JPS60174824A - 高周波加熱処理方法 - Google Patents
高周波加熱処理方法Info
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- JPS60174824A JPS60174824A JP2713784A JP2713784A JPS60174824A JP S60174824 A JPS60174824 A JP S60174824A JP 2713784 A JP2713784 A JP 2713784A JP 2713784 A JP2713784 A JP 2713784A JP S60174824 A JPS60174824 A JP S60174824A
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- JP
- Japan
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- cooling water
- frequency heating
- cooling
- pipe
- stress
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-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/50—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for welded joints
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は溶接継手部に発生する残留応力を改善する方法
に係り、特に管あるいは容器の如く円筒状の構造物の溶
接継手部に適用するのに好適な高周波加熱処理方法に関
する。
に係り、特に管あるいは容器の如く円筒状の構造物の溶
接継手部に適用するのに好適な高周波加熱処理方法に関
する。
従来の高周波加熱処理による管又は容器の如き円筒状の
構造物の溶接継手部の残留応力改善方法は、高周波加熱
コイルを溶接継手部に覆う様に設置し、前記継手部内面
側には冷却水を通した状態で前記高周波加熱コイルによ
り、溶接継手部の外表面を加熱し、一定時間経過後の溶
接継手部の内外面の温度差から内面に引張の熱反力を生
じさせ、応力状態を降伏域まで上げる事によって最初の
溶接による残留応力を緩和させた後冷却して残留応力を
圧縮に転じさせるといった方法であり、その温度の時間
的経過は第１図に示す様に、外表面の温度ａは、加熱時
間中は急上昇し、加熱停止後は下降する。又、内表面の
温度すは緩やかに上昇した後下降し、内外表面の温度差
は、最高２００Ｃ〜３００Ｃに達する。
構造物の溶接継手部の残留応力改善方法は、高周波加熱
コイルを溶接継手部に覆う様に設置し、前記継手部内面
側には冷却水を通した状態で前記高周波加熱コイルによ
り、溶接継手部の外表面を加熱し、一定時間経過後の溶
接継手部の内外面の温度差から内面に引張の熱反力を生
じさせ、応力状態を降伏域まで上げる事によって最初の
溶接による残留応力を緩和させた後冷却して残留応力を
圧縮に転じさせるといった方法であり、その温度の時間
的経過は第１図に示す様に、外表面の温度ａは、加熱時
間中は急上昇し、加熱停止後は下降する。又、内表面の
温度すは緩やかに上昇した後下降し、内外表面の温度差
は、最高２００Ｃ〜３００Ｃに達する。
しかしながら、この方法において外表面の応力状態に注
目してみれば、加熱時には外面に圧縮応力が働くので、
冷却後には引張の応力が残る事になる。この事は、従来
の高周波加熱処理で応力が改善されるのは内面のみであ
り、従って、その腐食環境が内面のみの場合式限って適
用でき、外面も腐食環境におかれるものには使えないと
いう欠点を有する事を示すものである。
目してみれば、加熱時には外面に圧縮応力が働くので、
冷却後には引張の応力が残る事になる。この事は、従来
の高周波加熱処理で応力が改善されるのは内面のみであ
り、従って、その腐食環境が内面のみの場合式限って適
用でき、外面も腐食環境におかれるものには使えないと
いう欠点を有する事を示すものである。
実際に、ジャケット式熱交換器の様に、内外表面とも腐
食環境となる容器あるいは管が存在し、これらの機器に
対しては、従来の高周波加熱処理では対処できなかった
。
食環境となる容器あるいは管が存在し、これらの機器に
対しては、従来の高周波加熱処理では対処できなかった
。
又、繰り返し荷重を受ける様な箇所に従来の高周波加熱
処理を施すと、外表面の強い引張残留応力のために、か
えって疲れ限度を低下させる事になる。
処理を施すと、外表面の強い引張残留応力のために、か
えって疲れ限度を低下させる事になる。
本発明の目的は、管又は容器の如き円筒状の構造物にお
ける溶接部の内外表面の両方の残留応力を同時に改善で
きる高周波加熱処理方法を提供することにある。
ける溶接部の内外表面の両方の残留応力を同時に改善で
きる高周波加熱処理方法を提供することにある。
本発明の特徴は、管あるいは容器の如き円筒状の構造物
の溶接継手部の、残留応力改善をする際、前記構造物の
内部に冷却水を流して内表面冷却しながら高周波加熱装
置により前記構造物の溶接継手部の外表面を一定時間加
熱し、加熱を停止した後冷却水を噴出させる機能を備え
た前記高周波加熱装置により前記加熱部を急激に冷却す
ることを特徴とする。
の溶接継手部の、残留応力改善をする際、前記構造物の
内部に冷却水を流して内表面冷却しながら高周波加熱装
置により前記構造物の溶接継手部の外表面を一定時間加
熱し、加熱を停止した後冷却水を噴出させる機能を備え
た前記高周波加熱装置により前記加熱部を急激に冷却す
ることを特徴とする。
本発明の方法により、内表面及び外表面と、部材中心部
とに温度差が生じて、内表面及び外表面に引張の応力９
部材中心部に圧縮の応力が働き部材が降伏する。従って
、この後に冷却が完了して部材内の温度差がなくなれば
応力状態が反転し、内表面及び外表面の残留応力を圧縮
側へ改善する事ができる。
とに温度差が生じて、内表面及び外表面に引張の応力９
部材中心部に圧縮の応力が働き部材が降伏する。従って
、この後に冷却が完了して部材内の温度差がなくなれば
応力状態が反転し、内表面及び外表面の残留応力を圧縮
側へ改善する事ができる。
以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
第２図は、管の周継手溶接部に高周波加熱コイルを装着
した図で、その断面図を第３図に示す。
した図で、その断面図を第３図に示す。
管１の周継手溶接部３を覆う様に設置される円筒状の高
周波加熱コイル２は、＾周波電源７により、高周波電流
を供給される。又、管１には、別の配管ルートを設置す
るつこのルートは、冷却水４を貯蔵するタンク５と、゛
冷却水送給のためのポンプ６とから成っている。これら
装置において、高周波加熱コイル２に高周波電流を流す
と、それによシ誘導される渦電流が、焉周波加熱コイル
２の直下の管の外表面に生じ、そのジュール熱により管
１を昇温させると同時に、冷却水ポンプ６を起動させる
事により、管内に冷却水を通水させて、管１の内表面を
冷却させる事ができる。
周波加熱コイル２は、＾周波電源７により、高周波電流
を供給される。又、管１には、別の配管ルートを設置す
るつこのルートは、冷却水４を貯蔵するタンク５と、゛
冷却水送給のためのポンプ６とから成っている。これら
装置において、高周波加熱コイル２に高周波電流を流す
と、それによシ誘導される渦電流が、焉周波加熱コイル
２の直下の管の外表面に生じ、そのジュール熱により管
１を昇温させると同時に、冷却水ポンプ６を起動させる
事により、管内に冷却水を通水させて、管１の内表面を
冷却させる事ができる。
第５図および第６図は、高周波加熱コイル２の一周分の
構造を示したもので、コイル導体本体８は、前記コイル
導体８のオーバーヒートを防ぐための冷却管９と、加熱
対象物の外表面に、冷却水を吹きつけるためのノズル口
１１の開い＆管１０とにより、それぞれ溶接又はロウ付
けにより連結される。冷却管９および管１ｏに供給され
る冷却水は、それぞれ、タンク１２とポンプ１３にょシ
送られるが、パルプ１４−ａ、１４−ｂにより、管９と
管１０への供給の切換えを行なう事ができる。
構造を示したもので、コイル導体本体８は、前記コイル
導体８のオーバーヒートを防ぐための冷却管９と、加熱
対象物の外表面に、冷却水を吹きつけるためのノズル口
１１の開い＆管１０とにより、それぞれ溶接又はロウ付
けにより連結される。冷却管９および管１ｏに供給され
る冷却水は、それぞれ、タンク１２とポンプ１３にょシ
送られるが、パルプ１４−ａ、１４−ｂにより、管９と
管１０への供給の切換えを行なう事ができる。
以上の様な構成の装置を使い、次に述べる方法により溶
接部の残留応力を改善させる。第７図は本方法の加熱・
冷却の過程を示すものである。
接部の残留応力を改善させる。第７図は本方法の加熱・
冷却の過程を示すものである。
まず第１段階は、従来の方法と同じ様に、高周波加熱コ
イル２により、管１の外表面を加熱すると同時に、冷却
水タンク５からポンプ６により、冷却水を管１の内部に
供給し内面を冷却する。この時、パルプ１４−ａを開き
、１４−ｂを閉じておき、タンク１２から供給される冷
却水は単に、高周波加熱コイルのオーバーヒートを防ぐ
ためだけに使われる。
イル２により、管１の外表面を加熱すると同時に、冷却
水タンク５からポンプ６により、冷却水を管１の内部に
供給し内面を冷却する。この時、パルプ１４−ａを開き
、１４−ｂを閉じておき、タンク１２から供給される冷
却水は単に、高周波加熱コイルのオーバーヒートを防ぐ
ためだけに使われる。
次に、＾周波加熱を止め、更に、パルプ１４−ａを閉じ
、パルプ１４−ｂを開ける。このパルプの切換えにより
、これまでコイルを冷却していた冷却水は、看１０を流
れ、管１０に開けらｉしている穴１１から噴出されて、
管１の外表面を急冷する。
、パルプ１４−ｂを開ける。このパルプの切換えにより
、これまでコイルを冷却していた冷却水は、看１０を流
れ、管１０に開けらｉしている穴１１から噴出されて、
管１の外表面を急冷する。
以上の過程を踏めば、まず第１段階では、管１の内表面
の温度ｄと外表面の温度Ｃとの差が大となるので、この
段階で、熱塑性歪を生じて、溶接による残留応力は消さ
れる。しかし、この段階では、白衣は引張、外面は圧縮
応力の状態なので、このまま冷却すれば、外面に引張応
力が残る。
の温度ｄと外表面の温度Ｃとの差が大となるので、この
段階で、熱塑性歪を生じて、溶接による残留応力は消さ
れる。しかし、この段階では、白衣は引張、外面は圧縮
応力の状態なので、このまま冷却すれば、外面に引張応
力が残る。
そこで、外表面に直接冷却水をかけて急冷させると、部
材内部の温度ｅと外表面の温度Ｃは大きな温ｔｉ差とな
り、部材内部と外表面との間に熱塑性歪が生じる。この
時の応力状態は、部材内部が圧縮、外表面が引張である
ので、冷却後には、部材内部は引張、外表面は圧縮の方
向へ応力状態が反転する。
材内部の温度ｅと外表面の温度Ｃは大きな温ｔｉ差とな
り、部材内部と外表面との間に熱塑性歪が生じる。この
時の応力状態は、部材内部が圧縮、外表面が引張である
ので、冷却後には、部材内部は引張、外表面は圧縮の方
向へ応力状態が反転する。
この原理を、有限要素法による解析で説明する。
従来の高周波加熱処理方法では、被加熱物の内外表面温
度は、第１図に示した様な経時変化をたどるが、この場
合の冷却後内面の残留応力分布状態を第８図、冷却後外
面の残留応力分布状態を第９図に示す。内面の軸方向応
力ｇ及び内面の周方向応力りは加熱処理を施した部分が
一２０Ｋｇ／１ｃｍ”前後の圧縮状態となっており、そ
の効果が解析によってもうかがえるが、外面の軸方向応
力Ｊ及び外面の周方向応力にはその逆で、共に２０Ｋｇ
／ｍｍ”以上の強い引張状態となっている。
度は、第１図に示した様な経時変化をたどるが、この場
合の冷却後内面の残留応力分布状態を第８図、冷却後外
面の残留応力分布状態を第９図に示す。内面の軸方向応
力ｇ及び内面の周方向応力りは加熱処理を施した部分が
一２０Ｋｇ／１ｃｍ”前後の圧縮状態となっており、そ
の効果が解析によってもうかがえるが、外面の軸方向応
力Ｊ及び外面の周方向応力にはその逆で、共に２０Ｋｇ
／ｍｍ”以上の強い引張状態となっている。
一方、本発明によって第７図に示した様な経時変化をも
たせた時の冷却後内・外表面残留応力分布を各々第１０
図、第１１図に示すヶ 第１０図に示す様に、内面の応力分布は従来方式と同じ
く圧縮となっており、更に第１１図に示す様に外面の応
力分布は、従来方式に比べ、かなり引張状態が緩オロさ
れている。
たせた時の冷却後内・外表面残留応力分布を各々第１０
図、第１１図に示すヶ 第１０図に示す様に、内面の応力分布は従来方式と同じ
く圧縮となっており、更に第１１図に示す様に外面の応
力分布は、従来方式に比べ、かなり引張状態が緩オロさ
れている。
この実施例においては、高周波加熱コイル２のオーバー
と一ト防止のための冷却水と、管１の外面を直接冷却す
るための冷却水とを共用にしているので、設備を簡素化
できる。
と一ト防止のための冷却水と、管１の外面を直接冷却す
るための冷却水とを共用にしているので、設備を簡素化
できる。
又、高周波加熱を施行する際、外表面温度が高くなりす
ぎると、材料が鋭敏化してしまうが、本実施例で使用す
る高周波加熱コイルを使用すれば、酊却剤をノズル口１
１より適時用して、管１の外表面温度を最適温度に制御
することも可能である。
ぎると、材料が鋭敏化してしまうが、本実施例で使用す
る高周波加熱コイルを使用すれば、酊却剤をノズル口１
１より適時用して、管１の外表面温度を最適温度に制御
することも可能である。
又、本実施例で、管１の外表面の冷却水を通水するため
の管１０を設けたことにより、従来よりも高周波加熱コ
イルの導体８の放熱の効果も高まる。
の管１０を設けたことにより、従来よりも高周波加熱コ
イルの導体８の放熱の効果も高まる。
尚、前記実施例で、管１の内面め冷却剤、管外面及び高
周波加熱コイルの冷却剤として水を用いたが、この限り
ではない。
周波加熱コイルの冷却剤として水を用いたが、この限り
ではない。
又、管内面の冷却水の循環するループと、管外面及び高
周波加熱コイル用の冷却水のループとを独立させる必要
はなく、第７図に示す様に、内面冷却と外面冷却は同時
に施行されないので、パルプ設置により単一の冷却水タ
ンクと冷却水ポンプで共用する事もできる。
周波加熱コイル用の冷却水のループとを独立させる必要
はなく、第７図に示す様に、内面冷却と外面冷却は同時
に施行されないので、パルプ設置により単一の冷却水タ
ンクと冷却水ポンプで共用する事もできる。
以上の実施例では、管の周継手溶接部に対して施行する
場合を述べたが、従来の＾周波加熱処理方法は、容器の
長手継手溶接部や、容器の管板付近の様に拘束を受ける
円筒構造物の溶接部に対してもその効果が確認されてお
り、本発明についても同様にそれらの箇所に適応できる
。
場合を述べたが、従来の＾周波加熱処理方法は、容器の
長手継手溶接部や、容器の管板付近の様に拘束を受ける
円筒構造物の溶接部に対してもその効果が確認されてお
り、本発明についても同様にそれらの箇所に適応できる
。
本発明によれば、管又は容器の如き円筒状の構造物にお
ける溶接部の内面と外面の両方の残留応力を同時に改善
できるので、内面及び外面とも腐食環境下におかれる様
な、機器、配管に対しても、その耐食性を向上させると
いう効果があり、応力腐食割れ等によるトラブルを未然
に防止され、プラントの稼動率と信頼性向上に役立てる
事ができる。
ける溶接部の内面と外面の両方の残留応力を同時に改善
できるので、内面及び外面とも腐食環境下におかれる様
な、機器、配管に対しても、その耐食性を向上させると
いう効果があり、応力腐食割れ等によるトラブルを未然
に防止され、プラントの稼動率と信頼性向上に役立てる
事ができる。
第１図は、従来の高周波加熱処理にお゛ける、加熱対象
物の、内面と外面の温度経過を示す線図、第２図は、管
の溶接継手部に高周波加熱コイルを設置した斜視図、第
３図は、高周波加熱処理を施行する際の装置を説明する
図、第４図は本発明方法を実施するために必要な、高周
波加熱コイルの断面及び外観図、第５図は第４図のコイ
ル断面の一周分を拡大した図、第６図は第５図の底面図
と、その冷却方法を説明する図、第７図は本発明の方法
による茜周波加熱処理における′Ｓの内面、外面及び部
材内部の温度経過を示す線図、第８，９図は従来の高周
波加熱による内、外面の／ＡＭ応力状態を示す図゛、第
１０．１１図は本発明による内外面の残照応力状態を示
す図。 １・・・管、２・・・高周波加熱コイル、３・・・円周
溶接部、４・・・冷却水、５・・・管内面の冷却水用タ
ンク、６・・・冷却水ポンプ、７・・・高周波電源、８
・・・配管、９・・・高周波加熱コイルの冷却水通水管
、１０・・・管外面の冷却水用通水路、１１・・・冷却
水噴出口、１２・・・冷却水用タンク、１３・・・冷却
水ポンプ、１４・・・パルプ、１５・・・冷却水再生用
クーラー、ａ・・・外面の温度、ｂ・・・内面の温度、
Ｃ・・・外面の温度、ｄ・・・部材内部の温度、ｅ・・
・内面の温度、「・・・内面の半径方向応力、ｇ・・・
内面の軸方向応力、ｈ・・・内面の周方向応力、ｉ・・
・外面の半径方向応力、ｊ・・・外面の６１図 冶Ｓ口 冶６０ 晴間 鵠δ口 高闇ｉ勢ヌル理イ灸円市ｆ、力分斤 冶９１２１ 高ｎ液俤刈５里稜夕１改びしカ分野 内面応力扮牟
物の、内面と外面の温度経過を示す線図、第２図は、管
の溶接継手部に高周波加熱コイルを設置した斜視図、第
３図は、高周波加熱処理を施行する際の装置を説明する
図、第４図は本発明方法を実施するために必要な、高周
波加熱コイルの断面及び外観図、第５図は第４図のコイ
ル断面の一周分を拡大した図、第６図は第５図の底面図
と、その冷却方法を説明する図、第７図は本発明の方法
による茜周波加熱処理における′Ｓの内面、外面及び部
材内部の温度経過を示す線図、第８，９図は従来の高周
波加熱による内、外面の／ＡＭ応力状態を示す図゛、第
１０．１１図は本発明による内外面の残照応力状態を示
す図。 １・・・管、２・・・高周波加熱コイル、３・・・円周
溶接部、４・・・冷却水、５・・・管内面の冷却水用タ
ンク、６・・・冷却水ポンプ、７・・・高周波電源、８
・・・配管、９・・・高周波加熱コイルの冷却水通水管
、１０・・・管外面の冷却水用通水路、１１・・・冷却
水噴出口、１２・・・冷却水用タンク、１３・・・冷却
水ポンプ、１４・・・パルプ、１５・・・冷却水再生用
クーラー、ａ・・・外面の温度、ｂ・・・内面の温度、
Ｃ・・・外面の温度、ｄ・・・部材内部の温度、ｅ・・
・内面の温度、「・・・内面の半径方向応力、ｇ・・・
内面の軸方向応力、ｈ・・・内面の周方向応力、ｉ・・
・外面の半径方向応力、ｊ・・・外面の６１図 冶Ｓ口 冶６０ 晴間 鵠δ口 高闇ｉ勢ヌル理イ灸円市ｆ、力分斤 冶９１２１ 高ｎ液俤刈５里稜夕１改びしカ分野 内面応力扮牟
Claims (1)
- １、管あるいは容器の如き円筒状の構造物の内部に冷却
水を流して内表面を冷却しながら高周波加熱装置に、よ
り前記構造物の溶接継手部の外表面を一定時間加熱し、
加熱を停止した後冷却水を噴出させる機能を備えた前記
高周波加熱装置により前記加熱部を急激に冷却すること
を特徴とする高周波加熱処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2713784A JPS60174824A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 高周波加熱処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2713784A JPS60174824A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 高周波加熱処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60174824A true JPS60174824A (ja) | 1985-09-09 |
Family
ID=12212659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2713784A Pending JPS60174824A (ja) | 1984-02-17 | 1984-02-17 | 高周波加熱処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60174824A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5215829A (en) * | 1990-01-24 | 1993-06-01 | Hitachi, Ltd. | Method for strengthening pressure resistance of a hollowed metallic structure and a pressure resistant structure made thereby |
-
1984
- 1984-02-17 JP JP2713784A patent/JPS60174824A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5215829A (en) * | 1990-01-24 | 1993-06-01 | Hitachi, Ltd. | Method for strengthening pressure resistance of a hollowed metallic structure and a pressure resistant structure made thereby |
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