JPH026060A - 原子炉容器の管担持胴のような厚い壁部材に管を溶接により固着する方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管を厚い壁部材に溶接することにより固着す
る方法に関し、特に、しかしもっばらではなく、管を軽
水型原子炉容器の管担持胴に固着する方法に関する。

〔従来の技術〕

軽水型原子炉および特に加圧水型原子炉は、林状にへこ
んだ底部により閉じられた全体が円筒形の容器を有する
。円筒形部分は、容器が組み立てられているときに端と
端を接して溶接される鍛造るした胴からなる。これらの
胴の一つは管担持胴と呼ばれるが、その壁を貫通する開
口部を存し、この開口部の領域には、主回路ループの熱
い脚部と冷い脚部を形成する管機溝に連結されるように
なっている管の固着部が作られる。

管担持胴に管の固着部を作るために今まで最も広く用い
られた方法は、開口部に胴壁の全厚さにわたって係合さ
れる管の外径より大きい直径の胴を貫通する開口部を設
けることにある。管におよび胴の開口部に対応するよう
に機械加工される部分により、一つまたは複数の溶接面
取り部分を作ることができるが、それからその面取り部
分を胴の外側または内側からまたは両側から溶加材で満
たす。この作業は、自動サブマージドアーク溶接法を用
いて実施される。

容器が４．５０メートルの程度の直径を有する原子炉の
場合に、管担持胴の厚さは３３０ｍｍより少し下であり
、この厚さは胴のすべての部分でほぼ一様である。

管担持胴の管を固着する異なる方法も提案されている。

この方法は、直径が管の内径にほぼ対応する開口部を管
担持胴に設け、管をその全厚さにわたって、胴壁の外側
の開口部の延長部に溶接することにある。

この管の固着方法は、管が加えられる、すなわち胴の外
面の上に「載置される」ので、前述した固着方法と対比
して、「載置形」と呼ぶ。前述した固着方法の場合、管
が、胴を貫通する開口部に入るので、この固着方法を「
挿入形」と呼ぶ。

理論的には、第二の固着方法が由来する「載置形」配置
は、「挿入形」配置よりも利益を与える。

なぜなら、破損のもとである溶接部の欠陥があると、原
子カスチージョンの安全仕様書に規定された種類の事故
が構成され、この事故は主回路脚部の破損と同等であり
、その結果冷却水が非常に高い割合で失なわれるからで
ある。

「挿入形」配置の場合には、破損することになる管の溶
接部に欠陥があると、容器の破損と同等な重液が構成さ
れる。

しかしなから、「載置形」の設計では、厚さの増大した
管担持胴を使用すること、および管が載置されるこの胴
に外方突出部分があることが必要になる。実際に、溶接
頭部の嵩のため、胴の外面と同一平面の領域に管の自動
サブマージドアーク溶接を実施することができない。

４．５ｍに近い直径の原子炉容器の場合に、従って、厚
さがその主部分で４００ｍｍの程度でありかつ管が載置
される突起の領域で４５０ｍｍまでに上がりうる管担持
胴を設けることが必要である。そのような胴の鍛造には
、３５０トンの程度の、非常に大きな質量の初期鋳塊を
用いることが必要である。

さらに、管の自動サブマージドアーク溶接の実行は、お
びただしいチエツクを必要とする手の込んだ操作である
。

もっと一般には、厚い壁、例えば１００ｍｍより厚い壁
を有するものはどんな種類の反応器または容器の場合で
も、必要な手段を与えるのが筒車であり、かつ実行する
のにいっそう短かい時間を要し、非常に高い溶接部の品
質を確保することができる。溶接により管を固着する周
知の方法がなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、本発明の目的は、管の内径にほぼ等しい直径の
少なくとも一つの通路開口部を有する厚い壁部材に管を
溶接により固着する方法であって、管がその全厚さにわ
たって壁の一方の側に溶接されて開口部の延長部になる
ようにした方法を提供することであり、この方法により
、溶接部を作ることを単純化しかつそれを行なうのに必
要な時間を短かくすることができると共に、非常に高い
品質の溶接部を得ることができ、かつ限定された厚さの
壁を使用することができる。

〔課題を解決するための手段〕

この目的のために、３０°と６０°の間の頂角の半分の
角度と、管の端部に向かって減少する横寸法の断面とを
有する管の軸心と一致する軸線の截頭円錐形の連結面を
管の端部に作り、壁の外側面に開口していてかつ壁のこ
の外側面の方向に広げられている管の連結面の形状に対
応する截頭円錐形の連結面を壁部材の厚さの一部だけに
、開口部の領域にかつこの開口部と同軸に作り、−管の
連結面と壁の連結面をこれらが一致するように配置し、
そして−管と壁部材を電子ビームを用いて単一のパスで
かつ溶加材なしでそれらの連結面に沿って壁の外側から
溶接する。

〔実施例〕

本発明を正しく理解するために、加圧水型原子炉容器の
管担持胴の場合の本発明による方法の実施例について添
付図面を参照して限定的にではなく例示として述べる。

第１図、第４Ａ図および第４Ｂ図は、開口部２が機械加
工されており、その直径が胴１に固着すべき管３の外径
よりも大きい容器胴１を示す。

四つのループのついた原子炉のために意図された管担持
胴の全体は、各開口部が管３を受は入れるようになって
いる８つの開口部を有する。管３は、主回路ループの熱
い脚部または冷い脚部に連結されるようになっているか
否かにより、二種類がある。二種類の管は、それらの孔
が円筒形であるか或は実質的に截頭円錐形であるかで区
別される。

管３と開口部２は、管３を開口部２内の所定の位置に配
置したときに二つの溶接面取り部分を決定できる対応す
る位置に環状縁を形成するように機械加工される。溶接
面取り部分の一方は管担持胴の外側に向かって開口し、
他方は内側に向かって開口している。二つの面取り部分
５の組立部は、自動サブマージドアーク溶接により溶加
材で満たされる。

第１図と第４Ｂ図では、溶接用溶加材５が、容器内の加
圧水を外側周囲から分離する障壁の一部を形成している
のが分かる。

第２図、第５Ａ図および第５Ｂ図は、加圧水型原子炉の
管担持胴の第二の配置とそ製造方法を示す。管担持胴１
０は、管１３の内径にほぼ対応する直径の通路開口部１
２を有する。管１３は、それらの内側孔が、胴１０を貫
通する開口部１２の正確な延長部に位置するように、管
担持胴１０の外面の上に載置される。管１３は、胴１０
の外壁に、開口部１２を囲む突出環状部分１４の領域に
固着される。

管１３の各々がその全厚さにわたって、対応する突出部
１４に固着される。溶加材１５を自動サブマージドアー
ク溶接により単一の面取り部に管・１３の外側から沈積
させることができる。管と突出部分１４の対応する縁に
より、面取り部分を決定して内方で閉じることができる
。

第２図および第５Ｂ図で分かるように、この「載置形」
配置では、溶接用溶加材１５が容器と主回路の対応する
脚部の間の連結領域を形成する。

従って、連結領域１５の破損は、主回路の分岐部の破損
と同等であり、容器の破損と同等ではない。

第１図、第４Ａ図および第４Ｂ図に示した「挿入形」配
置の場合と、第２図、第５Ａ図および第５Ｂ図に示した
「載置形」配置の場合の両方において、溶接された溶加
材継目５と１５を形成するための溶接作業を最大の注意
をはらって実施しかつ連続的に指示して、溶接継目の完
全な品質を確保しなければならない。さらに、面取り部
分を決定する縁を、溶加材の部分充填後機械加工により
除去しなければならない。

管担持胴の外側または内側から実施しなければならない
これらの作業のすべては、非常に長く且つ扱いにくい。

直径が４．５０　ｍに近い管担持胴の場合には、「ｆ２
匝形」配置の管担持胴１の厚さは、３００ｍｍより少し
下である。管の厚さは３００ｍｍである。

第２図、第５Ａ図および第５Ｂ図に示した「載置形」配
置の場合には、４．５０ｍに近い同じ容器直径に対して
、胴１０の主部分の厚さは４ＱＯｍｍに近く開口部１２
の周りの胴１０の厚さは４５０ｍｍの程度であり、これ
らの領域に突出部分１４が存在するので胴１０の厚さは
増大する。溶接継目１５を形成している管の厚さは１５
０ｍｍの程度である。

従って、第２図、第５Ａ図および第５Ｂ図に示した「載
置形」配置は、「挿入形Ｊ配置の場合と比較して非常に
大きく増加した厚さの胴１０の使用を必要とする。

突出部分１４が存在すると、溶接頭部を通過させるため
に胴１０の外面から充分に離れている領域で溶接を実施
できることが必要になる。

第３図と第６Ｂ図は、本発明による方法を用いて管２３
を固着した管担持胴２０を示す。管２〇−は８つの通路
開口部２２を有し、その内径は管２３の内径に対応する
。

組立前の管担持胴２０と管２３を示す第６Ａ図で分かる
ように、組立ての際に胴２０と接触するようになってい
る管２３の端部が、截頭円錐形の連結面２４を形成する
ように機械加工されている。

胴２０は、その厚さの部分に沿って、開口部２２の領域
で機械加工されて截頭連結面２５を形成しているが、そ
の形状は管２３の截頭連結面２４の形状に完全に対応す
る。而２４は、その横寸法が管の端部に向かって減少す
る断面を有し、かつ開口部２２の面２５が胴２０の外側
に向かって広げられている。截頭円錐面２４と２５の頂
点の半分の角度は、はぼ４５″に等しい。面２５は、そ
の広がった部分が胴２０の外面上に開口している。従っ
て、開口部２２の広がった截頭円錐形部分２５の内側に
管２３を連結するための端部の保合を容易に生じさせる
ことができる。二つの対応する截頭円錐面２４と２５は
、それぞれそれらの軸線として、管の軸線と開口部２２
の軸線を有する。これらの両軸線は、管を第３図と第６
Ｂ図に示した位置に配置したときに一致する。

第３図と第７図で分かるように、管担持胴２０は、管２
３を載せる通路開口部２２の領域に付加的な厚さを有し
ない。

胴２０はトロイド状の溝２８を有しているだけであり、
この溝に管２３と胴２０の広がった開口部の間の連結領
域２７が開口する。

溝２８により、管２３と胴２０の広がった開口部の間の
連結領域の外端に一層よく接近できる隙間を生じさせる
ことができる。

第８図で分かるように、大きな包囲体３０の内側で管２
３を胴２０に溶接する作業が実施され、その際１０−５
ｍｍＨｇ程度の強い真空を発生できるポンプ系により包
囲体３０から大気を抜くことができる。

包囲体３０は、支柱３４の上を垂直方向に移動できるよ
うに取りつけられた電子銃３１を有し、この電子銃は、
垂直線に対しほぼ４５″の角度を形成する方向に、下方
に向けることができる。管担持胴２０がプラントホーム
３７に載っており、このプラットホーム自体は、トロリ
ー３６の上で垂直軸線を中心として回転できるように取
りつけられ、トロリー３６は包囲体３０内で並進運動す
ることができる。胴２０は、回転装置４０のローラによ
りプラットホーム３７の上に水平軸線をもった状態で載
っている。

管２３を胴２０に電子ビーム溶接する間、電子銃３１が
垂直位置に固着されて傾けられ、トロリー３６が包囲体
内で固定位置にあり、かつ胴２０が回転装置４０の上に
固定位置にある。胴２０と管２３の位置は、電子銃３１
のビームが管と胴の間の截頭円錐形連結面の母線に沿っ
て完全に案内されるような位置である。溶接されている
管２３の軸心は、プラットホーム３７の回転軸線と一致
する。プラットホーム３７をゆっくりと回転させること
により、電子ビームが１０〜４０ｃｍ／分の速度で管と
胴の間の全截頭円ｉ（を面連結領域にわたって移動する
。

胴への管の溶接を単一のパスでしかも溶加材なしで実施
できる定格電力２００ＫＷの電子銃を用いる。

主に２〜２．５％のクロム、０．９０〜１．１０％のモ
リブデンおよび０．１５％を超えない炭素含量を含む鋼
を鍛造することにより管担持胴２０と管２３を作った。

この鋼のための目標のクロムとモリブデンの含量は、そ
れぞれ２．２５％と１％である。

石油化学工業のために意図された構成要素の製造に用い
られる周知のこの種の鋼は、厚さが１００ｍｍ以上の構
成要素の場合に電子ビーム溶接に完全に適している冷却
特性を有する。

管２３の溶接の場合には、溶接継目の厚さは１５０ｍｍ
乃至１７０ｎ＋＋ｎであり、この厚さは、能力が３００
ｍｍの程度の厚さまでにわたる電子ビーム溶接ユニット
の性能と相変らず完全に両立する。

溶接継目の特性は、完全に満足のゆくことが見出された
。

８本の管を管担持胴２０に連続溶接するために、この胴
を回転装置４０によりその軸線の周りに配置して、溶接
すべき管を、その軸線が垂直な高い位置にもって来る。

胴２０に開口部２２の出現する広がった部分の周りにト
ロイド状溝２８が存在すると、電子ビームを連結領域に
一層よく接近させることができる。

管担持胴２０が４．５０ｍに近い直径を有する加圧水型
原子炉容器の場合には、本発明による管の連結方法を用
いると、この管担持胴の厚さは３５０ｍｍ以下に限定さ
れる。この方法によれば、−実際に、胴２０の外方突出
部分が、従って通路開口部２２の付近の局部的な付加厚
さが存在することを避けることができる。実際に、４５
°に傾斜した電子ビームは、容易に連結領域に到達する
ことができ、その際第８図に示したように電子銃自体は
管から一定の間隔を置いて位置している。

本発明の方法によれば、従来技術による「載置形」配置
に必要な厚さより相当小さい厚さの管担持胴に管を「載
置形」配置により固着することができる。

第７図は、電子ビームを用い且つ溶加材なしで溶接継目
２７を作る場合に、本発明による方法を用いて管担持胴
２０に固着された管２３を示す。

管２３の内側孔が、管の端付近で終るステンレス鋼４１
の層で内張すされているが、これは管の製造中および管
を胴２０に溶接する前に管の内側に作られた。

同様に、胴２０の内側が、開口部２２の付近で終わるス
テンレス鋼４２の層で内張すされている。

連結領域２７を形成して、管２３を電子ビームを用いて
胴２０に溶接した後、管の内側と管担持胴の内側のステ
ンレスライニングを完成させるために、層４１とＮ４２
を連結し且つ連結領域２７をおおうステンレス鋼４３０
層を配置しなければならない。

管２３と胴２０．２４および２５の截頭円錐形のそれぞ
れの連結面を作るには、まさしくこれらを組み立てる前
に、管２３と胴２０の各々をそれらの対応する開口部２
２で機械加工すればよい。

管２３は、截頭円錐形の連結面２４を形成するように意
図された前もって作り上げられた端部を有・していても
よい。

本発明による方法の主な利点は、溶加材を用いずに管を
管担持胴に迅速に固着できることである。

この胴の厚さは、その主部分と、管に連結するための部
分との両方において限定することができる。

すべての場合に、管と胴の外側から連結領域へ十分に接
近できることと、管を満足のゆくようにしっかりと固着
することの両方を得るために、截頭円錐形面の頂角の半
分の角度は３０°と６０゜の間であることが必要である
。

本発明は、記載された実施例に限定されないことは自明
である。

従って、本発明を種々の胴部材におよびこれらの胴に連
結された管に適用できる。本発明は、又、例えば管を球
形のキャップに、好ましくは球形キャップの回転軸線に
中心を置いた開口部に固着する作業に適用できる。この
ような管連結部は、化学のまたは石油化学の反応器の場
合にしばしばある。

胴および管の製造の場合に、記載された鋼基外の鋼を用
いることも考えられる。しかしなから、使用する鋼は、
高品質の溶接継目を得ることができるのに十分な冷却特
性をもたなければならない。

すべての場合に、管と、この管が固着される壁部材は、
壁厚さの一部のみにわたって延びる重なり領域をもたな
ければならない。この重なり領域は多くて壁厚の部分の
−にわたって延びるのが有利である。重なり領域が壁厚
の相当部分または全部にわたって延びている場合には、
「載置形」配置による管の固着のみ利益に再び遭遇する
。

本発明は、原子炉の分野だけではなく、化学または石油
化学の反応器の分野におよび一般の圧力容器の分野にも
適用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は「挿入形」配置を有する管担持胴の、管の近く
を横断面で示した図、第２図は従来技術による「載置形
」配置を有する管担持胴の第１図と同様な断面図、第３
図は「載置形Ｊ配置を有し且つ本発明の方法により作ら
れた管担持胴の第１図および第２図と同様な断面図、第
４Ａ図および第４Ｂ図は管の溶接前後の「挿入形」配置
を有する管担持胴の、第１図の線４−４における軸線方
向断面図、第５Ａ図および第５Ｂ図は管の溶接前後の、
従来技術による「′Ｕ、置形」配置を有する管担持胴の
、第２図の線５−５における軸線方向断面図、第６Ａ図
および第６Ｂ図は管の溶接前後の、本発明の方法により
作られた管担持胴の、第３図の線６−６における軸線方
向断面図、第７図は本発明の方法により胴に固着され且
つ内側ステンレス鋼で内張すされた管を示す拡大軸方向
断面図、第８図は本発明による固着方法を使用できる電
子ビーム溶接ユニットの垂直に断面した図である。 ２０・・・壁部材、２２・・・通路開口部、２３・・・
管、２４・・・管の連結面、２５・・・壁部材の連結面
、２８・・・溝。 図面の浄書（内容に変更なし） １Ω 手続 補 正 書 （方式） １、事件の表示 昭和６３年特許願第２６１２９３号 ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 名 称 フ ト ム ４、代 理 人 ５、補正命令の日付 平成元年１月３１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）管（２３）の内径にほぼ等しい直径の少なくとも
   一つの通路開口部（２２）を有する厚い壁部材（２０）
   に管（２３）を溶接により固着する方法であって、管（
   ２３）がその全厚さにわたって壁（２０）の一方の側面
   または外側面に溶接されて開口部（２２）の延長部にな
   る方法において、３０゜と６０゜の間の頂角の半分の角
   度と、管（２３）の端部に向かって減少する横寸法の断
   面とを有する管（２３）の軸線と一致する軸線の截頭円
   錐形の連結面（２４）を管（２３）の一端部に作り、壁
   （２０）の外側面に開口していてかつ壁（２０）のこの
   外側面の方向に広げられている管（２３）の連結面 （２４）の形状に対応する截頭円錐形の連結面（２５）
   を壁部材（２０）の厚さの一部のみに、開口部（２２）
   の領域にかつこの開口部と同軸に作り、管（２３）の連
   結面と壁（２０）の連結面をこれらが一致するように配
   置し、そして管（２３）と壁部材（２０）を電子ビーム
   を用いて単一のパスで且つ溶加材なしでそれらの連結面
   （２４、２５）に沿って壁の外側から溶接することを特
   徴とする方法。 （２）連結面（２４、２５）の頂角の半分の角度が４５
   ゜にほぼ等しいことを特徴とする、請求項（１）に記載
   の方法。 （３）壁部材（２０）は、連結面（２５）の広がった部
   分が開口する所に、開口部（２２）の周りにトロイド形
   の溝（２８）を有することを特徴とする、請求項（１）
   または（２）に記載の方法。 （４）壁部材（２０）と管（２３）を、主に２〜２．５
   ０％のクロムと、０．９０〜１．１０％のモリブデンと
   、０．１５％を越えない炭素含量とを含む鋼で作ること
   を特徴とする、請求項（１）から（３）までのうちのい
   ずれか一つに記載の方法。 （５）壁部材（２０）が加圧水型原子炉容器の管担持胴
   である場合に、管担持胴が４．５０ｍに近い直径と、３
   ５０ｍｍ以下の厚さとを有することを特徴とする、請求
   項（１）から（４）までのうちのいずれか一つに記載の
   方法。