JPS60135525A - 管の残留応力改善方法 - 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】 「産業上の利用分針」 本発明は管の残留応力改善方法に係り、特に鋼管等の溶
接部付近における腐食疲労や応力割れ等Ｔｌｃ対する強
度ケ増大させるのに好適な残留応力改善方法に関するも
のである。

「従来技術」 一般に、原子カプラント、火力プラント、化学プラント
等に用いられる配管は、接続部分や分岐部分が溶接等に
よって連結されているが、溶接部近傍には、溶接時の熱
により残留引張り応力が発生する。このような残留引張
り応力が発生している管に、腐食流体などの腐食因子が
共存する場合、残留引張応力と直交する方向に応力腐食
割れか進行すると考えられている。

このような問題点ケ解決する手段として、例えば、管内
に冷却水χ挿通させながら管ン誘導；■熱して管の内外
面に温度差ン与え、管の内面に残留圧縮応力を発生させ
る方法がある。しかしながら、該方法によると冷却水を
使用することが必要であるため、設備、管の形状、管の
布設状態等によって制約ン受は易いという難点がある＾ 「発明の目的」 本発明は従来技術の難点ン有利に解決し得るとともに、
処理時間の短縮ンすることがでざ、また・冷却水ケ省略
することができる方法の提供ン目的とするものである。

「発明の構成１ このような目的を達成するため本発明は・残留応力改善
部分の熱膨張ケ拘束しながらその付近を加熱し、拘束さ
れている部分に引張り方向の塑性変形ン発生させ、管σ
】冷却後に残留応力改善部分に残留圧縮応力を与えろこ
とを特徴とするものである。

［実施例−１ 以Ｆ、本発明の一央鴨例ケ図面に基づいて説明する。

、第１図は　本発明の方法か通用される対象物が、例え
ばオーステナイト系ステンレス鋼管などσ〕管１の溶接
部２付近の内面である場合ケ示し、管１の周囲に溶接部
２付近の管壁ン誘導加熱するための加熱コイル８が配設
されるとともに、溶接部２の外表面に緊密に接触させる
ための拘束リング傷が配設される。該拘束リング４＆工
管１との熱遮断性にぼれ、かつ、Ｍ膨張の少ないものが
使用され、必要π応じて断熱材ン介在させ１こり、第１
図矢印で示すように冷却水ン送りこんで冷却し得るもの
とされる。なお、第１図中符号５は残留応力改善部分、
符号６は溶接部２の内面の継ぎ目である。

このように、管ｌの溶接部２−丁なわち残留応力改善部
分５の熱膨張７拘宋リング４で拘束するようにしながら
、加熱コイル３に通電し、て残留応力改善部分６０両側
ケはぼ同熱晰で誘導ｊＪＩｌ熱すると、拘束リング４で
拘束されている部分を除いて熱膨張が発生する。このと
きの残留応力改善部分行σ〕温度分布は、拘束＋：リン
グと接触している溶接部２０表面が熱放散の分だけ、＠
２図に示すように低くなる傾向Ｙ示てが、内面の継ぎ目
６の付近の温度低下は少なくなる。したがって、管壁が
第１図鎖線で示すように熱膨張して径が大きくなること
によって・残留応力改善部分５には＠１図矢印ピ）（ロ
）で示すように熱引張応力が発生する。

そこで、該熱引張応力が降伏点以上となるように、７１
０熱コイル８による熱針を調整すると、管内面の継ぎ目
６の両側などに管軸方向χ主とする塑性変形が発生する
。その後に、ＤＯ熱ヤケ停止て自然に冷却するなどの徐
今夕でると、熱膨張していた部分の収縮力で、残留応力
改善部分５の径ン小さくしようとする周方向の残留圧縮
応力と、残留応力改善部分５ヶ両側から挾んで寸法ケ小
さくしようとでることによる管軸方向の残留圧縮応力と
ン残留応力改善部分５、溶接部２付近に積極的に発生さ
せることができる。

なお、第１図例では本発明の方法ケ溶接部２の付近に適
用したか、他の部分に任意に適用することができろもの
である。

さらに、＠２図に示す温度分布を積極的に調整てること
ｆより残留応力改善効果を上げることが「ｊＪ能で、以
下、この方法について説明する。

（前提条件） 管軸方向に温度勾配がある場合を考え、管軸方向の湿度
勾配は・冴壁の厚さ平均温度が指数形であるとする。

（温度勾配によって発生する応力の算出）軸方向の温度
分布が第３図に示すように変化する場合を考える。

Ｘ≧００領域での温度分布Ｙｆｌ１式で仮定する・”Ｆ
　ｆｘ）＝　−１Ｔ　ｅ−”ｄ ゛−−−１１１ 餐　ｘ＜００領域でσ〕ｆＭ度分布は、（０，了ΔＴ）
点について、Ｘ≧θの領域の１１１式の点対称分布であ
ると仮定する。

薄肉円筒に軸方向温度変化がある場合には（２）式が成
立てる。

但し　Ｗ：変位 ａ：円筒の平均半径 ｈ：円筒（１）厚さ Ｅ：ヤング率 シ雷ポアソン比 （２）式の一般解は（３）式の通り与えられる。

ｗ＝ｅβｘ（Ｃ，ｃｏｓβｘ＋Ｃ，３釉βＸ）十ｅ−β
ｘ（（：、ａｘｓβｘ＋Ｃ４５ｊｎβｘ　）　十ｆ　ｆ
ｘ）　＝−−−−＋３１＠３図で示す温度分布の場合に
は、ｘ−＋閃でＷ＝０となるので１、弐〇〕第一項はＯ
である。

Ｃ，＝Ｃ，＝Ｃ・・・・・（４） −１：た、（３）式のｆへ）は（２）式の特異解であり
、ここではｆ　［Ｘ）Ｙ　ｆ！５１式の通りとする。

ｆ　ｋｌ＝　Ｃ、ｅ−””　＝　−（５１故に、＋３１
式は（６）式の通り薔き改められる。

ｗ＝ｅ−＃”（（’３ｃｏｓβｘ−１−Ｃ’４ｓｉｎβ
ｘ）−１−Ｃ，ｅ−ｘｒＬ　・＋６１この問題の境界条
件は、温度分布がｘ　＝　０において点対称である前提
よりｘ　＝　Ｑでの変位が自由膨張渋であること及びＸ
＝θでモーメントがθである、２である。故に境界条件
として（７）式及び（８）式が導かれろ。

、−〇−−了ａαΔＴ・・・・・・（７）ｄ’ｗ （］へ「）、−。−Ｉ０　−°−ｆ８＋（７）式より＋
９１式の関係が導かれるＣ　３−ｔ−Ｃ５−−ａαΔＴ
　・・・・・・（９）（０）弐ン２回倣分てるとＯ［１
式の１ｊｆｆつとなる。

（８）式と００式より（１０式の関係が導かれる特異解
ｆ　（ｘ）は（２）式乞満足するので代入してＣ１１を
解くと（ロ）式が与えられる。

ここで／／ｄ＝ｎβとすると（Ｉ２）式は（ｌ崩式とな
る。

（１３）式にβ４とＤ’＆代入して整理すると（１楊式
が導かれるＯ （１１１式に／　／ｄ　＝　ｎβを代入すると０荀式が
導かれる。

０（１）弐ン（９）式に代入するとＣ１が導かれる。

４ ＣＭ−ＴＣｌ・・・・・・（］ｃ５」 Ｏ＋３式〜０６）式及び／　／ｄ　−＝　ｎβを（６）
式に代入すると（１７）式が導かれる。

軸方向温度分布により生じるモーメン）Ｍｘは（１８）
式の１１ηり表わ丁ことか出来る。

ｅｗ Ｍ　ｘ　＝　−Ｄ□　・・・・・・（１８）ｄｘ’ また・モーメン）Ｍｘにより生じる円筒内面側の応力σ
は１１ｇ）式の通り表わ丁ことが出来る。

ａ：〜過鉱＝−ＬＤ−む・・・・・・（１９）ｂｙ　ｈ
”　旬 Ｃ１式に０４）〜（１６）式を代入するとに）式が導か
れる。

内式’％ｊ　（１０）式に代入して９０式が導かれる。

これらの結果から、第１７を図ＴＡ）に示すような管外
表σｎ濡度分布であるときに、管１の溶接部２付近にお
ける残留応力を第ｔＩ図ｆｉｌに示すように負の値、丁
なわち残留圧縮応力とし得るとともに、これをコントロ
ールすることができるもσ〕である。

「発明の効果」 以上説明したように本発明によれば次の効果を奏するこ
とかできる。

＋９１ ■　残留応力の改善ン葵施てる場合に、管の内部に冷却
水Ｙ通す必要性がな（、設備Ｙ簡ｍＫＬ得るとともに、
準備時間や処理時間を短縮することかできる。

■　管軸方向が斜め、垂ｉＬ水平である場合など、管の
布設条件等に影梼されることがなく、適用範囲ケ拡大で
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を管の溶接部に適用した一″ｉｉ
Ｉ／ｉ１例を示す概略図、第２図は残留応力改善部分の
温度分布図、第３図は管軸方向の温度分布のモデル図、
第１Ｉ図は第３図による計算例における残留応力曲線図
である。 １・・・・管、２・・・・・・溶接部、８・・・・・・
加熱コイル、盛・・・・・・拘束リング、５・・・・・
・残留応力改善部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管σ）残留応力改善部分の熱膨張を拘束しながらその付
   近を加熱し、前記残留応力改善部分に降伏点以上の熱引
   張応カケ発生させた後、前記管ン徐冷てることにより前
   記残留応力改善部分に残留圧縮応力を発生させること？
   特徴とする管の残留応力改善方法。