JPH06248350A - 配管溶接継手の熱処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、隣接した管部材を互いに溶接して
成る配管における配管溶接継手の熱処理方法に関し、配
管工事の施工費用を大幅に削減し得る配管溶接継手の熱
処理方法を提供することを目的とするものである。 【構成】 本発明では、配管１の外周域における継手溶
接部２０の近傍に、高周波誘導加熱装置における高周波
誘導コイル３０を装着するとともに、空気の流通を阻止
する封止部材４０Ａ，４０Ｂを各管部材１０Ａ，１０Ｂ
の内部に継手溶接部２０を挟む態様でそれぞれ装着し、
昇温工程において上記配管１を高周波誘導コイル３０に
よる高周波誘導加熱によって所定の昇温速度で所定の熱
処理温度まで加熱したのち、保温工程において上記配管
１を所定の熱処理温度で所定の時間保持し、次いで降温
工程において上記配管１を所定の降温速度で冷却するこ
とによって上記目的を達成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、隣接した管部材を互い
に溶接して成る配管における配管溶接継手の熱処理方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】管部材を互いに溶接することにより配管
を施工した際、上記配管における溶接残留応力の除去や
溶接熱影響部の組織改善を目的として、上記配管を所定
温度に加熱して一定時間保持したのち冷却する、いわゆ
る溶接後熱処理が実施されており、この溶接後熱処理に
おいて上記配管を加熱する手段としては、従来からセラ
ミックで被覆したニクロム線から成る外部ヒータを加熱
源とした電気抵抗加熱装置が広く採用されている。しか
し、上記電気抵抗加熱装置では、外部ヒータからの輻射
熱によって配管を加熱しているために配管内外面に温度
差が生じ易く、不用意な熱応力の発生を防止する意味か
らも、管部材の内部における均熱性を維持するべく昇温
速度を 200℃/h以下に制限していた。この結果、例えば
管部材が低合金鋼（2-1/4Cr-1Mo 鋼）である場合、溶接
後熱処理は上記配管を昇温速度 200℃/hで 725℃まで加
熱し、１時間保持したのち降温速度 275℃/hで冷却する
ことにより実施され、熱処理作業の１サイクルに約６時
間程度の作業時間を必要とするために、一晩に１サイク
ルの溶接後熱処理作業しか実施することができなかっ
た。一方、溶接後熱処理において配管を加熱する手段に
は、高周波誘導コイルを備えて成る高周波誘導加熱装置
（特開平 3-55790、特開平 4-28194参照）があり、この
装置を用いた場合には、誘導渦電流と磁気ヒステリシス
により被加熱体自体が発熱するので、上記電気抵抗加熱
装置と比較して管部材における肉厚方向の温度差が少な
く、もって昇温速度を速く設定した場合には１サイクル
の熱処理作業時間を短縮することが可能となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、現地施工さ
れた配管に対し、高周波誘導加熱装置を用いて溶接後熱
処理を実施する場合には、取付け作業の容易さ等から、
上記加熱装置における高周波誘導コイルを配管の外周に
巻回させて設置している。一方、上記配管に対して溶接
後熱処理を実施した際、配管の昇温工程に伴って上記配
管内の空気が加熱されることにより、外気との比重差に
起因して上記配管の内部に空気の流れ（ドラフト）が発
生し、この空気流によって配管の内周面が冷却されてし
まう不都合がある。特に、高周波誘導加熱装置を用いて
速い昇温速度で配管を加熱した場合には、配管内外にお
ける空気の比重差が急激に拡大することにより強い空気
流が発生し易く、この強い空気流によって配管の内周面
が著しく冷却された場合、上記配管の内外面に大きな温
度差が生じて熱応力の発生等を招来する不都合がある。
このため、高周波誘導加熱装置を用いて溶接後熱処理を
実施する場合でも、昇温工程時における空気流の発生を
考慮すると、昇温時間を極端に速く設定することは困難
であり、もって１サイクルの熱処理作業に要する時間
は、電気抵抗加熱装置を用いた溶接後熱処理と大差な
く、１サイクルの溶接後熱処理において多くの電力を消
費するとともに、人件費や消耗品費も多く必要とし、も
って配管工事に係わる施工費用の高騰を招来していた。
本発明は上記実状に鑑みて、配管工事の施工費用を大幅
に削減し得る配管溶接継手の熱処理方法を提供すること
を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで本発明に関わる配
管溶接継手の熱処理方法では、配管の外周域における継
手溶接部の近傍に、高周波誘導加熱装置における高周波
誘導コイルを装着するとともに、空気の流通を阻止する
封止部材を各管部材の内部に継手溶接部を挟む態様でそ
れぞれ装着し、昇温工程において上記配管を高周波誘導
コイルによる高周波誘導加熱によって所定の昇温速度で
所定の熱処理温度まで加熱したのち、保温工程において
上記配管を所定の熱処理温度で所定の時間保持し、次い
で降温工程において上記配管を所定の降温速度で冷却す
ることによって上記目的を達成している。

【０００５】

【作用】上記構成によれば、各管部材の内部に装着され
た封止部材が、配管の内部における空気の流通を阻止す
るので、昇温工程において配管内部に空気流が発生する
ことを未然に防止でき、もって昇温速度を速く設定する
ことが可能となり、溶接後熱処理の１サイクルに要する
作業時間を大幅に短縮することができる。

【０００６】

【実施例】以下、本発明に関わる配管溶接継手の熱処理
方法を、図１ないし図４を参照しながら詳細に説明す
る。図１に示す配管１は、隣接した管部材を互いに溶接
することによって構成されており、上記配管１における
管部材１０Ａと１０Ｂとは、全周に亘る継手溶接部２０
を介して互いに結合されている。

【０００７】上記管部材１０Ａと１０Ｂとを互いに全周
溶接して配管１を施工した後、該配管１に対して溶接後
熱処理を実施する場合には、図１に明示する如く上記配
管１の外周域に、上記継手溶接部２０の近傍を囲繞する
態様で、高周波誘導加熱装置（図示せず）における高周
波誘導コイル３０を巻回して装着する。

【０００８】なお、上記高周波誘導加熱装置（図示せ
ず）は、高周波誘導コイル３０以外に高周波電源等を具
備しており、その具体的な構成および動作態様について
は既に周知なので詳細な説明は省略する。

【０００９】配管１に対して溶接後熱処理を実施する際
には、上記配管１の外部に高周波誘導コイル３０を装着
する一方、上記配管１の内部、詳しくは管部材１０Ａお
よび１０Ｂの内部に、封止部材４０Ａおよび４０Ｂをそ
れぞれ装着する。

【００１０】上記封止部材４０Ａと４０Ｂとは、セラミ
ックファイバーあるいはガラス繊維の布から成るシート
材によって構成されており、図１に示す如く継手溶接部
２０を挟む態様で、水溶性接着剤を用いて上記管部材１
０Ａと１０Ｂとの内周面にそれぞれ接着されている。

【００１１】また、上記封止部材４０Ａと４０Ｂとは、
管部材１０Ａと１０Ｂとの内径よりも外径寸法を大きく
設定して形成され、配管１の内部にこれら封止部材４０
Ａと４０Ｂとが装着されることによって、上記配管１の
内部、特に継手溶接部２０の近傍における空気の流通が
可及的に阻止されることとなる。

【００１２】なお、配管（管部材）の内径寸法が小さい
場合には、上記封止部材４０Ａおよび４０Ｂを、接着剤
を用いることなく管部材１０Ａおよび１０Ｂに丸めて挿
入することにより、配管１の内部における空気の流通を
阻止することができる。

【００１３】また、上記封止部材４０Ａと４０Ｂとは、
昇温工程時の加熱による接着剤の劣化を未然に防ぐ目的
で、図１中に符号ｗで示すように上記高周波誘導コイル
３０の端部から配管１の軸方向に沿って約 100mm程度の
適宜な間隔を置いて配設されており、さらに上記封止部
材４０Ａと４０Ｂとには金属ワイヤあるいは耐熱繊維か
ら成るロープ（図示せず）が係留されており、該ロープ
は配管１の外部へと引き出されている。

【００１４】なお、上記封止部材４０Ａおよび４０Ｂ
は、管部材１０Ａと１０Ｂとを互いに溶接する前の時点
において各々装着され、上記管部材１０Ａと１０Ｂとを
タングステンイナートガスアーク溶接によって接合した
場合に、イナートガスを配管１の内部に捕捉しておく作
用を為す。

【００１５】また、上記封止部材４０Ａと４０Ｂとは、
溶接後熱処理が完了したのち、配管１の外部に延びるロ
ープを介して配管１の外部へ引き出され、このとき配管
１に付着したままの水溶性接着剤は、熱処理の後に実施
される水圧試験の試験水に溶解して、上記配管１の内部
に残留することなく外部へ排出されてしまう。

【００１６】上述した高周波誘導コイル３０と、封止部
材４０Ａおよび４０Ｂとを配管１に装着したのち、高周
波誘導コイル３０によって上記配管１を所定の熱処理温
度まで加熱する（昇温工程）。

【００１７】ここで、上記昇温工程において配管１を加
熱した際、上記配管１の内部における空気も加熱される
ものの、上述したように上記配管１の内部には空気の流
通を阻止する封止部材４０Ａと４０Ｂとが装着されてい
るため、上記配管１の内部においては配管内外の空気の
比重差に起因した空気流（ドラフト）の発生が未然に防
止され、もって上記空気流による配管内周面の温度低下
が可及的に抑えられることとなる。

【００１８】図２の（ａ）と（ｂ）は、配管の内部に空
気流が発生している場合と、本願発明により空気流の発
生を防止した場合とにおける配管各部（管頂外表面…
□、管頂内表面…△、管側外表面…＋、管側内表面…
×、管底外表面…◇、管底内表面…▽）の金属表面温度
状況を、試供管（材質 STPA 24、6B Sch.160）、昇温速
度500℃/h、管頂外表面における保持温度 725℃の条件
において比較したものであり、この図から明らかなよう
に、高周波誘導コイルの巻中心（継手溶接部）から50mm
の位置における最大温度と最小温度との差が、配管の内
部に空気流が発生している場合には35℃であるのに対
し、空気流が発生していない場合には僅か12℃にまで減
少する。

【００１９】上述したように、封止部材４０Ａと４０Ｂ
との働きによって、空気流（ドラフト）による配管内周
面の温度低下が可及的に抑えられるため、配管１におけ
る肉厚方向の温度差に起因した熱応力の発生を危惧する
ことなく、高周波誘導加熱装置を用いて配管１を極めて
速い昇温速度で加熱することが可能となる。

【００２０】すなわち、従来の電気抵抗加熱装置を用い
た熱処理法では、通常で 200℃/h、最大で 500℃/h（電
気容量 30KVA、管仕様 6B SCH160の場合）程度であった
昇温速度を、本発明に関わる高周波誘導加熱装置を用い
た熱処理法では1800℃/h程度まで、すなわち従来の熱処
理法に比べて約１０倍程の昇温速度よって配管１を加熱
することも可能となる。

【００２１】配管１を上記昇温工程において所定の熱処
理温度にまで加熱した後、上記配管１を所定の時間保持
する（保温工程）。次いで、配管１を上記保温工程にお
いて所定の時間保持した後、上記配管１を取り回し得る
所定の温度まで冷却する（降温工程）。上述した高周波
誘導コイル３０の取付け作業に次いで、昇温工程、保温
工程、降温工程を経て、さらに高周波誘導コイル３０の
取外し作業を終えた時点で、１サイクルの溶接後熱処理
作業が完了する。

【００２２】ここで、図３（ａ）に示す如く、電気抵抗
加熱装置を用いた熱処理法では、配管（材質 STPA 24）
に対する常温での外部ヒータの取付け工程Ａ、昇温速度
200℃/hでの昇温工程Ｂ、 725℃で２時間保持の保温工
程Ｃ、降温速度 275℃/hでの降温工程Ｄ、および 300℃
での外部ヒータの取外し工程Ｅから成る熱処理１サイク
ルに、約６時間に及ぶ作業を必要としている。

【００２３】これに対して、高周波誘導加熱装置を用い
た本発明に関わる熱処理法では、図３（ｂ）に示す如
く、配管（材質 STPA 24）に対する常温での高周波誘導
コイルの取付け工程ａ、昇温速度1000℃/hでの昇温工程
ｂ、 725℃で２時間保持の保温工程ｃ、降温速度 275℃
/hでの降温工程ｄ、および 300℃での段取り替え工程ｅ
から成る熱処理１サイクルを約４時間の作業時間で完了
しており、電気抵抗加熱装置を用いた熱処理法に比較し
て、溶接後熱処理の１サイクルに費やされる作業時間を
約30％削減することができる。

【００２４】また、図３（ｂ）に示す如く上記保温工程
ｃが終了した時点で、高周波誘導コイルを別個の配管に
付け替えれば、上述した工程ａ，ｂ，ｃ，ｄおよびｅか
ら成る第１の熱処理作業と、常温での高周波誘導コイル
の取付け工程ａ′、昇温速度1000℃/hでの昇温工程
ｂ′、 725℃で２時間保持の保温工程ｃ′、降温速度 2
75℃/hでの降温工程ｄ′、および 300℃での高周波誘導
コイルの取外し工程ｅ′から成る第２の熱処理作業との
２サイクルの溶接後熱処理を約８時間で実施することが
できる。

【００２５】言い換えれば、電気抵抗加熱装置を用いた
従来の熱処理法では、一晩において１サイクルしか実施
できなかった溶接後熱処理を、高周波誘導加熱装置を用
いた本発明に関わる熱処理法においては１晩で２サイク
ル実施することができ、もって熱処理作業の大幅な能率
向上を達成することが可能となる。

【００２６】図４は、炭素鋼から成る発電ボイラー鋼管
（6B-12B 計 200インチ・ダイア）を対象とし、高周波
誘導加装置を用いて熱処理を実施した場合と、電気抵抗
加熱装置を用いて熱処理を実施した場合とにおける、配
管工事に要する施工費用（人件費…Ｃ１、消耗品費…Ｃ
２、設備費…Ｃ３、諸経費…Ｃ４）のコスト比率を示し
たものであり、この図から明らかなように高周波誘導加
装置を用いた熱処理法では、電気抵抗加熱装置を用いた
熱処理法に対して、人件費Ｃ１および断熱材や番線等の
消耗品費Ｃ２が大幅に削減され、トータルで約３０％も
の施工費の削減となる。

【００２７】なお、本発明に関わる配管溶接継手の熱処
理方法は、溶接継手を用いて構成された配管を採用して
いる種々の産業分野においても、極めて有効に適用し得
るものであることは言うまでもない。

【００２８】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明に関わる
配管溶接継手の熱処理方法では、配管の外周域における
継手溶接部の近傍に、高周波誘導加熱装置における高周
波誘導コイルを装着するとともに、空気の流通を阻止す
る封止部材を各管部材の内部に継手溶接部を挟む態様で
それぞれ装着し、昇温工程において上記配管を高周波誘
導コイルによる高周波誘導加熱によって所定の昇温速度
で所定の熱処理温度まで加熱したのち、保温工程におい
て上記配管を所定の熱処理温度で所定の時間保持し、次
いで降温工程において上記配管を所定の降温速度で冷却
している。このため、上記各管部材の内部に装着された
封止部材が、配管の内部における空気の流通を抑えるこ
とにより、昇温工程において配管の内部に空気流が発生
することを未然に防止し得るので、昇温速度を電気抵抗
加熱装置に比べ極めて速く設定することが可能となり、
もって溶接後熱処理の１サイクルに要する作業時間を大
幅に短縮することができ、配管工事の施工費用を大幅に
削減することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる配管溶接継手の熱処理方法を実
施する態様を示した配管の要部破断斜視図。

【図２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明に関わ
る配管溶接継手の熱処理方法において、配管の内部に空
気流が発生している場合と、本願発明により空気流の発
生を防止した場合とにおける配管各部の温度状況を、横
軸に高周波誘導コイルの中心（継手溶接部）からの距
離、縦軸に温度を取って示した線図。

【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来の電気抵
抗加熱装置による溶接後熱処理作業のサイクル、および
本発明に関わる配管溶接継手の熱処理方法における溶接
後熱処理作業のサイクルを、横軸に時間、縦軸に温度を
取って示した線図。

【図４】高周波誘導加熱装置を用いて熱処理を実施した
場合と、電気抵抗加熱装置を用いて熱処理を実施した場
合とにおける、配管工事に関わるコスト比率を示したチ
ャート。

【符号の説明】

１…配管、 １０Ａ，１０Ｂ…管部材、 ２０…継手溶接部、 ３０…高周波誘導コイル、 ４０Ａ，４０Ｂ…封止部材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣接した管部材を互いに溶接して成
   る配管における配管溶接継手の熱処理方法であって、 上記配管の外周域における継手溶接部の近傍に、高周波
   誘導加熱装置における高周波誘導コイルを装着するとと
   もに、上記配管の内部における空気流の発生を防止する
   べく、空気の流通を阻止する封止部材を、上記配管を構
   成している各管部材の内部に、上記継手溶接部を挟む態
   様で各々装着する工程と、 上記配管を、上記高周波誘導コイルによる高周波誘導加
   熱によって、所定の昇温速度において所定の熱処理温度
   まで加熱する昇温工程と、 上記昇温工程に次いで、上記配管を所定の熱処理温度に
   おいて所定の時間保持する保温工程と、 上記保温工程に次いで、上記配管を所定の降温速度にお
   いて冷却する降温工程と、 を含んで成ることを特徴とする配管溶接継手の熱処理方
   法。