JPH0362512B2 - - Google Patents

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JPH0362512B2
JPH0362512B2 JP1030101A JP3010189A JPH0362512B2 JP H0362512 B2 JPH0362512 B2 JP H0362512B2 JP 1030101 A JP1030101 A JP 1030101A JP 3010189 A JP3010189 A JP 3010189A JP H0362512 B2 JPH0362512 B2 JP H0362512B2
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JP
Japan
Prior art keywords
sleeve
tube
explosive charge
explosive
wall thickness
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP1030101A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02220789A (en
Inventor
Geari Fuerudosutain Joeru
Yuujiin Maakaa Deibitsuto
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Babcock and Wilcox Co
Original Assignee
Babcock and Wilcox Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Babcock and Wilcox Co filed Critical Babcock and Wilcox Co
Priority to JP3010189A priority Critical patent/JPH02220789A/en
Publication of JPH02220789A publication Critical patent/JPH02220789A/en
Publication of JPH0362512B2 publication Critical patent/JPH0362512B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 本発明は、熱交換管を補修する目的で熱交換管
内にスリーブを装着することに関し、特に、熱交
換管を支持する管板又は管支持板から離隔した部
位でスリーブを熱交換管内に爆発作用により溶接
する新規な方法に関する。 従来の技術 管板又は管支持板によつて束状に配列された管
を用いる原子力蒸気発生器のような熱交換器にお
いては、それらの管が腐食による損傷又は機械的
損傷を受けるので補修しなければならない。その
ような補修を行うための1つの方法は、損傷した
管内の損傷箇所にその損傷箇所を覆つて延長する
のに十分な長さのスリーブを挿入することであ
る。従つて、スリーブは、しばしば管板又は管支
持板の管支持部分を越えて延長する場合がある。
更に、スリーブを所定位置に保持し、スリーブの
周りからの流体の漏れを防止するために、スリー
ブを管の内面に封着(密封状態に固着)しなけれ
ばならない。スリーブを封着する現行の方法とし
ては、スリーブを膨張させて管壁に圧着させ、次
いでスリーブを管壁にろう付けさせる方法と、爆
発作用によつてスリーブを管壁に溶接する方法が
ある。しかしながら、後者の爆発作用による溶接
法は、通常、管の過度の変形を防止するために外
部からの何らかの管支持手段を必要とする。 管の組立て又は補修のために管を熱交換器に爆
発作用により溶接する技法は、周知である。例え
ば、米国特許第3411198号は、管を膨張させて管
板の孔に圧着させるための空隙を一端に有するポ
リエチレン製の筒状の力伝達部材と、該力伝達部
材内に装填された爆薬挿入物とから成るプラスチ
ツク製挿入体を開示している。 米国特許第3590877号は、損傷した熱交換管を
その外部支持管板の近傍において閉鎖するために
爆発作用により装着する円筒形金属プラグを開示
している。同特許においては、円筒形の中心爆薬
ブロツクを円筒形のスチロフオーム製充填材で包
み該充填材の周りにシート状の爆薬を巻付けるこ
とによつて特定の形状の爆薬装入物を形成する。 米国特許第3724062号も、損傷した熱交換管を
その管板の近傍において閉塞するために爆発作用
により装着するプラグを開示している。このプラ
グは、円筒形本体部分と、切頭円錐形の両端部分
を有し、爆薬装入物は、円筒形に造形され、プラ
グの円筒形本体部分内に装填される。 米国特許第3790060号は、1対の爆発部材を使
用することを開示しており、一方の爆発部材は、
パイプを、それを挿通する孔あき板に溶接する働
きをし、、他方の爆発部材は該パイプを該孔あき
板の両面に形成された拡大孔即ち端ぐり部分に圧
着させる働きをする。 本出願人自身の米国特許第39121489号は、熱交
換器管と管板との接合部の漏れを修理するための
溶接・ろう付け組合せ装置を開示している。この
装置では金属製スリーブの一端に設けられた多数
の溝にろう付け金属を充填する。スリーブの他端
は、薄肉にされており、比較的多量のニトログア
ニジンを収容するようになされている。ニトログ
アニジンからスリーブの中心を通り上記溝を越え
て比較的少量のPETN(ペンタエリトリトール、
テトラニトレート)装入物を突出させる。これら
の爆薬装入物が爆発せしめられると、スリーブの
細い部分(熱交換管の管板貫通部分に挿入されて
いる)管の内面に溶接され、管の自由端部分(管
板の孔から離れて延長している部分)内にあるス
リーブの他端は、單に管の内面にろう付けのため
に圧接される。実際のろう付けは、第2の工程と
してそのスリーブ内に挿入したカートリツジ型電
気抵抗加熱器によりろう付け金属を加熱溶融する
ことによつて行われる。 上記米国特許第3912148号の従来技術の記載の
欄には、管に過度の変形が生じることが好ましく
ないということを配慮すれば、爆発作用による溶
接は、熱交換管の管板挿通部分に使用するのに適
しており、ろう付けは管の自由部分(管板の孔に
よつて拘束されていない部分)に使用するのに適
していると指摘されている。後者の場合、管の自
由部分における爆薬の爆発作用は、単にスリーブ
のろう付けすべき部分を膨張させ管の内面に圧接
させるためだけに用いられ、ろう付け自体は後で
行うとされている。 米国特許第4028789号も、上記米国特許第
3912148号の方法に類似した溶接・ろう付け組合
せ法を開示している。この方法でもやはり、溶接
は熱交換管の管板挿通部分即ち管板によつて支持
されている部分においてのみ行われ、ろう付けは
管の自由部分は単に膨張されるだけである。 米国特許第4021907号は、熱交換器の管板に保
持された損傷管を封止するための爆発作用式プラ
グを開示している。このプラグの両端は、それぞ
れ同様な形状に造形された爆薬挿入物を充填する
ための円筒形又は切頭円錐形の端部を有する。同
特許の各実施例において、プラグの一端に起爆装
置を設け、他端に激発ピンを設けて両端の挿入物
をほとんど同時に起爆させるようになされてい
る。 米国特許第4513903号は、熱交換管の、管板に
よつて支持されている損傷部分に直接スリーブを
溶接するための更に他の方法及び装置を開示して
いる。又、米国特許第4567632号には、管の、管
板によつて支持されていない部分の損傷部を補修
する爆発作用式方法が開示されているが、この方
法は、管の自由部分の周りに現場鋳造した低融点
合金から成る外部支持体を設けることを必要とす
る。米国特許第4587904号は、管の、管板挿通部
分を補修するための、爆発砕片等の生じないプラ
グ組立体を開示している。 一般に、上述した各先行特許は、管の、管板又
は管支持板の孔によつて保持された部分に爆発作
用によりスリーブを溶接することを教示してい
る。熱交換管の、管板又は管支持板の孔によつて
保持された部分から離れた部位でスリーブ又はプ
ラグを膨張させるために爆薬装入物を使用する場
合は、爆発作用による溶接は行われない。上記特
許のいずれも、熱交換管の外部から機械的に支持
されていない部位の内部にスリーブを爆発作用に
より溶接することの可能性を教示しておらず、示
唆すらもしていない。 発明が解決しようとする問題点 本発明は、熱交換管の外部から機械的に支持さ
れていない部位の内部にスリーブを爆発作用によ
り溶接する問題を解決することを企図したもので
ある。 問題点を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明は、スリー
ブを管の内面に爆発作用により溶接する方法であ
つて、拡径延長部と、一端に向けてテーパした肉
厚を有するテーパ部分を含むスリーブを準備する
工程と、該スリーブを前記管内に位置づけし、そ
の際、該スリーブの前記テーパ部分を該管のため
の外部の機械的支持体から離れた部位において該
管内に位置づけする工程と、該スリーブ内に爆薬
装入物を収容したカツプを装填する工程と、前記
爆薬装入物の量を前記スリーブのテーパした肉厚
を有するテーパ部分に沿つて漸次減少させるよう
該爆薬装入物をテーパさせるために前記カツプに
切頭円錐形の中心部分を設ける工程と、該スリー
ブと管との間に環状の離隔間隔を設定するように
該スリーブを該管内に心合させる工程と、前記爆
薬装入物を爆発させて前記スリーブを膨張させ、
前記管に溶接する工程とから成る溶接方法を提供
する。 本発明は、又、管の損傷部分を補修するための
装置であつて、拡径延長部を有し、テーパした肉
厚を形成するように1゜〜5.7゜のテーパ角で延長し
た外面を有し、前記損傷部分を覆うようにして前
記管内に位置づけすることができるようになされ
たスリーブと、前記スリーブ内に軸方向に位置づ
けするために該スリーブの内面に係合するように
なされた位置ぎめフランジを有しており、該スリ
ーブのテーパ部分内に配置された爆薬装入物保持
組立体と、爆発されたとき前記スリーブのテーパ
部分を爆発作用により前記管の内面に溶接するよ
うに該テーパ部分内に前記爆薬装入物保持組立体
によつて保持された一定量の爆薬装入物とから成
り、該爆薬装入物の量(C)は、その爆薬装入物の所
定の長さに対応するスリーブの質量(M)に比例
する量とし、その比率C/M比を0.2〜0.7の範囲
内とすることを特徴とする補修装置を提供する。 本発明によれば、着脱自在のダイのような着脱
自在の外部支持体や、管板のような固定の外部支
持体を用いる必要なしにスリーブを管内に爆発作
用により溶接するための方法及び装置が提供され
る。 本発明によれば、熱交換管の損傷部分を覆うよ
うにして管内に挿入するスリーブとして、テーパ
部分を有するスリーブを用いる。スリーブのテー
パ部分は、熱交換管のための機械的外部支持体を
設ける必要なしに爆発作用によつて膨張させるこ
とができ、管の内面に溶接することができる。ス
リーブのテーパ部分は、漸次肉薄になつている分
だけ溶接すべき質量が小さいので、半径方向外方
へ膨張即ち拡張させ管の内面に溶接させるのに必
要とされる爆薬装入量が少なくてすみ、溶接性能
を高めることができる。 本発明においては、爆薬装入物は、プラスチツ
ク製の爆薬装入物保持組立体内に収容する。この
プラスチツク製爆薬装入物は、爆薬装入物を保持
し、スリーブのテーパ部分内に位置づけされるカ
ツプと、該爆薬装入物保持組立体を前記スリーブ
内に位置づけするためにスリーブの内面に係合す
るようになされた位置ぎめフランジとから成る。
上記カツプ内には、爆薬装入物の爆発性能を最適
にするために、爆薬装入物を特定の形状に造形す
る円錐形の中心部分(コア部分)を設けることも
できる。前記カツプの一端に爆薬装入物を覆うた
めの閉鎖キヤツプを設けることができ、閉鎖キツ
ププに爆薬装入物のための起爆装置を担持させる
ことができる。この閉鎖キヤツプは、起爆装置が
付勢されたときスリーブや管に力が伝達されない
ような形状に付形される。従つて、スリーブも、
管も起爆装置の作用によつて変形されることはな
い。閉鎖キヤツプは、又、爆薬装入物のための液
密シールを形成する役割をも果たす。 実施例 第1,2図を参照して説明すると、本発明は、
管板2及び管支持板3によつて支持された熱交換
管のような管1の損傷部分4を橋渡しする態様で
覆うために、一定の内径を有し、両端6のうちの
少なくとも一端近くにおいてテーパした外周面7
を有するスリーブ5を用いる。このテーパにより
スリーブ5の溶接すべき質量を漸次減少させ、そ
れによつて後述するように爆薬装入物13,14
の所要量を少なくし、しかも溶接性能を向上させ
る。スリーブ5は、テーパ部分を有する端部から
延長した拡径端部分16を有する。拡径端部分1
6は、スリーブ5を管1内に心合させ、後述する
ようにスリーブ5の外面と管1の内面との間に所
定の離隔間隔を設定する役割をする。 爆薬は、ニトログアニジンから成る爆薬装入物
13と、PETN(ペンタエリトリトールテ トラ
ニトレート)から成る補助装薬と、ブリツジワイ
ヤ型起爆装置12とで構成することが好ましい。
これらの爆薬構成部材は、複数の機能を果たすア
クリル樹脂のようなプラスチツク製爆薬装入物保
持組立体内に収容する。この組立体の主要部は、
爆薬装入物13,14を軸線方向に位置ぎめする
ためのフランジ9を一端に有するほぼ円筒形のカ
ツプ8である。カツプ8内には、髄意選択とし
て、フランジ9の方に向つて(即ちスリーブ5の
テーパ端6の方に向つて)漸次断面積が増大する
切頭円錐形の中心部分(コア部分)10を設ける
ことができる。中心部分10は、最適の溶接性能
を達成するように、爆薬装入物13をスリーブ5
のテーパ部分に沿つて漸次テーパさせそれによつ
て爆薬装入物の量を漸次減少させるように爆薬装
入物を造形する役割を果たす。カツプ8の、フラ
ンジ9のある側とは反対側の他端には、爆薬装入
物を密封する閉鎖キヤツプ11が装着され、キヤ
ツプ11内にブリツジワイヤ型起爆装置12が保
持される。この爆薬装入物保持組立体8,9,1
0,11はアクリル樹脂で形成するのが有利であ
る。 第3図に示されるように、爆薬装入物保持組立
体が爆発されると、スリーブ5のテーパ部分が膨
張され、符合15で示されるように管1の内面に
爆発作用により溶接される。これは、外部の機械
的支持体の助成なしに、即ち管板2又は管支持板
3から離隔した部位で達成される。しかも、本発
明によれば、溶接部15におけるスリーブ5及び
管1の変形又は膨出は最少限とされ、管1の外径
の増大はほぼ17%にとどめられる。 管1の外周に単に水を付与するなどにより管の
周りを水性環境で囲繞することによつて管の膨出
を更に約30%も減少させることさえできる。この
目的のために水の他に、氷や水溶液などのその他
の水性環境を用いることもできる。このような水
性環境の設定は、特に熱交換器の場合には容易に
行うことができる。即ち、熱交換器の場合、爆発
式溶接工程中熱交換器の管板又は管支持板の面に
水を流せばよく、そのような水は、スリーブの溶
接部に何ら有害な影響を与えることなく、容易に
除去することができる。 ある種のパラメータを順守することにより、た
とえ管板や管支持板のような外部の機械的支持体
から離隔した部位において溶接を行う場合であつ
ても、管を破裂させることなくスリーブのテーパ
部分を管の内面に爆発作用により溶接することが
可能である。 本明細書でいう「離隔間隔」とは、爆薬の爆発
後スリーブが管の内面に接触するまでに変位しな
ければならない距離をいう。熱交換器等の管であ
る場合、この離隔間隔は、スリーブの肉厚の1/6
〜2倍の範囲とするのが有利である。この離隔間
隔は、スリーブと管の間に環状の空間を設定す
る。離隔間隔は、スリーブが管との溶接を達成す
るのに十分に大きい衝撃圧力を創出するのに十分
な速度でスリーブを変位させるに足る距離でなけ
ればならない。又、スリーブの質量は、管の質量
より小さくなければならないことが認められた。
これは、管の肉厚及び形状が一定であるとした場
合、スリーブの肉厚に関連して決められる。本発
明によれば、許容しうる溶接を達成するために
は、スリーブの肉厚は管の肉厚の約60%〜75%に
までテーパさせなければならない。 先に述べたように、管の内面に溶接すべきスリ
ーブの一部分をテーパさせることも本発明の重要
な要素である。スリーブに1゜〜5.7゜のテーパを付
与すれば満足な結果が得られることがテストによ
つて認められたが、3゜〜4.5゜のテーパ角とした場
合に最良の結果が得られた。スリーブにテーパを
付与することにより幾つかの利点が得られる。第
1に、テーパは溶接すべきスリーブの質量を減少
させる。それによりスリーブを溶接するのに必要
とされる爆薬の量を少なくし、従つて管の変形量
を軽減する。第2に、テーパは、フライヤ
(flyer:爆発飛散物)と基材との間の衝突角度を
増大させる。この衝突角は、表面酸化物を除去す
る爆発物ジエツトを創生するのに重要であり、衝
突の際管及びスリーブの素材の塑性流れによつて
波形の溶接界面を創生する上で重要である。第3
に、スリーブにテーパを付すことにより連続的に
増大する離隔間隔を設定し、それにより溶接条件
をより良好にする。 適性量の爆薬装入物を選定することも重要であ
る。爆薬装入物の所要量は、溶接を達成するため
に放出させるべきフライヤの量に正比例する。従
つて、爆薬装入物の量(総重量)(C)は、爆薬装入
物の所定の長さに対応するスリーブの質量(M)
に比例し、比率C/Mで表わされる。この比率
は、爆薬装入物の総重量(C)を爆薬装入物の所定の
長さに対応する長さのスリーブの質量(M)で割
ることによつて得られる。 爆薬としてニトログアニジンを使用した場合、
最良の結果をもたらす爆薬装入物の密度は、0.45
〜0.65g/cm3であつた。爆薬装入物の総重量には、
PETNから成る補助装薬も含める。補助装薬の
量と位置は、溶接工程を始動させるうえでも、良
質の溶接を得る上でも重要である。最良の結果が
得られた、スリーブの単位重量当りの爆薬の総重
量の比、即ちC/M比は、0.25〜0.43であつた。
上述したプラスチツク製爆薬装入物保持組立体の
テーパ付円錐形中心部分を用いて爆薬装入物を特
定の形状に造形することにより、適正なC/M比
が維持された。ただし、このC/M比は爆薬装入
物の全長に亙つて一定とはされなかつた。本発明
によれば、許容しうる溶接を得るために0.2〜0.7
の範囲のC/M比を用いることができる。 又、インコネル(インタナシヨナル・ニツケル
社の登録商標)合金600又は690製のスリーブをイ
ンコネル合金600製の管に溶接することができる
ことが認められた。その場合スリーブの肉厚は
0.762〜1.4224mm(0.030〜0.056in)とし、管の内
径は19.685mm(0.775in)であり、外径は22.225mm
(0.875in)であつた。爆薬の爆発作用により管を
その外径が25.4mm(1in)となる間で膨出させた。
管の外周に水を付与した場合、管の膨出は約30%
減少され、その膨出した最終外径はほぼ24.384mm
(0.960in)であつた。 下記の2つの異なるサイズのインコネル合金
600製の熱交換管を補修するためのスリーブの諸
パラメータは下記の通り選定された。その他のサ
イズの管、及び他の素材から成る管及びスリーブ
のための諸パラメータも下記のデータの延長とし
て容易に選定することができよう。
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD The present invention relates to installing a sleeve inside a heat exchange tube for the purpose of repairing the heat exchange tube, and in particular, the present invention relates to installing a sleeve inside a heat exchange tube for the purpose of repairing the heat exchange tube. This invention relates to a new method of welding in exchange tubes by means of explosive action. BACKGROUND OF THE INVENTION In heat exchangers such as nuclear steam generators that use tubes arranged in bundles by tube sheets or tube support plates, the tubes are subject to corrosion damage or mechanical damage that requires repair. There must be. One method for making such repairs is to insert a sleeve into the damaged tube of sufficient length to extend over the damage. Thus, the sleeve often extends beyond the tube support portion of the tube sheet or tube support plate.
Additionally, the sleeve must be sealed to the inner surface of the tube to hold it in place and prevent fluid from leaking around the sleeve. Current methods of sealing the sleeve include inflating and crimping the sleeve to the tube wall and then brazing the sleeve to the tube wall, and welding the sleeve to the tube wall by explosive action. However, the latter explosive action welding method usually requires some external tube support means to prevent excessive deformation of the tube. Techniques for explosively welding tubes to heat exchangers for tube assembly or repair are well known. For example, U.S. Pat. No. 3,411,198 discloses a cylindrical force transmitting member made of polyethylene having a gap at one end for expanding and crimping a tube into a hole in a tubesheet, and an explosive insert loaded within the force transmitting member. A plastic insert is disclosed. U.S. Pat. No. 3,590,877 discloses a cylindrical metal plug that is installed by explosive action to close off a damaged heat exchange tube in the vicinity of its external support tube sheet. In that patent, an explosive charge of a specific shape is formed by wrapping a cylindrical central explosive block with a cylindrical styrofoam filler and wrapping a sheet of explosive around the filler. U.S. Pat. No. 3,724,062 also discloses a plug that is installed by explosive action to occlude a damaged heat exchange tube in the vicinity of its tube sheet. The plug has a cylindrical body portion and frusto-conical end portions, and the explosive charge is cylindrically shaped and loaded within the cylindrical body portion of the plug. U.S. Pat. No. 3,790,060 discloses the use of a pair of explosive members, one of which is
It serves to weld the pipe to the perforated plate through which it passes, and the other explosive member serves to crimp the pipe into enlarged holes or counterbores formed in both sides of the perforated plate. Applicant's own US Pat. No. 3,912,1489 discloses a combination welding and brazing apparatus for repairing leaks in heat exchanger tube-to-tubesheet joints. This device fills a number of grooves in one end of a metal sleeve with braze metal. The other end of the sleeve is thin-walled and is adapted to accommodate a relatively large amount of nitroguanidine. A relatively small amount of PETN (pentaerythritol,
Tetranitrate) to eject the charge. When these explosive charges are detonated, the narrow part of the sleeve (inserted through the tubesheet of the heat exchanger tube) is welded to the inner surface of the tube, and the free end of the tube (away from the hole in the tubesheet) is welded to the inner surface of the tube. The other end of the sleeve, which is within the extended portion, is then pressed against the inner surface of the tube for brazing. Actual brazing is performed as a second step by heating and melting the brazing metal with a cartridge type electric resistance heater inserted into the sleeve. The prior art column of the above-mentioned US Pat. It is pointed out that brazing is suitable for use in free sections of tubes (those not constrained by holes in the tubesheet). In the latter case, the explosive action of the explosive in the free part of the tube is used merely to expand and press the part of the sleeve to be brazed against the inner surface of the tube, the brazing itself being carried out later. U.S. Patent No. 4,028,789 is also
A combined welding and brazing method similar to that of No. 3912148 is disclosed. In this method, too, welding is carried out only in the tubesheet-penetrating portions of the heat exchanger tubes, i.e., in the portions supported by the tubesheets, and brazing only causes the free portions of the tubes to expand. U.S. Pat. No. 4,021,907 discloses an explosive action plug for sealing damaged tubes retained in the tubesheet of a heat exchanger. The ends of the plug each have a cylindrical or frusto-conical end for filling a similarly shaped explosive insert. In each of the embodiments of the patent, one end of the plug is provided with a detonator and the other end is provided with a detonator pin to detonate the inserts at both ends almost simultaneously. U.S. Pat. No. 4,513,903 discloses yet another method and apparatus for welding a sleeve directly to a damaged portion of a heat exchange tube supported by a tubesheet. Also, U.S. Pat. No. 4,567,632 discloses an explosive action method for repairing damage to a portion of a tube that is not supported by the tubesheet; requires the provision of an external support consisting of a cast-in-place low melting point alloy. U.S. Pat. No. 4,587,904 discloses a debris-free plug assembly for repairing a tube through a tube plate. In general, each of the prior patents mentioned above teaches welding a sleeve by explosive action to the portion of the tube held by the hole in the tube sheet or tube support plate. If an explosive charge is used to expand the sleeve or plug at a portion of the heat exchanger tube remote from the part held by the holes in the tube plate or tube support plate, welding by explosive action shall not be performed. do not have. None of the above-mentioned patents teaches or even suggests the possibility of welding the sleeve by explosive action inside a portion of the heat exchange tube that is not mechanically supported from the outside. Problems to be Solved by the Invention The present invention is intended to solve the problem of welding sleeves by explosive action into parts of heat exchange tubes that are not mechanically supported from the outside. Means for Solving the Problems To achieve this object, the present invention provides a method for welding a sleeve to the inner surface of a tube by explosive action, comprising an enlarged diameter extension and a wall thickness tapering towards one end. and positioning the sleeve within the tube, wherein the tapered portion of the sleeve is positioned within the tube at a location remote from an external mechanical support for the tube. loading a cup containing an explosive charge into the sleeve, and gradually decreasing the amount of the explosive charge along a tapered portion of the tapered wall thickness of the sleeve. providing the cup with a frusto-conical central portion to taper the explosive charge; and centering the sleeve within the tube to establish an annular spacing between the sleeve and the tube. detonating the explosive charge to expand the sleeve;
Welding to the pipe is provided. The present invention also provides a device for repairing a damaged portion of a pipe, which has an enlarged diameter extension and an outer surface extended at a taper angle of 1° to 5.7° to form a tapered wall thickness. a sleeve adapted to be positioned within the tube to cover the damaged portion; and a position configured to engage an inner surface of the sleeve for axial positioning within the sleeve. an explosive charge retaining assembly disposed within a tapered portion of the sleeve, the charge retaining assembly having an explosive charge retaining assembly disposed within a tapered portion of the sleeve and configured to weld the tapered portion of the sleeve to the inner surface of the tube by detonation action when detonated; a quantity of explosive charge held by said explosive charge retaining assembly within a tapered portion, said quantity (C) of said explosive charge being a predetermined length of said explosive charge; Provided is a repair device characterized in that the amount is proportional to the mass (M) of the sleeve corresponding to the amount of damage, and the ratio C/M ratio is within the range of 0.2 to 0.7. In accordance with the present invention, a method and apparatus for explosive welding a sleeve into a tube without the need for a removable external support, such as a removable die, or a fixed external support, such as a tube sheet. is provided. According to the present invention, a sleeve having a tapered portion is used as the sleeve inserted into the heat exchange tube so as to cover the damaged portion of the tube. The tapered part of the sleeve can be expanded by explosive action and can be welded to the inner surface of the tube without the need to provide a mechanical external support for the heat exchange tube. Because the tapered portion of the sleeve has a progressively thinner wall, there is less mass to be welded, so less explosive charge is required to expand or expand radially outward and weld to the inner surface of the tube. Therefore, welding performance can be improved. In the present invention, the explosive charge is contained within a plastic explosive charge holding assembly. The plastic explosive charge includes a cup for retaining the explosive charge and positioned within a tapered portion of the sleeve and an inner surface of the sleeve for positioning the explosive charge retaining assembly within the sleeve. and locating flanges adapted to engage.
The cup may also include a conical central part (core part) which shapes the explosive charge into a specific shape in order to optimize the explosive performance of the explosive charge. One end of the cup can be provided with a closed cap for covering the explosive charge, and the closed cap can carry a detonator for the explosive charge. The closed cap is shaped so that no force is transmitted to the sleeve or tube when the detonator is energized. Therefore, the sleeve also
The tube is also not deformed by the action of the detonator. The closed cap also serves to form a liquid-tight seal for the explosive charge. Embodiment When described with reference to FIGS. 1 and 2, the present invention includes:
A tube having a constant inner diameter and near at least one of the ends 6, in order to cover in a bridging manner a damaged portion 4 of a tube 1, such as a heat exchange tube, supported by a tube sheet 2 and a tube support plate 3. Outer peripheral surface 7 tapered at
A sleeve 5 having a diameter is used. This taper progressively reduces the mass of the sleeve 5 to be welded, thereby allowing the explosive charges 13, 14 to be welded as described below.
To reduce the required amount and improve welding performance. The sleeve 5 has an enlarged end portion 16 extending from the tapered end. Expanded diameter end portion 1
6 serves to center the sleeve 5 within the tube 1 and to establish a predetermined spacing between the outer surface of the sleeve 5 and the inner surface of the tube 1, as will be explained below. The explosive preferably consists of an explosive charge 13 made of nitroguanidine, an auxiliary charge made of PETN (pentaerythritol tetranitrate), and a bridgewire type detonator 12.
These explosive components are housed within an explosive charge holding assembly made of a plastic, such as acrylic resin, which serves multiple functions. The main parts of this assembly are:
It is a generally cylindrical cup 8 having a flange 9 at one end for axially positioning the explosive charge 13,14. Inside the cup 8 there is optionally a frusto-conical central part 10 whose cross-sectional area increases gradually towards the flange 9 (i.e. towards the tapered end 6 of the sleeve 5). can be provided. The central portion 10 encloses the explosive charge 13 in the sleeve 5 to achieve optimal welding performance.
serves to shape the explosive charge so as to gradually taper along the tapered portion of the explosive charge, thereby gradually reducing the amount of the explosive charge. At the other end of the cup 8, opposite to the side with the flange 9, there is fitted a closing cap 11 for sealing off the explosive charge, in which a bridge wire detonator 12 is held. This explosive charge holding assembly 8, 9, 1
0,11 are advantageously made of acrylic resin. As shown in FIG. 3, when the explosive charge holding assembly is detonated, the tapered portion of the sleeve 5 is expanded and welded by the explosive action to the inner surface of the tube 1, as indicated at 15. This is achieved without the aid of external mechanical supports, ie at a location remote from the tube sheet 2 or the tube support plate 3. Moreover, according to the present invention, the deformation or bulge of the sleeve 5 and the tube 1 at the welded portion 15 is minimized, and the increase in the outer diameter of the tube 1 is kept to approximately 17%. Surrounding the tube with an aqueous environment, such as by simply applying water to the outer periphery of the tube 1, can even further reduce tube bulge by about 30%. Besides water, other aqueous environments such as ice or aqueous solutions can also be used for this purpose. Setting up such an aqueous environment is easy, especially in the case of a heat exchanger. That is, in the case of a heat exchanger, water may be allowed to flow on the surface of the tube plate or tube support plate of the heat exchanger during the explosive welding process, and such water will not have any harmful effect on the welded part of the sleeve. can be easily removed. By adhering to certain parameters, the tapered section of the sleeve can be removed without rupturing the tube, even when welding is carried out at locations remote from external mechanical supports, such as the tube sheet or tube support plate. can be welded to the inner surface of the tube by explosive action. As used herein, "separation" refers to the distance that the sleeve must travel after detonation of the explosive before it contacts the inner surface of the tube. In the case of tubes such as heat exchangers, this spacing is 1/6 of the wall thickness of the sleeve.
A range of .about.2 times is advantageous. This spacing establishes an annular space between the sleeve and the tube. The separation must be a sufficient distance to displace the sleeve with sufficient velocity to create an impact pressure large enough for the sleeve to achieve welding with the tube. It has also been recognized that the mass of the sleeve must be less than the mass of the tube.
This is determined in relation to the wall thickness of the sleeve, assuming that the wall thickness and shape of the tube are constant. According to the present invention, the sleeve wall thickness must taper to about 60% to 75% of the tube wall thickness to achieve an acceptable weld. As previously mentioned, tapering the portion of the sleeve to be welded to the inner surface of the tube is also an important element of the invention. Tests have shown that satisfactory results can be obtained with a taper of 1° to 5.7° on the sleeve, but the best results have been obtained with a taper angle of 3° to 4.5°. Tapering the sleeve provides several advantages. First, the taper reduces the mass of the sleeve to be welded. This reduces the amount of explosive needed to weld the sleeve and thus reduces the amount of tube deformation. Second, the taper increases the angle of impact between the flyer and the substrate. This angle of impact is important in creating an explosive jet that removes surface oxides and is important in creating a corrugated weld interface due to the plastic flow of the tube and sleeve material upon impact. be. Third
Additionally, by tapering the sleeve, a continuously increasing separation distance is established, thereby providing better welding conditions. It is also important to select the appropriate amount of explosive charge. The amount of explosive charge required is directly proportional to the amount of flyer that must be discharged to accomplish the weld. Therefore, the amount (total weight) of the explosive charge (C) is the mass of the sleeve (M) for a given length of the explosive charge.
It is expressed by the ratio C/M. This ratio is obtained by dividing the total weight of the explosive charge (C) by the mass of the sleeve of length (M) corresponding to the given length of the explosive charge. When nitroguanidine is used as an explosive,
The density of the explosive charge that gives the best results is 0.45
It was ~0.65g/ cm3 . The total weight of the explosive charge includes:
Also includes an auxiliary charge consisting of PETN. The amount and location of the auxiliary charge is important both in starting the welding process and in obtaining a good quality weld. The best results were obtained with a ratio of total weight of explosive per unit weight of sleeve, ie, a C/M ratio of 0.25 to 0.43.
Proper C/M ratios were maintained by shaping the explosive charge into a specific shape using the tapered conical center portion of the plastic explosive charge holding assembly described above. However, this C/M ratio was not constant over the entire length of the explosive charge. According to the invention, 0.2 to 0.7 to obtain an acceptable weld.
A range of C/M ratios can be used. It has also been found that sleeves made of Inconel (registered trademark of International Nickel Company) alloy 600 or 690 can be welded to tubes made of Inconel alloy 600. In that case, the wall thickness of the sleeve is
0.762~1.4224mm (0.030~0.056in), the inner diameter of the tube is 19.685mm (0.775in), and the outer diameter is 22.225mm
(0.875in). The explosive action of the explosive caused the tube to bulge to an outer diameter of 25.4 mm (1 in).
When water is added to the outer circumference of the tube, the tube bulges out by approximately 30%.
reduced, its bulged final outer diameter is approximately 24.384mm
(0.960in). Inconel alloy in two different sizes below
The parameters of the sleeve for repairing the 600 heat exchange tube were selected as follows. Parameters for other sizes of tubes and tubes and sleeves made of other materials may be readily selected as an extension of the data below.

【表】 終外径
作用効果 叙上の説明から分るように、本発明の爆発作用
式溶接法は、従来用いられていた時間のかかるろ
う付け法に代る有利な技法を提供する。ろう付け
法は、一般に、時間がかかり、複雑であり、多く
の設備を必要とする。ろう付け法とは異なり、爆
発式溶接法においては、遠隔操作により起爆させ
ることができる爆薬を使用することにより、作業
者がスリーブを溶接すべき箇所から離れたところ
(遠隔位置)で溶接作業の大部分を実施すること
を可能にする。これは、原子力蒸気発生装置の熱
交換器におけるような高放射能の領域での作業に
おいて特に有利である。なぜなら、作業者は、遠
隔位置で溶接作業を行うことができるので、暴露
される放射能の量を少なくされるからである。
Table: Final Outer Diameter Effects As can be seen from the above description, the explosive action welding process of the present invention provides an advantageous alternative to the time-consuming brazing methods used heretofore. Brazing methods are generally time consuming, complex, and require a lot of equipment. Unlike brazing, explosive welding uses explosives that can be detonated remotely, allowing the operator to carry out the welding process at a distance from where the sleeve is to be welded (remote location). Allows most to be implemented. This is particularly advantageous when working in areas of high radioactivity, such as in heat exchangers of nuclear steam generators. This is because workers can perform welding operations at remote locations, thereby reducing the amount of radiation they are exposed to.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、管板と管支持板の間に支持された複
数の管を示す一部断面による立面図であり、管の
1つにその間の損傷部分を補修するためのスリー
ブが挿入されているところを示す。第2図は、補
修すべき管内のスリーブの一端部分を示す一部断
面による拡大図であり、スリーブ内にはそれを溶
接するための爆薬が装入されている。第3図は、
爆発作用により管の内面に溶接されたスリーブの
端部を示す断面図である。第4図は、スリーブの
湿量と、スリーブを膨張させるために必要とされ
る爆薬挿入物の層重量の関係、並びにスリーブを
管の内面に溶接するのに必要とされる条件を示す
グラフである。 1…管、5…スリーブ、7…テーパした外周面
(テーパ部分)、8…カツプ、9…位置ぎめフラン
ジ、10…テーパした切頭円錐形中心部分、11
…閉鎖キヤツプ、12…起爆装置、13…主爆
薬、14…補助装薬。
FIG. 1 is an elevational view, partially in section, showing a plurality of tubes supported between a tube sheet and a tube support plate, with a sleeve inserted into one of the tubes to repair a damaged section therebetween; FIG. Show the place. FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view showing one end of a sleeve in a pipe to be repaired, and an explosive is charged in the sleeve for welding the sleeve. Figure 3 shows
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the end of the sleeve welded to the inner surface of the tube by explosive action; Figure 4 is a graph showing the relationship between the wetness of the sleeve and the layer weight of the explosive insert required to inflate the sleeve, as well as the conditions required to weld the sleeve to the inner surface of the tube. be. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Pipe, 5... Sleeve, 7... Tapered outer peripheral surface (tapered part), 8... Cup, 9... Positioning flange, 10... Tapered truncated conical center part, 11
... closed cap, 12 ... detonator, 13 ... main explosive, 14 ... auxiliary charge.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 スリーブを管の内面に爆発作用により溶接す
る方法であつて、 拡径延長部と、一端に向けてテーパした肉厚を
有するテーパ部分を含むスリーブを準備する工程
と、 該スリーブを前記管内に位置づけし、その際、
該スリーブの前記テーパ部分を該管のための外部
の機械的支持体から離れた部位において該管内に
位置づけする工程と、、 該スリーブ内に爆薬装入物を収容したカツプを
装填する工程と、 前記爆薬装入物の量を前記スリーブのテーパし
た肉厚を有するテーパ部分に沿つて漸次減少させ
るよう該爆薬装入物をテーパさせるために前記カ
ツプに切頭円錐形の中心部分を設ける工程と、 該スリーブと管との間に環状の離隔間隔を設定
するように該スリーブを該管内に心合させる工程
と、 前記爆薬装入物を爆発させて前記スリーブを膨
張させ、前記管に溶接する工程とから成る溶接方
法。 2 スリリーブを管内に心合させる前記工程は、
前記テーパ部分に隣接した部位において該スリー
ブと管との間にスリーブの肉厚の1/6〜2倍の離
隔間隔を設定するようにスリーブを管の内面から
半径方向に離隔させて位置づけすることから成る
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶
接方法。 3 前記スリーブのテーパ部分は、1゜〜5.7゜のテ
ーパ角で延長した外面を有するものであることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶接方
法。 4 前記テーパ角は、3゜〜4.5゜であることを特徴
とする特許請求の範囲第3項記載の溶接方法。 5 前記スリーブは、前記管の肉厚の約60%〜
100%の肉厚を有するものであることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の溶接方法。 6 前記スリーブを前記管に爆発作用により溶接
させる際該管の膨出量を減少させるために該管を
水性環境で囲繞する工程を含むことを特徴とする
特許請求の範囲第1項記載の溶接方法。 7 前記水性環境は水であることを特徴とする特
許請求の範囲第6項記載の溶接方法。 8 前記水性環境は氷であることを特徴とする特
許請求の範囲第6項記載の溶接方法。 9 前記水性環境は水溶液であることを特徴とす
る特許請求の範囲第6項記載の溶接方法。 10 管の損傷部分を補修するための装置であつ
て、 拡径延長部を有し、テーパした肉厚を形成する
ように1゜〜5.7゜のテーパ角で延長した外面を有し、
前記損傷部分を覆うようにして前記管内に位置づ
けすることができるようになされたスリーブと、 前記スリーブ内に軸方向に位置づけするために
該スリーブの内面に係合するようになされた位置
ぎめフランジを有しており、該スリーブのテーパ
部分内に配置された爆薬装入物保持組立体と、 爆発されたとき前記スリーブのテーパ部分を爆
発作用により前記管の内面に溶接するように該テ
ーパ部分内に前記爆薬装入物保持組立体によつて
保持された一定量の爆薬装入物とから成り、該爆
薬装入物の量(C)は、その爆薬装入物の所定の長さ
に対応するスリーブの質量(M)に比例する量と
し、その比率C/M比を0.2〜0.7の範囲内とする
ことを特徴とする補修装置。 11 前記爆薬装入物保持組立体は、爆薬装入物
を収容し、前記スリーブのテーパ部分内に位置づ
けするためのカツプと、該爆薬装入物内へ突入
し、爆薬装入物を該テーパ部分に沿つて漸次テー
パさせそれによつて爆薬装入物の量を漸次減少さ
せるように爆薬装入物を造形する円錐形の中心部
分を有し、前記フランジは、該カツプ及び円錐形
中心部分に固定されていることを特徴とする特許
請求の範囲第10項記載の補修装置。 12 前記爆薬装入物を覆うための閉鎖キヤツプ
が前記カツプ内に設けられており、爆薬装入物の
ための起爆装置が該キヤツプ内に保持されている
ことを特徴とする特徴とする特許請求の範囲第1
1項記載の補修装置。 13 前記起爆装置と爆薬装入物の間に補助装薬
が設けられていることを特徴とする特許請求の範
囲第12項記載の補修装置。 14 前記テーパ角は、3゜〜4.5゜であることを特
徴とする特許請求の範囲第10項記載の補修装
置。 15 前記スリーブの前記拡径延長部は、該スリ
ーブと前記管の内面の間に該スリーブの肉厚の1/
6〜2倍の離隔間隔を設定するように寸法付けさ
れていることを特徴とする特許請求の範囲第12
項記載の補修装置。 16 前記スリーブは、0.762〜1.4224mm(0.03〜
0.056in)の肉厚を有するものであることを特徴
とする特許請求の範囲第12項記載の補修装置。 17 前記管は、インコネル合金600で形成され
ており、前記スリーブは、インコネル合金600又
はインコネル合金690で形成されていることを特
徴とする特許請求の範囲第16項記載の補修装
置。
Claims: 1. A method for welding a sleeve to the inner surface of a tube by explosive action, comprising: providing a sleeve including an enlarged diameter extension and a tapered portion having a wall thickness tapering toward one end; positioning the sleeve within the tube;
positioning the tapered portion of the sleeve within the tube at a location remote from an external mechanical support for the tube; and loading a cup containing an explosive charge into the sleeve. providing the cup with a frusto-conical center portion for tapering the explosive charge so that the amount of the explosive charge is gradually reduced along a tapered portion of the tapered wall thickness of the sleeve; , aligning the sleeve within the tube to establish an annular spacing between the sleeve and the tube; and detonating the explosive charge to expand and weld the sleeve to the tube. A welding method consisting of a process. 2. The step of aligning the sleeve sleeve within the pipe includes:
The sleeve is positioned radially apart from the inner surface of the tube so that a separation distance of 1/6 to 2 times the wall thickness of the sleeve is established between the sleeve and the tube in a region adjacent to the tapered portion. A welding method according to claim 1, characterized in that the welding method comprises: 3. The welding method according to claim 1, wherein the tapered portion of the sleeve has an extended outer surface with a taper angle of 1° to 5.7°. 4. The welding method according to claim 3, wherein the taper angle is 3° to 4.5°. 5 The sleeve has a thickness of about 60% to about 60% of the wall thickness of the tube.
The welding method according to claim 1, characterized in that the welding method has a wall thickness of 100%. 6. Welding according to claim 1, characterized in that it includes the step of surrounding the tube in an aqueous environment to reduce the amount of bulge in the tube when the sleeve is welded to the tube by explosive action. Method. 7. The welding method according to claim 6, wherein the aqueous environment is water. 8. The welding method according to claim 6, wherein the aqueous environment is ice. 9. The welding method according to claim 6, wherein the aqueous environment is an aqueous solution. 10 A device for repairing a damaged part of a pipe, which has an expanded diameter extension and an outer surface extended at a taper angle of 1° to 5.7° to form a tapered wall thickness,
a sleeve adapted to be positioned within the tube over the damaged portion; and a locating flange adapted to engage an inner surface of the sleeve for axial positioning within the sleeve. an explosive charge retaining assembly disposed within a tapered portion of the sleeve; and an explosive charge retaining assembly disposed within the tapered portion so as to weld the tapered portion of the sleeve to the inner surface of the tube by explosive action when detonated. and a quantity of explosive charge held by said explosive charge holding assembly, said quantity (C) of said explosive charge corresponding to a predetermined length of said explosive charge. A repair device characterized in that the amount is proportional to the mass (M) of the sleeve to be removed, and the ratio C/M is within the range of 0.2 to 0.7. 11 the explosive charge retaining assembly includes a cup for receiving and positioning the explosive charge within the tapered portion of the sleeve; having a conical central portion shaping the explosive charge to gradually taper along the section, thereby progressively reducing the amount of the explosive charge; 11. The repair device according to claim 10, wherein the repair device is fixed. 12. Claim characterized in that a closed cap for covering the explosive charge is provided in the cup, and a detonator for the explosive charge is held in the cap. range 1
The repair device according to item 1. 13. The repair device according to claim 12, characterized in that an auxiliary charge is provided between the detonator and the explosive charge. 14. The repair device according to claim 10, wherein the taper angle is 3° to 4.5°. 15 The enlarged diameter extension of the sleeve has a wall thickness of 1/1 of the wall thickness of the sleeve between the sleeve and the inner surface of the tube.
Claim 12, characterized in that it is dimensioned to set a separation distance of 6 to 2 times.
Repair equipment as described in section. 16 The sleeve has a diameter of 0.762 to 1.4224 mm (0.03 to
13. The repair device according to claim 12, wherein the repair device has a wall thickness of 0.056 inches. 17. The repair device according to claim 16, wherein the tube is made of Inconel alloy 600, and the sleeve is made of Inconel alloy 600 or Inconel alloy 690.
JP3010189A 1989-02-10 1989-02-10 Method and device for welding sleeve to heat exchager tube by explosive action Granted JPH02220789A (en)

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JPS5149586A (en) * 1974-10-26 1976-04-28 Yuasa Battery Co Ltd
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