JPS6232023B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、管孔を有する部材と、その管孔にそ
う入した管の外面とを溶接により結合した構造体
に係り、特に腐食環境下で使用される上記構造体
で溶接引張残留応力にもとずく応力腐食割れを防
止するための溶接残留応力の緩和方法に関する。

近年、原子炉圧力容器において経験されている
一次系流体によるSUS304管の溶接熱影響部（以
下HAZと記す）の粒界型応力腐食割れ（以下
IGSCCと記す）は第１図に示すように高い引張
応力Ａ、および溶接熱影響部の鋭敏化Ｂ、および
流体中の溶存酸素等の腐食環境Ｃが重畳され発生
するものである。すなわち、第１図において、
Ａ、Ｂ、Ｃの３者が重畳した応力腐食割れ範囲Ｄ
の部分のみがIGSCCを発生する。このIGSCC
は、図からも明らかなように、これら３条件のう
ち１条件でも欠落すれば発生の危険性は全くない
といえる。

一般に、溶接継手部においては、第２図に管の
継手に例をとり示すように、母管５の溶接６を行
なうことにより、HAZの一定温度領域が７で示
す部分で鋭敏化され、IGSCCに対するこの場合
の内面の残留応力分布の一例を示すと第２図にＥ
として併記するようになり、もし内面が腐食環境
に接すれば内面の溶接部近傍は、IGSCCを生ず
ることになる。また、第３図に示すような構造体
においては管８を管孔を有する管板９へそう入
後、関外面で溶接１０を行なうことにより、
HAZの１１の部分が鋭敏化され、この部分が管
外流体によつてIGSCCを発生することがある。

第３図に示すような構造体においては管外が第
４図にＧとして示すような残留応力分布となり、
鋭敏化域が引張残留応力となるため、管外側に腐
食性流体が存在する場合には、第１図で説明した
ような、Ａ、Ｂ、C3者の重畳効果でIGSCCを発
生することになる。

前述のように、IGSCCは、Ａ、Ｂ、C3者の重
畳効果によつて発生するため、IGSCCを防止す
るためには、引張残留応力を緩和するのが、最も
容易な方法と考えられる。そのため、例えば配管
の一般の突合せ継手部の溶接においては、第５図
に示すように、母管５の初層溶接後、溶接６の過
程で、内部から冷却装置１２により散水して水冷
することにより、同図にＨとして付記するような
残留応力分布となる。したがつて鋭敏化を受ける
HAZ７においても圧縮残留応力となるため
IGSCCは発生しない。

しかし、第３図に示したような継手すなわち管
孔を有する部材９に管８をそう入後、溶接１０を
行なう構造体においては、前述の水冷法等によつ
て外面の溶接に起因する管の外面の引張の残留応
力を緩和することは困難である。そのため前述の
ように管外が腐食環境にさらされるような場合に
はHAZの鋭敏化域がIGSCCを発生することにな
る。このように溶接の残留応力に起因して管孔を
有する部材と管とを結合する溶接部を有する構造
体で腐食環境で使用される場合にIGSCCを発生
するのが従来技術の欠点である。

本発明の目的は、応力腐食割れを発生する環境
下で使用される管の外面と管孔を有する部材を溶
接により結合した構造体において、溶接による引
張残留応力を緩和することにより、応力腐食割
れ、特に粒界型応力腐食割れを防止する方法を提
供することにある。

本発明の特徴とするところは管孔を有する部材
に管をそう入し、管の外面と溶接を行なう構造体
の溶接による引張残留応力を、管の内面からゴム
等の弾性体を介して均等な内圧を付加して、管を
拡管し、管孔を有する構造体の自緊効果で溶接引
張残留応力を緩和して、管外が腐食性流体に接触
しても、溶接の鋭敏化域がIGSCCを発生しない
ようにしたものである。

第６図に、本発明の一実施例を示す。第６図に
おいて原子力圧力容器のヘツタすなわち管孔を有
する部材９と、炉内の出力検知用の計装管８とが
溶接継手部１０によつて結合される場合を示す。

本構造体において、溶接継手部１０およびその
周辺の管孔を有する部材９、計装管８には前述の
ように溶接による引張の残留応力を生ずる。そこ
で管および溶接部に引張荷重を作用させ、引張で
塑性変形を生じさせることにより、溶接による引
張残留応力を緩和する。

即ち、第６図に示すように管８の内面から均等
な内圧１５を管および溶接部が降伏する程度に付
加し、管および溶接部を局所的に降伏させた後、
除荷することにより、例えば管では第７図のに
示すような残留応力分布となる。この残留応力の
発生は拡管後の管孔を有する部材９の自緊効果に
よるものであり、第８図に示すように溶接部１０
のHAZの鋭敏化域１１においても適正な範囲に
管内から均等な内圧を付加すれば圧縮の残留応力
を発生させることができる。このように、管８の
内面に局所的に均等な内圧を付加する方法として
は、第９図に示すように内圧を付加しようとする
両端をＯリング２８でシールして加圧流体２７を
拡管ユニツト２９を通じて導くという液体圧を付
加する方法があるが、本発明は第１０図に示すよ
うに、加圧ロツド１７および、ロツドベツド１８
に装着した拡管媒体（弾性体）１９、その両端に
配設したシールリング２０、および補助シールリ
ング２１、スリーブ２２より構成される拡管エレ
メントを用い加圧ロツド１７に荷重Ｆを負荷し、
その反力F₀をスリーブ２２を介して受けること
により、弾性体１９を半径方向に膨張させて管８
に均一な内圧を付加することができる。このよう
な方法により、内圧を付加した後の管孔を有する
部材９と管８および溶接部１０よりなる構造体全
体の自緊効果を利用して所定の残留応力を緩和す
ることができ、環境、鋭敏化、引張残留応力の重
畳効果によるIGSCCを完全に防止することがで
きる。また、拡管媒体として弾性体１９を用いた
拡管エレメントにより管８に内圧を付加するよう
にしたことにより、拡管エレメントの管８への着
脱が容易であり、かつ、拡管媒体による管８内面
の汚れを未然に防止することができる。

次に本発明の他の実施例について説明する。

第１１図及び第１２図に化学プラントの熱交換
器管端を第１３図に圧力容器のノズル部構造の一
例を示す。３者とも管孔を有する部材９及び２３
と管８及び２４とを溶接２６によりそれぞれ結合
しており、溶接部２６およびその周辺には、引張
の残留応力が発生する。その溶接部のHAZで
は、当然のことではあるが母材が鋭敏化を生じ、
腐食環境で使用される場合には、IGSCCを生ず
ることがある。そこで管８及び２４の溶接部２６
の内面から溶接部周辺に均等な内圧を付加し、管
孔を有する部材９および２３の自緊効果によつて
残留応力を緩和することにより、溶接のHAZ部
のIGSCCを、完全に予防するものである。

本発明によれば、管孔を有する部材に管を挿入
し、管と部材とを溶接により結合した構造体にお
いて、前記溶接部を管の内面から拡管媒体として
弾性体を介して拡管することにより、溶接による
引張残留応力を前記構造体全体の自緊効果によつ
て緩和することができ、溶接によつて鋭敏化を生
じた領域が腐食性流体に接して使用されても、粒
界型応力腐食割れを生ずる危険性は全くなく、構
造体の強度的信頼性を著しく向上させることがで
きると共に、拡管媒体による管内面の汚れを未然
に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は粒界性応力腐食割れの発生原因の説明
図、第２図は管の溶接継手例とその残留応力分布
図、第３図は本発明の対象とする溶接継手構造
体、第４図は第３図に示した構造体の残留応力分
布図、第５図は従来技術である管の溶接継手の残
留応力緩和法の説明図、第６図は本発明である溶
接残留応力の緩和法の説明図、第７図は残留応力
緩和後の分布図、第８図は緩和後の残留応力分布
と鋭敏化域の関係を示す説明図、第９図は残留応
力緩和のための内圧付加法の説明図、第１０図は
本発明の一実施例を示す残留応力緩和のための他
の内圧付加法の説明図、第１１図乃至第１３図は
本発明が適用される溶接継手構造をそれぞれ示す
断面図である。 ９……管孔を有する部材、８……管、１０……
溶接部、１４，１６……残留応力分布図、１９…
…拡管媒体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 管孔を有する部材に管を挿入後、該管と部材
   を溶接により結合した構造体において、溶接部近
   傍の管内に弾性体よりなる拡管媒体を挿入し、該
   拡管媒体を軸方向に圧縮して管を拡管することに
   より、前記構造体の溶接部に降伏点以上の内圧を
   付加して局所的に降伏させた後、内圧を除去する
   ことを特徴とする応力腐食割れ防止法。