JPH05154683A - 応力緩和方法 - Google Patents

応力緩和方法

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JPH05154683A
JPH05154683A JP34945591A JP34945591A JPH05154683A JP H05154683 A JPH05154683 A JP H05154683A JP 34945591 A JP34945591 A JP 34945591A JP 34945591 A JP34945591 A JP 34945591A JP H05154683 A JPH05154683 A JP H05154683A
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JP
Japan
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stress
tightening ring
pipes
tightening
pipe
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JP34945591A
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English (en)
Inventor
Koichi Matsumoto
耕一 松本
Masao Kubo
正雄 久保
Kenji Okada
賢治 岡田
Shoki Terado
昇輝 寺戸
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Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Babcock Hitachi KK
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 部材の溶接部に発生する引張応力を緩和し
て、耐応力腐食割れ性の向上を計る。 【構成】 部材1,1の溶接部2から離れた位置に押圧
部材7を設け、この押圧部材7による押圧によつて生じ
る圧縮応力で部材1,1の引張応力を低減するようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、発電プラントや産業プ
ラントの応力腐食割れ環境下で使用される配管や容器な
どの部材の耐応力腐食割れ性を向上させるのに好適な応
力緩和方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】耐応力腐食割れ性を向上させるための従
来の応力緩和方法としては、高周波誘導加熱による応力
緩和方法(火力原子力発電技術協会TNS−G2804
−1985)及び外面バタリング方法(火力原子力発電
技術協会TNS−G2802−1895)等がある。
【0003】例えば、高周波誘導加熱による応力緩和方
法は、図9に示すように、応力腐食割れ対策の必要な部
材1の溶接部2の近傍に高周波電磁誘導により加熱する
ための高周波電源3及び電磁誘導コイル4を配置して部
材(配管)1の内面側に発生する引張応力を緩和するた
めに、まず、部材(配管)1を電磁誘導コイル4により
高周波誘導加熱により加熱し部材(配管)1を適切な高
温温度分布状態にし、次に部材(配管)1内に適切な温
度、流量及び流速の冷水5を流すことにより部材(配
管)1に熱応力を発生させる。この熱応力は、この応力
緩和方法を適用する前に十分な応力解析及びモツクアツ
プ試験により確認され、材料の降伏点を超えるように設
定され、この降伏点を超える熱応力が作業後部材1の内
面側に圧縮の残留応力を与え、引張応力を緩和するもの
である。しかし、この従来の応力緩和方法は、部材(配
管)1そのものに残留応力を与えるため施工は一度で成
功させる必要があり、やり直しの極めて困難な方法であ
る。このため高周波電源3の出力、電磁誘導コイル4の
設置範囲、冷水5の温度、流量及び流速等の決定に際し
ては、温度分布及び応力の解析及びモツクアツプ試験体
による確認試験等の事前検討に大変な費用と時間が必要
であり、容易に、この応力緩和方法を適用することは困
難である。また、一般的に実機の残留応力を非破壊的に
実測することは困難なため、応力緩和方法を適用後いく
らかの残留応力が部材(配管)1に残つているかを正確
に把握することは困難である。また更にこの応力緩和方
法は、部材(配管)1に直接熱処理及び残留応力を付加
するため施工後の部材(配管)1の健全性を確認するた
めに非破壊検査等の品質保証上の作業にも多大な時間を
要する点に問題がある。
【0004】また、外面バタリング方法は図10に示す
ように部材(配管)1の内側に適切な温度及び流量の冷
水5を流しながら部材(配管)1の溶接部2の外面に直
接バタリング溶接6を施し、バタリング溶接6による収
縮を利用して溶接部2の内面側に圧縮応力を与え、引張
応力を緩和するものである。この外面バタリング方法も
前述の高周波誘導加熱による応力緩和方法と同様に部材
1に対し直接熱的及び材料的な処理を施すために高周波
誘導加熱による応力緩和方法と同様な問題点がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来技術の応力緩和方
法は、施工方法が高レベルの技術のため施工前の事前検
討、確認試験、施工設備、施工作業及び施工後の検査等
に対し多大な費用及び時間を要し、容易に応力緩和方法
を実機に適用することは困難であり、応力緩和量を正確
に把握することが困難である。また、材料に対し直接熱
的及び材料的な処理を施すため施工のやり直しも極めて
困難である。
【0006】本発明はかかる従来技術の欠点を解消しよ
うとするもので、その目的とするところは、低費用、容
易な作業及び簡単な設備で部材内面の引張応力を緩和
し、その緩和量を容易かつ正確に推定把握することが可
能であり、施工のやり直しも容易に可能な耐応力腐食割
れ性向上のための応力緩和方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前述の目的を達
成するために、耐応力腐食割れ性を向上させようとする
部材の溶接部から離れた位置に押圧部材を配置し、その
押圧部材の押圧によつて生じる圧縮応力で前記部材の引
張応力を低減するようにしたものである。
【0008】
【作用】押圧部材は部材を締付けるように動作する。こ
の締付けによる圧縮応力で部材の引張応力を低減するの
で、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。
【0010】図1は本発明の実施例に係る応力緩和方法
を説明する側面図、図2は図1の平面図、図3は図1に
おける応力特性曲線図、図4は図1の他の実施例を示す
側面図、図5および図7は押圧部材の他の実施例を示す
側面図、図6および図8は図5および図7の平面図であ
る。
【0011】図1から図7において、1は部材(配
管)、2は溶接部で従来のものと同一のものを示す。
【0012】7は締付けリング、8は締付けリング7の
溶接部、9は肉盛溶接、10は歪ゲージ、11はボル
ト、12はナツト、13はフランジ、14はギヤツプで
ある。
【0013】図1および図2において、配管1と配管1
は溶接部2で接合され、SUS304TPの配管に対
し、溶接部2の中心から配管1,1の軸方向に領域Fだ
け離れた位置に配管1,1の半径方向外面から円周均一
に締付けるための炭素鋼で構成された締付けリング7を
設置し、高温使用状態において配管1,1を締付ける。
【0014】本実施例の説明においては、図1中の配管
1,1として300°Cの高温で使用される300A、
スケジユール80のSUS316TP配管及び同材の溶
接部2、更に締付けリング7は、2分割の半リングを溶
接部8で接合し配管1,1の外周に設置する。締付けリ
ング7及び溶接部8の材料は、炭素鋼を想定し、応力分
布解析の方法としては、工業界で一般的な技術である有
限要素法を適用した場合について説明する。本実施例で
は、配管1,1の材質としてステンレス鋼、締付けリン
グ7の材質として炭素鋼を例示したが配管1,1の材質
としてインコネルの場合にも適用可能である。また、締
付けリング7の材質としては、配管1,1の材質に比較
して、熱膨張係数が小さい低合金鋼及び合金鋼等であつ
てもよい。
【0015】図1および図2に示す締付けリング7は、
炭素鋼で構成されており、熱膨張係数α1は、0.00
00129mm/mm°Cである。一方、配管1,1の
SUS304TP配管の熱膨張係数α2は、0.000
0176mm/mm°Cである。このため300°Cの
高温使用状態においては、締付けリング7の半径方向の
熱膨張変位量ΔR1は、締付けリング7の内半径R1=1
59.25mmを用い次式により求めることができる。
【0016】ΔR1=α1×(300−20)×R1 =0.58mm また配管1,1の半径方向の熱膨張変位量ΔR2は、上
記式のα1をα2におきかえることにより、ΔR2=0.
78mmを求めることができる。従つて、締付けリング
7と配管1,1の熱膨張差は、ΔR2−ΔR1=0.2m
mあり、この熱膨張差によりこの場合、配管1,1は、
締付けリング7により半径方向に均一に0.2mmの変
位で強制的に締付けることになる。このように締付けリ
ング7の材質として配管1,1の材質よりも熱膨張係数
が小さい材質を用いることにより、非常に簡単な締付け
リング7で大きな締付け力を得ることが可能である。
【0017】次に、図3を用いて締付けリング7の締付
け力に対する配管1,1の内面の応力分布および締付け
リング7の設置位置について以下に説明する。
【0018】図3は、図1および図2の配管1,1を簡
単な2次元軸対称有限要素法メツシユとしモデル化し、
締付けリング7の締付け力(半径方向変位0.2mm)
を配管1,1の外面から与えることにより求めた配管
1,1の内面での応力分布を示したものである。図3の
破線A及び二点鎖線Bはそれぞれ配管1,1の内面に発
生する周方向応力及び軸方向応力の配管軸方向に沿つた
応力分布を示したものである。耐応力腐食割れ性を向上
させるためには、溶接部2の配管1,1の内面側の運転
時における引張応力を低減することが重要であるが、締
付けリング7の直下では軸方向応力は二点鎖線Bで示す
ように引張応力を呈するため、溶接部2のすぐ上に締付
けリング7を位置させたのでは、耐応力腐食割れに効果
はない。しかし、比較的長い配管1,1を締付けリング
7により締付けた場合の軸方向応力は二点鎖線Bで示す
ように応力分布を呈する。即ち、二点鎖線Bで示す軸方
向応力は、締付けリング7の作用直下近傍では引張応力
を生じるが、締付けリング7の作用直下から配管1,1
の軸方向に沿つて離れるにしたがつて、引張応力は図3
の二点鎖線Bで示すように減少し、図中のC点では零に
なつて圧縮応力に転じ、更に離れると圧縮応力は図中の
D点で極大値を示し、徐々に零応力に漸近するという物
理現象を呈する。本発明では、この物理現象を利用し、
溶接部2が、図3のC点から図3のD点の極大値の50
%の圧縮応力となる図3のE点の領域Fに位置するよう
に締付けリング7の位置を設定し締付け力を与えること
により、円周方向応力のみならず軸方向応力に対し圧縮
応力を与え、運転中の引張応力を低減することができ、
耐応力腐食割れ性を向上させることができる。
【0019】図4は締付けリングの他の実施例を示す側
面図である。
【0020】図1および図2の実施例においては締付け
リング7を一つ配置したが、図4においては締付けリン
グ7と締付けリング7を溶接部2を挾んで領域Fに二つ
配置したものであり、容易に引張応力の低減を効果的に
向上させることができる。
【0021】図5および図6は締付けリングの他の実施
例を示す側面図および平面図である。
【0022】図5および図6のものは、半割りの締付け
リング7と半割りの締付けリング7を図6に示すように
溶接部8で接合し配管1の外面に設置後、締付けリング
7,7の外面円周方向に図5および図6に示すように肉
盛溶接9を施すことにより、この肉盛溶接9の溶接後の
収縮を利用して大きな締付け力を得ることができる。ま
た、締付けリング7の側面にひずみゲージ10を取付
け、この収縮量を計測することにより正確に締付け力を
知ることができ、引張応力の低減効果を正確に把握でき
る。また、肉盛溶接9の溶接量を変えることによつて締
付け力を調整することもできる。
【0023】図7および図8は締付けリングの他の実施
例を示す側面図および平面図である。
【0024】図7および図8のものは半割りの締付けリ
ング7と半割りの締付けリング7をボルト11及びナツ
ト12により締付けるものである。そのため半割りの締
付けリング7,7は、ボルト11で接合をするためのフ
ランジ13を取付け、ナツト12を廻し半割りの締付け
リング7と半割りの締付けリング7を締付けることによ
り配管1,1に締付け力を与えることができる。締付け
力は、ナツト12の回転数で調整が容易にでき、半割り
の締付けリング7と半割りの締付けリング7のフランジ
13,13の間のギヤツプ14をボルト11で締め、前
後で計測することで締付けリング7の収縮力が容易に求
められ、正確に締付け力を把握することができる。
【0025】以上本発明の実施例によれば、簡単な締付
けリング7を用いるのみで応力緩和が可能なため施工作
業時間及び経費が少なくてすむ。
【0026】また、締付けリング7と配管1の相対的な
膨張差を理論的な熱膨張計算及びひずみゲージ10等の
計測により容易かつ正確に知ることができるため、応力
緩和量を正確に把握でき信頼性が高い。
【0027】なお、締付け量が容易に調整でき間接的に
締付け力を与え、更に配管1に残留応力や熱的及び材料
的変化を施さないため、容易に締付けリング7の取除
き、取付けが可能であり、施工のやり直しができる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、部材の溶接部に対し、
周方向及び軸方向の両方の引張応力を緩和でき、耐応力
腐食割れ性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る応力緩和方法を説明する
側面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】図1における応力特性曲線図である。
【図4】締付けリングの他の実施例を示す側面図であ
る。
【図5】締付けリングの他の実施例を示す側面図であ
る。
【図6】図5の平面図である。
【図7】締付けリングの他の実施例を示す側面図であ
る。
【図8】図7の平面図である。
【図9】従来技術の高周波加熱による応力緩和方法を説
明する斜視図である。
【図10】従来技術の外面バタリングによる応力緩和方
法を説明する斜視図である。
【符号の説明】
1 部材 2 溶接部 7 押圧部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 寺戸 昇輝 広島県呉市宝町3番36号 バブコツク日立 株式会社呉工場内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 耐応力腐食割れ性を向上させようとする
    部材の溶接部から離れた位置に押圧部材を配置し、その
    押圧部材の押圧によつて生じる圧縮応力で前記部材の引
    張応力を低減するようにしたことを特徴とする応力緩和
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記部材が円筒体
    で、前記押圧部材が締付リングであることを特徴とする
    応力緩和方法。
JP34945591A 1991-12-09 1991-12-09 応力緩和方法 Pending JPH05154683A (ja)

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Cited By (5)

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