JPS5921711B2 - ステンレス鋼材の溶接方法 - Google Patents

ステンレス鋼材の溶接方法

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JPS5921711B2
JPS5921711B2 JP53084299A JP8429978A JPS5921711B2 JP S5921711 B2 JPS5921711 B2 JP S5921711B2 JP 53084299 A JP53084299 A JP 53084299A JP 8429978 A JP8429978 A JP 8429978A JP S5921711 B2 JPS5921711 B2 JP S5921711B2
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pipe
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stainless steel
welding
heat input
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康方 玉井
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/02Seam welding; Backing means; Inserts
    • B23K9/028Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams
    • B23K9/0282Seam welding; Backing means; Inserts for curved planar seams for welding tube sections

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)
  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ステンレス鋼材の溶接方法に係り、特に応力
腐食割れ対策として固溶化熱処理できない場所において
施行される低炭素のステンレス耐食性溶接材料を高温高
圧水に接する配管に適用し応力腐食割れを防止するのに
好適なステンレス鋼材の溶接方法に関する。
近年、BWRプリントにおいて経験されている原子炉一
次系SUS304配管の溶接熱影響部の粒界応力腐食割
れ(SCC)は、第1図に示す如く、0.2%耐圧を越
える高引張応力1、溶接熱影響部の結晶粒界に沿つて生
じるクロム欠乏層(材料の鋭敏イヒ)2および溶存酸素
等の腐食環境3が重なる部分4に発生するものである。
従来より施行されている自然冷却(溶接中に管内面に水
を流すなどの擦リ冷却をしなを ・)によるSUS30
4配管の溶接では、第2図に示す如く溶接6による収縮
の結果、母材(SUS304配管)5Aおよび5Bの管
内面に数10kg/一にもおよぶ高引張残留応力(第2
図口の特性A)が生じる。第2図口のTS側は、引張残
留応力領域であり、CS側は圧縮残留応力領域である。
直線Bは、0.2%耐力レベルを示す。母材5Aおよび
5Bの溶接部6付近に生じる熱影響部7に、クロム欠乏
層が生じる。このように、高引張応力1とクロム欠乏層
2の発生した母材5Aおよび5Bの内側に腐食性流体を
流すと、母材5Aおよび5Bの熱影響部TにSCCが発
生する危険性が大きくなる。本発明は、肉盛り部に隣接
する鋭敏化部分にデルタフェライト層を含む組織を生成
させるとともに、該鋭敏化部分におけるCr欠乏層を除
去することによつて、その耐食性をステンレス鋼材本来
の耐食性に回復させることにより、既設プラントの配管
を補修する場合にもScC発生の危険性を減少できるス
テンレス鋼材の溶接方法を提供することにある。
本発明の溶接方法は、溶接にて接合される複数のステン
レス鋼材の溶接継手部付近で、かつ腐食性流体と接触す
る面に肉盛を行ない、前記肉盛による熱影響を受ける領
域で、かつ前記肉盛部に隣接する前記腐食性流体に接触
する部分を、入熱量5000J/(l]以下の条件で溶
融処理し、その後、前記各ステンレス鋼材の前記溶接継
手部を溶接することを特徴とする。
本発明は、以下に示す検討に基づいてなされたものであ
る。
前述した問題を解決するために、SUS3O4配管の継
手溶接により第2図に示す如く形成される熱影響部7の
管内面鋭敏化域を低炭素のオーステナイト系ステンレス
鋼あるいはインコネル等の耐食性材料により溶接する第
3図に示す管内面肉盛溶接と溶体化処理の組み合わせに
よる応力腐食割れ防止法がある。
この方法を、第3図および第4図を用いて説明する。配
管(SUS3O4)5Cの内面でかつ溶接端部11付近
に、低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼にて肉盛り
10を行なう。
この肉盛り10作業によつて、配管5Cf1C鋭敏化領
域8が生じる(第3図A)。肉盛り10が行なわれた後
、配管5Cは、溶体化処理が行なわれるので、鋭敏化領
域8も消失する。肉盛り10は、溶体化処理肉盛り9に
変わる。この溶休化処理肉盛り9を第3図Bに示すよう
に一部加工した後、さらに、配管5Cの溶接端部11ま
で配管5Cの内面に肉盛り10が施こされる。これらの
内面肉盛り作業が終了した後、配管5Cの溶接端部11
に開先12が形成される。上記の手順で内面肉盛りを行
なつた配管5Dの開先と配管5Cの開先を対向させて配
置し、第4図のように溶接を行なう。第4図の13が溶
接部である。溶接部13付近に鋭敏化領域8Aおよび8
Bが形成されるが、腐食性流体に接触する配管5Cおよ
び5Dの内面、溶体化処理肉盛り9および肉盛り10の
内面には、鋭敏化領域8は存在しない。したがつて、こ
のような作業を行なつた配管には、SCCが発生しなX
.Σ内面肉盛りの効果としては、肉盛り金属自体の炭素
量が低いことおよびSCC抵抗を飛躍的に高めるデルタ
フエライトの析出(肉盛りのままで10%前後析出する
)があげられ、継手溶接による鋭敏化領域8Aおよび8
Bも第4図のように完全にマスクされることになり、S
CCが防止される。しかしながら、第5図に示す既設の
原子力発電プラントの配管13の補修部分を切断し、新
しい配管を溶接にて取付ける場合、切断されて原子力発
電プラントに取付けられている配管13の溶接端部14
付近の内面に低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼の
肉盛り15を行なうことはできるが、配管13の溶体化
処理を行なうことができないo単に肉盛り15のみを行
なうと、第3図AVC示すような鋭敏化領域8が、上記
の肉盛り15付近に発生する。
炭素量0.07%のSUS3O4の配管13の溶接端部
14付近の内面に低炭素のオーステナイト系ステンレス
鋼の肉盛り15を行なつた時の第5図のP点およびQ点
の金属組織を、第6図のAおよびBに示す。
配管の内面の肉盛りを行なう時の入熱量は、ビード形状
と肉盛効率の要求上から一般に800−0〜10000
J/αで行なわれている。第6図は、8000J/傭の
入熱量で肉盛り15を行なつた場合の、肉盛り15に隣
接する配管14内面近傍のJISストラウス試験後の鋭
敏化観察写真である。ストラウス試験は、クロム欠乏層
とデルタフエライトをピツクアツプする試験である。第
6図Aは第5図のP点に対応するものであり、第6図B
は第5図のQ点に対応するものである。第6図Bの境界
Mより右側は肉盛り15を行なつた部分(配管13の肉
盛り部)であり、境界Mより左側は肉盛り15による熱
影響領域である。配管13の肉盛り部では、デルタフエ
ライト16が析出している。熱影響領域には、クロム欠
乏層17が存在する。第6図Aにも6クロム欠乏層17
が見られる。肉盛り15を行なつた配管13の溶接端部
14に、第3図に示す処理を行なつた配管5Cの溶接端
部11を溶接しても、配管13のクロム欠乏層17は解
消されず、そのまま残つてしまう。
したがつて、補修が完了した配管13内に腐食性流体が
流れると、クロム欠乏層17に沿つてSCCが発生する
危険性がある。配管(炭素量0.07%のSUS3O4
) 13の内面に肉盛り15を行なつた後、肉盛り15
VC隣接する配管13の内面の第7図に示す領域18(
肉盛り15によつて鋭敏化された領域)を、ノンフイラ
ーテイングで溶融処理すると、韓した領域18はデルタ
フエライトが析出する。
さらに、この溶融によつて熱影響を受けかつ領域18に
隣接する部分のクロム欠乏層は、少なくなる。8000
J/1の入熱量で肉盛り15を行なつた後、領域18を
溶融する場合の入熱量を、種々変えてみた。
第8図に示す各写真は、ストラウス試験後における第7
図のR点部分の観察写真であり、Aは領域18の溶融時
の入熱量が6000J/(7n,.Bはその入熱量が4
000J/CmおよびCはその入熱量が3000J/α
の場合のものである。入熱量6000J/αではR点に
わずかにクロム欠乏層17が存在する。しかし、入熱量
4000および3000J/Cmでは、R点にクロム欠
乏層17が存在しない。入熱量が5000J/c!n以
下になると、領域18付近のR点ではクロム欠乏層17
は全く存在しなくなる。第9図に、領域18の溶融時の
入熱量が6000J/(]の場合における第7図のS点
部分の観察写真を示す。これは、ストラウス試験後のも
のである。S点では、デルタフエライト16が析出して
いることがよくわかる。領域18の溶融時の入熱量を4
000および3000J/Cmにしても、S点では、上
記同様、デルタフエライト16が析出する。このように
、肉盛り15を行なつた後、肉盛り15に隣接する配管
13の内面を溶融することによつて、溶融により熱影響
によつて配管13の内面付近にクロム欠乏層17が形成
されることが著しく減少する。
したがつて、配管13の溶融端部に新しい配管を溶接し
ても、配管13にSCCが発生する危険性が著しく減少
する。領域18を溶融する時の入熱量を8000J/α
にすると、R点に第6図Aと同程度のクロム欠乏層17
が発生する。したがつて、領域18を溶融する時の入熱
量は、肉盛り15を行なう時の入熱量よりも小さくする
ことが望ましい。クロム欠乏層17を完全に消失させる
のであれば、領域18を溶融する時の入熱量を5000
J/C7!l以下にするとよ0。クロム欠乏層17が消
失すれば、配管13のSCCを完全に防止できる。本発
明の好適な実施例を第10図に基づいて説明する。
原子力発電プラントにすでに設置されている配管(炭素
量0.07%のSUS3O4) 13の補修部分を切析
除去し、配管13の溶接端部14付近の内面に低炭素の
オーステナイト系ステンレス鋼の肉盛り15を、第10
図Aのように行なう。
肉盛り15を行なう時の入熱量は、8000J/αであ
る。肉盛り15を行なつた後、肉盛り15に隣接する配
管13の内面を.入熱量4000J/傭で溶融する。第
10図Bの領域18が溶融部である。領域18にデルタ
フエライトが析出する。その後、第10図CVc.示さ
れるように、配管13の溶接端部14に開先19が形成
される。配管13VC接続される新しい配管20の内面
に、第10図AからCまでの工程で、低炭素のオーステ
ナイト系ステンレス鋼の肉盛り15Aを行ない、さらに
、領域18Aを溶融して溶融部を形成する。このような
配管13および20の溶融端部が、溶接される。21が
溶接部である。
配管20の他端および切断された配管13の残りの配管
13の溶接端部にも第10図AからCまでの作業が実施
され、その後、両者が第10図Dのように溶接され、配
管13の補修が完了する。このように、配管を溶接する
ことによつて既設の原子力発電プラントの配管を補修す
る場合でも、SCCの発生を防止することができる。
新しい配管20の内面に第3図に示す工程にて肉盛りを
行ない、その後、配管13と溶接してもよい。
また、配管13の内面の領域18をまず低入熱量で溶融
し、その後、配管13の内面で領域18より溶接端部1
4側に肉盛り15を行なつても.前述した実施例と同様
な効果が得られる。本発明は、原子力発電プラントだけ
でなく、他の既設のプラントの配管の補修に適用し、S
CCの発生を防止することができる。本発明によれば、
既設のプラントの配管の補修を行なつても、配管VcS
CCが発生する危険性は著しく減少する。
【図面の簡単な説明】
第1図はSCCの発生原因の説明図、第2図は通常の自
然冷却溶接による溶接継手部に発生する残留応力を示す
説明図、第3図は従来の酉渭内面の肉盛り作業を示す工
程図で、Aは配管内面の一部に肉盛りを行なつた後の状
態図、BはAの肉盛り部を溶体化処理した後、さらに配
管内面に肉盛りを行なつた状態図およびCは配管内面の
肉盛り終了後、浩接端部に開先を設けた状態図、第4図
は第3図の工程で肉盛りした配管どうしを溶接した状態
を示す説明図、第5図は既設の原子力発電プラントの配
管内面に肉盛りのみを行なつた状態図、第6図は第5図
に示す配管の肉盛り後の金属組織を示すもので、Aは第
5図のP点における金属組織を示す顕微鏡写真およびB
は第5図のQ点における金属組織を示す顕微鏡写真、第
7図は既設の原子力発電プラントに適用した本発明の原
理を示す説明図、第8図は第7図に示す配管のR点にお
ける金属組織を示すもので、Aは領域18の溶融時の入
熱量が6000J/αの場合の金属組織を示す顕微鏡写
真、Bは領域18の溶融時の入熱量が4000J/(:
111の場合の金属組織を示す顕微鏡写真およびCは領
域18の溶融時の入熱量が3000J/αの場合の金属
組織を示す顕微鏡写真、第9図は第7図の領域18の溶
融時の入熱量が6000J/αで第7図のS点の金属組
織を示す顕微鏡写真、第10図は本発明の好適な一実施
例の作業手順を示すもので、Aは既設の原子力発電プラ
ントの配管の切断後、その内面に肉盛りをした状態を示
す説明図、Bは肉盛り後、溶融部を形成した状態を示す
説明図、Cは配管の端部に開先を形成した状態を示す説
明図およびDは上記AからCの作業を行なつた既設配管
と新しい配管とを接合した状態を示す説明図である。 13,20・・・・・・配管、15,15A・・・・・
・肉盛り、18,18A・・・・・・溶融領域、19・
・・・・・開先、21・・・・・・溶接部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 溶接にて接合される複数のステンレス鋼材の溶接継
    手部付近で、かつ腐食性流体に接触する面に肉盛を行な
    い、前記肉盛による熱影響を受ける領域で、かつ前記肉
    盛部に隣接する前記腐食性流体に接触する部分を、入熱
    量5000J/cm以下の条件で溶融処理し、その後、
    前記各ステンレス鋼材の前記溶接継手部を溶接すること
    を特徴とするステンレス鋼材の溶接方法。 2 肉盛後、前記肉盛部に隣接する前記腐食性流体に接
    触する部分を溶融処理する際の入熱量を前記肉盛を行な
    う際の入熱量よりも少なくすることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のステンレス鋼の溶接方法。
JP53084299A 1978-07-11 1978-07-11 ステンレス鋼材の溶接方法 Expired JPS5921711B2 (ja)

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