JPH08271183A - フェライト鋼管板とオーステナイト鋼管との溶接構造 - Google Patents
フェライト鋼管板とオーステナイト鋼管との溶接構造Info
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- JPH08271183A JPH08271183A JP7077853A JP7785395A JPH08271183A JP H08271183 A JPH08271183 A JP H08271183A JP 7077853 A JP7077853 A JP 7077853A JP 7785395 A JP7785395 A JP 7785395A JP H08271183 A JPH08271183 A JP H08271183A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 融合不良や溶接割れなどの溶接欠陥がなく、
簡便に溶接できる溶接構造を提供する。 【構成】 オーステナイト鋼管２の一方の側にＮｉ基合
金の管３を予め溶接してフェライト鋼管板１に加工した
開先に挿入し、インコネルの管３の高さまでは管板１と
同成分のフェライト系溶接材料５で溶接し、それ以降は
インコネル系の溶接材料６を用いて溶接することを特徴
とする。
簡便に溶接できる溶接構造を提供する。 【構成】 オーステナイト鋼管２の一方の側にＮｉ基合
金の管３を予め溶接してフェライト鋼管板１に加工した
開先に挿入し、インコネルの管３の高さまでは管板１と
同成分のフェライト系溶接材料５で溶接し、それ以降は
インコネル系の溶接材料６を用いて溶接することを特徴
とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高温高圧で運転される
ボイラ、原子力、化学プラントの管と管板あるいは管と
管寄せの溶接に好適な溶接構造に関するものである。
ボイラ、原子力、化学プラントの管と管板あるいは管と
管寄せの溶接に好適な溶接構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ボイラ、原子力、化学プラントは数多く
の熱交換器で構成されている。熱交換器においては、配
管から供給されてきた流体を管に分配し、この管内流体
と管外流体の温度差を利用して熱交換し、熱交換した管
内流体を再度合流させ、配管によって次工程のプロセス
へと送られる。配管から管への内部流体の分配および管
から配管への内部流体の合流には管板構造あるいは管寄
せ構造が採用されている。
の熱交換器で構成されている。熱交換器においては、配
管から供給されてきた流体を管に分配し、この管内流体
と管外流体の温度差を利用して熱交換し、熱交換した管
内流体を再度合流させ、配管によって次工程のプロセス
へと送られる。配管から管への内部流体の分配および管
から配管への内部流体の合流には管板構造あるいは管寄
せ構造が採用されている。
【０００３】このような管板あるいは管寄せ構造におい
ては、管への内部流体の分配が均一でないため、管のメ
タル温度も不均一となる。このように、管ではメタル温
度のアンバランスを考慮するために、管が加熱されるプ
ロセスにおいては、管の設計温度は管板あるいは管寄せ
よりも高くなる。管板と管、管寄せと管とはこのような
設計条件を考慮した材料選定と形状寸法が選定される。
ては、管への内部流体の分配が均一でないため、管のメ
タル温度も不均一となる。このように、管ではメタル温
度のアンバランスを考慮するために、管が加熱されるプ
ロセスにおいては、管の設計温度は管板あるいは管寄せ
よりも高くなる。管板と管、管寄せと管とはこのような
設計条件を考慮した材料選定と形状寸法が選定される。
【０００４】ところで、フェライト鋼とオーステナイト
鋼を比較すると、高温強度はオーステナイト鋼の方が高
いが、線膨張係数が大きく、熱伝導率が小さいことおよ
び高価であることから、薄肉の管にはオーステナイト鋼
が使用されるが、厚肉の管板や管寄せにはフェライト鋼
を使用するのが一般的である。
鋼を比較すると、高温強度はオーステナイト鋼の方が高
いが、線膨張係数が大きく、熱伝導率が小さいことおよ
び高価であることから、薄肉の管にはオーステナイト鋼
が使用されるが、厚肉の管板や管寄せにはフェライト鋼
を使用するのが一般的である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フェラ
イト鋼管板とオーステナイト鋼管を直接溶接すると、後
述する問題点があるために、図２に示すように、オース
テナイト鋼管２にフェライト鋼管７をインコネル系溶接
金属４で溶接し、さらにフェライト鋼管７とフェライト
鋼管板１とをフェライト系溶接金属５で溶接する構造と
している。
イト鋼管板とオーステナイト鋼管を直接溶接すると、後
述する問題点があるために、図２に示すように、オース
テナイト鋼管２にフェライト鋼管７をインコネル系溶接
金属４で溶接し、さらにフェライト鋼管７とフェライト
鋼管板１とをフェライト系溶接金属５で溶接する構造と
している。
【０００６】本溶接構造においては、内部流体温度が上
昇すると、管の設計温度が管板の設計温度よりも高くな
り、管の肉厚が増大するために、管としての製造（製
管）自体が困難になる。また管の設計温度が上昇してフ
ェライト鋼の使用上限温度を上回ると、図２に示す溶接
構造は採用できなくなる。
昇すると、管の設計温度が管板の設計温度よりも高くな
り、管の肉厚が増大するために、管としての製造（製
管）自体が困難になる。また管の設計温度が上昇してフ
ェライト鋼の使用上限温度を上回ると、図２に示す溶接
構造は採用できなくなる。
【０００７】このような条件においては、オーステナイ
ト鋼管を直接フェライト鋼管板へ溶接する構造とせざる
を得なくなる。図３はオーステナイト鋼管２を直接フェ
ライト鋼管板１へインコネル系溶接金属６で溶接する構
造を示すが、本溶接構造においては以下のような問題点
がある。
ト鋼管を直接フェライト鋼管板へ溶接する構造とせざる
を得なくなる。図３はオーステナイト鋼管２を直接フェ
ライト鋼管板１へインコネル系溶接金属６で溶接する構
造を示すが、本溶接構造においては以下のような問題点
がある。
【０００８】フェライト鋼とオーステナイト鋼との異材
溶接においては、両材料の中間的な線膨張係数を有し、
炭化物形成傾向も大きくないＮｉ基のインコネル系溶接
材料を使用する。図３の溶接構造においても、溶接金属
６はインコネル系溶接材料によるものとなるが、インコ
ネル溶接金属は溶融状態において表面張力が大きく、狭
い開先面への濡れ性が悪い。このため、溶接ルート部に
おいて融合不良やブローホールが多く発生する。また管
の端部と管板の開先面には未溶着部が残るために、この
未溶着部が切欠きとして作用し、未溶着部を起点とした
溶接高温割れが発生する頻度が高い。
溶接においては、両材料の中間的な線膨張係数を有し、
炭化物形成傾向も大きくないＮｉ基のインコネル系溶接
材料を使用する。図３の溶接構造においても、溶接金属
６はインコネル系溶接材料によるものとなるが、インコ
ネル溶接金属は溶融状態において表面張力が大きく、狭
い開先面への濡れ性が悪い。このため、溶接ルート部に
おいて融合不良やブローホールが多く発生する。また管
の端部と管板の開先面には未溶着部が残るために、この
未溶着部が切欠きとして作用し、未溶着部を起点とした
溶接高温割れが発生する頻度が高い。
【０００９】上記した問題点は、未溶着部が残る開先形
状に起因して発生することから、未溶着部が残らない突
き合わせ溶接となる図４の溶接構造を採用することによ
って解決できる。図４に示した溶接構造は、オーステナ
イト鋼管２とフェライト鋼管板１の双方に突き合わせ、
溶接の開先を加工し、インコネル系溶接材料で溶接する
ものである。
状に起因して発生することから、未溶着部が残らない突
き合わせ溶接となる図４の溶接構造を採用することによ
って解決できる。図４に示した溶接構造は、オーステナ
イト鋼管２とフェライト鋼管板１の双方に突き合わせ、
溶接の開先を加工し、インコネル系溶接材料で溶接する
ものである。
【００１０】この構造では、未溶着部は残らず開先幅も
比較的広いために、融合不良、ブローホール、高温割れ
は発生しなかった。しかし管側と管板側の熱容量が大き
く異なるために、裏波ビードの形状は不均一となる。ま
た初層付近の溶接は、溶接トーチを大きく傾けて実施す
る必要があり、管ピッチが小さくなると溶接施工は不可
能となる。さらに溶接のための開先加工と溶接施工の工
数が増加し、コストが大きく増大するという問題点があ
った。
比較的広いために、融合不良、ブローホール、高温割れ
は発生しなかった。しかし管側と管板側の熱容量が大き
く異なるために、裏波ビードの形状は不均一となる。ま
た初層付近の溶接は、溶接トーチを大きく傾けて実施す
る必要があり、管ピッチが小さくなると溶接施工は不可
能となる。さらに溶接のための開先加工と溶接施工の工
数が増加し、コストが大きく増大するという問題点があ
った。
【００１１】本発明の目的は、フェライト鋼管板あるい
は管寄せとオーステナイト鋼管の溶接において、融合不
良や溶接割れ等の溶接欠陥を発生させることなく、しか
も簡便に溶接施工可能な溶接構造を提供することにあ
る。
は管寄せとオーステナイト鋼管の溶接において、融合不
良や溶接割れ等の溶接欠陥を発生させることなく、しか
も簡便に溶接施工可能な溶接構造を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的は、開先幅が
狭く、未溶着部が発生する溶接ルート部をフェライト鋼
管板と同成分系の溶接材料で溶接できるように、オース
テナイト鋼管の一方に予めインコネルの管を溶接した管
として溶接することによって達成される。
狭く、未溶着部が発生する溶接ルート部をフェライト鋼
管板と同成分系の溶接材料で溶接できるように、オース
テナイト鋼管の一方に予めインコネルの管を溶接した管
として溶接することによって達成される。
【００１３】
【作用】即ち、溶接ルート部に相当する個所は、インコ
ネルの管とフェライト管板との溶接であるために、フェ
ライト系溶接材料によって溶接しても何等問題はない。
フェライト系溶接材料であれば、当該溶接金属の溶融状
態での表面張力は小さく、溶接高温割れ感受性も小さい
ので、融合不良や高温割れは発生しなくなる。オーステ
ナイト鋼管に溶接で取り付けたインコネルの管の部分ま
ではフェライト系溶接材料で溶接し、それ以降はオース
テナイト鋼管とフェライト鋼管板の溶接となるために、
インコネル系溶接材料により溶接するが、この部分の開
先幅は広くなっており、未溶着部は全く存在しないため
に、健全な溶接部を得ることができる。
ネルの管とフェライト管板との溶接であるために、フェ
ライト系溶接材料によって溶接しても何等問題はない。
フェライト系溶接材料であれば、当該溶接金属の溶融状
態での表面張力は小さく、溶接高温割れ感受性も小さい
ので、融合不良や高温割れは発生しなくなる。オーステ
ナイト鋼管に溶接で取り付けたインコネルの管の部分ま
ではフェライト系溶接材料で溶接し、それ以降はオース
テナイト鋼管とフェライト鋼管板の溶接となるために、
インコネル系溶接材料により溶接するが、この部分の開
先幅は広くなっており、未溶着部は全く存在しないため
に、健全な溶接部を得ることができる。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明の一実施例を具体的に説明す
る。
る。
【００１５】図１は本発明になる溶接構造の断面図であ
る。図１において、１は図５に化学成分を示したＳＣＭ
Ｖ４（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ）鋼管板、２はオーステナ
イト系のＳＵＳ３２１ＨＴＢ鋼管である。３はインコネ
ルの管で、ＳＵＳ３２１ＨＴＢとインコネルの管は図５
の４段目に示したインコネル系溶接材料で予めＴＩＧ溶
接した。なお、ＳＵＳ３２１ＨＴＢ鋼管とインコネルの
管の溶接はＴＩＧ溶接等による溶融溶接でなくとも、拡
散接合、摩擦溶接あるいはフッラシュバット溶接等でも
よい。摩擦溶接等においては最終の加圧工程で溶接部に
バリの発生や変形が生じる。これらは、インコネルの管
の長さが短いことからインコネルの管の側からの機械加
工等によって対応できる。管どうしで異材溶接した後、
インコネルの管を管板に加工した開先の深さと同等の長
さに切断し、ＳＣＭＶ４に加工した開先内にセットして
仮付け溶接した。
る。図１において、１は図５に化学成分を示したＳＣＭ
Ｖ４（２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ）鋼管板、２はオーステナ
イト系のＳＵＳ３２１ＨＴＢ鋼管である。３はインコネ
ルの管で、ＳＵＳ３２１ＨＴＢとインコネルの管は図５
の４段目に示したインコネル系溶接材料で予めＴＩＧ溶
接した。なお、ＳＵＳ３２１ＨＴＢ鋼管とインコネルの
管の溶接はＴＩＧ溶接等による溶融溶接でなくとも、拡
散接合、摩擦溶接あるいはフッラシュバット溶接等でも
よい。摩擦溶接等においては最終の加圧工程で溶接部に
バリの発生や変形が生じる。これらは、インコネルの管
の長さが短いことからインコネルの管の側からの機械加
工等によって対応できる。管どうしで異材溶接した後、
インコネルの管を管板に加工した開先の深さと同等の長
さに切断し、ＳＣＭＶ４に加工した開先内にセットして
仮付け溶接した。
【００１６】初層からインコネルの管の高さまでは、図
５に示した２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ系溶接材料を用いて溶
接した後、それ以降は図５の５段目に示したインコネル
系溶接材料を用いて所定ののど厚に達するまで溶接し
た。
５に示した２．２５Ｃｒ−１Ｍｏ系溶接材料を用いて溶
接した後、それ以降は図５の５段目に示したインコネル
系溶接材料を用いて所定ののど厚に達するまで溶接し
た。
【００１７】溶接後、溶接部断面の組織検査、側曲げ試
験を実施したが、溶接欠陥や割れは全く発生しておら
ず、健全な溶接部が得られることを確認した。
験を実施したが、溶接欠陥や割れは全く発生しておら
ず、健全な溶接部が得られることを確認した。
【００１８】なお、インコネルの管の長さを開先深さの
０．５倍以下にすると、インコネル系溶接材料で溶接を
開始する時点での開先幅が狭く、融合不良を発生する場
合があった。またフェライト鋼管の長さを開先深さの
１．５倍以上にすると、インコネルの管の高さまでに溶
接する層数が多くなり、全体の溶接工数が大きく増加す
る。このように、オーステナイト鋼管と溶接するインコ
ネルの管の長さは開先深さの０．５〜１．５倍の範囲が
好適である。
０．５倍以下にすると、インコネル系溶接材料で溶接を
開始する時点での開先幅が狭く、融合不良を発生する場
合があった。またフェライト鋼管の長さを開先深さの
１．５倍以上にすると、インコネルの管の高さまでに溶
接する層数が多くなり、全体の溶接工数が大きく増加す
る。このように、オーステナイト鋼管と溶接するインコ
ネルの管の長さは開先深さの０．５〜１．５倍の範囲が
好適である。
【００１９】本発明になる溶接構造においては、インコ
ネルの管は溶接によって完全に補強されることおよび管
板への熱伝導によって管板の温度以上に加熱されること
もないため、図２に示した従来溶接構造のように、オー
ステナイト鋼管よりも肉厚にする必要は全くない。この
ため、溶接施工しやすいインコネルの管の肉厚、例えば
オーステナイト鋼管と同一の肉厚を選定することができ
るという効果がある。
ネルの管は溶接によって完全に補強されることおよび管
板への熱伝導によって管板の温度以上に加熱されること
もないため、図２に示した従来溶接構造のように、オー
ステナイト鋼管よりも肉厚にする必要は全くない。この
ため、溶接施工しやすいインコネルの管の肉厚、例えば
オーステナイト鋼管と同一の肉厚を選定することができ
るという効果がある。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フェライト鋼管板あるいは管寄せとオーステナイト鋼管
の溶接を、従来技術の諸問題を解決して、しかもフェラ
イト系同士の溶接と同様の溶接作業性で実施可能であ
り、高温高圧で運転されるプラントの信頼性を高めるこ
とができる等の効果を奏するものである。
フェライト鋼管板あるいは管寄せとオーステナイト鋼管
の溶接を、従来技術の諸問題を解決して、しかもフェラ
イト系同士の溶接と同様の溶接作業性で実施可能であ
り、高温高圧で運転されるプラントの信頼性を高めるこ
とができる等の効果を奏するものである。
【図１】本発明の実施例に係るフェライト鋼管板とオー
ステナイト鋼管の溶接構造を示す断面図である。
ステナイト鋼管の溶接構造を示す断面図である。
【図２】従来のフェライト鋼管板とフェライト鋼管の溶
接構造を示す断面図である。
接構造を示す断面図である。
【図３】従来のフェライト鋼管板とオーステナイト鋼管
の溶接構造を示す断面図である。
の溶接構造を示す断面図である。
【図４】従来のフェライト鋼管板とオーステナイト鋼管
の溶接構造を示す断面図である。
の溶接構造を示す断面図である。
【図５】本発明の実施例で使用される材料の化学組成の
一例を示す表図である。
一例を示す表図である。
１ フェライト鋼管板 ２ オーステナイト鋼管 ３ インコネルの管 ４ インコネル系溶接金属（管−管異材溶接） ５ フェライト系溶接金属 ６ インコネル系溶接金属 ７ フェライト鋼管
Claims (2)
- 【請求項１】 オーステナイト鋼管の一方の側にＮｉ基
合金の管を予め溶接してフェライト鋼管板に加工した開
先に挿入し、インコネルの管の高さまでは管板と同成分
のフェライト系溶接材料で溶接し、それ以降はインコネ
ル系の溶接材料を用いて溶接することを特徴としたフェ
ライト鋼管板とオーステナイト鋼管との溶接構造。 - 【請求項２】 請求項１において、前記オーステナイト
鋼管に溶接するインコネルの管の長さを管板に加工した
開先深さの０．５〜１．５倍とすることを特徴としたフ
ェライト鋼管板とオーステナイト鋼管との溶接構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07785395A JP3477665B2 (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | フェライト鋼管板とオーステナイト鋼管との溶接構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07785395A JP3477665B2 (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | フェライト鋼管板とオーステナイト鋼管との溶接構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08271183A true JPH08271183A (ja) | 1996-10-18 |
| JP3477665B2 JP3477665B2 (ja) | 2003-12-10 |
Family
ID=13645627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07785395A Expired - Lifetime JP3477665B2 (ja) | 1995-04-03 | 1995-04-03 | フェライト鋼管板とオーステナイト鋼管との溶接構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3477665B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008080347A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Babcock Hitachi Kk | 管溶接構造体及び管溶接方法ならびに管溶接構造体を備えたボイラ装置 |
| EP2851645A3 (de) * | 2005-11-18 | 2015-04-08 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Wärmetauscher für einen Verbrennungsmotor |
-
1995
- 1995-04-03 JP JP07785395A patent/JP3477665B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2851645A3 (de) * | 2005-11-18 | 2015-04-08 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Wärmetauscher für einen Verbrennungsmotor |
| EP2851646A3 (de) * | 2005-11-18 | 2015-04-08 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Wärmetauscher für einen Verbrennungsmotor |
| EP1977185B1 (de) * | 2005-11-18 | 2017-12-13 | MAHLE Behr GmbH & Co. KG | Wärmetauscher für einen verbrennungsmotor |
| JP2008080347A (ja) * | 2006-09-26 | 2008-04-10 | Babcock Hitachi Kk | 管溶接構造体及び管溶接方法ならびに管溶接構造体を備えたボイラ装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3477665B2 (ja) | 2003-12-10 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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