JPS6357130B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 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
応力を低減するに好適な管の接続方法に関する。

〔発明の背景〕

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

上部及び下部ロールドジヨイント部Ａ及びＢと
も、圧力管１以外の部品の機械加工及び圧力管１
の下部ロールドジヨイント部は、第２図に示すよ
うにポンチ６を挿入して、内径基準でフレア加工
を実施し、必要な表面仕上精度に仕上げた後に、
各部品を組立てて内側に挿入・設置したローラ拡
管装置により上部延長管５及び内リング３を拡管
し、圧力管１の両端の上部延長管５及び下部延長
管２と圧力管１を機械的に接続する構造である。
ここで、４は外リングで上部ロールドジヨイント
部において、圧力管１をはさみ込むための部品で
ある。

なお、圧力管１の上部ロールドジヨイント部側
は、必要な精度の表面仕上を実施するのみであ
る。

このような機械的な接合方法により、ロールド
ジヨイント部として要求されるシール機能（気密
性）並びに引張り、曲げ及び捩り等の機械的強度
を有している。

しかし、本構造では特に下部ロールドジヨイン
ト部Ｂの圧力管１に生じる残留応力が比較的高く
なる場合があり、圧力管１に対する健全性及び信
頼性向上をはかるためにはこの残留応力を低減し
た方が良いと考えられロールドジヨイント後に局
部応力除去焼鈍を実施して低減目標の残留応力ま
でさげる様な対策を実施する場合には、多くの作
業時間を必要とする。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、ロールドジヨイント後に局部
応力除去焼鈍を実施することなく、ロールドジヨ
イント部圧力管に生じる残留応力を低減させるこ
とにより、健全性及び信頼性の向上をはかること
である。

〔発明の概要〕

本発明は、以下の検討結果に基づいてなされた
ものである。

ロールドジヨイト部圧力管に生じる残留応力
は、ジヨイント後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のテーパ部に接触し、押
し広げていたために比較的高くなる場合が生じ得
る。この場合の対策として、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
パ部に接しないように圧力管のフレア部を長くし
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して、先
端部の剛性を小さくすることにより、圧力管に生
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、また、ポンチ拡管の如く内径基準で加工
した場合には、肉厚公差が±7.5％、すなわち、
肉厚の変化が最大で15％にも達し、加工後の外径
も同様に加工後肉厚の約15％の２倍で変化する。
この場合の外径変化は最大で約1.2mmとなるが外
径寸法基準で加工するゴム拡管法で拡管すること
により、圧力管のフレア部外径寸法を精度よく仕
上げ、ロールドジヨイント時の圧力管外面と下部
延長管内面の初期ギヤツプを０mm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
方向変位を小さくすることにより、圧力管に生じ
る残留応力の低減化がはかれる。

また、上部ロールドジヨイント部においても、
より信頼性及び健全性の向上のために、下部ロー
ルドジヨイント部同様に、上部延長管先端部の肉
厚の変化をゆるやかにして、先端部の剛性を小さ
くすることにより、圧力管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、また、圧
力管においては、外径基準で加工するゴム拡管法
で少量のフレア加工を施こし、外面を必要精度に
仕上げジヨイント時の圧力管外面と外リング内面
の初期ギヤツプを０mm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
小さくすることにより、圧力管に生じる残留応力
の低減化がはかれる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３図から第８図に
より説明する。

第３図は、本発明による上部及び下部ロールド
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の各部品より構成され、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、
内側からローラ拡管（又は、ロールドジヨイン
ト）することにより下部延長管２、圧力管１及び
内リング３を機械的な結合により密着させて、必
要なシール機能及び機械的強度を有する構造とな
つている。

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の各部品より構
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（図示なし）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
機械的な結合により密着させて、必要なシール機
能及び機械的強度を有する構造となつている。

ロールドジヨイント部の各部品の加工におい
て、下部ロールドジヨイント部Ｂの場合には、構
造的に圧力管１を素管（直管）からフレアリング
して所定量まで広げなければならない。

このフレアリング方法を第４図及び第５図に示
す。第４図は、圧力管１のフレアリング前、第５
図は、フレアリング後の状態を示す図である。

直管である圧力管１は、金型７の内側に挿入さ
れ、さらに圧力管１の内側にはリング状のゴム９
を付けた軸９が挿入されており、軸の先端部には
突部１１がある。

フレアリング作業は、中心部の軸８を油圧シリ
ンダ１０により矢印の方向に移動させ、突部１１
によりゴム９が軸接合に圧縮、体積一定であるこ
とより径方向に広がり、圧力管１に対する内圧と
して負荷され、金型７の内面に接触し変形が拘束
されるまで広がり、フレアリング作業が終了す
る。

ここで、圧力管のフレアにゴム拡管を適用する
場合には次の問題点がある。１つは、従来のゴム
拡管の場合、熱交換器の例に示されるように管板
にあけられた穴と小径配管（外径10〜40mm程度）
との接続等に用いられるのが大部分であり、この
ときの拡管量は外径の変化にして１％程度（従来
例の最大で２〜３％）が普通であるが、圧力管の
場合には約10％と非常に大きい。２つめは、圧力
管が高強度材であり、熱交換器等に用いられる配
管の２倍に近い引張り強さを持つことである。

すなわち、変形量が大きくかつ高いフレア圧力
を必要とし、さらにフレア後圧力管の外径寸法精
度の向上及び安定化をも図る必要がある。

第４図、第５図がこれらの問題を解決したゴム
拡管による圧力管フレアの一例を示したものであ
る。

具体的には、金型の形状を中央部が大径で両端
が小径のものとし、ゴム拡管のシール部がこの小
径部に位置する様にして、シール部が圧力管の変
形に応じて従来の如く広がらないようにしたもの
である。

すなわち、第４図に示す金型７の右側の小径部
が大径部と同じ場合が従来例と同様になるが、こ
の場合シール部のゴムの形状・寸法並びに硬さ等
を各種変化させたが、圧力管の変形量に追従でき
ず全くフレアできなかつた。

したがつて、金型７の右側に小径部を設けてシ
ール部が変形しないようにした。

また、このときのａ寸法が短かすぎるとシール
漏れが起り、ａ寸法としては20mm程度以上にする
と良好である。

この結果、シール部圧力の上昇が図られ、高強
度材である圧力管を所定形状までフレアでき、か
つ、ある圧力以上にすることにより圧力管外径寸
法の精度を向上でき、かつ安定化も図れる。

このようにして圧力管をフレアした後、未フレ
ア部を60mm程度切断する必要があるが、この切断
寸法は前記ａ寸法を最小の値にしたためであり、
圧力管を必要以上に長く購入する必要もなく、圧
力管材料の有効利用がはかられる。

なお、圧力管の全長は約５ｍであり、60mm程度
切断することにより、購入費用が高くなるもので
もなく、元々加工調整代として製品寸法より長め
のものを購入しており、この範囲内に充分はいる
切断代である。

圧力管１に対するフレア条件として、フレア圧
力は第８図に示すように約1100Kgｆ／cm²から1400
Kgｆ／cm²、圧力の上限に関して特に制限はない
が、安全性の面からはあまり、高くない方が良
い。また、圧力管肉厚のバラツキにより圧力が多
少変動する。したがつて、安全性及び余裕をみて
圧力の上限を約1400Kgｆ／cm²とする。保持時間は
10秒から30秒程度の範囲にすることにより、ま
た、圧力管１に対するフレア加工が外径基準であ
り、圧力管１の肉厚に左右されることがなくな
り、加工後のスプリングバツク量が加工後の外径
の変化となる。また、圧力が低い場合には外径の
変化量がポンチ拡管の場合と同様に約１mm程度で
あるが圧力を約1100Kgｆ／cm²以上にすることによ
り外径寸法を0.2mmから0.4mmのバラツキ範囲内に
することができ外径寸法精度が向上する。さら
に、未フレア部切断後仕上精度を出す必要がある
が寸法精度が良いために機械加工を行なうことが
でき、この加工により圧力管フレア部外径寸法を
機械加工の公差範囲内にコントロールすることが
できる。

なお、圧力管１以外の部品は一般的な機械加工
である。

上部ロールドジヨイント部Ａの場合には、下部
ロールドジヨイント部Ｂと同様に圧力管１を構造
的に素管からフレアリングする必要はないが、素
管のままでは外径寸法にバラツキがあるために、
下部の圧力管１フレアリングと同様にフレアリン
グして外径寸法精度を上げる。なお、フレアリン
グ量は、下部の約20mmに対し、上部は１mm程度で
良く、また、全ての圧力管１に対してフレアリン
グする必要はなく、外径寸法の小さいもののみ実
施する。

上部ロールドジヨイント部においても、下部ロ
ールドジヨイント部と同様に、圧力管１以外の他
の部品は一般的は機械加工である。

第６図は、下部ロールドジヨイント部Ｂのロー
ルドジヨイント前の各部品の組立状態を示す図で
あるが、下部延長管２の内面と圧力管１フレア部
外面とのギヤツプδ₀は、以上に述べた加工方法に
より0.2mm以下の範囲にすることができる。

ちなみに、第２図に示すポンチ６で圧力管１を
フレアリングした場合には、加工方法が内径基準
であるために、圧力管１の肉厚のバラツキがダイ
レクトに圧力管１のフレアリング部外径寸法に影
響し、このために先のギヤツプδ₀は、最大0.8mm
程度である。

上部ロールドジヨイント部Ａの場合のギヤツプ
δ₀は、外リング４内面と圧力管１外面とのギヤツ
プになるが、この場合においては0.2mm以下にす
ることができる。また、フレアリングしない場合
には、最大0.4mm程度の範囲である。

第７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。

破線が第１図に示す形状及び方法のロールドジ
ヨイント後の最大の周方向残留応力分布を示すも
のであり、内リング先端部が圧力管のテーパ部を
押し広げていたために高い値を示していた。

したがつて、局部応力除去焼鈍（SR）を行な
い一点鎖線に示す如く残留応力を低減させた。

実線は、本発明による形状及び方法による残留
応力測定結果を示すものであり、かなりの残留応
力を低減することができていることが判る。

なお、上部ロールドジヨイント部も同様であ
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
部品加工において、圧力管をゴム拡管でフレアし
未フレア部を切断する必要があるが機械加工で外
表面を仕上げることにより、ギヤツプδ₀を小さく
できロールドジヨイント後の圧力管に生じる残留
応力を大巾に低減でき、下部ロールドジヨイント
部構造体としての健全性並びに信頼性が非常に向
上する。

また、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、圧力管を必要によりごく少量ゴム拡管でフレ
アすることにより、ギヤツプδ₀を小さくできロー
ルドジヨイント後の圧力管に生じる残留応力を大
巾に低減でき、下部ロールドジヨイント部同様
に、上部ロールドジヨイント部構造体としての健
全性並びに信頼性が非常に向上する。

〔発明の効果〕

以上の如く、本発明によれば、残留応力が比較
的高くなる下部ロールドジヨイント部の残留応力
を焼鈍することなく低減させることにより、多く
の作業時間を必要とすることなく健全性及び信頼
性の向上をはかることができる。

【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図は従来の圧力管フレア加工方法を
示す図、第３図は本発明による圧力管ロールドジ
ヨイント部断面図、第４図は本発明による圧力管
フレアのゴム拡管によるフレア前の状態を示す
図、第５図は本発明による圧力管フレアのゴム拡
管によるフレア後の状態を示す図、第６図は本発
明のギヤツプ位置を示す図、第７図は本発明によ
る効果を示す図、第８図はフレア圧力と外径寸法
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、７…
…金型、９……ゴム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧力管の一端を外側の下部延長管と内側の内
   リングとの間に配置し、前記圧力管の他端を外側
   の外リングと内側の上部延長管との間に配置し、
   前記内リング内から外側へ押圧力を加え、前記上
   部延長管内から外側へ押圧力を加え、もつて前記
   圧力管を上下両延長管と前記内外両リングで圧接
   接合して成るロールドジヨイント法において、接
   合前の圧力管の前記一端側の接合部を金型内にセ
   ツトし、内側より粘性体を用いて拡管した後、前
   記圧力管の不要部を切断し拡管部の外径を機械加
   工により精度出し加工を成し、次に前記圧力管の
   一端側を前記圧力管のテーパ部が先端部の肉厚変
   化がなめらかな内リングとラツプしないように前
   記内リングと前記下部延長管との間に配置し、前
   記先端部の肉厚変化がなめらかな内リングに内側
   から外側へ押圧力を加えて圧接接合したことを特
   徴としたロールドジヨイント法。