JPS6235458B2 - - Google Patents
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- JPS6235458B2 JPS6235458B2 JP6338381A JP6338381A JPS6235458B2 JP S6235458 B2 JPS6235458 B2 JP S6235458B2 JP 6338381 A JP6338381 A JP 6338381A JP 6338381 A JP6338381 A JP 6338381A JP S6235458 B2 JPS6235458 B2 JP S6235458B2
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- JP
- Japan
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- internal pressure
- ice
- residual stress
- cooling
- pipe
- Prior art date
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- Expired
Links
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- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 19
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/08—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for tubular bodies or pipes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、管状物の内面残留応力の改善法に関
し、特に凍結工法による内面残留応力除去方法の
改良に関する。
し、特に凍結工法による内面残留応力除去方法の
改良に関する。
プラント配管や管状容器の溶接継手の溶接線近
傍内面では、軸方向、周方向とも、残留応力は通
常引張状態となつている。このためSCC（応力
腐食割れ）が生ずるなどの不都合があつた。これ
を改善して管内面の引張残留応力を軽減さらには
圧縮状態とするために、これまでいくつかの方法
が提案されている。
傍内面では、軸方向、周方向とも、残留応力は通
常引張状態となつている。このためSCC（応力
腐食割れ）が生ずるなどの不都合があつた。これ
を改善して管内面の引張残留応力を軽減さらには
圧縮状態とするために、これまでいくつかの方法
が提案されている。
これらの方法のうち本発明は、凍結工法例え
ば、先に提案した特願昭55〜150821号、の改良に
関するものである。この先に提案した凍結工法に
よる内面残留応力改善法は、第１図に示すように
管Ｔ内の２個の氷栓I1，I2にかこまれた閉区間Ｗ
の内圧を氷の成長によつて上昇させ、管Ｔに塑性
変形を生じさせた後、冷却を中止して内圧を下げ
て除荷する事により残留応力状態を改善しようと
するものであつた。
ば、先に提案した特願昭55〜150821号、の改良に
関するものである。この先に提案した凍結工法に
よる内面残留応力改善法は、第１図に示すように
管Ｔ内の２個の氷栓I1，I2にかこまれた閉区間Ｗ
の内圧を氷の成長によつて上昇させ、管Ｔに塑性
変形を生じさせた後、冷却を中止して内圧を下げ
て除荷する事により残留応力状態を改善しようと
するものであつた。
実際にこの方法を施工する場合には、冷却に液
体チツソやドライアイスを使用する事が多く、こ
のため冷却中（氷栓生成中）には管壁温度や氷の
温度は水の凝固温度より、はるかに低い値となつ
ている。このため、第１図の閉区間Ｗが予定の内
圧に達した時に冷却を中止しても氷はさらに成長
を続け、それによりＷの内圧は上昇し続け、予定
の内圧を超え、管壁に予定以上の塑性変形を与え
てしまつたり、最悪の場合には管の破壊を招いて
しまう。このような事態を防ぎ、予定の内圧にま
で昇圧したのち、除荷するために、従来は事前に
冷却停止後の氷栓の成長状況と内圧の上昇量など
のデータを採取しておき、冷却停止後の内圧変化
を推測し、予定の圧力に達する前に冷却を中止
し、その後の氷の成長によつて予定の内圧に達す
るようにしていた。しかし、このような方法で
は、管内流の微妙なちがいや、冷媒流量の微少な
差によつて、同じ時点で冷却を停止しても到達内
圧にかなりの差が生じてしまうのが現状であつ
た。このため施工後の効果にバラツキが生じてい
た。
体チツソやドライアイスを使用する事が多く、こ
のため冷却中（氷栓生成中）には管壁温度や氷の
温度は水の凝固温度より、はるかに低い値となつ
ている。このため、第１図の閉区間Ｗが予定の内
圧に達した時に冷却を中止しても氷はさらに成長
を続け、それによりＷの内圧は上昇し続け、予定
の内圧を超え、管壁に予定以上の塑性変形を与え
てしまつたり、最悪の場合には管の破壊を招いて
しまう。このような事態を防ぎ、予定の内圧にま
で昇圧したのち、除荷するために、従来は事前に
冷却停止後の氷栓の成長状況と内圧の上昇量など
のデータを採取しておき、冷却停止後の内圧変化
を推測し、予定の圧力に達する前に冷却を中止
し、その後の氷の成長によつて予定の内圧に達す
るようにしていた。しかし、このような方法で
は、管内流の微妙なちがいや、冷媒流量の微少な
差によつて、同じ時点で冷却を停止しても到達内
圧にかなりの差が生じてしまうのが現状であつ
た。このため施工後の効果にバラツキが生じてい
た。
そこで本発明者は、残留応力改善のための前記
凍結工法（すなわち満水管内の２個所において氷
栓を形成し、その成長によつてその２つの氷栓に
て区切られた閉区間の内圧を上昇させて残留応力
を改善する方法―以下、凍結工法と略す―）にお
いて、上記欠点を除くために、氷栓が成長し所定
内圧に達した時点で、冷却を停止すると同時に内
圧を下げ除荷する事を可能とし、安定した確実な
残留応力除去効果を得る方法を開発すべく鋭意研
究の結果、本発明を完成するに至つた。
凍結工法（すなわち満水管内の２個所において氷
栓を形成し、その成長によつてその２つの氷栓に
て区切られた閉区間の内圧を上昇させて残留応力
を改善する方法―以下、凍結工法と略す―）にお
いて、上記欠点を除くために、氷栓が成長し所定
内圧に達した時点で、冷却を停止すると同時に内
圧を下げ除荷する事を可能とし、安定した確実な
残留応力除去効果を得る方法を開発すべく鋭意研
究の結果、本発明を完成するに至つた。
すなわち、本発明は、プラント配管や管状容器
の内面残留応力改善法の一つである凍結工法にお
いて、氷栓が生成し、内圧が上昇し、予定の内圧
に達した時点で、冷却を停止すると同時に、管に
直接通電又は外面からの急速加熱により、管径を
熱膨脹によつて拡大し、かつ、管壁の温度上昇に
よつて氷栓の管壁への固着力を下げ、管内圧を急
速に低下させる方法である。
の内面残留応力改善法の一つである凍結工法にお
いて、氷栓が生成し、内圧が上昇し、予定の内圧
に達した時点で、冷却を停止すると同時に、管に
直接通電又は外面からの急速加熱により、管径を
熱膨脹によつて拡大し、かつ、管壁の温度上昇に
よつて氷栓の管壁への固着力を下げ、管内圧を急
速に低下させる方法である。
本発明は、プラント配管や管状容器内部に水な
どの、冷却により固体となつて膨脹する物質が存
在又は存在させる事のできる部分を持つすべての
製品の内面残留応力を改善する際に有利に適用す
ることができる。
どの、冷却により固体となつて膨脹する物質が存
在又は存在させる事のできる部分を持つすべての
製品の内面残留応力を改善する際に有利に適用す
ることができる。
本発明は、管の加熱手段によつて二つのタイプ
にわけることができる。その一つのタイプ１は第
２図に示すように、冷却区Ｊ―Ｊ間の外側にリン
グ状の電極Ｅをとりつける。アイスプラグが成長
し所定内圧に達した時点で冷却を停止すると同時
に、２つの電極間に、即ち、管に通電し、ジユー
ル発熱をさせるものである。（流す電流は交流で
も直流でもよい。） タイプ２は第３図に示すようなもので、２つの
冷却ジヤケツトＪ，Ｊの間の区間に加熱装置Ｈを
とりつける。この加熱装置Ｈは高周波誘導加熱装
置でも、ガス炎による加熱装置でもよい。これも
アイスプラグが成長し、所定内圧に達した時点で
冷却を停止すると同時に２つのジヤケツト間の外
面を急速に加熱するものである。
にわけることができる。その一つのタイプ１は第
２図に示すように、冷却区Ｊ―Ｊ間の外側にリン
グ状の電極Ｅをとりつける。アイスプラグが成長
し所定内圧に達した時点で冷却を停止すると同時
に、２つの電極間に、即ち、管に通電し、ジユー
ル発熱をさせるものである。（流す電流は交流で
も直流でもよい。） タイプ２は第３図に示すようなもので、２つの
冷却ジヤケツトＪ，Ｊの間の区間に加熱装置Ｈを
とりつける。この加熱装置Ｈは高周波誘導加熱装
置でも、ガス炎による加熱装置でもよい。これも
アイスプラグが成長し、所定内圧に達した時点で
冷却を停止すると同時に２つのジヤケツト間の外
面を急速に加熱するものである。
但し、この２つの方法は相対立するものではな
くて、同時に実施併用すれば、効果は相乗して望
ましい結果が得られる。
くて、同時に実施併用すれば、効果は相乗して望
ましい結果が得られる。
このような、配管への通電あるいは、外面から
の加熱によつて管の温度が上昇すると、第４図に
模式的に示したように、次のような効果が得られ
る。即ち、第１に管の熱膨脹（矢印Ｅで示す）に
よつて冷却区間の管径が増大し、氷栓によつて生
じている閉区間Ｗの内容積が増大し、内圧は降下
する。さらに管径の増大によつて氷柱部では、氷
栓と管径を引き離そうとする力（矢印Ｆで示す）
が生ずる。また同時に管壁の温度上昇自体によつ
て、管壁と氷栓との固着力が低下し、先の引き離
そうとする力と相乗して、氷栓のすべりを生ず
る。これによつて内圧が低下する。このように閉
区間内の内容積増加と、氷栓のすべりという２つ
の作用が生じて閉区間Ｗの内圧が急速に低下す
る。
の加熱によつて管の温度が上昇すると、第４図に
模式的に示したように、次のような効果が得られ
る。即ち、第１に管の熱膨脹（矢印Ｅで示す）に
よつて冷却区間の管径が増大し、氷栓によつて生
じている閉区間Ｗの内容積が増大し、内圧は降下
する。さらに管径の増大によつて氷柱部では、氷
栓と管径を引き離そうとする力（矢印Ｆで示す）
が生ずる。また同時に管壁の温度上昇自体によつ
て、管壁と氷栓との固着力が低下し、先の引き離
そうとする力と相乗して、氷栓のすべりを生ず
る。これによつて内圧が低下する。このように閉
区間内の内容積増加と、氷栓のすべりという２つ
の作用が生じて閉区間Ｗの内圧が急速に低下す
る。
氷栓によつて生成された閉区間の内径がＤ
（cm）長さｌ（cm）であり内圧がＰ（Kgｆ／cm2）
であるとする。この時、この方法によつて管の温
度上昇ΔＴ（deg）を生じさせた時の圧力降下Δ
Ｐを計算する。
（cm）長さｌ（cm）であり内圧がＰ（Kgｆ／cm2）
であるとする。この時、この方法によつて管の温
度上昇ΔＴ（deg）を生じさせた時の圧力降下Δ
Ｐを計算する。
次に示す(1)式は初期の内圧状態を示し、(2)式は
温度上昇後の内圧状態を示す。
温度上昇後の内圧状態を示す。
Ｐ＝Ｖ＋ΔＶ−Ｖ／Ｖ・１／β (1)
Ｐ−ΔＰ＝Ｖ＋ΔＶ−Ｖ′／Ｖ′・１／β (2)
Ｖ＝πｌ（Ｄ／２）２
V′＝πｌ（Ｄ／２）２・（１＋αΔＴ）３
β：内容液体の圧縮率（Kgｆ／cm2）-1
α：管の熱膨脹率（deg）-1
ΔＶ：圧縮量（cm3）
(1)(2)式を整理すると
ΔＰ＝Ｐ＋１／β（１−１＋Ｐβ／（１＋αΔＴ）３
となる。
となる。
ここでSUSの熱膨脹率 α≒17.3×10-6（℃
-1） 水の圧縮率 β≒0.05×10-3（Kgｆ／cm2）-1 を採用して計算すると第５図のようになる。
-1） 水の圧縮率 β≒0.05×10-3（Kgｆ／cm2）-1 を採用して計算すると第５図のようになる。
第５図は縦軸に内圧を横軸に温度上昇量とり、
初期内圧がそれぞれ700、500、300Kgｆ／cm2であ
るときに、管壁の温度上昇によつて生ずる内圧の
変化を示したものである。このように初期内圧が
いくらであつても管壁の温度が100℃上昇すれば
内圧は約100Kgｆ／cm2低下し、本方法が有効であ
る事がわかる。
初期内圧がそれぞれ700、500、300Kgｆ／cm2であ
るときに、管壁の温度上昇によつて生ずる内圧の
変化を示したものである。このように初期内圧が
いくらであつても管壁の温度が100℃上昇すれば
内圧は約100Kgｆ／cm2低下し、本方法が有効であ
る事がわかる。
実施例
4B Ｓ ch4Dの試験体（溶接止端部５〜10mmの
内面残留応力が軸方向で＋38Kg／mm2、周方向で＋
32Kg／mm2のもの）につき、第３図に示す態様で本
発明方法を実施した。
内面残留応力が軸方向で＋38Kg／mm2、周方向で＋
32Kg／mm2のもの）につき、第３図に示す態様で本
発明方法を実施した。
なお、第３図中、閉区間Ｗは溶接線が中央にな
るようにし、かつ該区間Ｗの長さは330mmとし
た。また、冷却ジヤケツトＪの長さは3D（すな
わち試験体の内径Ｄの３倍）とし、加熱装置Ｈと
して2KWのヒータを２個使用した。
るようにし、かつ該区間Ｗの長さは330mmとし
た。また、冷却ジヤケツトＪの長さは3D（すな
わち試験体の内径Ｄの３倍）とし、加熱装置Ｈと
して2KWのヒータを２個使用した。
試験体に20℃の水を満水し、冷却ジヤケツトＪ
に液体チツソを0.7Kg／minで供給し、閉区間Ｗ
の内圧が300Kgｆ／cm2になつた時点で液体チツソ
の供給を停止し、ヒータＨで急速加熱した。
に液体チツソを0.7Kg／minで供給し、閉区間Ｗ
の内圧が300Kgｆ／cm2になつた時点で液体チツソ
の供給を停止し、ヒータＨで急速加熱した。
このときの閉区間Ｗの内圧変化を第６図に示
す。
す。
また、この試験により上記試験体の内面残留応
力は、溶接止端部５〜10mmで軸方向が−16Kg／mm2
に、周方向が−12Kg／mm2に改善された。
力は、溶接止端部５〜10mmで軸方向が−16Kg／mm2
に、周方向が−12Kg／mm2に改善された。
第１図は従来の凍結工法による内面残留応力除
去法を説明するための図、第２図、第３図は本発
明の実施例を説明するための図、第４図は本発明
の原理を模式的に示す説明図、第５図は本発明の
加熱の効果を立証するためのグラフ、第６図は本
発明の実施例で得られた結果を示すグラフであ
る。
去法を説明するための図、第２図、第３図は本発
明の実施例を説明するための図、第４図は本発明
の原理を模式的に示す説明図、第５図は本発明の
加熱の効果を立証するためのグラフ、第６図は本
発明の実施例で得られた結果を示すグラフであ
る。
Claims (1)
- １ 満水管内の２個所において氷栓を形成し、そ
の成長によつてその２つの氷栓にて区切られた閉
区間の内圧を上昇させて内面残留応力を改善する
方法において、管内に氷栓が生成し内圧が上昇し
て予定の内圧に達した時点で、冷却を停止すると
同時に管を急速加熱することを特徴とする管状物
の内面残留応力改善法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6338381A JPS57177924A (en) | 1981-04-28 | 1981-04-28 | Improving method for residual stress on both surfaces |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6338381A JPS57177924A (en) | 1981-04-28 | 1981-04-28 | Improving method for residual stress on both surfaces |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57177924A JPS57177924A (en) | 1982-11-01 |
| JPS6235458B2 true JPS6235458B2 (ja) | 1987-08-01 |
Family
ID=13227714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6338381A Granted JPS57177924A (en) | 1981-04-28 | 1981-04-28 | Improving method for residual stress on both surfaces |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57177924A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT380417B (de) * | 1984-03-14 | 1986-05-26 | Voest Alpine Ag | Verfahren zur festigkeitssteigerung von einwandigen rohrfoermigen bauteilen, sowie vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens |
| JP4759302B2 (ja) * | 2004-04-06 | 2011-08-31 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 熱処理方法及びその装置 |
| JP4448791B2 (ja) | 2005-05-31 | 2010-04-14 | 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 | 配管の残留応力改善方法及びその装置 |
-
1981
- 1981-04-28 JP JP6338381A patent/JPS57177924A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57177924A (en) | 1982-11-01 |
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