JPS628264B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 開示技術は液体輸送管等のユニツト管相互を突
合せ溶接するに引張残留応力を低減させる技術分
野に属する。

而して、この発明は該液体輸送配管に供するユ
ニツト管相互を突合せ溶接により接合一体化する
際溶接部に溶接熱による引張残留応力が形成させ
るのを可及的に低減させる様にする接合方法に関
するものであり、特に、両接合管の突合せ部に対
して冷却を与えて予め引張応力を与え、更に、冷
却の外側、即ち、突合せと反対側に冷却に隣接し
て加熱を与えて圧縮応力を印加し引張応力を有効
に作用させ、その状態で突合せ溶接し、溶接熱に
よる降伏応力が直ちに形成され、溶接後冷却と加
熱を除去することにより溶接部に於ける引張残留
応力を可及的に低減する様にした管の溶接々合方
法に係るものである。

周知の如く、化学プラント、油送配管等に於
て、多くの直管、曲管が用いられているが、製造
時の制約、現場への輸送上の都合等により所定長
のユニツト配管を現場接合して設計長にしてい
る。

而して、接合手段には種々のものがあるが、シ
ール性が良好で耐久性に優れ、簡単で現場接合に
向いている等のメリツトから突合せ溶接が広く採
用されている。

即ち、例えば、第１図に示す様にステンレス製
の油送管配用のユニツト管１，１を突合せ部２に
於て突合せ溶接３を行つて接合連結している。

そして、該突合せ溶接に於ける溶接時には第３
図に示す様に溶接部２は溶接熱により引張残留応
力が生じ、溶接部から遠ざかるにつれ圧縮残留
応力が形成される。

さりながら、溶接部２に於ける該引張残留応力
は周知の如く、配管稼動中に応力腐蝕割れを生じ
る欠点があり、就中、腐蝕性流体、例えば、工場
廃液、油送管等にステンレス管を用いた場合該応
力腐蝕割れを生じ、その補修が困難である難点が
ある。

これに対処するにステンレスカツプリング継手
手段を用いることもあるが、極めてコスト高にな
る不利点がある上に現場加工接合が煩瑣で高精度
を要求される不具合があつた。

この発明の目的は上述従来技術に基づくユニツ
ト管の溶接々合の問題点に鑑み、溶接熱による歪
を予め冷却による引張応力印加を介して与えてお
き、その引張を効果的にするためその隣位部に加
熱を与え、溶接熱による降伏を早期に形成させ接
合時の引張残留応力が可及的に低減される様にし
た優れた管の溶接々合方法を提供せんとするもの
である。

上述目的に沿うこの発明の構成はユニツト管相
互の突合せ溶接部を所定開先に形成させ、溶接に
先立ち、該開先の直側外周に所定手段を介して設
定温度まで冷却させて降伏応力に可及的に近い引
張応力を印加する様にし、又、該冷却部の開先部
の反対側隣接部位に所定温度の加熱を与えて圧縮
応力を与えて該引張応力を大きくしておき、そこ
で、突合せ溶接を行うと、開先部では溶接熱によ
り直ちに降伏応力に達してしまい、又、加熱部で
は僅かに圧縮応力が加わるのみになり、溶接が完
了し、完了した状態で冷却と加熱を停止し、それ
らの手段を取外し常温に戻すことにより、初期印
加引張応力と圧縮応力が除去され溶接による降伏
応力との僅かな差が引張残留応力が形成させて稼
動時での応力腐蝕割れが突合せ溶接部に生じない
様にしたことを要旨とするものである。

次にこの発明の１実施例を第３図以下の図面に
従つて説明すれば以下の通りである。尚、第１，
２図と同一態様部分については同一符号を用いて
説明するものとする。

第３図に於て、油井管配管用のステンレス製ユ
ニツト管１，１の管端に突合せ溶接のための開先
部２′，２′を両管に形成させ、設計に基づき、例
えば、該開先部２′から150〜200mmの範囲に外周
面に対して半円筒状の冷水ジヤケツト４，４を当
接させて全周的に合体させ、更に該冷水ジヤケツ
ト４の開先２′と反対側に同じく半円筒状のスチ
ームジヤケツト５，５を全周的に合体当接させる
様にする。

この様にセツトした状態で両管開先２′，２′を
突合せ、冷水ジヤケツトに、例えば20℃の水道水
を導通流過させると共にスチームジヤケツト５に
200℃のスチームを導通流過させ、それにより冷
水ジヤケツト４の管端を冷却状態に、又、その隣
接部位を加熱状態にし、両状態共存維持する。

そのため、第４図点線に示す様に開先から遠ざ
かるにつれ、冷却による等温冷却部Ａの引張応
力、加熱部と冷却緩和部の引張応力降下直線部
Ｂ、加熱による加熱等温加熱部Ｃの圧縮応力の応
力曲線の応力が予め圧加された状態となり、特
に、引張応力のＡ部は設計により降伏応力Ｍに可
及的に近づく様にされている。

この状態で、即ち、該点線の応力分布曲線を維
持する様に加熱冷却を続けながら、従来通りの突
合せ溶接３を開先２′，２′に対して行う。

而して、該溶接３により開先部には引張応力が
印加され、直ちに降伏し、又、それから遠ざかる
隣位部には圧縮応力が形成され、それらが前記点
線の応力曲線に該溶接による応力が重畳され、そ
の結果、第４図に実線で示す様に降伏応力Ｍを水
平に有する台形の引張応力の部分曲線と圧縮応
力が付加された曲線とになる。

この様にして突合せ溶接が完了すると、水道水
とスチームの供給を停止すると共に、冷却ジヤケ
ツト４とスチームジヤケツト５を管端部から取り
外して常温状態に戻す。

そうすると、該冷却ジヤケツト４とスチームジ
ヤケツト５による冷却加熱の予引張応力、及び、
予圧縮応力、即ち、第４図点線応力分が除去され
ることになるので結果的に該第３図の実線の応力
曲線と点線曲線の差の分の応力に相当する分布曲
線が残留応力曲線として得られることになり、従
つて、その応力曲線は第５図に示す曲線の様にな
り、溶接部３に於ける引張残留応力は極めて僅
かにしか形成されないことになる。

従つて、接合配管に腐蝕性液体等を流過しても
溶接部で応力腐蝕割れは防止される。

又、圧縮残留応力は第５図に示す様に減少する
が、一応圧縮残留応力が形成されることになるの
で該部に於ける応力腐蝕割れは確実に防止される
ことになる。

尚、この発明の実施態様は上記実施例に限るも
のでないことは勿論であり、例えば、冷却の程
度、加熱の程度を手段的に軸方向に変える様にし
たり、或は、中温域を介装したりする等種々の態
様が採用可能であり、又、対象管はステンレス管
以外にも炭素鋼管等も可能である。

上述の如く、この発明によれば、基本的に各種
用途に供される配管のユニツト管突合せ溶接によ
る接合に於て、溶接に先立ち予め溶接部直接を冷
却し、更に、その隣位を加熱することにより管端
の引張応力を降伏応力に近く高めておくことが出
来、その後、その状態で突合せ溶接を行うことに
より溶接部は直ちに降伏してしまいその応力の差
は僅かになり、従つて、溶接後上記冷却加熱を除
去することにより溶接部に働く引張残留応力を極
めて低くすることが出来、その結果、配管稼動
中、最も応力腐蝕割れに対して弱い溶接継手部が
強化されるという優れた効果が奏される。

又、溶接に際し、上記冷却、加熱に用いる所定
手段は管外側から付設取外しが容易に出来るた
め、作業性も良く、設計通りに行うことが出来る
優れた効果が奏される。

更に、該冷却手段は水道水等の通常一般に用い
るものが使用出来、特にコスト高になることもな
く、又、引張応力を助勢する加熱手段もスチーム
ジヤケツト等を用いることが出来、これ又、特別
の施設や、設計が要らず通常の加熱装置が用いら
る利点もあるため現場でも困難性もないメリツト
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はユニツト管相互の突合せ溶接の概略説
明図、第２図は従来技術に基づく溶接後の応力分
布説明図、第３図以下はこの発明の１実施例の説
明図であり、第３図はユニツト管端部に於ける冷
却、加熱手段付設説明図、第４図は溶接前、溶接
時の応力分布対比説明図、第５図は溶接後の溶接
部応力分布説明図である。 １……管（ユニツト）、３……溶接（部）、２′
……突合せ端部、４……冷却（部）、５……加熱
（部）、……引張応力、……圧縮応力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 管相互の突合せ溶接で溶接部の引張残留応力
   を低めて接合させる方法において、該管相互の溶
   接突合せ端部直側を冷却すると共に、該冷却部の
   突合せ部の反対側にて冷却に隣接して加熱を与
   え、溶接部に予め引張応力を印加し、その外側に
   圧縮応力を印加した状態で突合せ溶接を行つた
   後、上記冷却及び加熱を除去し溶接部の引張残留
   応力を低下させることを特徴とする管の溶接々合
   方法。