JPS6137366A - スリーブの二段階ろう付け方法 - 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】 本発明は、ろう付け継目に望ましくない間隙が形成され
るのを回避しつつ、熱交換管内圧スリーブをろう付けす
るための二段階ろう付け方法に関するものである。

原子力蒸気発生器の熱交換管内にスリーブをろう付けす
るための方法は当該技術分野において知られている。こ
のような方法によれば、一端もしくは両端部をろう付け
合金のリングにより囲まれたスリーブを、腐蝕や窪みが
原因で修理する必要がある壁を有する熱交換管の部分に
摺動挿入する。次いで、ろう付け合金のリングを有する
スリーブの端部を、典型的には油圧により、膨張し、そ
の結果該スリーブを管の内壁にぴったりと係合する。ス
リーブと管の内壁との間に水漏れのない、即ち水密のシ
ールを完成するために、スリーブの膨張もしくは拡張さ
れた端部を横切ってろう付け溶接するために熱を加える
。ろう付け合金は熔融し、スリーブと管の内壁との間に
ろう付け継目を形成する。このようなスリーブ取付け作
業は、往々にして、原子力蒸気発生器の管板と支持板と
に形成されている開口を貫通する熱交換管の縦方向部分
で行われる０と言うのは、この領域で管の壁が腐蝕した
シ窪んだシする傾向が太きいからである。

上述の一段階ろう付け方法でも、多くの場合、水密なろ
う付け継目が得られるが、管が貫通する管板および支持
板内の孔もしくは開口と管の壁との間の環状空間内にス
ラッジ堆積物が楔状にしっかりと挟着されると、問題が
起る。このような状況下では、スラッジ堆積物が、管板
の孔壁に対して管の外壁をしっかりと結合してしまい、
その結果、管は、管およびスリーブにろう付け加熱を行
っても、縦軸方向に膨張しない。

したがって、管はろう付け加熱を行う領域において、縦
軸方向ではなく半径方向に膨張してしまう。ろう付け領
域にこのような半径方向の膨張が生ずると、溶接継目に
不所望な間隙が生じ、ろう付けで達成しようと企図する
水密なシールもしくは封止の健全性が由々しく損われ得
る。

勿論、ろう付け加熱で膨張する際に生ずるこのような望
塘しくない間隙の程度は、管を取巻くスラッジ堆積物が
及ぼす結合力の大きさが管間で異なるために、スリーブ
が設けられる管間で大きく変動する。しかしながら、管
の縦方向膨張に対して相当大きな抵抗をスラッジ堆積物
が示す管においては、発生する間隙の大きさは、少なく
見積っても、企図せる水密なシールを形成するろう付け
の能力を相当に阻害する。

したがって、シールを阻害する間隙を伴うことなく、熱
交換器の管とスリーブとの間に水密なろう付け継目を高
い信頼性で実現することができるろう付け方法に対する
必要性が存在する。さらに、ろう付け加熱を行う際に管
の縦方向膨張に抵抗するスラッジ堆積物の抵抗力の大き
さにばらつきがあっても、それにも拘らず、スリーブと
蒸気発生器の管との間に水密なろう付け継目を均質に形
成することができる方法があれば、これも望ましいこと
である。さらに、この方法を、現在のろう付け工具を用
いて容易に実現できるのが望丑しい。

本発明ｔｒｉ、広い概念において、選択された縦方向部
分を横切って熱を加えることができる熱源を使用し、導
管内で、ろう付け領域を有するスＩＪ−ブをろう付けす
る、ろう材を用いる二段階ろう付け方法において、最初
に、キ記嗜管に半径方向の膨張部を形成するために、上
記ろう付け領域を含−まない上記導管の第１の縦方向部
分を横切って上記熱源を当て、次に、上記スリーブを上
記導管にろう付けするために、上記スリーブの上記ろう
付け領域を少なくとも部分的に含む第２の縦方向部分を
横切シ上記導管内に上記熱源を当てる逐次的段階を含む
二段階ろう付け方法にある。

本発明の好ましい実施例によれば、ろう付け領域を有す
るスリーブと、縦方向部分を横切ってろう付け熱を加え
た場合に半径方向に膨張し得る管との間に、間隙の減少
されたろう付け継目を形成する二段階ろう付け方法が提
案される。

この方法の第１番目の段階においては、スリーブのろう
付け領域を囲繞しない管の縦方向部分に熱が加えられて
、管のこの第１の部分に半径方向の膨張を熱的に生せし
める。次に、少なくとも部分的にスリーブのろう付け領
域を囲繞する管の第２の部分に、ろう付け熱を加えて、
スリーブを管にろう付けする。第１の加熱段階で管内に
発生する引張応力は、ろう付け箇所で管が受ける半径方
向膨張を相殺し、それによりろう付け継目におけるスリ
ーブと管との間の間隙は除去される。この方法は、特に
、蒸気発生器の管板または支持板間で結合されてしまっ
て、ろう付け熱を加えても縦方向に殆んどまたは全く膨
張することができないような管の部分内にスリーブをろ
う付け嵌着する際に往々にして生ずる間隙を除去するの
に良く適している。

好ましい実施例においては、本発明方法の２つの段階を
実施するの（（、管の選択された縦方向部分を横切って
ろう付け熱を加えることができる熱源が用いられる。第
１の方法段階においては、この熱源は、その特定の熱出
力で達成可能な最大半径方向膨張が達成されるまで、管
の上記第１の部分に配置される。管が、インコネル（工
ｎｃｏｎｅｌ　：登録商標）のようなニッケル基合金か
ら形成されている場合には、熱源は、約９８０℃または
それより高い温度に達するまで管の上記第１の部分に当
てられる。

スリーブも同様にインコネル合金から形成することがで
き、その場合には熱源は、スリーブのろう付け部分が９
８０℃またはそれより高い温度に達するまで、少なくと
もスリーブのろう付け部分を部分的に取巻く管の第２の
部分に当てられる。また、管の第１の部分が加熱された
直後に管の上記第２゛の部分に熱を加えることができる
。所望ならば、最終ろう付け段階を実施する前に管の上
記のような１つ以上の部分を予備加熱しておき、それに
ょシ、ろう付け継目に生じ得る間隙の大きさを最小に抑
止することができる。

本発明の方法は、スラッジ堆積物または窪みが管板また
は支持板の孔に管を結合している結合力の大きさに関係
なく、殆んどまたは全く間隙を生ぜずに、スリーブと管
との間にろう付け継目を形成することができる点に注目
され度い。

また本発明の方法は、上述のように結合されていない管
内にろう付け継目を形成するのにも良く適しており、こ
れらの管には、均質性が改善された継目もしくは接合が
実現される。

本発明は、添付図面を参照して、単なる例として示した
好ましい実施例に関する以下の説明から一層明確に理解
されるであろう。

図面中同じ参照数字は同様もしくは均等な部分を指す。

第１図および第２図は、従来のろう付け方法で、原子力
蒸気発生器内の熱交換管１と補強スリーブ６との間のろ
う付け継目に、どのようにして不所望な間隙が発生し得
るかを図解する図である。従来のろう付け方法でこのよ
うな間隙が生ずる理由を十分に理解するためには、原子
力蒸気発生器と関連する補修上の問題ならびに構造に関
する背景について成る程度説明しておく必要があろう。

原子力蒸気発生器は、一般に、原子炉の炉心からの高温
の放射性の水を、Ｕ字形または直管形とすることができ
る複数個の熱交換管１内に流入することを可能にする一
次側を備えている。

この種の蒸気発生器はさらに、管１を離間して収容し、
管と管の間で非放射性の水の流れを循環させ、それによ
シ炉心の熱出力から非放射性の蒸気を発生させるための
二次側を備えている。

蒸気発生器の一次側は、管板２によって二次側から分ｊ
雛されている。第１図を参照するに、管板２の下側表面
２ａは蒸気発生器の一次側に面しており、上側表面２ｂ
は二次側に面している。

管板２　ｉｄ孔４ａの配列を備えており、これらの孔を
貫通して熱交換管１が延びている。これらの管１の口部
は、蒸気発生器の一次側に面する管板２の下側表面２ａ
と実質的に同面関係にある。さらに、管１の口部の各々
の外壁は拡開されてお９、図示のように番孔の口部と係
合している。管１の各々の口部はまた、管１を管板２内
に固定するため、並びに管１と管板２の番孔４ａとの間
に水密なシールを形成するために、それぞれの孔４ａに
溶接されている。しかしながら、拡開された口部を過ぎ
ると、管１は、管１の外表面と孔４ａの表面との間に成
る大きさの環状空間を残して管板の孔４ａの残部を貫通
する場合が往々にして生ずる。管１が管板２の上側表面
２ｂから出た後に、該管は幾つかの支持板６の１つに形
成されている孔４ｂを通る。

支持板３の孔４ｂは、管１の外形よりも惹干大きり、シ
たがって管１と孔４ｂとの間にも環状の空間が存在する
。

成る期間を経ると、管１の外表面と、管板２および支持
板乙の孔４ａ、４ｂとの間の環状の空間に腐蝕性のスラ
ッジ堆積物５が堆積し始める。これら堆積物は、終極的
には、管１の外壁に成る腐蝕を生ぜしめ、それにより管
１の外部表面をこれら領域において粗面化し弱体化する
。

このような腐蝕は、蒸気発生器の一次側に存在する水の
流れが原因で、管１が支持板６内の孔４ｂの壁に対して
振動する場合にはさらに助長され得る。孔４ａおよび４
ｂにおけるスラッジ堆積物５により生ぜしめられる腐蝕
劣化ならびに支持板６内での管の振動が原因で管１の壁
が弱体化すると、漏洩が惹起される可能性があり、そし
てこのような漏洩が生ずると、蒸気発生器の二次側で管
１の外表面を取巻いて流れる非放射性の水が放射能で汚
染されてしまう。このような漏洩を阻止する目的で、管
１内には、管１の弱体化された領域を横切ってスリーブ
６が設置される。管板２に隣接する管１の領域の修復に
用いられるスリーブ６は、典型的に、液圧拡張装置によ
り管１の内壁と接触するように液圧で拡張される末端部
７と、図示のように管１の拡開された口部と水密態様で
係合するように圧延された圧延基端部８とを有している
。この種のスリーブ６はさらに、その周りにろう付け合
金９ｂの環状リングが座着されるろう材受は部９ａを備
えている。スリーブ嵌着過程は、スリーブ６の拡張端部
７を、その外壁と管１の内壁との間でろう付け合金９ｂ
を熔融する熱源により管１の内壁に対してろう付けする
ことで完了する。第１図には示されていないが、支持板
６・・乞より囲焼される管１の領域も、スリーブ嵌着に
よシ補修することができる。しかしながら、支持板６ｊ
・てより取巻かれている管１の領域を補修するのに用い
られるスリーブは両端部にろう材受は部を備えておυ、
両端でろう付けされて、スリーブと管１との間に所望の
水密のシールを形成する。このような管−スリーブ嵌着
方法の詳細に関しては、本出願人に譲渡されている１９
８６年１２月６０日付の米国特許願ｓｅｔ、　／１６５
６７１０７号明細書を参照されたい。なお、この特許願
の明細書の記述は全て本明細書において参考のために援
用する。

しかし珈がら、不都合な事には、スリーブ６の拡張端部
７と管１の内壁との間における均質な漏洩の無いろう付
け継目の形成に上述のスラッジ堆積物５が干渉する。こ
の点についてさらに詳しく述べると、管１の外壁と孔４
ａおよび４ｂとの間に堆積するスラッジ５は、これら管
をしっかりとロックし固定する傾向があり、そのために
、スリーブ６の拡張端部７［形成されているろう材受は
部９ａを横切ってろう付け加熱を行った場合に、スリー
ブ６のろう付け領域を取囲む管１の縦方向部分（第１図
に点描円で示しである）の縦軸方向における膨張が阻止
されてし捷うのである。その結果として、ろう付け熱は
、管１のこの縦軸方向の部分を、第２図に明瞭に示しで
あるように半径方向に膨張させてしまう。この半径方向
の膨張で、スリーブ６の拡張端部７の壁と管１の内壁と
の間に図示のように間隙が形成されるのである。一方こ
の間隙は、ろう付け合金９ｂを、ろう材受は部から流し
出して、スリーブ６と管１との間に不均等な厚さのろう
付け継目を形成してしまう。間隙が十分に大きい場合に
は、ろう付け合金９ｂはスリーブ乙の拡張端部７と管１
の内壁との間の環状空間を経て完全に流れ出てし丑い、
そのためにスリーブ６と管１との間にあけるろう付け継
目の形成が完全に失敗に終ることがある。

追って詳述するように、本発明の方法によれば、スリー
ブ乙のろう材受は部９ａを横切ってろう付け熱を加える
前に、スリーブ６を介して熱交換管（導管）１の別の縦
軸方向部分を熱的に膨張することにより、スリーブ６の
拡張端部７と管１の内−壁との間の間隙を減少もしくは
除去することができる。好ましい実施例においては、管
１の第１の縦方向部分およびスリーブ６のろう材受は部
９ａの加熱は、熱源１０に連続的に電力を供給しながら
、該熱源を管１の縦軸線に沿い１つの特定位置から他の
位置に移動することによシ実施される。管１に熱的に誘
起される半径方向の膨張によって生ずる残留引張応力は
、スリーブ６のろう付け領域において爾後的に熱誘起さ
れる圧縮応力およびそれによる半径方向の膨張を相殺す
る傾向となる。しかしながら、本発明の方法を詳細に記
述する前に、本方法を実施するのに好ましい熱源１０ｖ
ζついて説明しておく。

第６図および第４図を参照するに、好ましい熱源１０は
ほぼ円筒状のマンドレルを備えた電気抵抗型のヒータ（
加熱器）である。このマンドレルは、中央部分１２と、
１対の大径端部１４．１６とを有している。大径端部１
４．１６は本発明の方法を実施する上に特に望ましい熱
源１０となることに留意されたい。と言うのは、これら
端部は、電気抵抗型熱源１０の加熱パターンを、はぼマ
ンドレルの中央部分１２に対応する比較的良く限られた
領域に閉じ込める傾向を有するからである。また、この
特徴によシ、熱源１０の使用者は、管１の所望の縦方向
部分を横切る方向において選択的に熔融熱を加えること
ができる。端部１４，１６は、それらの外縁部を斜切し
熱源１０の熱交換管１の口部内への挿入を容易にするの
が好ましい。最後に、熱源１０のマンドレルは、両端が
開いている軸方向に延びる孔１８を備えている。

熱源１０の円筒状部分１２の外側表面には、その全長に
渡）複数の螺線状の溝２０が設けられており、これら溝
は、直列に接続された加熱コイル５０，５Ｇａ等の巻線
を受ける。これらの溝２０は、熱源を構成するマンドレ
ルの中央部分１２全体に渡９加熱コイルの個々の巻線を
均等ｖｃ離間することにより、さもなければ発生し得る
「高温点（ホットスポット）」を最小限度に抑止する。

さらに、これら螺線状の溝２０＆ζよって与えられる隣
接の巻線間の間隔で短絡が阻止され、加熱コイル５０．
５０ａ等における高電力密度が許容される。さらに、上
述のようなホットスポットがマント５レルの中央部分１
２に発生する可能性を減少するために、加熱コイル自体
も図示のように離間されている。

マンドレルの大径端部１４，１６の各々には、長手方向
に延びる孔２２．２４が設けられている。端部１４の孔
２２ｉｄ、Ｃ頂面図で見て）端部１６の孔２４から１８
０°角度的に離間するのが好ましい。軸方向に延びる孔
１８ならびに大径端部１４，１６の長手方向に延びる孔
２２゜２４ｆｄ、加熱コイル３０．３０ａ　　等の配線
を収容する。

さらに具体的に述べると、軸方向の孔１８は、直列に接
続された加熱コイル群の一側に接続されている電気抵抗
ワイヤ２５０部分を収容する。

このワイヤ部分２５は鋼製の捲縮コネクタ６４に接続さ
れているリード線２６を備えている。

ワイヤ部分２５およびそのリード線２６（ｒｌ、補強な
らびに所望の熱特性を得るために撚るか編み合せるのが
好ましい。しかしながら、ワイヤ部分２５がマンドレル
の孔１８の他端から出る箇所においては、撚りは最早や
必要とされずこの箇所で止めることができる。次いでワ
イヤ部分２５を曲げ重ねてほぼＵ字形の部分２８を形成
し、大径端部１４の孔２２に挿入する。次いで、熱の１
０の中心部分１２の回シに巻付け、ワイヤの個々の巻線
を、上述のように螺線溝２０内に座着する。

マンドレルの大径端部１６Ｋ１４接して、加熱コイル５
０．５０ａ等のうちの最後のコイルを形成する電気抵抗
ワイヤをマンドレルの大径端部１６の孔２４内に挿通し
て、他のリード線２６る。熱源１０を製作する上に用い
られる構造および材料のより詳細な説明は、米国特許願
Ｓｅｒ。

／ｌ６５７１２１４おＸ　１１：　５７１２１５　妥８
Ａ　＆４１１４トＫ　Ｈ云貿れている。なおこれら両米
国特許願は１９８４年１月１６日付で出願されたもので
、ウェスチア　ｆ　ハｙニア）・ニレ、りとリング・コ
ー、す°ンー：／／ミン社に譲渡されている。

第５図は、熱源１０の動作を図解する図である。スリー
ブ乙の末端部７を管１内で拡張して管１の内壁にぴった
りと係合させた後に、熱源１０をスリーブ６内に上向き
に滑り入れて、中央部分１２に巻装されている加熱コイ
ル６０゜６０ａ等がろう材受は部９ａ内のろう付け合金
９ｂのリングの回りに等間隔で離間して位置するように
する。そこで加熱コイルを付勢すると、スリーブ６の拡
張端部７は、約９８０”○もしくｉｄそれよシ高いろう
付け温度に加熱されて、ろう付け合金９ｂは熔融し、拡
張端部７の外部と管１の内壁との間にろう付け継目を形
成する。

第３図ないし第５歯に示した熱源１０は、大径端部１４
および１６がコイルの加熱パターンを管１の特定の長手
方向の部分に制限する機能をなすという事実からして本
発明の方法を実施する上に好ましい手段ではあるが、し
かしながら、本発明は、管１の選択された縦方向もしく
（ｄ長手方向部分にろう付け熱を加えることができる任
意の加熱手段を用いて実施し得るものであることは理解
されたい。

第６図は、熱源１０を用いて本発明の方法をどのよう（
で実施するかを図解する図である。本発明の好ましい実
施例による方法の第１の段階もしくはステップにおいて
は、熱源１０の中心線は破線で示すように、スリーブ６
のろう材受は部９ａの中心線よシ約６．８０ＣｒＩＬな
いし６．６５・見たけ下方に位置付けられる。熱源１０
のリード線３４．３６を電源（図示せず）に接続して、
熱源１０の円筒状の中央部分１２に設けられている加熱
コイル３０．３０ａ　　等で福射熱を発生するためにリ
ード線３４．３６を介して十分に大きな電流を通し、管
１の縦方向部分Ｓ１ならびに熱源１０を取囲むスリーブ
６を、約９８０”Ｃと１１５０”Ｃの間の温度に加熱す
る。このような所望のｉ温度は、ヒータの容量にも依る
が、１分ないし４分以内に達成すべきである。管１は、
管１の外壁と管板ならびに支持板６それぞれの孔４ａ、
４ｂの壁との間に楔状に侵入しているスラッジ堆積物５
により縦軸線方向にロック固定されているので、管１は
、熱源１０を取巻く部分内で縦方向ではなく半径方向に
膨張することになる。管１の部分Ｓ１のこの半径方向の
膨張は、第７図に明瞭に示されている。

熱源１０が、第６図および第７図に示すように、管１に
熱的に半径方向膨張を誘起した後に、熱源１０を次いで
、第６図に点描円で示しであるスリーブ６のろう付け領
域を含む管１の縦方向部分Ｓ２を横切るように変位する
。本発明の好ましい実施例による方法に２いては、熱源
１０は、該熱源のコイルに電力を連続的に供給しつつ、
スリーブ６のろう付け領域に変位される。しかしながら
、別法として、熱源を減勢し、熱源１０をろう付け領域
に変位する前に管の部分Ｓ１を冷却するようにしてもよ
い。何れの場合にも、熱源１０け、部分Ｓ２における管
１おょびスリーブ６の温度を約９８０“Ｃと１１５０’
Ｑとの間のろう付け温度にまで上昇する。なおこの温度
は、この場合にも、熱源１０の出力にもよるが、１分な
いし４分以内に生ずるようにすべきである。ろう付け領
域における管１の縦方向の部分Ｓ２も半径方向に膨張す
る傾向を成る程度有してはいるが、この半径方向の膨張
の大部分は、管１の縦方向部分Ｓ１において生ずる半径
方向の膨張によって吸収される。このような管１の部分
Ｓ１における膨張による管１の部分Ｓ２の半径方向膨張
の吸収は、初期加熱ステップ後に管１に発生する残留引
張応力によるものと考えられる。

第７図は、本発明の方法の最終結果を図解する図である
。管１は、部分Ｓ１に熱的に誘起された半径方向膨張を
有しているが縦方向部分Ｓ２に（ｄはとんど或いは全く
半径方向膨張は生じていない。したがって、ろう付け合
金９ｂは、スリーブ乙の拡張端部７と管１の内壁との間
のうにして、スリーブ６と管１との間には適切な水密の
ろう付け継目が形成される。

本発明の好ましい実施例においては、初期加熱段階中、
熱源１０は管１の縦方向部分Ｓ２の下方に配置されるも
のとしたが、しかしながら、熱源１０をこの初期段階中
、部分Ｓ１の上方に配置した場合でも本発明の方法は有
効である点に留意されるべきである。所望ならば、最終
的なろう付け段階を実施する前に、２ケ所以上加熱する
こともできる。さらに、本発明の方法は、管１と孔４　
ａ、、　４　ｂとの間の環状の凹部におけるスラッジ堆
積物５の堆積が原因で完全に或いは極く部分的に軸方向
運動ができないように凍結されているか否かに関係なく
、スリーブ６と管１との間に適切なろう付け継目を形成
するのに用いることができよう。捷だ本発明の方法は、
管１が、孔４ａ、４ｂ内で縦方向に自由に運動できる場
合にも実施可能であろう。最後に、経験の示すところに
よれば、複数位置加熱で得られるろう付け継目の均質性
ならびにろう材の流れの範囲は自由に動くことができる
管の場合でも、単一位置加熱（一段階加熱）から得られ
るろう付け継目と比較して改善されることが判った０

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のろう付け方法により原子力蒸気発生器
内の熱交換管の部分に”ろう付けされたスリーブの横断
面図、第２図は第１図に示したスリーブと管との間のろ
う付け継目の詳細な横断面図、第６図は本発明の方法を
実施する上で用いられる熱源のマンドレルの部分横断面
図、第４図は本発明の好ましい実施例において用いられ
る熱源の部分横断面図、第５図はスリーブを管にろう付
けする従来方法を実施する上で熱源が使用される態様を
図解する横断面図、第６図は本発明の方法を実施する熱
源の横断面図、第７図は本発明の方法によって形成され
たろう付け継目の詳細な横断面図である。 １・・熱交換管（導管）、６・・スリーブ、９・・ろう
付け合金（ろう材）、１０・・熱源、２５・・ワイヤ部
分、２、’１６・・リード線、３０・・加熱コイル、Ｓ
ｌ、Ｓ２・・縦方向部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 選択された縦方向部分を横切つて熱を加えることができ
   る熱源を使用し、導管内で、ろう付け領域を有するスリ
   ーブをろう付けする、ろう材を用いる二段階ろう付け方
   法において、最初に、前記導管に半径方向の膨張部を形
   成するために前記ろう付け領域を含まない前記導管の第
   １の縦方向部分を横切つて前記熱源を当て、次に、前記
   スリーブを前記導管にろう付けするために、前記スリー
   ブの前記ろう付け領域を少なくとも部分的に含む第２の
   縦方向部分を横切り前記導管内に前記熱源を当てる逐次
   的段階を含む、スリーブの二段階ろう付け方法。