JPH08197162A - 管のロールドジョイント方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】従来のロールドジョイント後、内リング３先端
に近接する管１の内表面に局部的な塑性変形を与えるた
めに内リング３先端に局部的な拡管を施す。 【効果】内スリーブ先端部の近くの管の内表面に圧縮残
留応力を生じさせることができ、管内に高温高圧水を流
すような運転状態での応力腐食割れを未然に防ぐことが
できる。したがって、ロールドジョイント加工による継
手部の強度を向上させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、異種金属からなる管と
延長管の接合において溶接のような冶金的な接合が適用
できない場合に利用されている機械的接続方法であるロ
ールドジョイント方法に係り、特に、接続部における管
に生じる残留応力を低減するための管のロールドジョイ
ント方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ジルコニウムあるいはジルコニウム合金
からなる管と異種金属であるステンレス鋼管との接続
は、溶接による冶金的な接合が困難であるため、特公昭
59−6751号及び特公昭59−39212 号公報に記載のよう
に、ジルコニウム合金からなる管の管端部をステンレス
鋼からなる外スリーブと内スリーブの間に挿入し、エキ
スパンダ加工装置を用いて内スリーブの内面より拡管さ
せて機械的に接合する方式であった。従来方法は、図５
及び図６に示すとおりである。図５は、従来方法による
管１とステンレス鋼管のロールドジョイント加工による
接続前の状況である。管１の外径は、外スリーブ２の内
径より少し小さく、かつ、内スリーブ３の突起部の外径
は、管１の内径より少し小さい。なお、外スリーブ２の
内面には溝が設けられている。外スリーブ２と内スリー
ブ３の間に管１の端部を挿入した後に、ロールドジョイ
ント加工を行うためのローラ４，マンドレル５及びフレ
ームからなるロールドジョイント加工用工具を管１内に
挿入する。マンドレル５を回転させながら押し込むこと
によって、ローラ４が内スリーブ３の内面を回転しなが
ら押し広げていく。管１の管端部は、図６に示すように
変形し、管１が外スリーブ２と内スリーブ３とでサンド
イッチされた状態で機械的に圧着接合される。従来技術
によってロールドジョイント加工した場合の管１の内表
面に生じている残留応力を二軸のひずみゲージを接着剤
により貼付けて、切断解放法で測定した結果を図７及び
図８に示す。図７は管１の内表面の軸方向残留応力の分
布を示し、図８は管１の内表面の周方向残留応力の分布
を示す。図７及び図８より明らかなように従来技術では
内スリーブ３に近接した管１の内表面に約１００ＭＰａ
の引張残留応力が生じる。したがって、ロールドジョイ
ント継手部の強度的な信頼性確保の観点から、管の内表
面に生じた引張残留応力を低減させるための対策が、ロ
ールドジョイント加工後に必要になる場合もあった。引
張残留応力の低減方法として、応力除去焼鈍処理があっ
た。しかし、本処理のためには多大な労力を要するけれ
ども、引張残留応力を圧縮残留応力にかえることができ
ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、異種
金属からなる管と延長管のロールドジョイント加工によ
る継手部において、管の内表面に引張残留応力が生じる
ことを避けることができない。

【０００４】本発明の目的は、異種金属からなる管と延
長管のロールドジョイント加工による継手部において、
ロールドジョイント継手部の強度的な信頼性を向上させ
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、管の管端部
を外スリーブと内スリーブの間に挿入し、エキスパンダ
加工装置を用いて内スリーブの内面より拡管させて機械
的に圧着接合させた後に、内スリーブの先端部に圧縮荷
重を加えて局部的な変形を生じさせることにより達成さ
れる。また、上記目的は、ロールドジョイント加工後
に、内スリーブの先端部近くのみを再度ローラ拡管によ
り局部的な拡管を施すことによっても達成される。

【０００６】

【作用】管の管端部を外スリーブと内スリーブの間に挿
入し、エキスパンダ加工装置を用いて内スリーブの内面
より拡管させて強固に圧着接合させた後に、内スリーブ
の先端部に押し治具を当てて圧縮荷重を加えて、内スリ
ーブの先端部を局部的に押し広げる変形を生じさせる。
同時に、内スリーブの先端部に近接する管の内表面に局
部的な引張りの塑性変形が付加されるようになる。その
結果、局部的な引張りの塑性変形が付加された管の内表
面には、変形を生じていない領域による拘束により圧縮
の残留応力が生じる。また、ロールドジョイント加工後
に、内スリーブの先端部近くのみを再度ローラ拡管によ
り局部的な拡管を施して管の内表面に局部的な引張りの
塑性変形を付加させることにより、やはり管の内表面に
圧縮の残留応力を生じさせることができる。

【０００７】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。

【０００８】管の端部を延長管に接続するまでの手順
は、従来技術と同じである。図５は、ジルコニウム−ニ
オブ合金からなる管１とステンレス鋼からなる延長管の
ロールドジョイント加工による接続前の状況である。ジ
ルコニウム−ニオブ合金管１の外径は、ステンレス鋼製
の外スリーブ２の内径より少し小さく、かつ、ステンレ
ス鋼製の内スリーブ３の突起部の外径は、ジルコニウム
−ニオブ合金管１の内径より少し小さい。なお、外スリ
ーブ２の内面には溝が設けられている。外スリーブ２と
内スリーブ３の間にジルコニウム−ニオブ合金管１を挿
入した後に、ロールドジョイント加工を行うためのロー
ラ４，マンドレル５及びフレームからなるロールドジョ
イント加工用工具をジルコニウム−ニオブ合金管１内に
挿入する。マンドレル５を回転させながら押し込むこと
によって、ローラ４が内スリーブ３の内面を回転しなが
ら押し広げていく。ジルコニウム−ニオブ合金管１の管
端部は、図６に示すように変形し、ジルコニウム−ニオ
ブ合金管１がステンレス鋼製の外スリーブ２と内スリー
ブ３とでサンドイッチされた状態で機械的な結合により
密着接合され、十分なシール機能及び機械的な強度を有
する構造となっている。本発明により、接合後に内スリ
ーブの先端部に近接する管の内表面に圧縮の残留応力を
生じさせる方法を図１に示す。内スリーブ３の先端部に
ジルコニウム−ニオブ合金管１の内径より少し小さい外
径を有する円板状の押し治具６を設置し、矢印の方向に
圧縮荷重を負荷させ、内スリーブの先端部を局部的に押
し広げる変形を生じさせる。この時、内スリーブの先端
部に近接する管の内表面にも内スリーブの先端部の局部
的な押し広げる変形に伴って局部的な引張りの塑性変形
が付加されるようになる。その結果、局部的な引張りの
塑性変形が付加された管の内表面には、変形を生じてい
ない領域による拘束により圧縮の残留応力が生じる。本
発明を実施後の内スリーブの先端部に近接するジルコニ
ウム−ニオブ合金管の内表面の軸方向及び周方向の残留
応力を測定した結果をそれぞれ図３及び図４に示す。内
スリーブ先端部の近くのジルコニウム−ニオブ合金管の
内表面の軸方向残留応力及び周方向残留応力の両者とも
約３００ＭＰａの圧縮残留応力が生じている。すなわ
ち、局部的な引張りの塑性変形が付加された管の内表面
には、変形を生じていない領域による拘束の影響により
圧縮残留応力が生じるためである。

【０００９】本実施例によれば、内スリーブ先端部の近
くのジルコニウム−ニオブ合金管の内表面に圧縮残留応
力を生じさせることができることにより、管内を高温高
圧水が流れるときに生じやすいジルコニウム−ニオブ合
金管の遅れ割れを未然に防止することができる。したが
って、ロールドジョイント加工による継手部の強度的な
信頼性を向上させることができる。

【００１０】図２は、他の実施例を示すものである。こ
の実施例では、従来技術による管のロールドジョイント
加工後、内スリーブ３先端部の近くのみに再度ローラ拡
管を施した。すなわち、内スリーブ３先端部近くのみが
ローラ拡管されるように幅の狭いローラを有する加工用
工具を用いて局部的な拡管を行った。本実施例によって
も内スリーブ先端部の近くのジルコニウム−ニオブ合金
管の内表面に圧縮の残留応力を生じさせることができ
る。したがって、本実施例によっても前記した実施例と
同様な効果が得られる。

【００１１】

【発明の効果】本発明によれば，異種金属からなる管と
延長管のロールドジョイント加工による継手部におい
て、管の内表面に圧縮残留応力が生じるようにしたこと
あるいは管の内表面の引張残留応力を低減させたことに
より、応力腐食割れを未然に防止することができる。し
たがって、ロールドジョイント加工による管の継手部の
強度的な信頼性及び健全性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す管のロールドジョイン
ト方法を表す縦断面図。

【図２】本発明の一実施例を示す管のロールドジョイン
ト方法を表す縦断面図。

【図３】本発明による管内表面の軸方向残留応力分布
図。

【図４】本発明による管内表面の周方向残留応力分布
図。

【図５】従来技術によるロールドジョイント方法を説明
する断面図。

【図６】従来技術によるロールドジョイント後の接続部
の縦断面図。

【図７】従来技術による管内表面の軸方向残留応力分布
図。

【図８】従来技術による管内表面の周方向残留応力分布
図。

【符号の説明】

１…管、２…外スリーブ、３…内スリーブ、４，８…ロ
ーラ、５…マンドレル、６…押し治具、７…拡管加工用
工具。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管の管端を、異種金属からなる管状部材の
   外スリーブと内スリーブの間に挿入し、前記内スリーブ
   の内面側からローラにより拡管させて機械的に接続する
   ロールドジョイント方法において、ロールドジョイント
   加工後に、前記内スリーブの先端部に圧縮荷重を加えて
   局部的な拡管変形を生じさせて、前記内スリーブの先端
   部に接する前記管の内表面に圧縮の残留応力を生じさせ
   たことを特徴とする管のロールドジョイント方法。
2. 【請求項２】管の管端を、異種金属からなる管状部材の
   外スリーブと内スリーブの間に挿入し、前記内スリーブ
   の内面側からローラにより拡管させて機械的に接続する
   ロールドジョイント方法において、ロールドジョイント
   加工後に、前記内スリーブの先端部のみを再度ローラ拡
   管により局部的な拡管変形を生じさせて、前記内スリー
   ブの先端部に接する前記管の内表面に圧縮の残留応力を
   生じさせたことを特徴とする管のロールドジョイント方
   法。