JPS6143128B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、管の接続方法に係り、特に圧力管型
原子炉に用いられる圧力管の接続部に生じる残留
応力低減するに好適な管の接続方法に関する。

圧力管型原子炉に適用された従来の圧力管上・
下部ロールドジヨイント部の構造を第１図に示
す。

上・下部ロールドジヨイント部ＡおよびＢとも
各部品製品後、内側に挿入したローラ拡管装置に
より上部延長管５もしくは内リング３を拡管し、
圧力管１を下部延長管２および上部延長管５に接
続する。４は、外リングである。このような接合
により、ロールドジヨイント部として必要なシー
ル機能及び機械的強度を有していた。しかし、本
構造では、特に下部ロールドジヨイント部Ａは圧
力管１に生ずる残留応力が高く、圧力管に対する
健全性向上のために残留応力を低減する必要が生
じ、このために多大な時間を要する局部応力除去
焼鈍を実施しなければならなかつた。

本発明の目的は、管の接合部に生じる残留応力
を低減させることにある。

本発明は、第１の管と前記第１の管の端部に取
付けられるリングとの間に第２の管の端部を挿入
し、前記第２の管の内側に存在し、先端部にテー
パ加工処理を施した前記第１の管又は前記リング
を拡管することにより前記第１の管と前記第２の
管とを接合する管の接合方法において、前記第１
の管及び前記リングのうち外側に位置している一
方の部材を前記一方の部材の内径が前記前２の管
の外径よりも大きな径に成るように加熱し、前記
一方の部材が元の状態に冷却する以前に前記第１
の管と前記リングの間に前記第２の管の端部を挿
入し、次に前記一方の部材が冷却した後に、前記
拡管により前記第１の管と前記第２の管とを接合
することを特徴とする管の接続方法であつて、こ
の接続方法によれば前記テーパ加工処理部におい
ては剛性が他部よりも弱い傾向となるので拡管力
を受けた時に前記第２の管をそれよりも内側の部
材の端部で強く押し広げることを緩衝出来て第２
の管の前記テーパ部に対応する部位とそのテーパ
部の応力の低下と応力分布のなめらかさをもたら
すとともに、前記の加熱をしてから前記第２の管
を挿入するので第２の管の管径が極力大径のもの
を採用出来、この後の前記拡管時の拡管量が少な
くて済むことに成り拡管にともなう応力の増大も
少なく、総じて残留応力の少ない良好な管の接続
部が得られる。

本発明の実施例の概要は以下のとおりである。

ロールドジヨイント部圧力管に生じる残留応力
は、ロールドジヨイント時の圧力管の径方向変位
に関係し、特に下部ロールドジヨイント部におい
ては内リング先端部が圧力管テーパ部を押し広げ
たために比較的高くなつていた。

したがつて、下部ロールドジヨイント部におい
ては、内リング先端部を圧力管テーパ部から離し
て、テーパ部を押し広げない形状としかつ、内リ
ング先端部の肉厚の変化をゆるやかにすることに
より残留応力の分布をなめらかにしてピーク部を
なくし、さらにロールドジヨイント前の部品組立
において、下部延長管を加熱しその間に圧力管を
挿入させることにより、圧力管外面と下部延長管
内面の初期ギヤツプをマイナスもしくはゼロ近傍
にし、ロールドジヨイント時のローラ拡管による
圧力管の径方向の変位を小さくすることにより、
残留応力の低減を計る。

また、上部ロールドジヨイント部においては、
上部延長管先端部の肉厚変化をゆるやかにするこ
とにより残留応力の分布をなめらかにしてピーク
部をなくしかつ、外リングを加熱しその間に圧力
管を挿入させることにより、圧力管外面と外リン
グ内面との初期ギヤツプをマイナスもしくはゼロ
近傍にし、ロールドジヨイント時のローラ拡管に
よる圧力管の径方向変位を小さくして残留応力の
低減を計る。

以下、本発明の一実施例を第２図から第４図に
より具体的に説明する。

第２図はロールドジヨイント部の構造を示すも
ので、下部ロールドジヨイント部Ｂは、圧力管
１、下部延長管２及び内リング３より構成され、
内リング３の内側にローラ拡管装置（図示なし）
を挿入して、内側から拡管（以下ロールドジヨイ
ントと呼ぶ）することにより下部延長管２、圧力
管１及び内リング３を密着させて必要なシール機
能及び機械的強度を有する構造である。

また、上部ロールドジヨイント部Ａは、外リン
グ４、圧力管１及び上部延長管５より構成され、
上部延長管５の内側に下部ロールドジヨイント部
と同様にローラ拡管装置を挿入して、内側からロ
ールドジヨイントすることにより外リング４、圧
力管１及び上部延長管５を密着させ、必要なシー
ル機能及び機械的強度を有する構造となつてい
る。

ロールドジヨイント部の各部分は、機械的加工
等により製作するが、下部ロールドジヨイント部
Ｂの場合、構造的に圧力管１を素管（直管）から
フレアリングして広げる必要がある。このときの
フレア部８の外径寸法精度は、機械加工部品であ
る下部延長管２の内径寸法精度より大きい。部品
組立に必要なギヤツプも考慮すると、フレア部８
の外径と下部延長管２の内径とのギヤツプは、通
常の部品組立、その後のロールドジヨイント作業
という手順の時には片側で0.03〜0.8mmの程度の
範囲が必要である。同様に上部ロールドジヨイン
ト部Ａの場合には、0.01〜0.43mmのギヤツプが必
要である。

下部ロールドジヨイント部Ｂの内リング３の先
端部は、ロールドジヨイント時に圧力管１を内リ
ング３で押し広げたとき、圧力管１に生じる変形
をなめらかにすることにより、このときに生じる
残留応力の分布をなめらかにしてピーク部をなく
して、残留応力の低減を計るものである。

上部ロールドジヨイント部Ａも同様である。

第２図に示す構造でのロールドジヨイント部圧
力管１に生じる残留応力は、第１図に示す構造よ
り低減できるが、さらに低減させる方法として、
下部ロールドジヨイント部を例にとり第３図で説
明する。

圧力管１は従来同様のフレアリング加工を行な
い、下部延長管２のフレア部８とのコンタクト部
内径は、圧力管１の外径より小さく機械加工して
おく。内リング３は従来と同じ加工寸法とする。

部品組立時においては、まず下部延長管と内リ
ング３をネジ結合する。

この状態で下部延長管２を外側の加熱コイル６
で加熱する。この場合の加熱範囲は加熱部７（第
３図中の部）が適当と考えられる。

下部延長管２を加熱することにより、下部延長
管２は熱膨張し、その内径も大きくなる。したが
つて、下部延長管２の加熱部７が所定の温度にな
つたときに加熱を停止して、圧力管１を挿入す
る。

このとき、内リング３も下部延長管２と同様に
加熱されるとフレア部８の内径が内リング３の外
径部と接触してフレア部８が挿入不可となる可能
性もあるが、必要に応じて下部延長管２の加熱時
に下部延長管２と内リング３の間に断熱部材を入
れて昇温しにくいようにするか、又は内リング３
の内側を冷却器で冷却するような方法でその対策
を講ずるものとする。

圧力管１のフレア部８を下部延長管２内に挿入
し、下部延長管２が冷却した後、ロールドジヨイ
ントを行ない、必要なシール機能及び機械的強度
を有する構造体を完成させる。

上部ロールドジヨイント部Ａも同様の方法で実
施する。すなわち、外リング４を上部延長管５に
取付け、今度は外リング４を加熱する。外リング
４と上部延長管５との間に圧力管１を挿入し、外
リング４が冷却した後に、圧力管１と上部延長管
５とのロールドジヨイントを行なう。

下部延長管２（もしくは上部ロールドジヨイン
ト部の場合には外リング４）の加熱においては、
加熱後挿入する圧力管１の材質がジルコニオブ合
金であり、製造時の最終熱処理温度を考慮して約
400℃を目安とし、圧力管１の挿入後に圧力管１
が下部延長管２に接触して直ちに下部延長管２と
同温度になつても材質的に問題はないようにして
おく。

また、下部延長管２の加熱においては、下部延
長管２が均一に、かつ短時間で加熱できた方が、
内リング３の昇温も防げ、かつ圧力管１の挿入が
容易となり、加熱方法としては高周波加熱が適し
ていると考えられる。

第４図に下部ロールドジヨイント部を例にと
り、残留応力低減の効果を説明する。

第４図において、□印が第１図に示す構造での
圧力管１に生じた周方向残留応力の最大を示すも
のでロールドジヨイント前後の内リング３内径の
変化量δとの関係で示す。

○印は第２図に示す構造での圧力管１に生じた
周方向残留応力を、ロールドジヨイント前後の内
リング３内径の変化量δとの関係で示す。

□印及び○印を比較するとδが約0.7mmの場
合、約66Kgf/mm²（なお、本値は応力除去焼鈍前の
値であり、応力除去焼鈍後には約30Kgf/mm²程度ま
で低減していた。）の残留応力が最大で約35Kgf/
mm²となり、約27Kgf/mm低減できている。

上記のδ、すなわちロールドジヨイント前後の
内リング３の変位量は、ロールドジヨイント後で
ないと求まらない。したがつて、圧力管１に生じ
る残留応力は、ロールドジヨイント後でなければ
求まらない。

ロールドジヨイント前の部品組み合せにおい
て、圧力管１に生じる残留応力がどの程度になる
かを求められるようにしたのが△印であり、下部
延長管２の面と圧力管１外面との初期ギヤツプδ
_０と圧力管１に生じる周方向残留応力の関係を示
したものである。Ｃ部は、焼ばめを示している。

従来の方法で第２図に示すロールドジヨイント
部を製作した場合の残留応力の最低は、初期ギヤ
ツプδ_０が最小のときで、その値は約22Kgf/mm²で
あるが、本発明による方法によればこれがまた下
がり、先の加熱温度を400℃にした場合に第３図
に示すδ_０を0.2mm程度調整できることより約15
Kgf/mm²程度になる。

したがつて、圧力管ロールドジヨイント部にお
いて、下部の場合には内リング先端部の肉厚変化
をなめらかにし、かつ、ロールドジヨイント前の
部品組立時において、下部延長管を加熱して圧力
管を挿入する焼ばめ方式を採用して、その後ロー
ルドジヨイント加工をすることにより、ロールド
ジヨイント後の圧力管に生ずる残留応力を大巾に
低減でき、圧力管ロールドジヨイント部構造体の
健全性が非常に向上する。

なお、同様に上部ロールドジヨイント部におい
ても、上部延長管先端部の肉厚変化をなめらかに
し、かつ、外リングを加熱して圧力管を挿入する
焼ばめ方式を採用することにより、下部ロールド
ジヨイント部と同様に残留応力を低減でき上部ロ
ールドジヨイント部構造体としての健全性が非常
に向上する。

また、ロールドジヨイント前の部品組立時にお
いて、ロールドジヨイント後の圧力管に生じる残
留応力を推定でき、残留応力が高くなりそうな場
合には部品の組合せを変える等により残留応力の
高いロールドジヨイント部を製作することもな
い。

このような本実施例によれば、部品の組立時に
おいてロールドジヨイント後の管に生じる残留応
力がどの程度になるかが推定でき、残留応力の高
くなるような組合せの場合には、組合せを変えて
残留応力が高くならないようにでき、かつ、残留
応力としてはより低減できるロールドジヨイント
加工法であり、ロールドジヨイント部としての健
全性は大巾に向上する。

以上の如く、本発明による管の接続方法によれ
ば管やリングに施したテーパ加工処理部において
は剛性が他部よりも弱い傾向となるので拡管力を
受けた時に前記テーパ加工処理部の外周に存在す
る管を端部で強く押し広げることを緩衝出来て管
の前記テーパ部に対応する部位とそのテーパ部の
応力の低下と応力分布のなめらかさをもたらすと
ともに、最外周の管又はリングを加熱してからつ
なごうとする管を挿入するのでつなごうとする管
の管径が極力大径のものを採用出来、その後の拡
管時の拡管量（変位）が少なくても済むことに成
り拡管にともなう応力の増大も少なく、拡管によ
る管の接続を利用した場合であつても、総じて残
留応力の少ない良好な管の接続部が得られると云
う効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の圧力管ロールドジヨイント部の
断面図、第２図は本発明による圧力管ロールドジ
ヨイント部の断面図、第３図はロールドジヨイン
ト作業時における焼ばめ作業を示す圧力管下部ロ
ールドジヨイント部の断面図、第４図は下部ロー
ルドジヨイント部の内リング内径変化量もしくは
圧力管外面と下部延長管内面の初期ギヤツプと圧
力管に生じる周方向残留応力との関係を示す図で
ある。 １……圧力管、２……下部延長管、３……内リ
ング、４……外リング、５……上部延長管、６…
…加熱コイル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 第１の管と前記第１の管の端部に取付けられ
   るリングとの間に第２の管の端部を挿入し、前記
   第２の管の内側に存在し、先端部にテーパ加工処
   理を施した前記第１の管又は前記リングを拡管す
   ることにより前記第１の管と前記第２の管とを接
   合する管の接合方法において、前記第１の管及び
   前記リングのうち外側に位置している一方の部材
   を前記一方の部材の内径が前記前２の管の外径よ
   りも大きな径に成るよう加熱し、前記一方の部材
   が元の状態に冷却する以前に前記第１の管と前記
   リングの間に前記第２の管の端部を挿入し、次に
   前記一方の部材が冷却した後に、前記拡管により
   前記第１の管と前記第２の管とを接合することを
   特徴とする管の接続方法。