JPS60197823A - 配管の溶接継手部における残留応力改善のための加熱方法及び加熱装置 - 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】 本発明は建設中或は運転中の原子力発電プラントなどの
配管、殊に溶接継手部の近傍に誘導加熱による残留応力
改善処理（以下、単に「応力改善処理」という）を施す
際の加熱方法及びその加熱装置に関するものである。

近時、建設中或は運転中の原子力発電プラントの配管に
おいて、配管時の溶接加工の熱影響を受けてその管の内
面側に残留した引張応力を解消させたり圧縮側に移行さ
せる応力改善処理が行われている。

この応力改善処理は、配管時の溶接により形成された溶
接継手部を溶接したままの状態で当該プラントを稼動さ
せ、例えば、高温高圧の流体を流通させると、溶接時の
熱影響によって溶接部の近傍表面側粒界に炭化物が析出
して組織が鋭敏化し、その近傍の内面側に引張応力が残
留している場合、当該管内に流通される流体に含まれる
腐蝕成分が重畳的に作用して、前記溶接部近傍に粒界応
力腐蝕割れが生じることが判明したので、この応力腐蝕
割れ対策の一つとして行われるものである。

而して、」−記応力改善処理は、溶接部近傍の管の内面
に残留した引張応力を解消したり圧縮側に移行させるた
め、管内面を流体により冷却しながら溶接部近傍のみを
その外側から適宜加熱手段で局部的に加熱し、その加熱
された部分における管の肉厚の内外面で応力改善に必要
な温度差を付与することにより、加熱部に降伏点以上の
熱応力を発生させた後、その部を常温に冷却して前記内
外面での温度差を無くすように行われるものであるが、
実際のプラントにこの処理を施工する上で次に述べるよ
うな問題点がある。

例えば、ある特定の溶接継手に対し、有効な残゛留応力
改善の効果をもたらすためには、被加熱部のすべての範
囲で加熱温度が鋭敏化温度に達せず、且つ、溶接部を含
む一定の範囲（例えば、管の長手方向における３ＪＴｔ
の範囲、ここでＲは管の半径、Ｌは管の肉厚）が内外面
において残留応力の改善に必要な温度差を達成しなけれ
ばならないので、このような加熱状態を実現するには、
当該継手部分の実際の詳細な形状を予め知得し、最も好
ましい温度分布を与え得る誘導子の形態（コイルの断面
形状や巻線の配置関係）を検討し決定した上でその誘導
子を製作しなければならない。

然し、溶接継手部に用いられている配管要素は直管のみ
ならず、例えば、エルボ−、ティー、クロス、弁、ポン
プ、スウィーボレット、ウェルドレット、キャップ等が
あり、これらが夫々に区々の形態であること、また、こ
れら実物の正確な寸法形状は設計図面からは知ることが
出来ないこと（設計図記載の配管要素の寸法は、例えば
、最小要求値或は最大許容値などの所謂設計値乃至は参
考値であるため、実際に使用された配管要素の寸法とは
必ずしも一致しない）によって、」二記誘導子の製作は
、実際の配管において応力改善処理の対象となる継手部
の形状、肉厚などを逐−採寸計ｉ１＋すし、これによっ
て処理対象となる各継手部の形態に応した誘導子を製作
しなければならないので、多くの労力、時間を要する。

特に、既に運転されている原子力発電プラントにおいて
、」二記の処理対象となる継手部の寸法形状を知得する
には、その運転開始後、通常１〜１゜５年毎に行われる
燃料交換停止期間（２〜３力月）に、上記寸法形状を実
地に計測するほかなく、然も応力改善処理に使用する誘
導子の設計、＄２作には、通常上記計測期間も含め４力
月程度を要するため、上記停止期間内に応力改善処理を
実施することは出来ないので、次期停止期間に上記処理
を実施しているのが現状である。

然し、次期燃料交換停止までの運転中に、配管に粒界応
力腐蝕割れの発生のおそれがある場合などには、先の停
止期間を２力月程度延長して、こ□ の間に応力改善処理を行わざるを得ないが、この　１よ
うｔｔ　Ｗ　ｉ　ｍ　ｒ＋！Ｉ’（７）’Ａ　ｌ。、ｌ
□１．。Ｌ　ＪＬ　７．、）　ｅ８　Ｆ）　’；’、’
：　’損（核燃料と化石燃料）をもたらし、莫大な紅済
的損失を生むことになる。

また、管台溶接部（配管の分岐点）に対して応力改善処
理を施す場合には、管台溶接部のみではなく隣接する本
管部及び枝管部に亘る必要な範囲を所定温度に加熱しな
ければならないが、この場合はたとえ加熱すべき部の形
状に関する実測データがあっても形状の複雑な加熱対象
範囲全域をほぼ均一に加熱するのは事実上不可能である
ところから、現実には、」二記実測データに基いて現物
と同一形状をなす実物模型を予め製作し、この模型につ
いて誘導子の形状等を種々変更し乍ら、適正な加熱を実
現出来る誘導子の形状等を探索するといった所謂モツク
アップテストを通して、適正な誘導子を製作しているの
が現状である。

然し、上記のようなモツクアップテス１へは、それ自体
多大な労力と時間を要するため、一度の燃料交換停止期
間内に、処理対象部の現地実測をしてモックアツプテス
トを経てから、実際の応力改善処理を実施することは事
実上不可能である。

更に、上記のように実際の処理対象部の荊状。

寸法を実測したり、モックアツプテストを経て製作され
た従来の応力改善処理用の誘導子は、誘導子を構成する
各巻線のピッチや該巻線と配管表面の距離（りゝリアラ
ン久）が固定されているため、実際の応力改善処理工事
において表面温度分布に不具合があっても、コイル（ピ
ッチ、クリアランス）を変更することは不可能であった
。

囚に、管内に通水し乍らその管の外表面を誘導加熱など
により各部の発熱密度をほぼ均一にして加熱した場合に
おける各部の到達温度は、はぼ各部の肉厚に比例的に増
−減することが知られているため、従来の応力改善処理
に用いる誘導子は、他の部より厚肉であることにより到
達温度が高くなると予測される部に対応する部を、前以
てクリアランスを大きくしたり及び／又はピッチを大き
く設定して製作されているが、従来の誘導子では、予め
設定したクリアランスやピッチが実際の加熱時に不都合
であると判明しても、それを変更することは出来ないの
が現状である。

本発明は叙上のような建設中或は運転中の原子力発電プ
ラントにおける配管中の溶接継手近傍のみの残留応力改
善の現状に鑑み、この処理における溶接継手近傍全域の
均一な加熱を、配管中の処理対象部分の寸法形状を実測
したり、或いは、モックアツプテストを行わないで実現
することの出来る加熱方法と、この加熱に使用する加熱
装置を提供することを目的としてなされたもので、その
方法の構成は、二つ割り栴造で種々径を違えて形成し且
つ、連結可能な共通取付枠により支持されるようにした
複数の誘導子片の中から、加熱すべき溶接継手部の形状
に適合する複数の誘導子片を選択し、各誘導子片を、前
記継手部外表面からの離隔量と誘導子片菌子の離隔量を
任意に変更しつつ前記取付枠に取付けて、これらの各誘
導子片を電気的及び機械的に結合することにより、前記
継手部囲繞し、該継手部及びその近傍を所望温度にほぼ
均一に加熱することを特徴とするものであり、また、こ
の方法を実施するための装置の構成は、任意で種々の径
を有する環状の電気導体を少なくとも二つ割りし、各分
割端に電気導体製の結合舌片を対向させて設けて成る誘
導子片の中から、溶接継手部を含むその近傍の加熱が必
要な範囲をほぼ均等な所望温度に加熱するために選択さ
れた複数個の誘導子片を、絶縁材で形成した取付枠に着
脱自在に取付けて機械的及び電気的に結合したことを特
徴とするものである６ 次に、本発明の実施例を図に拠り説明する。

第１図及び第２図は、本発明方法を実施するため構成し
た本発明誘導子の一例を示すもので、図に於て、ＩＡは
外径２８インチ、タイプ３０４のステンレス鋼管（以下
、管ＩＡという）、ＩＢは前記管ＩＡより大きな外径と
肉厚を有するステンレス鋼管（以下、管ＩＢという）で
、前記管ＩＡと周溶接部１において接続されており、こ
の溶接部１を含むその近傍が本発明方法による加熱を含
む応力改善処理の対象となる。

而して、２は外径２５＋ｎｍの中空鋼管を円環状に成形
し、これを半円環状に二つ割して形成した誘導子片で、
ここでは小径誘導子片２１、中径誘導子片２２、２３、
大径誘導子片２４の４種類の径を持つものが使用される
。

３は上記の各誘導子片２１〜２４の分割端に、面を対向
させ、且つ、各部２１〜２４の外側へ向けて設けた電気
導体製、例えばブロック状の鋼板による結合舌片で、各
舌片３の対向面には突合されて溝を形成する段部３ａが
形成しである。而して、１個の誘導子片は第２図に示す
ように、対向した２組の結合舌片３の部分で結合されて
円環状の誘導子片を形成する。尚、上記各舌片３は誘導
子片２１〜２４の径の大小に応じ、長さの異なるものが
取附けられる。これら舌片を含む外径を整合させるため
である。

４１、４２は対向した２組の結合舌片３における段部３
ａが形成する溝に嵌合される厚みを有すると共に、前記
舌片３の外側へ充分はみ出す正面から見た高さと、前記
誘導子片２を２個以上を取附けることができる正面から
みた横幅をもたせて形成した電気絶縁性の取附枠で、こ
こでは一方の枠４１はその厚みが対向する一組の舌片３
を触させることができる厚さに、他方の枠４２は他の対
向舌片３を接触させない厚さにそれぞれ調整しである。

５は取附枠４１に取附けられる一組の結合舌片３の導通
を確保するための導通ボルト、６は取附枠４２に取附け
られる各誘導子片における一組の結合舌片３を非導通状
態で取附けると共に、付設した接続片（第１図及び第３
図の６ａ）により前記非導通状態におかれる結合舌片３
の一方を、隣接する誘導子片における一組の結合舌片３
の他方に電気的に接続する接続ボルト、７は各誘導子片
２における結合舌片３を取附枠４１．４２に固定するた
めの固定ボルトで、以上の各ボルト５，６．７により、
取附枠４１．４２に２つ割りされた誘導子片の２個以上
が電気的及び機械的に直列された一個の誘導子ブロック
を形成する。尚、第１図及び第２図に於て、８ａ、８ｂ
は分割された誘導子片の両端に設けた冷却水の導入、排
出管で、誘導子片内に冷却水を流通させて誘導子自体の
発熱を押えるためのものでる。

而して、第１図の実施例では、それぞれ３個の誘導子片
を取附けて成る３個の誘導子ブロック２Ａ〜２Ｃが処理
対象である溶接部１の近傍に配設され、各ブロック２Ａ
〜２Ｃがそれぞれの取附枠４１．４２においてブロック
連結枠９により機械的に連結される一方、隣接する取附
枠４２の隣接側にある接続ボルト６の接続片６ａが隣の
取附枠４２の接続ボルト６に結合されて、各誘導子ブロ
ック２Ａ〜２ｃの全誘導子片が直列されてなるーの誘導
子を形成している。

ここで、各誘導子片２１〜２３の管ＩＡ、　ＩＢ外表面
との離隔量及び各誘導子片同士のピッチは、管ＩＡ。

ＩＢの外形や肉厚、或は材質などの諸条件を考慮し、加
熱部の全域で所定の温度分布を実現できるように選択す
るため、誘導子片２としては様々な内径のものを予め製
作しておき、また、ピッチを調整するため、取附枠４１
．４２に各ボルトを挿通する孔を細かいピッチで設けた
り、横長の孔に形成することもある。

而して、上記の予め作製される複数の誘導子片２は、そ
の内径を様々に形成すると共に、結合舌片３の長さも長
短種々の寸法のものを取附け、同一の取附枠４１．４２
ら線輪径の異なる誘導子片がその取附枠４１．４２を管
に平行な姿勢にしたまま取附られるようにしである。第
１図に示す実施例のうち右端の誘導子ブロック２Ｃがこ
の例である。

上述のように構成される本発明誘導子を用いた本発明方
法の実施の態様例は次の通りである。

まず、処理対象部が、第１図に示す管ＩＡ、　ＩＢの溶
接部ｌを含む近楕であるときは、その処理範囲に見合っ
た誘導子の長さを具現できる個数の取附枠４１．４２と
、必要な個数のブロック連結枠９と、管ＩＡ、　ＩＩＩ
の外径肉厚、材質などを考慮してその加熱部接域をほぼ
均等に昇温できると考えられる複数の誘導子片２１〜２
４と、必要な本数の各種ボルト５．６．７とを準備し、
上記各部材を管ＩＡ、　ＩＢの囲りで１個の誘導子に組
立て、これをその処理対象部分にセットする。

次に、この状態で誘導子に通電し、処理対象部の全域に
所望の温度分布の加熱ができるかどうかを試み、仮に、
所望の温度分布が得られないときは、対応する誘導子片
２１〜２４のいずれかのみを、誘導子全体を先のセット
状態のままで取替え、再び加熱してみるといった具合に
して、この部の応力改善の加熱に用いる個有の誘導子形
態を実際の配管上で調整しつつ確定し組立てるのである
。

このように本発明では、個々の誘導子片２１〜２４を、
その取付けに使用されたボルト５〜７を取附枠４１．４
２に着脱するだけでその取替えを行うことができるので
、所望の温度分布を実現するための誘導子を配管の形態
に応じその配管上で容易に形成することができる。

ここで、誘導子ブロック２Ａ〜２ｃは、加熱範囲の広狭
に合わせ任意に増減でき、また、各ブロック−に取附け
られる誘導子片２の数や個々の誘導子片２の径、或は形
状も任意に選択できること勿論である。

次に、処理対象部が第４図に示すようにウェルドレット
（以下、管台という）を用いた溶接継手の近傍である場
合の実施例について述べる。

図に於て、ＩＡは２８インチ外径の本管、ＩＣは前記本
管ＩＡと４インチ枝管ＩＤを接続する管台で、溶接部は
本管ＩＡと管台ＩＣで構成する管台溶接部１１と、管台
ｌＣと枝管１０で構成する突合せ周溶接部１２である。

面して、管台溶接部１１近傍の内表面残留応力を有効に
圧縮側に改善するには、一点鎖線イで囲まれる範囲をほ
ぼ均一に加熱し、その内外面（管の内面は通水冷却され
ている）全域でほぼ均一な温度差を発生させることが必
要である。

この場合、温度分布を均一とするのが困難な部分は枝管
ＩＤの近傍であるから、この部分の加熱に本発明方法及
び同装置を第５図に示すような態様で適用する。

即ち、本管ＩＡは管台ＩＣとの溶接部１１近傍を除き、
本管ｌ＾における加熱範囲イのほぼ全域をカバーできる
本管用の誘導子ブロック２Ｄを、また、枝管ＩＤについ
ては、前記本管ＩＡにおける溶接部１１近傍と枝管ｌＤ
における加熱範囲口をカバーする誘導子ブ子としてセラ
１〜するのである。

この場合、本管ＩＡにセラ１〜する誘導子ブロック２Ｄ
は、加熱対象の形状が定形的であるため、特に本発明装
置を用いなくてもよいが、少なくとも誘導子ブロック２
Ｅは先に述べたものと同様に、取附枠４１．４２に、種
々の形状に形成した誘導子片２５〜２９を、所望の温度
布の加熱ができるように取替えなから誘導子ブロック２
Ｅを特定する。尚、誘導子ブロック２Ｄに本発明により
形成するものを用いてもよいこと勿論である。また、誘
導子ブロック２Ｅは、その全体が本管ＩＡ側の誘導子ブ
ロック２１）から分離できるようにしである。このため
上記実施例の誘導子ブロック２Ｄにおいて溶接部１１を
覆わないように空けて形成した部分は、例えば、枝管ｉ
ｏが１２インチ程度のものに適合するように形成された
枝管側の誘導子ブロックを連結できるようにや＼大きめ
に形成しである。

以上のように、本発明方法及び同装置により応力改善処
理のための加熱を行えば配管の中で局部的に形状や肉厚
の変動があって均一な温度分布での加熱が困難な部分に
位置した溶接部及びその近傍であ っても、予め用意した種々の形状の誘導子片の巾から加
熱すべき部分の形状や肉厚などに適合する誘導子片を選
択し、これらの誘導子片を取附枠に取附は電気的１機械
的に結合して処理対象部分に適合した誘導子を形成する
ことができ、また、必要に応じ各誘導子片を取附枠に着
脱することにより、必要な加熱範囲の増減に対応するこ
とができ、更に、誘導子片の着脱交換により各誘導子片
相互のピッチ或は管表面とのクリアランスを任意に変更
できるから、応力改善処理のための加熱作業の大幅な合
理化を図ることができる。

従って本発明は従来加熱法に於て不可欠であったモック
アツプテストや処理対象部の現地実測作業が不要になる
のみならず、従来用いられた誘導子では不可能であった
誘導子のピッチやクリアランスの変更も容易に可能であ
るから、応力改善処理に必要な所望の温度分布による加
熱を極めて合理的に実現できる。

尚、第２図実施例の誘導子は、第６図に示すスイーポレ
ット１０を用いた枝管部や、第７図々示のセラ１〜イン
タイブの枝管部における溶接部近傍の応力改善処理のた
めの加熱に使用できる。第６図、第７図に於て、１１〜
１３は溶接部である。

本発明は上述の通りであるから、建設中或は運転中の原
子力発電プラントの配管のように、配管後その溶接継手
近傍の応力改善処理に使用する加熱方法及び加熱装置と
して極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を処理対象の一例に実施するため構
成した誘導子の一例を示す正面図、第２図は、その左側
端面図、第３図は第１図の誘導子の巻線状態を示す斜視
図、第４図は本発明方法を適用する別の処理対象の正面
図、第５図は第４図の処理対象を本発明方法により加熱
する誘導子の一例の正面図、第６図、第７図はそれぞれ
本発明方法による加熱が施される他の処理対象の例を示
す正断面図である。 ｌ・・・溶接部、ＩＡ、　１１１・・・ステンレス銅管
、２・・・誘導子片、２１・・・小径誘導子片、２２．
２３・・・中径誘導子片、２４・・・大径誘導子片、２
Ａ、　２Ｂ、　２Ｃ・・・誘導子ブロック、３・・・結
合舌片、３ａ・・・段部、４１．４２・・・取附枠、５
・・・導通ボルト、６・・・接続ボルト、６ａ・・・導
通舌片、７・・・固定ボルト、８ａ、８ｂ・・・冷却水
の導入、　ＩＩＩ’出管、９・・・ブロック連結枠 代理人　小　泉　良　邦 第　１　図 ｎ 卒ｌ 第３図 第４図 第５図 イｎ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　二つ割り構造で種々径を違えて形成し且つ、連結可
   能な共通取伺枠により支持されるようにした複数の誘導
   子片の中から、加熱すべき溶接継手部の形状に適合する
   複数の誘導子片を選択し、各誘導子片を、前記継手部外
   表面からの離隔量と誘導子片同士の離隔量を任意に変更
   しつつ前記取付枠に取イ」けて、これらの各誘導子片を
   電気的及び機械的に結合することにより、前記継手部囲
   繞し、該継手部及びその近傍を所望温度にほぼ均一に加
   熱することを特徴とする配管の溶接継手部における残留
   応力改善のための加熱方法。 ２　任意で種々の径を有する環状の電気導体を少なくと
   も二つ割りし、各分割端に電気導体製の結合舌片を対向
   させて設けて成る誘導子片の中から、溶接継手部を含む
   その近傍の加熱が必要な範囲をほぼ均等な所望温度に加
   熱するために選択された複数個の誘導子片を、絶縁材で
   形成した取付枠に着脱自在に取付けて機械的及び電気的
   に結合したことを特徴とする配管の溶接継手部分の残留
   応力改善のための加熱装置。 ３　絶縁材で形成した取付枠は、溶接継手部分を含むそ
   の近傍の加熱が必要な範囲の形状に合わせて、連結２分
   離自在の構造である特許請求の範囲第２項に記載の加熱
   装置。