JPH11209825A - 溶接後熱処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小規模な設備で実現でき、周囲に対する熱的悪
影響がなく、溶接部の特定個所につき迅速かつ的確な熱
処理を行なえる溶接後熱処理装置を提供。 【解決手段】溶接部(3) の残留応力除去，軟化，金属組
織改善等を目的として、上記溶接部(3) に熱処理を施す
溶接後熱処理装置において、前記溶接部(3) を、特定さ
れた加熱範囲、加熱温度、加熱時間等の条件の下で誘導
加熱により熱処理可能な如く設けられた高周波誘導加熱
手段(10 〜80) を具備。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電プラント、石
油化学プラント等で多用されている多管式熱交換器の伝
熱管と管板との溶接部等を、溶接後において熱処理する
為の溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントや石油化学プラント等で使
用される多管式熱交換器の伝熱管と管板とは、高温・高
圧の液体やガスの熱交換が可能なように、通常の場合、
両者は溶接で一体的に結合される。しかるに伝熱管が炭
素鋼や低合金鋼からなるものでは、溶接時において溶接
部が焼入れ硬化現象を呈する。かかる焼入れ硬化現象を
呈した状態のまま、炭素鋼や低合金鋼からなる伝熱管
が、たとえば腐食性雰囲気（液）中で使用されると、上
記溶接部にいわゆる応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生する
おそれがある。このため一般には、図１２の（ａ）
（ｂ）に示すような溶接後熱処理手段を用いて溶接後の
熱処理が施される。

【０００３】図１２の（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従
来行なわれていた溶接後熱処理手段の二つの例を示して
いる。いずれの場合も多管式熱交換器の伝熱管と管板と
の溶接部全体を加熱処理することにより、上記溶接部の
残留応力の除去、軟化、金属組織の改善等をはかろうと
するものである。図１２の（ａ）および（ｂ）におい
て、１０１は伝熱管、１０２は管板、１０３は溶接部、
１０４は熱交換器本体の胴部、１０５は断熱材、１０６
は炉壁、１０７は加熱パネル、１０８は加熱炉である。

【０００４】図１２の（ａ）に示す溶接後熱処理手段
は、溶接部全体を加熱炉１０８に入れて熱処理する場合
を示している。又図１２の（ｂ）に示す溶接後熱処理手
段は、溶接部１０３の周囲ないし近傍に加熱パネル（ニ
クロム線パネル）１０７を貼り付け、管板１０２の全面
を加熱することにより熱処理する場合を示している。

【０００５】なおこの種の熱処理技術に関する文献とし
ては、例えば「圧力容器局部溶接後熱処理手順書」（株
式会社 日本溶接協会 化学機械溶接研究委員会 現地
焼鈍施工小委員会 発行）などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術には次
のような問題がある。溶接部全体を加熱する方法は、た
とえば機器の製造時において機器相互間が未だ拘束され
ていない状態では特に問題とならない。しかしこれら機
器がプラント内に組付け完了した状態にあり、たとえば
プラントを運転途中で一時停止して補修溶接を行なった
後、当該溶接部全体を溶接後熱処理したような場合に
は、周囲の機器に大きな熱的影響を与える。この点につ
き以下説明する。

【０００７】例えば炭素鋼や低合金鋼は、製造過程で負
荷される熱履歴に応じてその機械的強度が決定される特
質を持っている。そこで炭素鋼や低合金鋼からなる部材
は、適切な強度が得られるように予め所定の熱履歴が施
されて使用に供される。

【０００８】したがって、前述したように例えば補修溶
接後において溶接部全体を加熱する方法で溶接後熱処理
が施されると、溶接部１０３の周辺に存在する炭素鋼や
低合金鋼で形成されている機器ないし部材は当初計画さ
れた回数よりも多くの熱履歴を受けることになる。この
ため上記新たに熱履歴を受けた機器ないし部材について
は所謂ミルシート強度を確保できなくなる場合が生じ
る。

【０００９】又、溶接部全体を加熱する場合において、
溶接後熱処理時の温度上昇速度ならびに温度下降速度が
大きいと、管板面相互間等で温度差が生じ、大きな熱応
力が発生する。このため各部に亀裂あるいは破損を生じ
させるおそれがある。したがって長時間をかけて溶接後
熱処理を施工する必要がある。

【００１０】更に、プラントに組付けられた熱交換器の
溶接部全体に溶接後熱処理を施した場合には、熱膨張の
ために周囲の機器ないし部材を変形させるおそれが多分
にある。したがって周囲の機器等の変形予防対策を考慮
することが必要となる。なお上記変形予防対策を講じて
も、若干の熱変形は免れ得ないのが実状である。

【００１１】かくして従来の溶接後熱処理手段では、大
掛かりな設備を要し工費および工期が膨大になる等の問
題を有する上、溶接部の周辺に存在している炭素鋼や低
合金鋼で形成されている機器ないし部材に熱的な悪影響
が与えられ、それらの機器ないし部材の機械的強度を劣
化させるおそれがある事、また発生した熱応力により各
部に亀裂あるいは破損が生じ易く、これらを防止するた
めには長時間をかけて溶接後熱処理を施す必要があり、
その結果、迅速かつ的確な熱処理を行なえない事、さら
に溶接部の周囲の機器ないし部材が熱膨張により変形し
まうおそれがある事、等の欠点を有している。

【００１２】本発明の目的は、小規模な設備で実現で
き、周囲に対する熱的悪影響がなく、溶接部の特定個所
につき迅速かつ的確な熱処理を行なえる溶接後熱処理装
置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決し目的を
達成するために本発明の溶接後熱処理装置は下記の如く
構成されている。なお本発明は、金属組織改善効果の有
力なバロメーターとして材質の硬度が挙げられる事、材
質が炭素鋼である場合には、たとえ加熱時間が短くと
も、５５０℃以上に加熱されていれば十分な溶接後熱処
理効果が得られる事、等を基本的事項とし、周囲の機器
や部材に対する熱的悪影響を回避すべく、溶接部の特定
領域についてのみ、効率良く加熱して熱処理を行なおう
とするものである。 （１）本発明の溶接後熱処理装置は、溶接部の残留応力
除去，軟化，金属組織改善等を目的として、上記溶接部
に熱処理を施す溶接後熱処理装置において、前記溶接部
を、特定された加熱範囲、加熱温度、加熱時間等の条件
の下で、誘導加熱により熱処理可能な如く設けられた高
周波誘導加熱手段を備えてなることを特徴としている。 （２）本発明の溶接後熱処理装置は、多管式熱交換器の
伝熱管と管板との溶接部に応力腐食割れ等が発生するの
を防止すべく、前記溶接部の残留応力除去，軟化，金属
組織改善等を目的として、上記溶接部に熱処理を施す溶
接後熱処理装置において、前記溶接部を、特定された加
熱範囲、加熱温度、加熱時間等の条件の下で、誘導加熱
により熱処理可能な如く設けられた高周波誘導加熱手段
を備えてなることを特徴としている。 （３）本発明の溶接後熱処理装置は、前記（１）または
（２）に記載の装置であって、高周波誘導加熱手段は、
温度プログラムコントローラから出力されるプログラム
制御信号に従って所定の加熱サイクルで誘導加熱コイル
を加熱制御し、加熱温度を温度検出器で検出し、その検
出信号を光フアイバーを通して温度監視記録手段へ伝送
すると共に前記プログラムコントローラへフィードバッ
クするようにした加熱器制御部を含んでいることを特徴
としている。 （４）本発明の溶接後熱処理装置は、前記（１）または
（２）に記載の装置であって、高周波誘導加熱手段は、
１０ＫHz以上の周波数で高周波誘導加熱することが可能
な周波数制御手段を含んでいることを特徴としている。 （５）本発明の溶接後熱処理装置は、前記（２）に記載
の装置であって、高周波誘導加熱手段は、全体が渦巻き
状をなし、かつ中心部位が軸方向に突出し、上記突出し
た部分が伝熱管の開口部内方へ挿入可能な如く、二段以
上の段差を付けて巻き重ねられた円錐台形をなす誘導加
熱コイルを備えていることを特徴としている。 （６）本発明の溶接後熱処理装置は、前記（２）に記載
の装置であって、管板の表面に取付け固定可能な構造を
有する支持アームを備えた保持装置と、この保持装置に
基端部を固定され先端部に設けてある誘導加熱コイルが
前記管板の表面から一定の距離を保った状態で、管板面
と平行に移動可能な如く設けられた加熱器と、を備えた
ことを特徴としている。 （７）本発明の溶接後熱処理装置は、前記（５）に記載
の装置であって、誘導加熱コイルは、導電管部材の外周
面に、絶縁性が高く熱伝導率の小さな絶縁材をコーテン
グしたものであることを特徴としている。

【００１４】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１は本発明の
第１実施形態に係る多管式熱交換器における伝熱管と管
板との溶接部に適用される溶接後熱処理装置の構成を示
す図であり、（ａ）は概要説明図、（ｂ）は同図（ａ）
の丸枠で囲んだ部分を拡大して示す断面図である。また
同図（ｃ）は、同図（ｂ）に示す加熱器の変形例を一部
破断して示す斜視図である。

【００１５】図１の（ａ）に示すように、多管式熱交換
器の複数本の伝熱管１の各一端部は管板２を裏面側から
表面側に貫通しており、その各貫通端と管板２の表面部
との間が溶接され、溶接部３となっている。４は伝熱管
保護用の外筒である。

【００１６】溶接後熱処理装置は、加熱器１０を主体と
して構成されており、温度プログラムコントローラ７１
及び高周波電源７２などを含む加熱器制御部７０によっ
て加熱制御されるものとなっている。

【００１７】図１の（ｂ）に示す如く、加熱器１０は冷
却水が流通可能な導電性パイプＰの一部を渦巻き状に巻
回して誘導加熱コイル１１としたものである。この誘導
加熱コイル１１は、管板２の表面に対し、所定のギャッ
プＧを隔てて対向し、かつ上記管板２の表面に沿って円
滑に平行移動可能な如く設けられている。

【００１８】かくして加熱器制御部７０を作動させるこ
とにより、加熱器１０の誘導加熱コイル１１から高周波
の交番磁束φが発生し、この交番磁束φにより溶接部３
とその近傍の特定された領域が高周波誘導加熱され、溶
接部３に溶接後熱処理を施すものとなっている。

【００１９】この溶接後熱処理を施す際、温度プログラ
ムコントローラ７１によって高周波電源７２の周波数を
制御すれば、管板２の板厚方向（伝熱管１の長手方向）
の加熱範囲が調節され、溶接金属組織の改善に必要な箇
所を集中的に加熱することが可能となる。そして溶接部
３の熱処理時においては、加熱器１０の誘導加熱コイル
１１が管板２の表面に対して一定のギャップＧを隔てて
対向する如くその離間距離を設定されているので、誘導
加熱コイル１１による加熱温度にバラツキが生じず、均
一な熱処理が行なえる。かくして加熱効率の向上がはか
れると共に、溶接後熱処理による各部機器への熱的悪影
響を極力回避することができる。

【００２０】図１の（ｃ）に示す加熱器１０′は、冷却
水が流通可能な導電性パイプＰの一部を渦巻き状に巻回
して誘導加熱コイル１１′とした点は、前記（ｂ）に示
したものと同様であるが、この誘導加熱コイル１１′の
平面積は、複数本の伝熱管１の開口端を同時に覆うこと
が可能な大きさに形成されている。なお、１２は断熱
材、１３はフェライトコアである。

【００２１】かくしてこの加熱器１０′によれば、加熱
器１０′を所定位置に停止した状態において複数本の伝
熱管１と管板２との溶接部３を、同時に加熱することが
できる。したがって溶接後熱処理を施す箇所が多い場合
でも、効率良く熱処理することが可能となる。上記した
点以外は、前記（ｂ）の場合と同様である。

【００２２】（第２実施形態）図２は本発明の第２実施
形態に係る多管式熱交換器における伝熱管と管板との溶
接部に適用される溶接後熱処理装置の構成を示す図であ
る。図２に示す如く、加熱器２０は冷却水が流通可能な
導電性パイプＰの一部を渦巻き状に巻回した誘導加熱コ
イル２１と、この誘導加熱コイル２１を保持する加熱コ
イルホルダ２２とからなっている。加熱コイルホルダ２
２は、一端が開口した短円筒状の加熱コイル収容部２２
ａと、この加熱コイル収容部２２ａと一体的に連結さ
れ、その中空部内に前記導電性パイプＰを貫通させる保
持筒２２ｂとから成る。前記加熱コイル収容部２２ａの
外周部には、放射温度計等の温度センサからなる温度検
出器２３が取付けられている。

【００２３】加熱器制御部７０は、温度プログラムコン
トローラ７１と、このコントローラ７１からの制御信号
で制御される高周波電源７２（ＡＣ商用電源７２ａ及び
高周波インバータ７２ｂからなる）と、この高周波電源
７２の高周波インバータ７２ｂの出力を誘導加熱コイル
２１に供給する出力トランス７３と、前記温度検出器２
３からの検出信号が与えられ、検出温度を表示すると共
にその温度情報を前記温度プログラムコントローラ７１
へフィードバックする温度計７４と、この温度計７４の
表示内容を記録する温度記録計７５とからなっている。

【００２４】かくしてこの加熱器制御部７０は、温度プ
ログラムコントローラ７１から出力されるプログラム制
御信号に従って所定の加熱サイクルで誘導加熱コイル２
１を加熱制御するものとなっている。また温度計７４と
温度記録計７５とは、温度監視記録手段を構成してい
る。

【００２５】本実施形態においては、誘導加熱コイル２
１と溶接部３との最接近距離が、加熱コイルホルダ２２
の先端部位に設けてある短円筒状の加熱コイル収容部２
２ａの周壁によって規制される。このため、溶接部３と
誘導加熱コイル２１とが直接接触することを避けること
ができ、しかも両者間の距離を一定に保つことができ
る。また誘導加熱コイル２１は、所定の加熱サイクルで
加熱制御されるため、溶接部３を的確に熱処理すること
ができる。そして温度検出器２３からフィードバックさ
れた検出信号に基づいて温度制御されるので、安定かつ
高精度な熱処理が行なわれる。

【００２６】（第３実施形態）図３は本発明の第３実施
形態に係る多管式熱交換器における伝熱管と管板との溶
接部に適用される溶接後熱処理装置の構成を示す図であ
る。図３（ａ）に示すように、本実施形態における加熱
器３０は、冷却水Ｗ１，Ｗ２が流通可能な導電性パイプ
Ｐ１，Ｐ２の一部に形成した誘導加熱コイル３１が、図
示の如く全体が渦巻き状をなし且つその中心部位が軸方
向に突出する如く、二段以上の段差を有して巻き重ねら
れた円錐台形を呈している。かくしてその突出端部が図
３（ａ）に示すように、伝熱管１の開口部内に所定深さ
まで挿入可能な如く形成されている。

【００２７】なお上記伝熱管１の開口部内に挿入される
誘導加熱コイル３１の伝熱管軸方向の長さＬは、伝熱管
１を不必要に加熱軟化させて劣化させることがないよう
に、熱影響深さＤ（溶接部深さ寸法ｄ＋２．０mm程度）
以下に設定されている。図中符号３３は、加熱器３０内
に取付けられた放射温度計としての赤外線監視センサで
あり、溶接部３の温度を監視し、光ファイバーから成る
伝送手段にて加熱器制御部７０（図３には不図示）へフ
ィードバックしている。

【００２８】誘導加熱コイル３１は、図３（ｂ）に示す
ように、導電管部材３１ａの外周面に熱伝導率の小さな
セラミックス等の絶縁材３１ｂをコーテングしたものと
なっている。この絶縁材３１ｂは、導電管部材３１ａが
溶接部３と接触することによる溶損を防止すると共に、
導電管部材３１ａと溶接部３との間に、常に一定値以上
の絶縁距離を保つためのものである。

【００２９】かくして本実施形態においては、円錐台形
の誘導加熱コイル３１によって、伝熱管１および溶接部
３を含む特定された領域が、三次元的な加熱面で加熱さ
れることになるため、均一かつ効率良く加熱することが
可能となる。この場合、誘導加熱コイル３１が被加熱部
に接触することを格別に気遣う必要がないので、熱処理
作業を能率よく進めることができる。

【００３０】また温度検出手段として赤外線監視センサ
３３を用い、その検出信号伝送手段として光ファイバー
を採用したので、被加熱物である溶接部３の温度を非接
触でしかもリアルタイムに検出でき、しかも電磁気的な
雑音を介入させずに信号伝送することができる。このた
め高精度な温度表示や記録等を的確に行なえる上、比較
的短時間で加熱サイクルが終了する熱処理を多数回繰返
すような場合においても、熱電対等の温度センサを被加
熱物にその都度付け変える等の作業が必要ない為、加熱
器３０のセッティング作業が簡略化する利点がある。

【００３１】（第４実施形態）図４は本発明の第４実施
形態に係る多管式熱交換器における伝熱管と管板との溶
接部に適用した溶接後熱処理装置の構成を示す図であ
る。図４に示すように、本実施形態における加熱器４０
は円錐台形をなす加熱コイル４１の中空部内に、同じく
円錐台形をなすフェライトコア４４を配置し、かつ上記
フェライトコア４４の温度上昇を防ぐ目的で、フェライ
トコア４４の基底部に水冷ジャケット４５を設け、この
水冷ジャケット４５に、前記導電性パイプＰ１，Ｐ２と
並行に配設された冷却水循環パイプＱ１，Ｑ２を接続し
たものとなっている。なおフエライトコア４４の代わり
に、同様の形状をなす他の高透磁率磁性体を磁心として
挿着してもよい。

【００３２】本実施形態においては、フェライトコア４
４の磁気集中作用により、溶接部３を透過する磁束の密
度を高めることができる。このため加熱効率が大幅に向
上する。

【００３３】（第５実施形態）図５は本発明の第５実施
形態に係る多管式熱交換器における伝熱管と管板との溶
接部に適用した溶接後熱処理装置の構成を示す図であ
る。図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態にお
ける加熱器５０は、複数の伝熱管１の開口端を所定幅寸
法Ｈに亘ってカバーし得る如く偏平に押し潰された形状
をなす誘導加熱コイル５１を形成し、その誘導加熱コイ
ル５１の中空部内に同じく偏平な直方体状をなすフェラ
イトコア５４を挿入し、このフェライトコア５４の両端
面に上記コア５４の温度上昇を防ぐために一対の水冷ジ
ャケット５５ａ，５５ｂを密接配置して構成している。
上記水冷ジャケット５５ａ，５５ｂには、前記導電性パ
イプＰ１，Ｐ２と並行に配設された冷却水循環パイプＱ
１，Ｑ２がそれぞれ接続されている。

【００３４】かくして本実施形態においては、幅寸法Ｈ
の誘導加熱コイル５１により、複数の溶接部３を同時に
加熱して熱処理することが可能となる。したがって作業
能率を大幅に向上させることができる。

【００３５】（第６実施形態）図６は本発明の第６実施
形態に係る多管式熱交換器における伝熱管と管板との溶
接部に適用した溶接後熱処理装置の構成を示す図であ
る。図６に示すように、本実施形態における加熱器６０
は、保持装置８０に搭載して使用される。図示の如く保
持装置８０は一対の支持アーム８１，８２を備えてお
り、これら支持アーム８１，８２の先端部位を、たとえ
ば伝熱管１の開口部へ差し込むことにより、管板２に対
して安定にセッティングし得るものとなっている。なお
真空吸着手段を用いて保持装置８０を管板２の表面に吸
着させるようにしてもよい。

【００３６】上記支持アーム８１，８２の各基端部は、
ネジ棒からなる一対の支持軸８３，８４にそれぞれ螺合
された状態で支持されている。したがって支持軸８３，
８４にそれぞれ取り付けられているハンドル８５，８６
を回転操作することにより、支持アーム８１及び８２
は、支持軸８３，８４に沿って任意な位置へ移動可能と
なっている。かくして前述のセッティング操作が容易と
なり、保持装置８０を管板２上の任意な位置にセッティ
ング可能となる。

【００３７】保持装置８０には出力トランス８７が搭載
されている。すなわち出力トランス８７は、当該トラン
ス８７のケースの一部をガイド軸８８に摺動自在に貫通
させると共に、ケースの他の一部をネジ棒からなる移動
軸８９に螺合させた状態で搭載されている。当該トラン
ス８７のケースには、加熱器６０における加熱コイルホ
ルダ６２の基端が連結されている。

【００３８】かくして移動軸８９の一端に取り付けられ
ているハンドル９０を回転操作すると、出力トランス８
７が移動軸８９で駆動され、ガイド軸８８に沿って移動
する為、これに伴い加熱器６０が管板２の表面から一定
の距離を保った状態のまま、図６の（ａ）に太矢印で示
す如く管板面と平行に自由に移動可能となる。この場
合、ガイド軸８８及び移動軸８９の長さを十分長くとる
ことにより、保持装置８０を任意の位置にセッッティン
グした状態において、その近傍に位置する複数の溶接部
３について同一条件で均一な加熱処理を施すことが可能
となる。

【００３９】ところで、例えば加熱器６０等を手で持っ
て管板２に対してセッティングする場合には、溶接部３
と誘導加熱コイル６１との距離を一定に保つことが難し
く、加熱温度分布も安定しない。しかるに本実施形態に
おいては、加熱器６０が保持装置８０に搭載された状態
で使用される為、溶接部３と誘導加熱コイル６１との距
離が一定に保たれ、加熱温度分布が安定化する。

【００４０】「実験例１」加熱条件としての高周波誘導
加熱の渦電流浸透深さδは一般に下式で計算される。

【００４１】δ＝５．０３×１０² （ρ／μｆ）^1/2 （δ：渦電流の浸透深さ ρ：被加熱物の比抵抗 μ：
被加熱物の比透磁率） 従って、被加熱物である溶接部３の物性値が同一の場合
には、周波数ｆを制御する事によって、加熱深度を変化
させることができる。

【００４２】図７は周波数ｆを制御する事によって加熱
深度（渦電流の浸透深さδに対する電流密度分布）を変
化させた実験の結果を示す特性曲線図である。図７に示
すように、周波数ｆを制御する事によって、加熱深度は
特性曲線Ａ〜Ｄに示す如く変化する。

【００４３】図７から分かるように、たとえば管板表面
から２〜３mmの深さ範囲にある溶接部３のみに磁束を効
果的に集中させ、この部分を熱伝導によらずに直接的に
急速加熱するためには、特性曲線Ｄに示す如く１０ＫHz
以上の高周波で加熱することが必要である。

【００４４】「実験例２」図３ないし図４に示す誘導加
熱コイルに相当する誘導加熱コイル９１を備えた加熱器
９０を製作し、その誘導加熱コイル９１を、図８の
（ａ）に示す如く５０Kg／mm・２級炭素鋼製の伝熱管１
と管板２との溶接部３に対して近接配置し、図８の
（ｂ）に示すような加熱条件で溶接後熱処理を施したの
ち、図９の（ａ）及び（ｂ）に示す測定領域Ｘ１，Ｘ
２，Ｙ１，Ｙ２について温度分布を測定し、本実施形態
の溶接後熱処理の有効性についての確認実験を行なっ
た。図８の（ｂ）に示す加熱条件は下記のとおりであ
る。

【００４５】(1) 加熱サイクル 温度上昇：（０℃〜６５０℃）／６０秒 保持温度：６５０℃で１２０秒 温度下降：（６５０℃〜４００℃）／６０秒 自然放冷：４００℃〜常温 (2) 供給エネルギー 出力５ＫＷ，電圧９０Ｖ，電流５５Ａ、周波数１４ＫHz 図９の（ｃ）〜（ｆ）は、前記加熱サイクルにおける保
持温度６５０℃に到達した時点で、溶接部３における前
記測定領域Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２について加熱温度分
布を実測した結果を示す図である。

【００４６】図９の（ｃ）〜（ｆ）に丸印で標示した如
く、溶接部３の温度はプログラム設定値よりは多少低め
であるが、溶接部３の改質に有効な温度５５０℃以上は
十分に確保されていることが分かる。

【００４７】図１０は上記改善効果を確認する為に、溶
接部３の管長手方向のマイクロビッカース硬度を測定し
た結果を示す図である。図１０の曲線Ｍに示すように、
溶接のままでは溶接部３における熱的影響をうける領域
の硬度がＨｖ４００を超えているのに対し、図１０の曲
線Ｎに示すように、本実施形態に係る溶接後熱処理装置
で熱処理を施した場合には、硬度がＨｖ２５０以下に低
下している。

【００４８】図１１の（ａ）は、同じく上記改善効果を
確認する為に、応力腐食割れ（ＳＣＣ）等が問題となる
伝熱管１と管板２とのルート部での硬さ分布を、同図
（ｂ）及び（ｃ）に示す個所につき実測した結果を示す
図である。

【００４９】図１１の（ａ）に示すように、溶接部３の
４個所（０°，９０°，１８０°，２７０°）の断面で
測定した結果によれば、溶接後熱処理を施した後の硬さ
分布は、溶接のままの硬さ分布に比して、かなり低いレ
ベルでしかもバラツキの小さいものとなっており、本実
施形態の溶接後熱処理の有効性ないし改善効果は明らか
である。 （実施形態についてのまとめ） ［１］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、溶接部(3)
の残留応力除去，軟化，金属組織改善等を目的として、
上記溶接部(3) に熱処理を施す溶接後熱処理装置におい
て、前記溶接部(3) を、特定された加熱範囲、加熱温
度、加熱時間等の条件の下で誘導加熱により熱処理可能
な如く設けられた高周波誘導加熱手段(10 〜80) を備え
てなることを特徴としている。

【００５０】上記装置においては高周波誘導加熱手段(1
0 〜80) を用いて加熱するようにしたので、所望の領域
を、局所的に、短時間内に効率良く加熱することができ
る。 ［２］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、多管式熱交
換器の伝熱管(1) と管板(2) との溶接部(3) に応力腐食
割れ等が発生するのを防止すべく、前記溶接部(3) の残
留応力除去，軟化，金属組織改善等を目的として、上記
溶接部(3) に熱処理を施す溶接後熱処理装置において、
前記溶接部(3) を、特定された加熱範囲、加熱温度、加
熱時間等の条件の下で誘導加熱により熱処理可能な如く
設けられた高周波誘導加熱手段(10 〜80) を備えてなる
ことを特徴としている。

【００５１】上記装置においては、溶接部(3) の周囲に
存在している炭素鋼や低合金鋼からなる伝熱管(1) その
他の各種機器や部材に、熱的悪影響を与えることなく、
所定の溶接部(3) について的確な熱処理を施すことが可
能である。 ［３］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、前記［１］
または［２］に記載の装置であって、高周波誘導加熱手
段(10 〜80) は、温度プログラムコントローラ(71)から
出力されるプログラム制御信号に従って所定の加熱サイ
クルで誘導加熱コイル(21)を加熱制御し、加熱温度を温
度検出器(23)で検出し、その検出信号を光フアイバーを
通して温度監視記録手段(74,75) へ伝送すると共に前記
プログラムコントローラ(71)へフィードバックするよう
にした加熱器制御部(70)を含んでいることを特徴として
いる。

【００５２】上記装置においては、誘導加熱コイル(21)
は予めプログラムされた所定の加熱サイクルで加熱制御
される為、溶接部(1) を的確に熱処理することが可能で
あると共に、温度検出器(23)から光フアイバーを介して
フィードバックされた検出信号に基づいた温度制御が行
なわれるので、安定かつ高精度な熱処理を行なえる。 ［４］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、前記［１］
または［２］に記載の装置であって、高周波誘導加熱手
段(10 〜80) は、１０ＫHz以上の周波数で高周波誘導加
熱することが可能な周波数制御手段(71,72) を含んでい
ることを特徴としている。

【００５３】上記装置においては、たとえば管板表面か
ら数mmの深さ範囲にのみ磁束を効果的に集中させ、この
部分を直接的に急速加熱することが可能となる。 ［５］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、前記［２］
に記載の装置であって、高周波誘導加熱手段(10 〜80)
は、全体が渦巻き状をなし、かつ中心部位が軸方向に突
出し、上記突出した部分が伝熱管(1) の開口部内方へ挿
入可能な如く、二段以上の段差を付けて巻き重ねられた
円錐台形をなす誘導加熱コイル(31,41)を備えているこ
とを特徴としている。

【００５４】上記装置においては、円錐台形の誘導加熱
コイル(31,41) によって伝熱管(1)および溶接部(3) を
含む特定された領域が、三次元的な加熱面で立体的に加
熱されるので均一かつ効率良く加熱されるものとなる。 ［６］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、前記［２］
に記載の装置であって、管板(2) の表面に取付け固定可
能な構造を有する支持アーム(81,82) を備えた保持装置
(80)と、この保持装置(80)に基端部を固定され先端部に
設けてある誘導加熱コイル(61)が前記管板(2) の表面か
ら一定の距離を保った状態で管板面と平行に移動可能な
如く設けられた加熱器(60)と、を備えたことを特徴とし
ている。

【００５５】上記装置においては、例えば伝熱管(1) に
支持アーム(81,82) の先端部を差し込む等の操作を行な
うことにより、保持装置(80)を管板上の任意な位置へ取
付け固定し位置決めすることができる。つまり保持装置
(80)を管板上の任意な位置にセッティングすることが可
能となる。この状態で保持装置(80)に保持されている加
熱器(60)を移動操作することにより、誘導加熱コイル(6
1)を管板上の任意な位置へ移動させて所要の溶接部(3)
につき熱処理を実行することが可能となる。従って前記
保持装置(80)を一定個所に固定した状態のまま、その近
傍に位置する複数の溶接部(3) について同一条件で均一
な熱処理を施すことが可能となる。さらに溶接部(3) と
誘導加熱コイル(61)との距離が一定に保たれるので加熱
温度分布が安定化する。 ［７］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、前記［５］
に記載の装置であって、誘導加熱コイル(31)は、導電管
部材(31a) の外周面に、絶縁性が高く熱伝導率の小さな
絶縁材(31b) をコーテングしたものであることを特徴と
している。

【００５６】上記装置においては、高周波誘導加熱する
際に伝熱管(1) 内に挿入された誘導加熱コイル(31)が被
加熱物(3,1) に接触しても、その外表面は前記絶縁材(3
1b)により覆われており、被加熱物(3,1) から一定の距
離が保たれるため、直接接触による溶損等を防止できる
上、被加熱物(3,1) からの放射熱を遮断することができ
る。 ［８］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、前記［３］
又は［５］又は［６］又は［７］に記載の装置であっ
て、誘導加熱コイル(31 〜61) は冷却水(W) が流通可能
な導電性パイプ(P) で形成されていることを特徴として
いる。

【００５７】上記装置においては、導電性パイプ(P) に
冷却水(W) を流通させることによって、被加熱物に対し
て熱容量の小さい誘導加熱コイル(31 〜61) の過熱によ
る溶損を回避することができる。 ［９］実施形態に係る溶接後熱処理装置は、前記［５］
に記載の装置であって、円錐台形をなす誘導加熱コイル
(31,41) の中空部内に、フェライトコア等の高透磁率磁
性体を磁心として挿着したことを特徴としている。上記
装置においては、磁束φが効果的に集中するため加熱効
率が向上する。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば、下記のような作用効果
を奏する溶接後熱処理装置を提供できる。 ａ．熱処理は溶接部とその近傍の特定領域に対してのみ
施されるものである為、小規模な設備で実現でき、工費
および工期が僅かで済む。 ｂ．溶接部の周辺に炭素鋼や低合金鋼からなる機器や部
材が存在していても、加熱範囲が溶接部とその近傍の特
定領域に限られるため、上記機器や部材に対する熱的悪
影響を避けることができ、当該機器や部材の機械的強度
を安定に保つことができる。 ｃ．急速な温度上昇または下降を行なっても、加熱は溶
接部とその近傍の特定領域に限って加えられるので、各
部に熱応力に起因する亀裂や破損を生じさせずに済み、
迅速かつ的確な熱処理を行なえる。 ｄ．熱処理は短時間内に行なわれるため、溶接部の周囲
の機器や部材が熱膨張によって変形したり破損したりす
るおそれがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る多管式熱交換器に
おける伝熱管と管板との溶接部に適用される溶接後熱処
理装置の構成を示す図で、（ａ）は概要説明図、（ｂ）
は同図（ａ）の丸枠で囲んだ部分を拡大して示す断面
図、（ｃ）は同図（ｂ）に示す加熱器の変形例を一部破
断して示す斜視図。

【図２】本発明の第２実施形態に係る多管式熱交換器に
おける伝熱管と管板との溶接部に適用される溶接後熱処
理装置の構成を示す図。

【図３】本発明の第３実施形態に係る多管式熱交換器に
おける伝熱管と管板との溶接部に適用される溶接後熱処
理装置の構成を示す図であり、（ａ）は概略側断面図、
（ｂ）は誘導加熱コイルの断面図。

【図４】本発明の第４実施形態に係る多管式熱交換器に
おける伝熱管と管板との溶接部に適用した溶接後熱処理
装置の構成を示す図。

【図５】本発明の第５実施形態に係る多管式熱交換器に
おける伝熱管と管板との溶接部に適用した溶接後熱処理
装置の構成を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は
側断面図、（ｃ）は使用時の説明図。

【図６】本発明の第６実施形態に係る多管式熱交換器に
おける伝熱管と管板との溶接部に適用した溶接後熱処理
装置の構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は
一部切欠き側面図。

【図７】本発明の実施形態に係る「実験例１」の実験の
結果を示す特性曲線図。

【図８】（ａ）および（ｂ）は本発明の実施形態に係る
「実験例２」の加熱条件等を示す図。

【図９】（ａ）から（ｆ）は本発明の実施形態に係る
「実験例２」の測定領域及び当該各測定領域における温
度分布の測定結果を示す図。

【図１０】本発明の実施形態に係る「実験例２」のマイ
クロビッカース硬度測定結果を示す図。

【図１１】（ａ）から（ｃ）は本発明の実施形態に係る
「実験例２」の伝熱管と管板とのルート部における硬度
分布の測定結果を示す図。

【図１２】（ａ）および（ｂ）は従来例に係る多管式熱
交換器における伝熱管と管板との溶接部に対する溶接後
熱処理手段の二つの例を示す図。

【符号の説明】

１…伝熱管 ２…管板 ３…溶接部 １０，２０，３０，４０，５０，６０…加熱器 １１，２１，３１，４１，５１，６１…誘導加熱コイル ４４，５４…フェライトコア ７０…加熱器制御部 ８０…保持装置 ８１，８２…支持アーム ８７…出力トランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｃ２１Ｄ 1/42 Ｃ２１Ｄ 1/42 Ｅ 9/50 １０２ 9/50 １０２Ａ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３９３ Ｈ０５Ｂ 6/06 ３９３ 6/10 ３７１ 6/10 ３７１ 6/36 6/36 Ｄ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接部の残留応力除去，軟化，金属組織改
   善等を目的として、上記溶接部に熱処理を施す溶接後熱
   処理装置において、 前記溶接部を、特定された加熱範囲、加熱温度、加熱時
   間等の条件の下で、誘導加熱により熱処理可能な如く設
   けられた高周波誘導加熱手段を備えてなることを特徴と
   する溶接後熱処理装置。
2. 【請求項２】多管式熱交換器の伝熱管と管板との溶接部
   に応力腐食割れ等が発生するのを防止すべく、前記溶接
   部の残留応力除去，軟化，金属組織改善等を目的とし
   て、上記溶接部に熱処理を施す溶接後熱処理装置におい
   て、 前記溶接部を、特定された加熱範囲、加熱温度、加熱時
   間等の条件の下で、誘導加熱により熱処理可能な如く設
   けられた高周波誘導加熱手段を備えてなることを特徴と
   する溶接後熱処理装置。
3. 【請求項３】高周波誘導加熱手段は、温度プログラムコ
   ントローラから出力されるプログラム制御信号に従って
   所定の加熱サイクルで誘導加熱コイルを加熱制御し、加
   熱温度を温度検出器で検出し、その検出信号を光フアイ
   バーを通して温度監視記録手段へ伝送すると共に前記プ
   ログラムコントローラへフィードバックするようにした
   加熱器制御部を含んでいることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の溶接後熱処理装置。
4. 【請求項４】高周波誘導加熱手段は、１０ＫHz以上の周
   波数で高周波誘導加熱することが可能な周波数制御手段
   を含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載
   の溶接後熱処理装置。
5. 【請求項５】高周波誘導加熱手段は、全体が渦巻き状を
   なし、かつ中心部位が軸方向に突出し、上記突出した部
   分が伝熱管の開口部内方へ挿入可能な如く、二段以上の
   段差を付けて巻き重ねられた円錐台形をなす誘導加熱コ
   イルを備えていることを特徴とする請求項２に記載の溶
   接後熱処理装置。
6. 【請求項６】管板の表面に取付け固定可能な構造を有す
   る支持アームを備えた保持装置と、この保持装置に基端
   部を固定され先端部に設けてある誘導加熱コイルが前記
   管板の表面から一定の距離を保った状態で、管板面と平
   行に移動可能な如く設けられた加熱器と、を備えたこと
   を特徴とする請求項２に記載の溶接後熱処理装置。
7. 【請求項７】誘導加熱コイルは、導電管部材の外周面
   に、絶縁性が高く熱伝導率の小さな絶縁材をコーテング
   したものであることを特徴とする請求項５に記載の溶接
   後熱処理装置。