JPS63243255A

JPS63243255A - 管の応力除去焼なまし方法

Info

Publication number: JPS63243255A
Application number: JP63056495A
Authority: JP
Inventors: ブルース・ウエイン・ベビラッカ; ウエンチ・ウエイン・チェン; ドナルド・ラッセル・ストーナー; フレドリック・ウイリアム・ピーメント; ロバート・デビッド・ビュラック; ジョセフ・モーチマー・ジルキソン
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1987-03-12
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1988-10-11
Also published as: YU46326B; YU43588A; BR8801101A; EP0285810A1; US4820359A

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】１艶へＩＬ本発明は、一般に、金属製の管の選択された部分、例え
ば原子力蒸気発生器で用いられるインコネルＢｏｏ　に
ッケル合金）から形成された伝熱管のＵベンド部分また
は溶接部分等の応力除去焼なまし方法に関するものであ
る。

金属製管の応力除去焼なまし方法は従来から知られてい
る。従来の方法は、例えば金属製の管が成る曲率半径で
曲げられた場合、或は、拡径されたり溶接された場合に
肢管の管壁を横切って生ずる引張応力を除去するために
用いられる。原子力蒸気発生器で用いられる伝熱管にお
いて、このような応力の原因となる曲げは、該伝熱管を
特殊なＵ字形状とするためにその製造中に形成される。

また、応力の原因となる拡径部分は、蒸気発生器の製造
中および修理中に、管板を通って延びる伝熱管の部分に
通常形成される。更に、補強スリーブが伝熱管内に溶接
される場合、常に、応力を発生させる溶接が伝熱管の内
壁面全周に亘り行われる。

しかし、残念なことに、管壁の曲げ、拡径若しくは溶接
による引張応力が除去されない場合には、かかる応力は
°°応力腐食割れ”として知られている望ましくない現
象に至る恐れがある。そこで、このような応力腐食割れ
に関連される危険性、および、応力腐食割れを防止する
本発明の効用を十分に理解するために、原子力蒸気発生
器の構造、運転および保守に関しての一般的な技術背景
について、以下に説明する。

原子力蒸気発生器は３つの主要部分、即ち、二次側、管
板、および、原子炉からの高温水が循環される一次側と
から成る。蒸気発生器の二次側は、複数のＵ字状の伝熱
管と、水を導入するための水入口とを備えている。蒸気
発生器の二次側におけるＵ字状伝熱管の入口端と出口端
とは、蒸気発生器の一次側を二次側から流体的に隔てる
管仮に固定されている。更に、−次側は、Ｕ字状伝熱管
の入口端を出口端から流体的に分ける分割板を有してい
る（第１Ａ図参照）、原子炉から流れる放射能を有する
高温水は、Ｕ字状伝熱管の全入口端を囲んでいる一次側
の入口部分に導入される。この放射性の高温水は、伝熱
管の入口゛から管板を経て上昇し、蒸気発生器の二次側
で延びている伝熱管内を循環する。原子炉からのこの水
は、その熱を、蒸気発生器の二次側を通って流れる非放
射性の給水にＵ字状伝熱管の管壁を経て伝え、これによ
って給水が非放射性の蒸気に変化し、発電機のタービン
を駆動する。原子炉からの水がＵ字状伝熱管を流通した
後、該水は管板から伝熱管の出口を通り一次側の出口部
分内に戻り、そして、原子炉に再循環される。

このような原子炉蒸気発生器の伝熱管の管壁は種々様々
な形態の腐食劣化を受ける恐れがあり、その最も一般的
なものの１つが内部粒造組織の応力腐食割れである。伝
熱管は、曲げ、拡径または溶接によって相当な大きさの
残留引張応力が生じているところに応力腐食割れが比較
的に生じ易い、ということが研究により経験的に分かつ
ている。

曲げに関しては、Ｕベンド部分がその曲率半径が小さい
ほど大きな残留応力を有し、従って、応力腐食割れを生
じやすい、このような小さな曲率半径のＵ字状伝熱管は
、管板の中央部付近に配置されている（即ち、“列１′
°、“列２”の伝熱管として知られているものである）
０列１の０字管は約２ｉｎ。

（５０，８ｍｍ）はどの曲率半径で曲げられている。こ
のように中央部に配置された伝熱管の多くは、主にＵベ
ンド部分の半円のエルボ部が０字管の真っ直ぐな脚部に
融合している接点（第１Ｂ図の一点鎖線Ｔ）で、応力腐
食割れの徴候を示している。管の拡径に関しては、この
ような応力腐食割れは、Ｕ字状伝熱管の外壁面と該伝熱
管を受ける管板の穴との間の環状の間隙を最小にするた
めに伝熱管を拡径した箇所に現れる。即ち、応力腐食割
れは、拡径部分の゛°境界部分”として知られていると
ころ、即ちＵ字状伝熱管の拡径部分が非拡径部分と融合
しているテーバ部分（第１Ｂ図の符号１９）に現れるこ
とが多いことが分かつている。溶接に関して述べるなら
ば、このような応力腐食割れは、補強スリーブをＵ字状
伝熱管の内壁面に接合している環状溶接部の両側の熱影
響部分（第１Ｂ図の符号１９．３）で発生する恐れがあ
る。

このような応力腐食割れが防止されないとすると、伝熱
管に生じた割れにより、伝熱管は、蒸気発生器の一次側
から放射能を有する水を二次側に漏出し、これによって
、蒸気発生器で発生される蒸気が放射能で汚染されるこ
ととなる。

前述したような腐食や管割れが伝熱管のＵベンド部分や
拡径部分および溶接部分に生ずるのを防ぐために、種々
の機械的な応力除去方法が開発されている６機械的応力
除去方法の１例が、米国特許第４，４８１．８０２号明
細書に開示されている。この方法においては、ピーニン
グ・ストリップを固定したピーニング・シャフトが伝熱
管内に挿入され、回転される０回転するピーニング・ス
トリップに取り付けられている小さなピーニング・ボー
ルが、伝熱管の内壁面に対する小さなハンマーとして作
用し、該伝熱管に存する残留引張応力を全て除去するよ
うに機能する。また、このような伝熱管の応力のある部
分を応力除去焼なましする方法も従来から知られている
。従来の応力除去焼なまし方法において、伝熱管の応力
の存在する部分は、管壁を可塑状態とするのに十分な温
度に加熱され、これによって、管壁の順微鏡組織が変化
し、そこに存する応力を全て除去することができる。

しかしながら、上述したような従来の応力除去方法には
制限がないわけではない。回転ピーニングの如き機械的
応力除去方法は、管板の穴に対して拡径された１云熱管
の下端部の境界部分における応力を除去するのに効果的
であることが分かっており、スリーブが伝熱管の内壁面
上に溶着されている箇所にも用いられ得る。しかしなが
ら、この方法は、伝熱管のＵベンド部分に適用すること
が困難である。伝熱管は高さが約３０ｆｔ、（９，１４
ｍ）のものが多いので、可視性を有するピーニング・シ
ャフトを効果的に伝熱管のＵベンド部分まで送り、更に
Ｕベンド部分全体で作動させることは、不可能でないに
しても困難である。これらの問題は、最ら応力除去の必
要な最小曲率半径のＵベンド部分に沿ってピーニング・
シャフトを曲げようとした場合に、倍加される０機械的
な応力除去にはこのような問題があるので、Ｕベンド部
分に対しては応力除去類なましが考えられる。しかしな
がら、従来の応力除去類なましには２つの問題点がある
。

第１に、Ｕベンド部分に隣接する伝熱管内まで約３０ｆ
ｔ、（９，１４ｍ）もの高さを上昇して所要の熱を加え
ることが実際上可能なヒータは最近まで知られていなか
った。しかし、この問題点は、特願昭６２−１１７２２
５号明細書に開示されている可視性の放射加熱装置とい
う発明により解決された。従来の応力除去類なまし方法
に関する第２の問題点は、伝熱管の応力が有効に除去さ
れる前に、伝熱管のＵベンド部分に十分な熱を加えるの
に長時間を要することにある。約１０００〜１１００°
Ｆ（５３８〜５９３℃）の温度を約１時間加えると、イ
ンコネル６００製の管の引張応力が除去できることが知
られている。これよりも高い温度の使用は、加熱時間を
大幅に減することができるが、このような高温が伝熱管
に用いられるインコネル６００合金の顕＠鏡組織に悪影
響を及ぼし、応力除去に関する利益を打ち消してしまう
ことは、従来から指摘されている。例えば、インコネル
６００製伝熱管の成る部分における引張応力は、該部分
を約８１６℃（１５００°Ｆ）で約１５分間加熱した場
合に取り除かれることが知られている。しかし、このよ
うな条件下では、加熱の結果として数溶解分く即ち、数
回分のバッチ）のインコネル６００が大幅な粒成長を呈
し、機械的特性が減少すると共に、腐食が非常に生じ易
くなる。また、インコネル６００を１５００°Ｆ　（８
１６℃）以上の温度にさらすことにより、金属の粒界か
ら幾らかのカーバイド沈澱物が除去されることが分かっ
ており、これもまた、席」（を生じ易くする。

従って、蒸気発生器内で用いられているインコネル製の
伝熱管における遠隔位置にある小曲率半径のＵベンド部
分の引張応力を、迅速且つ効果的な態様で、有効に除去
できる応力除去類なまし方法の需要がある。このような
方法は、容易に且つ安価に実施できなければならず、ま
た、熱損失特性や金属特性の差異に拘わらずインコネル
製伝熱管のＵベンド部分、境界部分または溶接部分のい
ずれにも高精度且つ高信顆で一様な熱処理ができる必要
がある。更に、原子力蒸気発生器で一最的に用いられて
いる４０マイル（６４，４ｋｍ）の長さのインコネル６
００製管は、約８０回分もの溶融で作られているので、
各溶融毎に作られた管の間の金属特性には小さいが多く
の差異があるが、本方法はこのような差異に敏感である
べきではない。

光訓し月ｌヌー概略的に述べるならば、本発明は、管内で容易に位置決
めされる可動なヒータ・アセンブリにより行われる、金
属製管における成る部分の応力除去類なまし方法である
０本発明の方法は、管の開放端内にヒータを挿入し、応
力除去すべき部分の箇所に該ヒータを隣接して配置する
段階と、１１５０°Ｆ（６２１℃）から１５００″Ｆ　
（８１６℃）の間の温度にこの箇所を加熱する段階と、
約４〜１２分間前記温度で維持する段階と、該ヒータを
管から引き出す段階とから成る。可撓性のヒータが用い
られた場合、該方法は、原子力蒸気発生器のインコネル
６００製伝熱管のＵベンド部分の応力除去類なましに特
に有効に適用できる。

本方法の好適な実施態様において、可撓性の放射ヒータ
が、約１３００下（７０４℃）〜１５００°Ｆ　（８１
６℃）の温度で約５〜７分間、Ｕベンド部分全体を（Ｕ
ベンド部分の接点に隣接する伝熱管の部分と共に）加熱
するのに用いられる。前述の時間と温度範囲を利用する
ことにより、金属の顕微鏡組織に悪影響を及ぼすことな
く、最小の時間で全てのインコネル６００製管の応力を
効果的に除去できることが分かった。また、この好適な
実施態様は、原子力蒸気発生器の管板の領域、または、
支持板の領域に設けられた伝熱管の拡径部分における境
界部分の応力除去類なましにも用いられ得る。

本方法の他の好適な実施！′Ｉ！様において、放射し−
タ（可視性を有する必要はない）が、補強スリーブを伝
熱管の内壁面に固定している環状の溶接部分を囲む熱影
響部分を加熱するために用いられる。

この実施態様において、管とスリーブの結合部分は、上
記と同じ温度範囲内で加熱されるが、二重の肉厚が２倍
であるので、より大きな熱量を補償するために約８〜１
２分間の加熱時間を要する。

本発明の方法は、伝熱管のＵベンド部分、境界部分また
は溶接部分を、１１５０〜１５００　”Ｆに加熱するの
に必要な電力値を決定するために、応力除去類なましを
する前に、前記部分の熱損失特性を測定する段階を更に
備えても良い、この段階において、管の放射率に起因す
る熱損失特性は、ヒータに既知の量の電力を供給しなが
ら、管の統計学上の標本を白熱状態に加熱し、その後、
管の温度を測定するために２カラー・パイロメータでこ
の白熱状態からの光を遠隔的に検出することにより、測
定される。

ｔ　　　の舌　′を呑口以下、図面を参照して説明するが、全図面を通して同一
符号は同一または相当部分を示すものとする。第１Ａ図
を参照するに、本発明は、特に、原子力蒸気発生器１内
における管、即ちＵ字状伝熱管１０の応力除去類なまし
を行うように適応されている。このような蒸気発生器１
は、−ｍに、円筒形の二次側５の下方に配置された半球
状の一次側３を備えている。−次側３は管板７により二
次側５から流体的に隔てられている。更に、分割板８が
半球状の一次側３を入口側と出口側とに流体的に分割し
ている。

複数のＵ字状伝熱管１０が蒸気発生器１の二次側５内で
垂直に延びている。各Ｕ字状伝熱管１０は、−次（ｌ！
！Ｉ３の入口側と連通ずる入口端１２と、−次側３の出
口側と連通ずる出口端１４とを有している。

原子炉（図示しない）を通って循環する高温の放射能を
有する水が、−次側３の入口側に設けられている入口１
６に流入し、その後、Ｕ字状伝熱管１０の入口端１２内
へと流入する。この水は、伝熱管１０のポットレッグ部
を通って上方に流れ、Ｕベンド部分１５を経て、伝熱管
１０のコールドレッグ部を通って一次側３の出口側に向
かって下方に流れていく（流れを示す矢印を参照された
い）、この後、この水は一次＠３の出口側に流出し、再
加熱のために一次出口１８を経て原子炉に戻される。各
伝熱管１０は一般にインコネル６００から形成されてお
り、その外径は０．８７５±０．００５ｉｎ、（約２２
．２２５±０．１２７ｎ＋ｍ）であり、内径は０．７７
５±０．００５ｉｎ、（１９，６８５±０．１２７ｍ＋
ａ）で、従って肉厚は約０．０４８ｉｎ、（１，２２ｍ
ｍ）〜ｏ、０５３ｉｎ。

（１，３５１１ｕａ）である。

放射能を有する高温水が蒸気発生器１のＵ字状伝熱管１
０を通って循環している間、非放射性の水が二次側の水
入口９を経て蒸気発生器１の二次側５内に導入される。

Ｕ字状伝熱管１０の内壁面から外壁面に伝えられる熱で
蒸気発生器１の二次側５内の水は沸騰され、それによっ
て非放射性の蒸気が発生し、この蒸気は最終的に発電プ
ラント（図示しない）の発電機タービンを駆動するため
に用いられる。

第１Ａ図から明らかなように、分割板８に近接して取り
付けられている入口端１２と出口端１４とを有するＵ字
状伝熱管１０は、最小の曲率半径のＵベンド部分１５を
有している。ここで、最も中心部の伝熱管１０．１．１
０．２を、それぞれ、６列１°′、“列２″の伝熱管と
呼ぶこととする。最小曲率半径のＵベンド部分１５は列
１の伝熱管１０．１上に有り、その半径は２　ｉｎ、（
５０，８ｍ＋ｉ　）はどしかない、Ｕ字状伝熱管１０に
おけるこのような小曲率半径のＵベンド部分１５を形成
する成形過程は、しばしば、当該Ｕベンド部分１５に相
当な大きさの残留引張応力を発生させる。第１Ｂ図から
明らかなように、伝熱管１０の各脚部は、管板７に設け
らな穴１７．１を通って延びる端部分１７で終端してい
る。これらの端部分１７は、伝熱管１０の外壁面と穴１
７．１の側面との間に殆ど或は全く環状の隙間が形成さ
れないように、（油圧マンドレルまたは冷間圧延等によ
って）拡径されることが多い、このような拡径加工によ
って、伝熱管１０の拡径された端部分１７と伝熱管１０
の他の非拡径部分との間に、切頭円錐形の境界部分１９
が形成される。伝熱管１０の拡径された端部分１７を作
る拡径過程もまた、その境界部分１９に相当量の引張応
力を発生させる。更に、伝熱管１０には補強スリーブ１
９．１を有しているものがあり、該補強スリーブ１９．
１の端部（一方の端部のみが図示されている）は、３６
０度の溶接部分１９．２によって伝熱管１０の内壁面全
周に固定されており、溶接部分１９．２は、環状の熱影
響部分１９．３により囲まれている。溶接の熱が加わる
ことによって、伝熱管１０およびスリーブ１９．１の両
方の部分、即ち熱影響部分１９．３に相当な引張応力が
生ずる。このような相当に大きな応力は、蒸気発生器１
の二次側５内でＵベンド部分１５、境界部分１９および
熱影響部分１９．３に腐食が生ずる度かを増加させるこ
とを、本発明者は発見した。

更に、第１Ｂ図は本発明に適用されるヒータ・アセンブ
リ（ヒータ）２０を示している。該ヒータ・アセンブリ
２０は、Ｕベンド部分１５における前記腐食発生引張応
力を熱的に除去するのに特に適しており、また、境界部
分１９と熱影響部分１９．３の応力を除去するのにも用
いられる。ヒータ・アセンブリ２０は細長い可視性のあ
る心金２２を有している。

心金２２は、その中央部分に、インコネル６００のよう
な耐熱性合金から形成されたコイルばね２４を有してい
る。コイルばね２４の外側には加熱コイル２６が巻かれ
ている。加熱コイル２６の各巻回部の内部は、白金−ロ
ジウム合金から作られた電気抵抗ワイヤの編み線から形
成されており、各巻回部の外部は、アルミナ繊維のよう
な耐熱・絶縁性の繊維から成る編みスリーブ３０から形
成されている。絶縁スリーブ３０は、編み線の巻回部が
、金属製のコイルばね２４または金属製の伝熱管１０の
内壁と短絡するのを防止する。好適な実施例において、
可撓性の絶縁スリーブ３０は、米国、ミネソタ州、セン
ト・ボールのザ・ミネソタ　マイニング・アンド・マニ
ュファクチヤリング・カンパニー（Ｔｈｅ　Ｍｉｎｎｅ
ｓｏｔａ旧ｎｉｎｇ　Ａｎｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉ
ｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ）がら入手可能な商標名［ネクス
テル４４０（Ｎｅｘｔｅ１４４０）Ｊの編み繊維から形
成された、直径約１／８ｉｎ、（３，１８ｍｍ）のスリ
ーブである。前述した絶縁機能に加えて、このスリーブ
３０は、更に、編み線の隣合う巻回部間で短絡が生ずる
のを防止すると共に、加熱コイル２６により発生される
熱勾配に熱的不均等性および過熱点が生じないように、
隣合う巻回部を一定の間隔に配置する働きも有している
。心金２２の中央部分の内部の特殊なｔＡ造は特願昭６
２−１１７２２５号明細書に開示されており、その全体
的な説明は参考のために本明細書に援用している。

心金２２の内部には、好適にはインコネルから形成され
た棒状補強部材（図示しない）が配置されている。この
補強部材は、コイルばね２４の引張強さと圧縮強さとを
増強する。この棒状補強部材は。

好ましくは高純度マグネシアから形成された複数のセラ
ミック・ビード（図示しない）により囲まれている。こ
れらのビードは中央に穴が配置されており、この穴によ
って、ビードは棒状補強部材上に摺動可能に通すことが
可能となっている。更に、各ビードは、その前部に切頭
円錐形の突出部を有すると共に、後部に相補形の切頭円
錐形の凹所を有し、成る程度の重なり合いが隣合うビー
ド間に生ずるようになっている。これらのビード、およ
び、その相互の重なり合いが、全体として、心金２２に
せん断強さを付加する。ネクステル製の管状スリーブは
、タンデム形態に配列されているビードを囲繞して、心
金２２を曲げた際に、ビードの縁部とばね２４のコイル
との間にいかなる拘束も生じないようになっている。こ
のスリーブは、と−ドと共働して、加熱コイル２６から
放射される熱から棒状補強部材をＦＭＭする働きもある
。

心金２２は、その先端部分若しくは前部分に、伝熱管１
０の開放端からの心金２２の挿入を容易にするためのノ
ーズピース・ア□センブリ３１を有している。

このノーズピース・アセンブリ３１は、加熱コイル２６
のコイル接続部分を保護するための前部ノーズピース３
２と、後部ノーズピース３３とを備えており、この後部
ノーズピース３３の正確なり１能に関しては以下で明ら
かとなろう、好適な実施例において、前部ノーズピース
３２は３０４ステンレス鋼から形成され、他方、後部ノ
ーズピース３３は、拡散接合された９９．９％の純度の
窒化ホウ素から形成されている。第１Ｂ図から明らかな
ように、前部ノーズピース３２は弾頭形状の輪郭を有し
ている。この丸みのある輪郭によって、ヒータ・アセン
ブリ２０の可撓性心金２２を、ヒータ・アセンブリ２０
に対して最小の応力しか発生させずに且つＵベンド部分
１５の内面に掻き傷や磨り傷をつけることなく、小さい
曲率半径のＵベンド部分１５を通して押し進めることが
できる。ノーズピース・アセンブリ３１はまた、心金２
２の中心部分全体に亘り延びている棒状補強部材（図示
しない）のための前部固定点を提供している。

可撓性の心金２２は、その後部分若しくは基端部分に、
３０４ステンレス鋼から形成されたエンドピース３７を
有している。エンドピース３７の主要な目的の１つは、
棒状補強部材の後端部に対し後部固定点を提供すること
にある。また、エンドピース３７は、加熱コイル２６の
最後部の巻回部を機械的衝撃から保護する働きもある。

好適な実施例において、エンドピース３７は、処理され
たばかりの伝熱管１０により放射される赤外線が、パイ
ロメータに接続された光ファイバ４６に入射できるよう
にするための繊維光学ウィンドウ４４を有している。め
す受は具４２の繊維光学ウィンドウ４４と光ファイバ４
６の正確な構造は、特願昭６１−７５６６４号明細書に
開示されているウィンドウとファイバと同様である（尚
、この先行特許願の全内容は参考のためにここに援用す
ることを明記する）、エンドピース３７の直ぐ後側には
、電気コネクタ・アセンブリ３８が配置されている。こ
のコネクタ・アセンブリ３８は、概略的に述べて、１対
のコネクタ・ビン４０ａ、４０１１で終端しているおす
コネクタ３９と、これらのコネクタ・ビン４０ａ、４０
ｂを受けるためのめず受は具４２とから形成されている
。

可撓性を有するケーブル４８が、めす受は具４２ノ後側
若しくは基端部に接続されている。好適な実施例におい
て、このケーブル４８はめす受は具４２内の穴を通って
延び、ステンレス鋼製のスリーブにより該受は具４２に
固定されている。また、好適な実施例において、ケーブ
ル３８は、３１６ステンレス鋼から成る３７１６ｉｎ（
４，７６ｍｍ）径の編みケーブルから形成される。

ノーズピース・アセンブリ３１とエンドピース３７とは
、補強部材のための固定点を提供する池に、マンドレル
２２の端部に拡径された環状の肩部５０．５１を設け、
これらの肩部５０．５１は、ｒｇ！擦や機械的衝撃から
加熱コーイル２６の比較的弱い巻回部を保護する。また
、肩部５０．５１は、伝熱管１０の１手方向軸線を中心
として加熱コイル２６の巻回部を同心に配置する重要な
機能を有し、このｌｌ！能により、伝熱管１０における
加熱コイル２６に隣接する部分での熱勾配は均等となる
。好適な実施例において、肩部５０．５１間の加熱コイ
ル２６の長さは、Ｕベンド部分１５の長さよりも少なく
とも３ｉｎ、（７Ｂ。２Ｉ８１１１）長い。

このような寸法決めにより、加熱コイル２６の基端部と
先端部とは、Ｕベンド部分１５の全体ばかりでなく、Ｕ
ベンド部分１５のエルボｔ１１がＵ″？−管１０の両脚
部、即ちホットレッグ部とコールドレッグ部とに融合す
る接点（一点鎖線Ｔにより示されている部分）より少な
くとも１．５ｉｎ、　（３８，１ｍ＋ｎ＞下側の伝熱管
１０まで加熱することができる。このような寸法決めの
＆終的な成果は、ヒータ・アセンブリ２０がＵベンド部
分１５ばかりでなくＵ字管１０の接点領域も１回のｔｉ
　ｆ’Ｆで加熱することが可能となり、それによって、
本発明の方法を実施するのに必要とさ）する時間の最小
化を可能とする、二とにある。１回の操作で伝熱管１０
の両接点領域を熱悲埋できることは、これらの部分が応
力腐食割れ８最も受は易いことが分かっているので、１
♂に重要な特徴である。

第２Ｉ２！は、本発明の方法に使用されるシステムの池
の構成部材を概略的に示している。簡単に述べるならば
、これらの構成部材は、挿入装置５３と、挿入制御装置
５５と、ヒータ電源５７と、ヒータ制御装置５９と、パ
イロメーク６０とである。挿入装置５３は、ヒータ・ア
センブリ２０を運ばれた伝熱管１０の開放端内に挿入し
、該ヒータ・アセンブリ２０をＵベンド部分１５の近傍
まで送り込む。好適な実施例において、挿入装置５３は
２つの購入可能なロボット装置、即ちワシントン州のゼ
テク・インコーボレーテンド（Ｚｅｔｅｃ、Ｉｎｃ、）
により製造されているモデル５Ｍｌ０一のマニプレータ
とモデルＤ−３のプローブ　キャリアとの組合せから成
る。モデル５Ｍｌ０−一のマニプレータは、選択された
伝熱管１０の開放端の下方にヒータ・アセンブリ２０を
配置し、モデルＤ−３のプローブ　キャリアはＵベンド
部分１５にヒータ　アセンブリ２０３送り込む、挿入制
御装置５５はポツプアップｆｉｆ、ｔを備えている。こ
のポツプアップ機構は、第１Ｂ図に示される位置から約
３．５ｉｎ。

（８８，９ｍｍ）前方にヒータ・アセンブリ２０を瞬間
的に摺動させるよう用いられ、光ファイバ４６をＵベン
ド部分１５の加熱される部分に隣接して配置させ、当該
部分の温度を測定するためのものである。概略的に述べ
るならば、挿入制御装置５５におけるこのポツプアップ
ｔｆ！１ｔｆｉは、米国特許願書７８５，２９１号およ
び第７８５，２９２号明細書に開示された型式の往復移
動ができる膨張可能なブラダ形グリッパから形成されて
いる。尚、上記明細書の全内容は本明細書に参考のため
に援用する。

ヒータ・アセンブリ２０は、挿入装置５３と挿入制御装
置５５とに機械的に連結されていることに加え、ヒータ
電源５７に電気的に接続されており、また、ヒータ電源
５７はヒータ制御装置５９により制御されている。好適
な実施例において、ヒータ電源５７は、３　ｋＬ　２２
０ＶΔＣの電源であり、ヒータ制御装置５９は、０〜２
２０■＾Ｃの間でヒータ電源５７の電圧を調節するため
に、５Ｃ１１断続波電源を制御するマイクロプロセッサ
を有している。更に、ヒータ・アセンブリ２０の光ファ
イバ４６は、パイロメータ６０に光学的に接続されてい
る。パイロメータ６０は、マサチューセッツ州のウィリ
アムソン・インコーホレーテッド（Ｗｉｌｌｉａｍｓｏ
ｎ、　ｉｎｃ、）によって製造されているモデル４１０
０号が好適であるが、種々の２カラー・パイロメータが
あるので、そのいずれか１つが用いられてら良い、２カ
ラー・パイロメータは２つの理由から本発明において好
ましい、第１に、このようなパイロメータは光度に依存
しないからである。

従って、光ファイバ４６の曇りにより生ずる光度の変化
は、示される温度表示に変化をもたらすものではない、
第２に、このようなパイロメータ６ｏは、Ｕベンド部分
１５における加熱される部分の温度を瞬間的に読み取る
ことができる。ヒータ　アセンブリ２０が伝熱管１０内
の別の位置に移動された場合には、温度はすぐに下がる
傾向にあるので、温度を瞬間的に読み取ることが可能な
ことは重要である。

本発明の好適な方法において、ヒータ・アセンブリ２０
は、熱処理されるべきＵベンド部分１５、境界部分１９
または熱影響部分１９．３を有している伝熱管１０の一
方の脚部の開放端に挿入される。蒸気発生器が゛冷態パ
である場合に（即ち、放射能がない場合）、挿入段階が
手動により行われる。しかしながら、蒸気発生器が原子
炉に直結され、゛湿態″となっている場合、挿入装置５
３を形成する購入可能なロボットが用いられると好適で
ある。

ヒータ・アセンブリ２０が特定の伝熱管１ｏに挿入され
たならば、挿入装置５３がその後も使用され、伝熱管１
０のＵベンド部分１５．境界部分１９または熱影響部分
１９．３に隣接する位置まで、ヒータ・アセンブリ２０
を滑り込ませる。Ｕベンド部分１５の場合、ヒータ・ア
センブリ２０は第１Ｂ図に示される位置に配置されるの
が好適である。

ヒータ・アセンブリ２０が前述したように配置されたな
らば、熱処理されるべきＵベンド部分１５まなは曲の部
分１９．１９．３の放射率が、ヒータｆｆ、１１装置５
９による既知の電力値で安定状態温度（即ち、均熱温度
）まで当該部分を加熱することによって、測定される６
部分１５．１９．１９．３が白熱状態まで加熱されるよ
うに電力値と加熱時間とが選択される。

Ｕベンド部分１５の場合、約６分間の昇温時間と約１分
間の均熱時間の後、約１．２ｋＷの電力値となるのが一
般的である。この加熱時間の満了時に、光ファイバ４６
がチェリーレッドで発光しているＵベンド部分１５また
は池の部分１９．１９．３に隣接して置かれるように、
挿入制御装ｒＩｔ５５におけるポツプアップ機構の使用
により、ヒータ・アセンブリ２０はＵベンド部分１５ま
なは他の部分１９．１９．３に完全に押し入れられる。

光ファイバ４６はこの光をパイロメータ６０に伝え、パ
イロメータ６０は、温度を確認するために用いられる相
対放射エネルギを測定する０次いで、Ｕベンド部分１５
と他の部分１９．１９．３の放射率が、伝熱管の温度、
加熱コイル２６を経て伝えられる供給電力（電圧と電流
）と、加熱コイル２６における電気抵抗要素の抵抗（オ
ーム）とにより算出される。より詳細に述べるならば、
放射率は以下の式で算出される。

ｅ＝Ｉ２Ｒ／σＫＡ（Ｔｌ’−Ｔ２’）ここで、■は加
熱コイル２６を流れる電流、Ｒは加熱コイル２６の抵抗
、σはステファン・ボルツマン定数、Ｔ１は測定された
温度、Ｔ２は経験的に得られた温度で４００°Ｆ（２０
４℃）、Ａは加熱コイル２６の表面積、Ｋは伝熱管の形
状に基づいて経験的に得られた定数である。Ｕベンド部
分１５または他の部分１９．１９．３の放射率が測定さ
れたならば、当該部分１５．１９．１９．３を１１５０
〜１５００＠Ｆ、（６２１〜８１６℃）、最も好ましく
は１４００°Ｆ　（９６０℃）に加熱するのに必要とさ
れる電力の値が上記式により算出されると良い。

本発明の方法における次の段階では、ヒータ・アセンブ
リ２０は応力除去焼なまし段階を実行するために、第１
Ｂ図に示される位置に戻される。ヒータ・アセンブリ２
０が所定の位置に戻されたならば、Ｕベンド部分１５の
場合には、Ｕベンド部分１５だけでなく、Ｕベンド部分
１５の両側の少なくとも１．５ｉｎ、（３８，１ｍｍ＞
の部分も加熱するために、加熱コイル２６の両端が接点
（第１Ｂ図で一点鎖線Ｔで示されている部分）より下側
に配置されるように注意しなければならない、このよう
にヒータ・アセンブリ２０を配置することにより、Ｕベ
ンド部分１５ばかりでなく、Ｕベンド部分１５に隣接す
るＵ字管１０の部分も完全に熱処理できる。これは重要
である。何故ならば、応力腐食割れが万が一生じた場合
、一点鎖線Ｔで示される接点上または接点の周囲で生ず
るのが応力腐食割れの一最的パターンと考えられるから
である。

前述したようにヒータ・アセンブリ２０が所定の位置に
戻されたならば、加熱コイル２６はヒータ制御装置５９
を介してヒータ電源５７に再度接続される。

加熱コイル２６の電気的加熱要素を損傷することなく、
加熱コイル２６を最終的な加熱レベルとするのに必要と
される時間を最小にするために、電力を７分割した昇温
方式が採用される。渦層での加熱コイル２６の抵抗が約
７．５Ω（長さと直径に依存する）と仮定すると、加熱
コイル２６を流れる電流の電圧は以下の通り変化される
。即ち、（１）約４１ＶＡＣが６秒ｆｍ；　（２）約５
１ＶＡＣが１０秒間；（３）約７０ＶＡＣが１４秒間；
（４）約８５ＶＡＣが３０秒間；（５）ＦＪ９２．５Ｖ
ＡＣが１５秒間、（６）約８５ＶＡＣが４５秒間となる
。最後の電圧（放射率から調整されたもの）は５４０秒
間、適用される。放射率から調整された電圧の適用の結
果、加熱コイル２６は、Ｕベンド部分１５または境界部
分１９のように一重管壁構造の場合には４〜６分後に、
伝熱管とスリーブの結合による熱影響部分１９．３のよ
うに二重管壁構造の場合にはその倍の時間の後、最終的
に伝熱管１０を１１５０〜１５００下の温度にまで加熱
する。

Ｕベンド部分１５または境界部分１９の場合には約６分
後、熱影響部分１９．３の場合には約１０分後に、伝熱
管１０の加熱された部分の温度は、当該部分に隣接する
位置に光ファイバ４６を約２秒間ずらすことにより検出
され、その後、ヒータ・アセンブリ２０は初期の部分に
戻される。測定された安定状態温度が１１５０〜１５０
０°Ｆ（好適には１４００’ＦＶ）近傍）内にあるなら
ば、ヒータ・アセンブリ２０は、Ｕベンド部分１５また
は境界部分１９の場合には６分間、管とスリーブを溶着
した熱影響部分１９．３の場合には１０分間、その位置
に保持される。

応力除去焼なましが完了した後、ヒータ電源５７がヒー
タ制御装置５９により加熱コイル２６から分離され、ヒ
ータ・アセンブリ２０は冷却期間の後に伝熱管１０から
引っずり出される。Ｕベンド部分１５の熱処理の場合、
列２の約１００本の伝熱管１０．２のうち少なくとも４
本の任意標本の放射率が測定される。

このサンプリングから得られた放射率の検証として、列
１における少なくとも３本の伝熱管１０．１の温度も測
定される。この後、放射率の平均値が算出され、この平
均放射率で調整された加熱電圧が、本方法を実施するた
めに必要とされる時間を最小にするために、他の伝熱管
についても用いられる。

本発明の方法は、少なくとも列１の伝熱管１０．１の全
てが応力除去焼なましされるまで、繰り返される。多く
の場合、列２の伝熱管１０．２の全ても応力除去焼なま
しが行われる。パラメータの広い許容誤差（構造に応じ
て±１００°Ｆ　（３７，８℃）、±１〜２分）が本発
明の方法の主な利点である。何故ならば、このような広
い許容誤差により、本方法の実施が容易となるからであ
る。

ｉ後に、本発明の方法は、一般的に、あらゆる型式のス
テンレス鋼の管に適用可能であるが、外径が０．６８０
〜０．８８０ｉｎ、　（１７，３−２２，４ｍｍ）のイ
ンコネル６００の応力を除去するの特に適しており、こ
のような管のうち外径が０．６８８±０．００６ｉｎ、
（１７，５±０．１５ｍｍ）で肉厚が０．０４±０．０
０４ｉｎ、（１，０２±０．１０ｍｍ）、外径が０．７
５０±０．００５ｉｎ、（１９，１±０．１３ｍｍ）で
内厚が０．０４３±０．００５ｉｎ、（１，０９±０．
１３ｍｍ）、或は、外径が０．８７５±０．００５ｉｎ
、（２２，２±０．１３ａ＋ｌ１１）で肉厚が０．０５
０土０．００３ｉｎ。

（１，２７±０．０７６ｍｍ）のものに特に効果的であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は応力除去のために本発明の応力除去焼なまし
方法が適用されるＵ字状伝熱管を示す原子力蒸気発生器
の縦断面図、第１Ｂ図は、本発明の方法を実施するため
に用いられるヒータ（ヒータ・アセンブリ）が、第１Ａ
図に示されている一の伝熱管のＵベンド部分に配置され
ているところを示す縦断面図、第２図は本発明の方法を
実施するためのヒータのシステムを示す概略説明図であ
る０図中、１・・・原子力蒸気発生器１０・・・伝熱管（管）１５・・・Ｕベンド部分１９・
・・境界部分　　　１９．１・・・補強スリーブ１９．
３・・・熱影響部分

Claims

【特許請求の範囲】少なくとも１つの開放端を有するニッケル合金製の管に
おける或る部分の応力をヒータにより除去するための応
力除去焼なまし方法であって、（ａ）前記管の前記開放
端に前記ヒータを挿入し、該ヒータを前記部分の少なく
とも一の箇所に隣接するように配置する段階と、（ｂ）前記管における前記箇所を約１１５０°Ｆ（６２
１℃）から約１５００°Ｆ（８１６℃）の間の温度に加
熱する段階と、（ｃ）約４〜１２分間、前記温度に維持する段階と、（
ｄ）前記管から前記ヒータを引き出す段階と、から成る
管の応力除去焼なまし方法。