JPH048986A - 溶接継手近傍の応力腐食を防ぐための方法と装置 - 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】 本発明は鋼製品の応力腐食亀裂の軽減に関し、殊にオー
ステナイト鋼の配管系にある溶接継手の近傍における粒
間応力腐食亀裂の減少の現場処理だめの方法と装置に関
する。

応力腐食亀裂、殊に溶接オーステナイト鋼配管における
溶接鋼製品の粒間応力腐食亀裂は明らかに、腐食性環境
、溶接熱による鋼の感度増加、合金元素成分その他の冶
金学的要因の相互作用的存在及び溶接区域近傍の残留応
力の存在によるものである。

鋼、殊に原子力発電所の冷却水ラインに用いられるオー
ステナイト系ステンレス鋼配管の溶接継手の近傍におけ
る粒間応力腐食亀裂は永く当業界において重大な問題と
して認識されてきた。この長期にわたる問題に対する様
々な解決法が提案されており、例えば、溶体焼なましに
関する初期の提案、ハンネマン（Ｈａｎｎｅｍａｎ）他
の米国特許環４．０４９．１８６号が教えるようにパイ
プ内部に冷却流体を流すと同時の、元の溶接部を超えて
延在する肉盛溶接の僑かけ、及びエグチ（Ｅｇｕｃｈｉ
）他の米国特許環４．１６８．１９０号に提案されるよ
うに、誘導によるパイプ内の高周波交流の発生又は内部
ＩＲ加熱による局部的感度増加区域の急速加熱の後の急
速液体冷却である。原子力発電所オーステナイト系ステ
ンレス鋼配管の溶接継手の近傍における粒間応力腐食亀
裂の蓋然性原因は継手近くの残留引張り応力の存在であ
る、という知識に照して進歩した最近の提案は、マツダ
（Ｍａｔｓｕｄａ）他の米国特許第４，２２９，２３５
号の提案するように、冷却流体をパイプ内に通しながら
、パイプ表面上に隔置関係に配設される１対の電極素子
の間に電流を通してパイプを加熱することであった。マ
ツダはまた次のように指摘した。すなわち、そのような
加熱により、パイプの内壁上に通常存在する残留引張り
応力は低減され、おそらくは残留圧縮応力に変換され、
それに伴い「腐食疲労」が減少する。最近の提案は、テ
ラサキ（Ｔｅｒａｓａｋｉ）の米国特許第４．３５４，
８８３号及びスギハラ（Ｓｕｇｉｈａｒａ）他の米国特
許第４，５０５，７６３号の提案するように、適用区域
にわたる温度分布を制御しようとして高周波加熱素子又
はコイルの形状を選択することを含む。少なくとも部分
的には、金属内の温度勾配を制御することが本来不可能
であること、および現場溶接を遂行することの局部的環
境上の困難性によって、溶接肉盛の使用も、１対の取付
は電極の間のパイプに電流を流すことも、特に有効では
ないと判った。パイプの高周波加熱は、理論的には魅力
はあるが、実際問題としては、注意深く配置された遮蔽
材（シールディング）と共に、特殊高周波電源、インピ
ーダンス整合装置、誘導コイルと電カケープルのための
冷却媒体、及び関連ポンプ装置のような高価で大形の装
置を必要とし、全ては、特殊設計要素を必要とする弁、
Ｔ形継手、エルボ、Ｕ字管等における複雑な形状の設備
によって悪化する実際上の問題を構成する。

本発明はその広い局面において、内面をよぎる冷却流体
の流れを保つと同時に外部発生の輻射熱にさらすことに
よって外面に急速温度上昇を与えることにより、制御容
易な壁内温度差を発生させて、ステンレス鋼パイプのよ
うな溶接されたオステナイト系その他の鋼製品における
粒間応力腐食亀裂の減少を現場で達成するための装置と
方法である、と簡単に述べることができる。より狭い局
面において、本発明は、輻射熱発生コイルの容易に可能
な選択的制御及び工作物からのその距離に関連して、処
理すべき区域の輪郭に補合的に合致する複数の高温輻射
加熱コイルを組込んだモジＳ−Ｊｋｍの加熱炉状輻−−
発生装置を、＆。。さらに狭い局面において、本発明は
、工作物への発生熱の伝達を効果的に最大にするための
熱流れ指向及び断熱装置を含む。

本発明の実施に伴う利点の中に、壁内温度勾配制御装置
の著しく改良された設計を与えると共に、高周波加熱装
置の特徴である特殊設計の変圧器、ケーブル並びに関連
の遮蔽及び制御装置を不要にすることがある。他の利点
に、冷却水と関連高周波発生装置が不要となって従来の
工業用標準電源、ケーブル及び制御装置の使用が可能と
なると共に設備の簡素化と移動性の向上を伴い、隣接装
置への望ましくない熱伝達又は熱発生を無くし、電力要
求量を著しく減することが含まれる。さらに別の利点と
して、様々なパイプ及び要素の形状に適用可能であり、
所要の壁内温度差を生ずるように様々な工作物の区域へ
の選択的加熱を制御するように輻射熱発生モジュールの
高度の選択的制御及び配置が可能であり、その結果、溶
接継手の両側にて異なる加熱率を必要とする、異なる合
金のパイプ又は要素の間の溶接継手の処理が可能となる
こと、が含まれる。

本発明の目的は、溶接鋼工作品の熱処理のための改良さ
れた方法と装置を与えることである。

本発明のいま一つの目的は、原子力発電所等のステンレ
ス鋼配管における溶接区域近辺の粒子間応力腐食亀裂の
減少の現場処理のための改良された方法と装置を与える
ことである。

特許法の命するところに従い、本発明の原理を取り入れ
た熱処理装置の現在値まれる実施例を図解する添付図面
を参照しつつ為される以下の説明から、本発明の他の目
的及び利点が明らかとなるであろう。

先ず第１図を参照して、本発明の方法と装置は、ステン
レス鋼パイプ（１４）の２つの部分の継目における溶接
部（１０）と破線（１２）で示されるその両側の区域を
、加熱炉状ふんい党内の外部発生熱にさらす現場作業を
含む。そのような外部発生熱（１６）は先ず本質的に、
パイプ外面及び溶接表面（２０）に対して隔置関係に置
かれる１個以上の選択されたすイズ及び／又は形状の抵
抗加熱線（１８）に制御された量の電流を通して発生さ
れた、輻射性のものであり、それと同時にバイブ内壁面
（３２）に沿って冷却剤が通される。望ましくはセラミ
ック製で、パイプ表面（２０）に向けて矢印（２４）が
示すように発生熱を閉じこめて再指向させるように放射
熱反射性を有する断熱遮蔽材（２２）から形成される炉
状ハウジングが線（１８）を取巻く関係に配設される。

炉状囲いを完成するように、パイプ表面に対して衝接関
係に配設される薄肉の側壁を有する強固な殻体（２６）
によって熱絶縁・反射性遮蔽材（２２）が裏当てされ支
持されることが望ましい。

バイブ内部を通しその内壁（３２）に沿って冷却流体（
３０）を連続的に流すと共に、区域（１２）内のパイプ
外面に外部発生熱を加えることは、外壁に材料の圧縮降
伏応力よりも大きな応力を発生し、内壁に材料の引張り
降伏応力よりも大きな応力を発生するのに充分な大きさ
の、加熱による外壁塑性変形を生ずるように、適切な性
質の壁内温度差勾配を好ましく発生するのに役立つ。そ
のような現象の理想的状態が第２図に図解され、そこで
は引張り及び圧縮の抗伏点強さがそれぞれδｙｔとδｙ
ｃで表わされる。パイプ外面に曲線ＯＡに沿う応力−ひ
ずみ分布を生じ、バイブの内面に曲線ＯＢに沿う応力−
ひずみ分布を生ずるために適切な大きさの壁内温度差を
生ずるように、バイブの外面が加熱される。点Ａ、Ｈに
よって表わされるように、外面にパイプ材質の圧縮降伏
応力を超える局部的熱応力を生じ、内面にパイプ材質の
引張り降伏応力を超える局部的熱応力を生ずるような高
さの外壁温度を与えるような性質を温度差が有する。外
部発生輻射熱が止められて、パイプがふんい負温度に戻
されると、内面と外面の応力は、パイプ内面で残留圧縮
応力となり、外面で残留引張り応力となる。溶接継手近
くのパイプ内面における引張り応力状態の低減、望まし
くは残留圧縮応力状態への変換は、その区域の応力腐食
及び／又は腐食疲労への耐性を高め、その区域の粒間応
力腐食亀裂を減するように働く。

工作物表面に対して隔置関係に炉状ハウジング内に配設
された輻射熱源を用いることで、様々な個所における溶
接継手を収容するために、外部加熱素子を異なる形状の
モジュール形式に構成することが可能となる。溶接継手
の最も広く見られる個所の１つは、一般に第１図に示さ
れるように２本のパイプの間である。次に第３図ないし
第５図を参照すると、真直ぐなステンレス鋼バイブの２
つの部分（４６，４８）の溶接部（４４）の両側に延在
するのに充分な長さの、少なくとも２個の、複数の分割
部（４０，４２）から成る、組立てられた円ｇＩＪ殻型
加熱素子組立体（３６）が図解される。第４図及び第５
図で良く判るように、部分円筒形分割部は、例えば３相
４８０■交流を流す母線（５４）に端末接続される抵抗
加熱線（５２）を回りに巻き付けられた複数の細長い非
導電性セラミック支持部材（５０）を含む。

セラミック支持部材（５０）は殻体断熱材（５６）によ
って端末支持され、また相互に所定の隔置関係に維持さ
れ、これも耐熱セラミック材を適当とする輻射熱反射１
！　（５８）によって裏当てされる。母線（５４）、殻
体断熱材（５６）及び反射壁（５８）の全体組立体は３
方の側をステンレス鋼ハウジング（６０）によって囲ま
れる。第５図で良く判るように、殻体断熱材（５６）の
横方向寸法は、破線（６２）によって示されるようにパ
イプの外面に対して密接な隔置関係に抵抗加熱線（５２
）を配置し、また炉状囲いの端壁としても役立つように
、されている。第３図に略式に図示されるように、複数
の熱電対（７０）がパイプ部分（４６，４８）の外面に
取付けられて、パイプ表面における実際の温度に関する
温度情報の連続流れを与えることＩこより、加熱率の敏
速な制御を可能にすることが望ましい。電カケープル（
７２）は母線（５４）に電力を与える役目を果し、適当
な加減抵抗器（図示せず）がその供給される電力量を調
節する。

第６図ないし第８図は、バイブ部分の溶接部加熱形態と
、溶接部へのモジュール型輻射加熱組立体の簡便適用を
略図的に示す。

第６図は例えば、１２０’部分（８０）の３個から成る
円筒形加熱組立体を略図で示す。第７図は、直線パイプ
部分（８４）をＴ形継手の一般形式で弁（８６）に連結
する溶接部（８２）のｌ゛つの上に、第６図に示す型式
の組立体を取付ける様の略図である。第８図は、レジュ
ーサ形変移パイプ部分（９４）と縮少径パイプ部分（９
６）の間の溶接部（９２）の上に取付けられた、傾斜形
加熱組立体（９０）を示す。この型式の組立てにおいて
、１組の輻射加熱素子がレジューサ部分（９４）に対し
て平行隔置関係に配設され、第２の組の加熱素子がパイ
プ部分（９６）の表面に平行に配設される。

第９図は、工作物（１１０）の外面への加熱率を制御す
る系統の略図である。図示のように、熱電対（７０）は
工作物の表面温度を指示する温度データの連続流れをコ
ンパレータ装置（１００）に送り、コンパレータはまた
センサー（１０２）を介して、工作物の内面を流れる冷
却水温度のデータを継続的に受入れる。定時ベースの所
要温度を指示する、プログラムされたデータ値とこの入
力データを比較して、その差を用いて、一連の制御信号
（１０４）を電力制御装置（１０６）に与えて、外部電
源（１０８）から輻射加熱素子（５２）に供給される電
力量を調節させる。

明らかに、前記のモジュール構造は異なる工作物の輪郭
に適応するのみならず、工作物とその部分への制御容易
の加熱を与える。よって、開示された構成は、異なる熱
膨張率を有する金属にも容易に適応可能であり、各合金
における適切な、しかも異なる壁内温度差及び／又は溶
接区域近辺のパイプの軸線方向の適切な温度差を与える
。つぎに、明らかなことであるが、成る種の設備及び処
理区域には、以上記載の抵抗線以外の輻射加熱素子を用
いることもできるであろう。例えばクォーツ・フィラメ
ントを用いる高エネルギー・ランプ或いは他の耐熱セラ
ミック又は金属・セラミック混合物の加熱素子である。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子力発電所に使用されるようなステンレス鋼
配管の溶接継手処理における本発明の実施例の略式断面
図、 第２図は、遠隔発生された輻射熱の適用、中を流れる冷
却水の存在、それに続く冷却に応答して、溶接パイプ工
作物に生ずる進行的な応力変化を示す応力・ひずみ理想
線図、 第３図は、本発明の原理による、ステンレス鋼パイプの
溶接区域に輻射エネルギー加熱素子を適用する様の斜視
図、 第４図は、本発明の原理を取り入れた輻射加熱モジュー
ルの一部分の内面図、 第５図は第４図のモジュール部分の縦断面図、第６図な
いし第８図は異なる工作物表面輪郭に適応するようにさ
れた選択形状の輻射熱モジュールの略式斜視図、 第９図は記載の型式の加熱組立体の電力制御系統の略式
線図である。 １８・・・加熱線　２２・・・反射・遮蔽装置　２６・
・・殻体３０・・・冷却流体　３６・・・外部熱源（モ
ジュール）５０・・・支持部材　５２・・・抵抗線　５
８・・・反射装置　６０・・・ハウジング ＦＩＧ、　３ 特許出願代理人 ＦＩＧ、　４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋼製工作物の溶接継手近傍の応力腐食を防ぐための
   方法であって： ａ　前記溶接継手の一表面と通常局部的圧縮応力を受け
   るその近傍の工作物区域とを、それに密接して離れた近
   くに配設される外部熱源から放出される輻射熱に、当て
   る段階、 ｂ　前記溶接継手の第２の表面と通常局部的引張応力を
   受けるその近傍の工作物区域とをよぎる冷却流体の流れ
   を保つ段階、 ｃ　前記第１の表面とその近傍の区域に工作物の圧縮降
   伏応力を超える局部的熱応力を、また前記第２の表面と
   その近傍の区域に工作物の引張り降伏応力を超える局部
   的熱応力を、生ずるような性質の温度差を、前記工作物
   を横切って発生するように加えられる輻射熱の量と前記
   冷却流体の流れの量を調節する段階、 ｄ　前記第１の表面とその近傍の区域をふんい気温度ま
   で冷却する段階； を含む方法。 ２、前記鋼製工作物がオーステナイト鋼である、請求項
   １記載の方法。 ３、前記鋼製工作物がステンレス鋼である、請求項１記
   載の方法。 ４、前記溶接継手の第１の表面とその近傍の区域とを取
   り巻く炉状囲いの中に前記輻射熱源が配設される、請求
   項１記載の方法。 ５、鋼の配管系内の溶接継手近傍の応力腐食を防止する
   ための方法であって： ａ　前記パイプ内に前記溶接継手をよぎる冷却流体の流
   れを保つ段階、 ｂ　前記溶接継手の外面とその直近の区域とを、それに
   密接して離れた近くに配設される外部熱源から放出され
   る輻射熱に、当てる段階、ｃ　前記外面にパイプの圧縮
   降伏応力を超える局部熱応力を、また前記パイプの内面
   にパイプの引張り降伏応力を超える局部熱応力を、発生
   するような性質の温度差を、パイプ壁を横切って生ずる
   ために、加えられる輻射熱の量と前記冷却流体の流れの
   量を調節する段階、 ｄ　前記輻射熱にさらされるパイプの区域をふんい気温
   度まで冷却する段階； を含む方法。 ６、前記鋼がステンレス鋼である、請求項５記載の方法
   。 ７、前記輻射熱源が炉状囲みの中に配設される、請求項
   ５記載の方法。 ８、前記熱源は電流を通すことにより白熱するまで加熱
   可能な抵抗線を含む、請求項５記載の方法。 ９、前記輻射熱は前記熱源から放出される直接の及び反
   射された輻射熱の両方を含む、請求項５記載の方法。 １０、鋼製工作物の溶接継手の近傍の応力腐食を防ぐた
   めの装置であって： ａ　前記溶接継手の一表面と通常圧縮応力を受けるその
   近傍の工作物区域とを、密接して離れた近くに配設され
   る外部熱源からの輻射熱に当てるための装置、 ｂ　前記溶接継手の第２の表面と通常局部引張り応力を
   受けるその近傍の工作物区域とをよぎる冷却流体の流れ
   を保つための装置、 ｃ　加熱を集中させるために、前記溶接継手の一表面及
   びその近傍の工作物区域と、前記輻射熱源と、を囲むた
   めの装置； を含む装置。 １１、前記熱源を前記工作物表面に密接して離れた近く
   に配設するために、前記輻射熱源は前記工作物の輪郭に
   補合する輪郭を有する、組立て自在のモジュールを含む
   、請求項１０記載の装置。 １２、前記輻射熱源は断熱部材に支持される抵抗線を含
   む、請求項１０記載の装置。 １３、前記輻射熱源を囲むための前記装置は、輻射熱反
   射装置と、輻射熱にさらされている工作物区域の回りに
   炉状囲いを形成する包囲ハウジング装置と、を含む、請
   求項１０記載の装置。 １４、前記第１の表面とその近傍の区域に工作物の圧縮
   降伏応力を超える局部熱応力を、また前記第２の表面と
   その近傍の区域に工作物の引張り降伏応力を超える局部
   熱応力を、生ずるような性質の所望の温度差を、前記工
   作物を横切って、発生するように、加えられる熱の量と
   冷却流体の流れの量とを調節するための装置をさらに含
   む、請求項１０記載の装置。 １５、前記工作物はステンレス鋼のパイプであり、前記
   第１の表面は前記パイプの外面であり、前記第２の表面
   は前記パイプの内面である、請求項１０記載の装置。