JPH0362512B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

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。

【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。

【図面の簡単な説明】

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。

Claims (1)

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。