抑制するものとなる。

「実施例」 以下、第１図及び第２図に基づいて、本発明に係る管溶
接継手の応力改善方法の一実施例について説明する。

該−実施例にあっても、第１図に示すように、ソケット
２と管体３とを溶接部４によって接続する場合に、ソケ
ット穴５に挿入状態の管体３の外周面とソケット２の端
面とを溶接することによって得られた管溶接継手に適用
する。

このような溶接部４を形成することによって、ルート部
Ａの近傍には、溶接金属の収縮作用に基づく引っ張り残
留応力が付与されている。

そこで、第１図に示すように、溶接部４の近傍位置の管
体３の回りに、誘導加熱コイル６を配して、大気中雰囲
気で管壁を加熱する。この加熱の目的は、加熱された管
壁と、非加熱部分であるソケット２及び溶接部４との間
に、熱膨張差をつけることであり、そのため、短時間で
管壁を加熱して温度上昇させる。この場合における加熱
時間は、例えば３分ないし６分、加熱温度は、例えば１
００℃ないし３００℃、加熱範囲は、例えば２０＊ｓな
いし４０ｍ−である。

このような急速加熱によって、加熱部分Ｂが熱膨張状態
となり、非加熱部分が当初の寸法を維持しようとするた
めに、管壁が、第１図の鎖線で示すように変形して、第
２図のモデルに示すように、加熱部分Ｂで非加熱部分の
径を大きくしようとする矢印Ｙ方向の力が働き、この力
を非加熱部分で拘束しようとするために、モーメントＭ
が生じて、ルート部Ａには管軸方向の引っ張り応力が集
中する。この集中応力が降伏点を越えるように前記条件
等で運用すると、ルート部Ａに引っ張り方向の塑性変形
が生じ、塑性変形分だけ局部的に寸法が大きくなる。

その後、誘導加熱コイル６への通電を停止して、そのま
まの状態で放置すること等によって自然冷却させると、
加熱部分Ｂと非加熱部分との温度差がなくなり、加熱部
分Ｂが当初の寸法に戻る。この場合、局部的に寸法が大
きくなった部分があると、この部分に収縮力が集中する
ために、塑性変形した部分を圧縮することになり、ルー
ト部Ａには、塑性変形によって局部的に寸法が大きくな
った方向に沿って、つまり、軸方向に圧縮応力が付与さ
れ、当初の状態において引っ張りの残留応力が付与され
ていた場合には、その応力と相殺した状態となる応力改
善が行なわれるものである。

く計算例〉 第２図に示すモデルにおいて、管壁の厚さ方向の膨張量
をδ、熱膨張係数をα、加熱温度をＴとすると、次の関
係式が成立する。

δ＝αＴ　　　　　　・・・・・・（ｉ）一方、ルート
部Ａに働く公称応力をσとすれば、次の関係式が成立す
る。

ただし、Ｌは加熱範囲、Ｅはヤング率、Ｒは管壁の平均
半径である。

上記（ｉ）（ｉｉ）式を整理すると、次の関係式が成立
する。

ここで、ルート部Ａの応力集中度が、第１図例の形状等
を勘案して５であるし、ルート部Ａを構成している金属
の降伏点が、１５ｋｇ／量ｅであるとすれば、 公称応力σ＝１５＋５ ＝３　　　　　　　　（ｋｇ／園量り で塑性変形が生じるものとなる。

したがって、 Ｌ＝２０ｍｓの場合を試算すると、 Ｌ−３０ｍ−の場合を試算すると、 となり、これらの温度上昇以上とする加熱を行なうとよ
い。

ルート部Ａが降伏点１５　ｋｇ／ｓａ”の金属によって
構成されている場合には、これらの温度や加熱範囲によ
る改善処理を行なうことによって、ルート部Ａに圧縮応
力を付与することができ、条件が相異する場合は、各数
値を入れ替える計算を行なう等によって適用可能となる
。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係る管溶接継手の応力改
善方法によれば、次のような効果を奏する。

■　溶接部近傍位置の管壁を急速加熱して、ルート部を
塑性変形させた後に、温度差をなくすことによって、集
中応力を受は昌いルート部に、圧縮残留応力を付与した
状態として、地震、振動等による外力がルート部に作用
した場合には応力が相殺され、疲労強度を高めて、亀裂
の発生現象等を抑制することができる。

■　管壁に急速加熱する場合に、誘導加熱等の一般的な
手段が適用可能であり、かつ、急速加熱時に大気中等で
行ない得るため、改善作業の実施が容易であり、同様構
造の既設管溶接継手に対しても適用することができる。

■　急速加熱時にルート部に応力を集中させて、ルート
部の応力の改善を行なうものであるため、圧縮残留応力
の付与を確実なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る管溶接継手の応力改善
方法の一実施例を示すもので、第１図は一部を断面した
正面図、第２図は急速加熱による発生応力のモデル図、
第３図は管溶接継手の従来例を示す一部を断面した正面
図、第４図は第３図例における溶接部近傍の発生亀裂の
モデル図である。 Ｘ・・・・・・亀裂、 Δ・・・・・ルート部、 Ｂ・・・・・・加熱部分、 １・・・・・・母管（容器）、 ２・・・・・・ソケット、 ３・・・・・管体（枝管）、 ４・・・・・溶接部、 ５・・・・・ソケット穴、 ６・・・・・・誘導加熱コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ソケット穴の端面と該ソケット穴に挿入状態の管体の外
   周面との間に溶接部を形成してなる管溶接継手の応力を
   改善する方法であって、溶接部近傍位置の管壁を急速加
   熱して管体の一部を熱膨張させることにより、溶接部の
   ルート部に降伏点を越える応力を付与した後、溶接部、
   管体等の温度差を消滅させて前記ルート部に圧縮残留応
   力を付与することを特徴とする管溶接継手の応力改善方
   法。