JPS6364263B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管修理方法に関し、特にろう付によつ
て管内にスリーブを取付ける方法に関するもので
ある。

伝熱管型熱交換器に於ては、第１の流体が伝熱
管を流れ、第２の流体が伝熱管を囲んでいて２つ
の流体間に熱交換が起こるようにしてある。時々
伝熱管に欠陥が生じて漏れが起こつたり起こりそ
うになる。このような場合には伝熱管に止栓をし
てその伝熱管に流体が流れぬようにして漏れが生
じぬようにする必要がある。

原子力発電所に於ては、伝熱管型熱交換器は普
通蒸気発生器と呼ばれている。原子炉用蒸気発生
器の伝熱管に漏水が生じ、伝熱管内の冷却材が外
側の冷却材と混つた場合、重大な問題が生ずる。
この場合には熱交換器の効率が低下するだけでな
く放射能汚染の問題も生ずる。原子炉用蒸気発生
器の伝熱管に流れる流体は普通放射性であるの
で、漏れて周囲の流体と混らぬようにするのが重
要である。このような伝熱管周囲の流体の汚染を
防ぐために漏れが生じたとき伝熱管に止栓をする
のである。

熱交換管を修理する数種の方法があるが、その
多くのものは管に近づくのが容易でない熱交換管
の修理には使用できない。例えば、原子炉蒸気発
生器に於ては、欠陥のある熱交換管に物理的に接
近できないことおよび熱交換管の周囲環境が放射
性であることのため、他の熱交換器には無い特殊
な問題がある。このため、原子炉蒸気発生器の熱
交換管を修理する特別な方法が開発されている。
このような方法は一般に、欠陥のある管の内径よ
りも僅かに小さな外径の金属スリーブを欠陥のあ
る管内に挿入してその管の欠陥部分を覆うように
管に固着するものである。この修理方法は一般に
「スリーピング」と呼ばれている。スリーピング
即ちスリーブ取付方法は、これまでスリーブと管
との間にろう付、アーク溶接、爆発溶接等の結合
手段により比較的漏れの無い結合を形成する方法
で開発されていた。このような治金学的結合技術
には、結合部に清浄さ、密着、加熱および雰囲気
制御が必要であるため、人間の接近が制限される
原子炉蒸気発生器の如き場合には容易に解決でき
ない問題がある。

管内にスリーブを固着する方法の一つは、米国
特許第4069573号に記載されており、これによれ
ばスリーブを管内に挿入し、スリーブが欠陥部分
の軸方向端部を越えて覆うようにする。次にスリ
ーブ内側から径方向外向の力を欠陥部分を越えて
延びたスリーブの各端部に沿つて加える。この力
はスリーブと管とを外方に塑性変形させるに充分
大きな力であり、スリーブと管との間に機械的係
合結合を形成させる。この方法は、この特許にも
記載されている如く、漏れ防止結合を形成するこ
とはできない。

米国特許第3025596号には、ろう付けできる材
料で作られた同心の管、殻等の嵌合部品を接合す
る方法が記載されている。この特許には管状体を
互いにろう付接合する様々な方法が記載されてい
るが、人間の接近が制限された原子炉蒸気発生器
の管内にスリーブを取付けるという特定の問題に
関連するものではない。原子炉蒸気発生器に関連
した困難な条件のため、使用できる管作製法、加
熱法およびろう材が制限されるので、普通のろう
付技術は使用できない。

熱交換器の管内にスリーブを挿入する公知の方
法があり、管を互いにろう付けする方法も公知で
あるが、人間の接近が御限されていて漏れ防止接
合が必要な原子炉蒸気発生器の管内にスリーブを
挿入してろう付する方法は無い。

従つて本発明の目的は、原子炉蒸気発生器の熱
交換管内にスリーブをろう付により固着して、ス
リーブと管との間に漏れ防止接合を形成する方法
を得ることである。

この目的に鑑み、本発明は金属製の管の内面を
清浄にし、金属製のスリーブを上記管内に挿入し
てろう付するために、上記管内に上記スリーブを
挿入する前に上記スリーブの外面の一部の周面に
環状溝を形成してこの溝をろう材で実質的に満た
し、上記スリーブの各端部を拡張して上記管の内
面に接触させて上記ろう材を上記管の内面に密着
させ、上記ろう材のある上記スリーブの部分を10
秒乃至秒間985℃乃至1100℃に内部から加熱する
ろう付スリーブ取付方法に在る。

次に添付図面に示す本発明の実施例に沿つて本
発明を説明する。

第１図に於て、原子炉蒸気発生器（図示してな
い）の熱交換管即ち管１０は、Ｕ字形管で管板１
２に両端で固着されている。蒸気発生器の運転中
には、原子炉冷却材が管１０の周囲の流体を加熱
するように管１０内を流れる。管１０の周囲の流
体は蒸気に変換されて公知の如く発電に用いられ
る。管１０を通る冷却材は炉心を通つたものであ
るので放射性である。従つて管内を流れる冷却材
を管周囲の流体から隔離することが重要である。
管１０に欠陥１４等の欠陥が発生すると、管１０
に止栓をするか欠陥１４の周囲の部分を修理して
冷却材か欠陥１４から漏れぬようにする必要が生
ずる。欠陥１４を修理する一方法は、欠陥を覆う
ように管１０内に金属製のスリーブ１６を挿入す
ることである。

欠陥１４等の欠陥の修理が必要になつたとき、
蒸気発生器から冷却材を排出し除染して管１０の
端部に遠隔操作あるいは作業員により接近できる
ようにする。次に、管１０を清浄化して内側の酸
化物層を除去する。浄化作業は、高圧噴霧冷却水
を用いるワイヤブラシ等の回転研磨ホーニング工
具を用いて行なわれる。ホーニングは約１分間行
なわれ接合部の約6in（約15cm）上下に亘つて行な
われる。浄化作業中には、酸化物層は全部管内か
ら除去されて高圧水により洗浄して信頼性の高い
ろう付接合が得られるようにする。管１０の内面
の酸化物層の厚さは約0.001in（約0.025mm）であ
り、回転ホーンを約800rpmで毎分約6ft（約1.8ｍ）
の速さで動かして除去できる。この浄化作業に用
いられるホーニング工具は、例えば米国特許第
85444号および米国特許第930076号に記載されて
いるもので良い。

管１０内から酸化物層を除去した後、管をメチ
ル・エチル・ケトンあるいはアセトン等の溶剤で
洗浄する。これは綿布等を取付け溶剤を霧状に供
給する回転部材を用いて行なわれる。管１０内に
溶剤を供給して洗浄するのに用いる装置は、米国
特許第85444号に記載されているものと同様で良
いが、この場合研磨ホーンは綿布等に代える。こ
のような回転部材が管１０内で回転すると、溶剤
がスプレーされて綿布等に供給される。また綿布
等は管１０の内面に接触して残つている剥離した
酸化物を除去する。研磨ホーンと同様、綿布等の
ホーンは管１０の内部を接合部の上下約6in（約15
cm）までの範囲を洗浄する。

管１０を上述の如く浄化した後、管１０内から
液体を除去するために乾燥させる。例えば管１０
の一端にブロワーを連結して高温の乾燥室気を管
内に吹入れ他端から排出させる。これを管１０が
乾燥するまで続ける。

次に、例えばインコネル等のスリーブ１６を公
知の油圧拡張器あるいは転動拡張器等の拡張器１
８に取付ける。スリーブ１６はその一端を拡張器
１８の肩部２０に乗せて拡張器１８上に取付られ
る。次にスリーブ１６を取付けた拡張器１８を第
１図に示す如く管１０内に挿入する。拡張器１８
の肩部２０を管１０の下端に接触させて、スリー
ブ１６の下端と管１０の下端が整列するようにす
る。これにより、作業員がスリーブ１６の上下端
の管１０に対する位置を知るための割出し点が与
えられる。

第１図に於て、拡張器１８は流体を通すための
孔２４を有する中央金属部材２２を備えている。
中央部材２２は下端で肩部２０を有する端部材２
６に取付られている。端部材２６はまた孔２４と
整列した第２の孔２８をも備えている。端部材２
６の下端には可撓性流体導管３０を取付けて流体
が第２の孔２８から第１の孔２４に流れるように
することができる。中央部材２２の上端には案内
部材３２が取付られていて拡張器１８を管１０内
の中央に位置させるようにしてある。案内部材３
２は、中央部材２２に取付られた環状プラスチツ
ク条帯で良く、あるいはブラシ状部材でも良く、
中央部材２２を管１０内で適当な関係に維持する
一方、案内部材３２が管１０の縮径部を通過でき
るようにするものである。第１シール３４および
第２シール３６が中央部材２２上に設けられてお
り、スリーブ１６が拡張される環状部分を形成し
ている。スリーブ１６を１箇所以上の位置で拡げ
るやために別の第１および第２シール３４，３６
を設けることもできる。シールは公知のゴムのＯ
リングおよびウレタン裏打リングで良い。シール
はスリーブ１６の内表面に密着するよう構成され
ている。中央部材２２には横方向の孔３８も設け
られていて、これも第１の孔２４に流体連通して
いて第１の孔２４からの流体を第１および第２シ
ール３４，３６間の環状部分に供給してスリーブ
１６を拡げて管１０に接触させ得るようにしてあ
る。

第１図に於て、スリーブ１６は外面に形成され
た切込み即ち環状溝４０を備え、この中にろう材
が設けられる。溝４０の深さは約0.38mm、長さは
約9.9mmである。この溝４０により、スリーブ１
６が拡張器１８上に取付られる前にろう材を設け
ることのできる空間が形成される溝４０の容積
は、形成する接合部体積の約1.5倍乃至3.0倍であ
り、従つてろう材で満たされたとき溝内のろう材
の体積は接合部体積の約1.5倍乃至3.0倍になる。
ろう材は金82％およびニツケル18％のもので良
い。

溝４０内にろう材を設ける前にスリーブ１６を
紙ヤスリ等の研磨布で浄化して全ての異物を除去
する。次に溶液中のナトリウム・テトラボレート
等のフラツクスをスリーブ１６の管１０に接合す
べき部分に施こし、ろう材を溝４０内に設ける。
フラツクスはスリーブの外部に施こして、接合部
にろう材を移送し貯えるのに適当な硬い層を形成
させる。次にスリーブ１６を拡張器１８上に取付
けて第１図に示す如く管１０内に挿入する。

スリーブ１６および拡張器１８を第１図に示す
如く管１０内に挿入した後、水等の流体を流体源
（図示してない）から可撓導管３０を介して約844
Kg／cm²乃至1125Kg／cm²の圧力で供給する。流体は
第２の孔２８、第１の孔２４および横方向の孔３
８を通つて流れる。流体は横方向の孔３８から第
１および第２シール３４，３６間の環状空間に入
る。流体圧力によりスリーブ１６が拡張して管１
０に接触して管１０をも約0.13mm拡張させる。管
１０の変形は目視によつて認められないかも知れ
ぬが手で触れて感じることができる。この拡張に
より管１０およびスリーブ１６が永久的塑性変形
を起こしスリーブ１６が管１０に密着する。スリ
ーブ１６および管１０の拡張により溝４０内のろ
う材が管１０の内面に密着する。しかしながら、
約0.05mmの小さな毛細間隙がスリーブ１６と管１
０との間に残り、ろう材が加熱されるとこの中に
流れ込む。一般に、溝４０の部分の拡張すべきス
リーブ１６の長さは約38mmである。スリーブ１６
はこのようにして管１０内にしつかりと固定され
るがまだ完全にはシールされていない。管板部分
のスリーブ１６は約50.8mm管１０に密着して良好
な接合を形成する。

管板１２の部分のスリーブ１６を水圧で拡張す
る代りにあるいはそれに加えて、スリーブ１６を
従来装置により機械的に硬くローラー掛けするこ
ともできる。いずれの場合でもスリーブ１６は直
径で約0.05mm乃至0.13mm拡張される。

スリーブ１６および管１０の下端の方がスリー
ブ１６の上部よりも手が届き易いので、これら下
端は従来方法で溶接することもできるし、上述の
如くろう付けすることもできる。スリーブ１６を
拡張させて管１０に接触させるのは、その部分で
管１０とスリーブ１６との接触を強めかつその部
分の溶接性を改善するために行なわれる。スリー
ブ１６および管１０の端は溶接できるのでスリー
ブ１６の部分をろう付ける必要は無い。

第３図に於て、電気的誘導コイル４２等のヒー
ターがスリーブ１６内に挿入され、スリーブ１６
のろう材が設けられている部分に配置されてい
る。誘導コイル４２は、約2KW乃至4KWを通電
できる水冷銅コイルで良い。誘導コイル４２に
は、接合部に於けるスリーブ１６の温度を監視し
制御するために石英フアイバー光学的フイードバ
ツク機構を組合わせることができる。誘導コイル
４２を適当な位置に配置して附勢し、スリーブ１
６とそこに設けたろう材とを約985℃乃至1100℃
に加熱する。望ましくは、ろう材を約1.010℃乃
至1075℃に加熱する。一般に誘導コイル４２がろ
う材をこのような温度に加熱するには約30秒掛か
る。温度が上述の範囲に達したらその温度を約15
秒間維持する。ろう材はこの温度に加熱されると
溝４０から流れ出て、スリーブ１６と管１０の内
面との間の小間隙内に流れ込み間隙を満たして効
果的なろう付接合を形成する。次に誘導コイル４
２をスリーブ１６から抜いてろう材を冷却させ
る。冷却するとスリーブ１６と管１０との間に固
体ろう付接合が形成される。この構成によりスリ
ーブ１６は欠陥１４を通る管１０からの漏れを防
止する。

欠陥１４の位置によつてはスリーブ１６を管板
１２の上方に設けねばならぬことがある。この場
合、第４図に示す如き拡張器１８を用いて複数の
溝４０を管１０に接触させることができる。この
例に於ては、スリーブ１６が管１０の下端から離
れていてその下端で溶接できないので、少なくと
も２つのろう付接合が必要である。この工程は、
両接合部がろう付接合であることを除いて先に説
明したものと同じである。少なくとも２つのろう
付接合があるため、第３図に示す如き誘導コイル
４２を用いて両ろう付部を同時に加熱することが
できる。

以上の如く、本発明により原子炉蒸気発生器の
熱交換管内にスリーブを迅速かつ効果的にろう付
けしてスリーブと管との間に漏れ防止接合を形成
できる方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱交換管内に設けたスリーブと拡張器
との断面図、第２図は拡張されたスリーブおよび
管の拡大図、第３図はヒーターを挿入したスリー
ブの断面図、第４図は別の例の管内のスリーブの
断面図である。 １０……管、１６……スリーブ、４０……溝、
４２……誘導コイル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属製の管の内面を清浄にし、金属製のスリ
   ーブを上記管内に挿入してろう付するために、上
   記管内に上記スリーブを挿入する前に上記スリー
   ブの外面の一部の周囲に環状溝を形成してこの溝
   をろう材で実質的に満たし、上記スリーブの各端
   部を拡張して上記管の内面に接触させて上記ろう
   材を上記管の内面に密着させ、上記ろう材のある
   上記スリーブの部分を10秒乃至20秒間985℃乃至
   1100℃に内部から加熱するろう付スリーブ取付方
   法。 ２ 上記溝が、満足すべきろう付接合を形成する
   に必要なろう材の体質の1.5倍乃至３倍のろう材
   で満たされる特許請求の範囲第１項記載のろう付
   スリーブ取付方法。 ３ 上記スリーブの上記部分を15秒間1045℃に加
   熱する特許請求の範囲第１項あるいは第２項記載
   のろう付スリーブ取付方法。 ４ 上記スリーブを上記スリーブ内に挿入した誘
   導コイルで加熱する特許請求の範囲第３項記載の
   ろう付スリーブ取付方法。 ５ 上記スリーブが上記管に挿入される前にフラ
   ツクス層で被覆された特許請求の範囲第１項乃至
   第４項のいずれか記載のろう付スリーブ取付方
   法。 ６ 上記管の内部を清浄化するために、管をホー
   ニング研磨し、溶剤で洗浄して異物を除去し、高
   温乾燥空気で吹き乾かす特許請求の範囲第１項乃
   至第５項のいずれか記載のろう付スリーブ取付方
   法。 ７ 上記スリーブの少なくとも一端が上記スリー
   ブの内部加熱前に上記管に溶接される特許請求の
   範囲第１項乃至第６項のいずれか記載のろう付ス
   リーブ取付方法。