JPH05169255A - 管と管の溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】拘束リング７を円筒容器３の溶接部２の両側に
取付ける。拘束リング７を取付けた状態で、溶接部２の
溶接を溶接トーチ５を用いて行う。拘束リング７を取付
けた状態で溶接を行うことにより、管内面の溶接部近傍
での溶接残留応力は実線６のようになる。溶接部の近傍
で残留応力を圧縮側の残留応力にすることができる。 【効果】溶接構造物を構成する管と管を突合せ溶接する
際に、従来の溶接法では管内面の残留応力分布が応力腐
食割れの原因となる引張側の残留応力になるところを、
拘束リングを用いることにより圧縮の残留応力にし、応
力腐食割れを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＢＷＲ原子力プラント，
化学プラント，円筒容器などの配管及び機器の溶接部の
溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、特開昭55−110728号公報に開示
される方法は溶接後の構造物に熱処理法を施し、残留応
力の改善を目的としている。図１は、配管突合せ継手に
対する従来の熱処理法を示したものである。加熱体１
は、配管外周から加熱を行い同時に内面は、冷却水４に
よって冷却される。これによって板厚方向に温度差をつ
け、加熱時に外面で圧縮，内面で引張側に降伏させ、応
力の改善を図る。図２は、溶接時に生じる軸方向残留応
力分布を示したものであるが、引張側の残留応力６とな
り、応力腐食割れ発生の原因となる。図３は、図１に示
した熱処理法を適用し、図２の溶接残留応力を改善した
例を示す。腐食環境にさらされる溶接部の近傍の内面の
残留応力は圧縮応力となっている。

【０００３】しかし、これらの改善例はいずれも管と管
を溶接した後に施す処理法であり、溶接と同時に残留応
力を改善することはできない。すなわち、溶接終了後の
後処理が必要であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶接構造物
を構成する管と管を突合せ溶接する際に、従来の溶接法
では管内面の残留応力分布が応力腐食割れの原因となる
引張側の残留応力になるところを、拘束リングを用いる
ことにより圧縮の残留応力にし、応力腐食割れを防止し
ようとしている。

【０００５】また、従来行われていた熱処理法は、管と
管を溶接した後に施す処理法であり、溶接と同時に残留
応力を改善することはできなかった。本発明では管内面
の溶接残留応力を溶接終了後の後処理を施すことなしに
圧縮の残留応力にし、応力腐食割れを防止しようとして
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題は、溶接構造物
を構成する管と管を溶接する際に、溶接部の近傍の管の
外周に円周方向の拘束器具を取付けた後に溶接を行うこ
とにより達成される。

【０００７】

【作用】本発明は、管と管の溶接による管内面の溶接部
の残留応力を、拘束器具を用いることにより、応力腐食
割れに対して問題のない圧縮側の残留応力に、溶接終了
後の後処理を施すことなしに圧縮の残留応力にしようと
している。また、予熱を行った場合についても同様に、
溶接構造物よりも線膨張係数の小さい拘束リングを使用
することにより、管内面の残留応力を圧縮の残留応力に
しようとしている。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図４ないし図７によ
って説明する。

【０００９】図４に示すように、拘束リング７を溶接部
２の両側に取付ける。溶接部２から拘束リング７の距離
は溶接条件によって異なる。例えば、円筒容器３の材質
が軟鋼ＳＳ４１，溶接部２のもととなる溶接棒の材質が
軟鋼ＳＳ４１で、円筒容器３の板厚１２mm，内径１００
mm，軸方向長さ１２００mm、また、入熱量１.２Ｊ／mm
のとき、リング幅２０mmの拘束リング７の中心を、溶接
部２の中心から２０ｍｍ離した箇所に取付ければよい。
また、拘束力は円筒容器３が弾性変形する範囲、すなわ
ち、塑性変形しない範囲であれば、強ければ強いほどよ
い。今回の条件の場合には、拘束力を１５０ＭＰａに設
定した。

【００１０】拘束リング７を取付けた状態で、溶接部２
の溶接を従来の方法と同様の方法で溶接トーチ５を用い
ることにより行う。今回の溶接方法はシールドガスアー
ク溶接であり、円筒容器３は開先を軸方向に対して３０
゜の方向に加工したものを用いた。

【００１１】このようにして拘束リング７を取付けた状
態で溶接を行うことにより、管内面の溶接部の近傍での
溶接残留応力は実線６のようになる。これは、図２に実
線６で示される通常の溶接による残留応力に比べて、溶
接部近傍では明らかに圧縮の残留応力に改善されている
ことがわかる。

【００１２】図５には、管と管の溶接を行ったときの管
内面での応力状態の時間履歴を示す。ここで、時間０は
溶接開始時刻、時間ｔ１は溶接部２の温度が溶接中最高
温度になる時刻、時間ｔ２は溶接終了後の時刻である。

【００１３】拘束リング７を取付けない場合の応力状態
は実線８のようになる。溶接部２が溶接入熱により加熱
され、時間ｔ１まで膨張するが、この時、周辺の拘束の
ために管内面は圧縮の応力になる。その後、冷却される
につれ、溶接部２の近傍は収縮し、周辺の構造物から拘
束されるために管内面には引張側の残留応力が最終的に
時刻ｔ２のときには存在する。

【００１４】一方、拘束リング７を取付けた状態で溶接
を行ったときの応力状態は実線９のようになる。溶接を
行う前の状態で、管内面は拘束リング７の拘束力により
圧縮の応力が存在する。また、溶接による熱膨張につい
ても拘束リング７によって抑制される。その後、拘束リ
ング７がない場合と同様の履歴をとり、溶接終了後の時
刻ｔ２には圧縮の残留応力状態になる。

【００１５】図６には、予熱を行ってから管と管の溶接
を行うときの方法を示す。円筒容器３よりも線膨張係数
の小さい材質の拘束リング７を用い、拘束リング７を取
付けた状態で全体を予熱する。その後、溶接を行うこと
により、予熱を行う場合についても管内面の残留応力分
布を圧縮の残留応力にすることができる。

【００１６】図７には、予熱を行ってから管と管の溶接
を行ったときの管内面での応力状態の時間履歴を示す。
ここで、時間０は溶接開始時刻、時間ｔ１は溶接部２の
温度が溶接中最高温度になる時刻、時間ｔ２は溶接終了
後の時刻である。予熱を行わないで、拘束リング７を取
付けない場合の応力状態は実線８，拘束リング７を取付
けた状態で溶接を行ったときの応力状態は実線９のよう
になる。円筒容器３よりも線膨張係数の小さい拘束リン
グ７を取付けた場合、予熱を行った時点で圧縮の応力が
存在する。したがって、予熱を行ってから管と管の溶接
を行ったときの管内面での応力状態の時間履歴は実線１
０のようになる。最終的に溶接終了時刻ｔ２では、圧縮
の残留応力が存在する。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、溶接構造物を構成する
管と管を突合せ溶接する際に、従来の溶接法では管内面
の残留応力分布が応力腐食割れの原因となる引張側の残
留応力になるところを、拘束リングを用いることにより
圧縮の残留応力にし、応力腐食割れを防ぐことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の熱処理法による周方向溶接部の熱処理法
の説明図。

【図２】通常の溶接を行った場合の溶接残留応力分布の
説明図。

【図３】従来の熱処理法による熱処理後の改善された残
留応力の説明図。

【図４】拘束リングを用いた溶接法の実施例の説明図。

【図５】拘束リングを用いた溶接法を施したときの、残
留応力の時間履歴変化を表した説明図。

【図６】溶接構造物よりも線膨張係数の小さい拘束リン
グを用い、全体を予熱した後に行う溶接法の実施例の説
明図。

【図７】拘束リングを用い、全体を予熱した後に行う溶
接法を施したときの、残留応力の時間履歴変化を表した
説明図。

【符号の説明】

２…溶接部、３…円筒容器、４…冷却水、５…溶接トー
チ、６…内面の残留応力分布、７…拘束リング。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管と管の溶接時に、溶接部の近傍の前記管
   の外周に円周方向の拘束器具を取付けた後に溶接を行う
   ことを特徴とする管と管の溶接法。