JPS597554B2 - 重複管溶接継手部処理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は油送管等に供する複重管が単位管相互を接合
した溶接継手部に於て応力腐蝕割れを生じない様に予め
内方管に圧縮残留応力を形成させる技術に属する。

而して、開示発明はオーステナイト系ステンレス鋼管を
内管に炭素鋼管を外管等にて積層重合した複重管相互を
両者の端部突合部にて溶接々合した該溶接継手部にその
溶接に伴つて形成されている残留応力、就中、内管の引
張残留応力を流体輸送中の応力腐蝕割れが生じ無い様に
処理する方法に関するものであり、特に、該溶接後、溶
接継手部に対して管内部より内圧を印加して弾性限界を
越して塑性変形を付与した後設定応力印加後縮管し、素
材管の降伏応力の差により引張残留応力の形成されてい
た内管には応力腐蝕割れの生ずる限界引張応力が生じな
い圧縮応力を形成させる様にした複重管の溶接継手部処
理方法に係るものである。

周知の如く、各種プラント配管、油送管、油井管等に於
ては輸送流体が、塩化物、硫化物、酸、アルカリ等の腐
蝕性含有物を有する腐蝕性の場合が多く、又、輸送プロ
セス中の圧損に対処するため昇圧々送される場合が多い
。

従つて、上記輸送配管に於ては耐蝕性、耐圧性等を考慮
して、例えば、内管を耐蝕性の強いオーステナイト系ス
テンレス鋼管にし、該内管に重合した耐圧性の強い炭素
鋼管を外管とした所謂ステンレスクラッド鋼管の二重管
が採用され、物理性、機械性を向上させる様にされてい
る。

ところで、上記オーステナイト系ステンレス鋼と炭素鋼
とは前記の如く、結果的な輸送管としての好特性は有し
ているものゝ、熱膨張係数の差を有している物理性のた
め、クラッドプロセスの高温熱間圧延時からクラッド鋼
板が冷却常温時に至るまでの混度差に基づく極めて大き
な引張残留応力が形生される。

ところで、輸送管が現実に置かれる苛酷な使用状態、即
ち、腐蝕性流体輸送に於ては所謂応力腐蝕割れの問題が
生ずる。

即ち、理論、実験等によればＳＵＳ３１６で引張残留応
力が１０ｋｇ／罵ｉ を越すと沸騰塩化マグネシウム中
での応力腐蝕割れは急激に生ずることが判つている。

特に、該引張残留応力が降伏応力に近似する場合程シビ
ア一であることも判つて訃り、実状長距離輸送管等に於
てはＳＵＳ３ｌ６で１５ｋｇ／ｍ１？程度の引張応力が
作用し上記１０ｋｇ／７１ｔ１ｔ２の限界引張応力を越
えるため応力腐蝕割れが早期に現出されることになる。

これに対処するに出願人の先願である特願昭５４−４９
６５４号（昭和５４年４月２４日付出願）の発明に於て
はステンレス内張管の二重管に於て内方より所定に拡管
して内外管の降伏応力の差を用いて塑性変形後縮管し、
外管に引張残留応力を内管に圧縮残留応力を付与し、応
力腐蝕割れの限界引張応力を越える引張応力が生じない
様にして二重管及び該二重管を基礎とする複重管の実用
可能性を開発した。

ところで、実使用に供される二重管等の複重管の配管は
上記の様に応力腐蝕割れに対処して製作される管体が工
場、搬送等の制約から所定長さのユニツト管体であるこ
とにより、現実には１対、少くとも後続管体を接続延長
することが必要であり、一般には突合せ溶接手段を介し
て接続延長させている。

さりながら、第１図に示す様にオーステナイト系ステン
レス鋼管１を内管とし炭素鋼管２を外とした２重管３，
３を溶接した継手部４に於ては溶接時の高温状態から常
温状態に冷却されるまでには上記継手部４を中心に軸方
向対称に外管２及び内管１には該継手部を最高値に長さ
方向に漸減する様に圧縮残留応力σＰ，引張残留応力σ
，が残留形成分布されている。

而して、該内管の引張残留応力は降伏応力に近似する程
大きいものであることも判つている。

又、前記の如く、油送管等に於ては輸送中の圧損をカバ
ーするため高圧輸送を行うためＳＵＳ３ｌ６では１５ｋ
９／Ｍｍ２程度Ｏ引張応力が作用しその点からも簡単に
応力腐蝕割れの限界引張応力の１０ｋ９／罵１を越えて
しまう。従つて、管体一般部が応力腐蝕割れ対処がなさ
れている場合であつても継手部４を中心とする部分に応
力腐蝕割れが生じ易い引張残留応力が形成されていると
該継手部４から割れが早期に発生する欠点がある。

これに対処するに前記先願の拡管法を溶接後の全長に亘
つて行うことは装置的に困難であり、又、部分的に急冷
することも考えられるが、同じく装置的に難しいのと材
質悪化の不利点がある。

この発明の目的は上記二重管等の複重管の一般部の応力
腐蝕割れ対処可能な対処管の溶接継手部に発生する稼動
中の応力腐蝕割れの問題点に鑑み、応力腐蝕割れ対処を
なした複重管相互を突合せ溶接々合した後、管端開口部
より拡管装置を挿入して溶接継手部にセツトし該継手部
を拡管し弾性限界を越えて塑性変形し該定径方向歪の後
縮管する様にし降伏応力の差を用いて前記引張応力が残
留していた内管に最終的に限界応力腐蝕割れ引張応力よ
り低い稼動引張応力しか作用しない様に圧縮残留応力を
形成させ、又、外側層管には引張残留応力を形成させる
様にして管全長に亘つて応力腐蝕割れが生じない様にし
、管の輸送能力を維持し得る様にした優れた複重管溶接
継手部処理方法を提供せんとするものである。次に上記
目的Ｖｃ溢うこの発明の実施例を第２図以下の図面に従
つて説明すれば以下の通りである。

向、第１図と同一態様部分については同一符号を用いて
説明するものとする。第２図に複重管、実施態様として
二重管の内管内に所定拡管装置を挿入し、溶接継手部に
セツトし拡管していくと拡管応力σに対して径方向に歪
が増加し、その歪量ξは外管に於て降伏応力が小である
ため０Ｂ曲線と緩やかで、これに対し内管は０Ａ曲線と
降伏応力の小に比例して急カーブを画く。

而して、弾性限界を越えて塑性変形させ、実験及び理論
に基づく歪設定値ξ．に達したところで拡管応力印加を
停止して縮管プロセスに移行させる。

そこで、両管は応力、歪量を減少していき、最終的に設
定歪量、即ち、内管に対して前記設定圧縮残留応力一σ
１−１０ｋ９／Ｍ７ｆ７−が形成される様な歪量ξ。

を、そして外管には対応する引張残留応力＋ξ８が形成
される様にする。この様にして降伏応力の差を利用して
溶接時の内管の引張残留応力を除去するばかりでなく、
稼動に先立つて圧縮残留応力を付与して訃くことが出来
る。

而して、該予付与圧縮残留応力、例えば、上記一１０ｋ
９／Ｍｌ２は予めξ．を決めることによつて得られるし
、所定に選定可能である。

かくして、得られた二重管はその一般部は勿論のこと、
溶接継手部も予め、例えば、−１０ｋ９／Ｍｉの圧縮残
留応力を形成されているため油送管態様等に於て、例え
ば、１５ｋ９／Ｍｌ２の引張応力が印加される様に昇圧
輸送されても差引５ｋｇ／７７！ｉの引張応力しか内管
には作用せず、前記応力腐蝕．割れの限界引張応力の１
０ｋ９／Ｍｉには達さないため応力腐蝕割れが全長に亘
つて発生することがない。

実施態様としては液圧拡管、機械拡管等の手段が適宜採
用可能であるが、第３図に示す実施例は液圧拡管の態様
であり、オーステナイト系ステンレス鋼管を内管１とし
炭素鋼管を外管２とした所定形成のユニツト長クラツド
鋼管二重管３を所定個数連結するに相互に突合せ溶接を
継手部４に行う。

周、各二重管３の応力腐蝕割れ対処はなされている。而
して、該溶接々合した二重管３，３については一方の、
即ち、管長の短い方の開口部５より内管１より設定径だ
け僅少の断面Ｕ字型のセツトリング６を挿入して溶接継
手部４ＶＣ適宜セツトする。

そして、該セツトリング６の内腔７に予め装着した硬質
のリング状ゴムチユーブ８はその内部が該セツトリング
６を貫通して耐圧ホース９を介して図示しない油圧シリ
ンダに接続され、セツト後該油圧シリンダを作動させて
油圧を該ゴムチユープ８ｆ１Ｃ作用させ直接内管１の継
手部４に拡管応力を印加させ、該内管１と外管２に拡管
作用を与ぼす。この様にして該継手部４が拡管されてい
くと内外管１，２は降伏点の相違により前記第２図の応
力歪曲線を画いて弾性限界を越えて塑性変形を起こし、
歪ゲージ１０により両者の歪量は経時的に測定される。

而して、前記の如く、予め設定された歪量ξ．に達する
と圧油送給を停止し両管１，２を縮管させる。

そして、該縮管プロセスに於て前記の様に該設定歪量ξ
．の選定付与により最終的に内管１に設定圧縮残留応力
ξ。

が、又、外管２に引張残留応力ξ３が形成されること＼
なる。又、第４図に示す実施例は継手部４に対する機械
的拡管手段セツトに基づく態様であり、油圧シリンダ１
１に対してトング１２を介して周設された分割リング１
３は縮少状態にて端部５より継手部４に挿入セツトされ
、図示しない油圧ポンプより耐圧ホース９を介して圧油
を送給させて該油圧シリンダを作動させトング１２を縮
少させて分割リング１３をして均等に継手部４を内方か
ら拡管し、その弾性限界を越えての塑性変形及び設定歪
量ξ．に於ける拡管停止、縮管等の操作は上記実施例と
変らず、又、内管に応力腐蝕割れを起こさせない圧縮残
留応力を形成させるのも同様である。

向、この発明の実施例は上記態様に限られるものでない
ことは勿論であり、二重管に限らず、三重管も可能であ
り、拡管手段も種々採用可能である。上記の様にこの発
明によれば、複数積層管が各各降伏点の異なるものから
重合され、設定ユニツト長の管が溶接継手を介して接合
延長されている場合、管内部より該溶接継手部に対して
拡管応力を印加し、弾性限界を越えて塑性変形させ、設
計応力腐蝕割れ限界引張力以下の稼動引張力が内管に作
用する様に該内管に圧縮残留応力が形成される様に拡管
歪を与えて拡管を停止し、降伏応力の差に基づいて内管
と外管を縮管して上記圧縮残留応力を該内管に形成する
様にしたことにより、上記の如く複重管が油送管等に供
されて稼動された場合、圧送圧を印加されて稼動引張応
力が作用しても常に応力腐蝕割れの限界引張応力以下に
引張力を抑制々御することが出来、該溶接継手部に応力
腐蝕割れが生ずる訃それが無い優れた効果がある。

特に、ユニツト複重管が応力腐蝕割れ処理がなされてい
る場合、全長に亘つて応力腐蝕割れが生じない効果があ
る。

而して、ステンレスクラツド鋼材による複重管、就中、
オーステナイト系ステンレスクラツド鋼材による複重管
の場合、製鋼プロセスで不可避的に形成される潜在引張
残留応力をも除去し、天燃ガス、石油等塩化物、硫化物
、酸、アルカリ等の腐蝕性含有物を有する流体輸送に於
ても応力腐蝕割れが生ぜず、ステンレスクラツド鋼管の
本来的良好特性である耐蝕性、好溶接性、良加工性のメ
リツトを生かせる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は二重管の突合せ溶接継手部の残留応力分布説明
図、第２図以下はこの発明の実施例の説明図であり、第
２図は圧縮残留応力形成歪応力関係説明図、第３，４図
は拡管手法の概略説明図である。 １ ・・・・・・内管、２・・・・・・外管、３・・・
・・・複重管、４・・・・・・継手部、一σＡ ・・・
・・・圧縮残留応力。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 降伏点の異なる複数の管を積層して成る複重管相互
   をその端部にて接合している溶接継手部の溶接残留応力
   を処理する方法において、上記複重管相互を溶接した継
   手部に対し内圧を印加して局部的に拡管し、弾性限界を
   越えて拡管させたる後、該複重管相互の降伏応力の差に
   基づいて溶接引張残留応力を有していた内管溶接継手部
   に圧縮残留応力を生ぜしめる様にしたことを特徴とする
   複重管溶接手部処理方法。