(57)【要約】      （修正有）【課題】ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの配管の周溶接部の内表面に圧縮残留応力を付与すると共にボイラ用メンブレンパネルに曲がり変形の発生を抑制し、強度を確保したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法を提供する。【解決手段】ボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法は、ボイラ用メンブレンパネル２０の配管１に貫通き裂が生じている場合に、配管１に生じた貫通き裂を削り取って補修部開先を形成し、この補修部開先に肉盛り溶接して補修部肉盛溶接部８を形成し、次に前記溶接部を含むボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面の両面に対して全面的に外面肉盛溶接部１０をそれぞれ形成する肉盛溶接を行うようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ火炉の水壁を形成する複数の伝熱管となる配管と、これらの配管を接合した複数のメンブレンバーとを有したボイラ用メンブレンパネルを複数枚備えてボイラ火炉の水壁を形成し、これらのボイラ用メンブレンパネルの配管同士を溶接したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記ボイラ用メンブレンパネルの配管に貫通き裂が生じている場合に、前記配管に生じた貫通き裂を削り取って補修部開先を形成し、
この配管に形成した前記補修部開先に肉盛り溶接して補修部肉盛溶接部を形成し、
次に前記配管の溶接部を含むボイラ用メンブレンパネルの表面及び裏面の両面に対して全面的に外面肉盛溶接部をそれぞれ形成する肉盛溶接を行うようにしたことを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項２】
ボイラ火炉の水壁を形成する複数の伝熱管となる配管と、これらの配管を接合した複数のメンブレンバーとを有したボイラ用メンブレンパネルを複数枚備えてボイラ火炉の水壁を形成し、これらのボイラ用メンブレンパネルの配管同士を溶接したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記ボイラ用メンブレンパネルの配管に未貫通き裂が生じている場合に、前記配管に生じた未貫通き裂を残したまま、前記配管の溶接部を含むボイラ用メンブレンパネルの表面及び裏面の両面にわたって、全面的に外面肉盛溶接部を形成する肉盛溶接を施すようにしたことを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項３】
請求項1又は請求項２に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記外面肉盛溶接部を形成する肉盛溶接の溶接金属として、前記配管、メンブレンバー及びボイラ用メンブレンパネルと同種の材料となる低合金鋼を用いることを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項４】
請求項1又は請求項２に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記外面肉盛溶接部を形成する肉盛溶接の溶接金属として、前記配管、メンブレンバー及びボイラ用メンブレンパネルと同種の材料となる炭素鋼を用いることを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記外面肉盛溶接部を形成する肉盛溶接の溶接金属として、前記配管、メンブレンバー及びボイラ用メンブレンパネルと異種の材料となる、ニッケル基合金を用いることを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項６】
請求項１又は請求項２に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記外面肉盛溶接部を肉盛溶接する範囲は、配管の平均半径をＲ、厚さをｔとした場合に、配管同士を溶接して形成した周方向の配管溶接部を中心として、配管の軸方向に沿って片側が、
（Ｒｔ）1/2の２．５倍以上で１０倍以下となる範囲に、それぞれ肉盛溶接することを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項７】
請求項１又は請求項２に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記外面肉盛溶接部は、配管の厚さをｔとした場合に、配管の厚さｔの１倍以上で２倍以下の厚さとなるように肉盛溶接することを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記外面肉盛溶接部の肉盛溶接中は前記配管内面に冷却媒体を満たしていることを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項９】
請求項８に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、
前記外面肉盛溶接部の肉盛溶接中に前記配管内面に満たす冷却媒体として水を用いることを特徴とするボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法。
【請求項１０】
請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法によりボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修が行われたことを特徴とするボイラ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラ火炉の水壁を構成するメンブレンパネルの溶接部を含む構造の予防保全補修方法およびこの予防保全補修を実施したボイラ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ボイラ装置を構成するボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルは、内部をボイラ水または蒸気が流れる伝熱管である複数本の配管と、これらの配管を所定間隔で溶接によって接合した所定の形状を有するメンブレンバーとから構成されており、この所定の形状を有する複数枚のメンブレンパネルが、配管の両端で相互に突合せ溶接されることによってボイラ火炉の水壁を形成する構造となっている。
【０００３】
このボイラ火炉の水壁を形成する複数枚のボイラ用メンブレンパネル同士を接合する場合には、各メンブレンバーの両端の一部を切り欠いて配管の端部を突合せ溶接する際の溶接作業空間部として隙間を形成して前記配管の端部を突合せ溶接した後に、補助メンブレンバーを前記隙間に挿入して隙間を塞ぎ、補助メンブレンバーとメンブレンバーの端部及び配管とを溶接して複数枚のメンブレンパネル同士を接合し、ボイラ火炉の水壁を形成している。
【０００４】
上記した構成のボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの製作方法は公知であり、例えば、特開２００７−６４６０８号公報には前記したボイラ用メンブレンパネルの製作方法に関する技術が開示されている。
【０００５】
上記したボイラ火炉の水壁を構成する複数枚のメンブレンパネル同士の接合は、通常、ボイラ装置を設置する現地で実施される。
【０００６】
ところで、ボイラ火炉の水壁を構成する複数枚のボイラ用メンブレンパネル同士を接合した溶接部には、溶接による溶接残留応力が発生する。
【０００７】
ボイラ用メンブレンパネル同士を接合した溶接後には、一般に前記溶接部に対して溶接後熱処理が実施され、溶接部に発生した溶接残留応力を低減している。
【０００８】
一方、溶接部位の寸法、形状および材料が特定の条件を満たしていれば、溶接部に溶接後熱処理を実施しない場合がある。この場合には、溶接部と該溶接部の熱影響部には溶接により発生した引張応力が残留する。
【０００９】
また、供用運転中のボイラ装置では、ボイラ火炉の水壁内面側は燃料を燃焼して発生した燃焼ガスに曝されるため腐食が生じることがある。
【００１０】
この腐食の対策としてニッケル基合金耐食性材料を肉盛溶接金属として用いて前記ボイラ用メンブレンパネルの全面を覆うように均一の肉厚で肉盛溶接する方法が適用されている。
【００１１】
ところで、ボイラ火炉の水壁内面側となるボイラ用メンブレンパネルの内面側のみにニッケル基合金の耐食性材料を肉盛溶接すると、肉盛溶接後の溶接金属の収縮によってニッケル基合金の耐食性材料を肉盛溶接した前記ボイラ用メンブレンパネルの肉盛溶接部に溶接変形が発生することになる。
【００１２】
そこで、ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの内面側にニッケル基合金の耐食性材料を肉盛溶接したことによる肉盛溶接部の溶接変形の発生を回避するため、特開平１０−２３８７０６号公報には、ボイラ用メンブレンパネルを構成するメンブレンバーを配管の断面の中央部よりも該配管の頂部側となるボイラ内面側にずらした位置で前記配管１とメンブレンバーを接合する隅肉溶接を行って肉盛溶接時の溶接面積を減少させ、肉盛溶接に要する溶接時間の短縮と溶接金属量の減少を図る方法が提案されている。
【００１３】
また、特開２００７−１５５２３３号公報には、ボイラ用メンブレンパネルを構成する配管とメンブレンバーとを接合する隅肉溶接を行い、ボイラ火炉の水壁内面側となるボイラ用メンブレンパネルの内面側の表面全体に耐食性材料を肉盛溶接することによって溶接変形を抑制する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−  ６４６０８号公報
【特許文献２】特開平１０−２３８７０６号公報
【特許文献３】特開２００７−１５５２３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
背景技術に記載したようにボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネル同士の溶接部では、溶接部位の寸法、形状および材料が特定の条件を満たしていればボイラ用メンブレンパネル同士の溶接部に対して溶接後熱処理を実施しない場合がある。
【００１６】
そして、ボイラ用メンブレンパネル同士の溶接部に対して溶接後熱処理が実施されない場合には、ボイラ用メンブレンパネル同士の溶接部および該溶接部の熱影響部には、溶接による引張応力が残留する。
【００１７】
溶接部および該溶接部の熱影響部に残留した引張応力は応力腐食割れ発生の因子である。溶接部および該溶接部の熱影響部に応力腐食割れの発生を抑制させるためには、この引張残留応力を低減した方が良い。さらに好ましくは、溶接部および該溶接部の熱影響部に圧縮残留応力を付与した方が良い。
【００１８】
ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネル同士の溶接では、メンブレンパネルを構成する配管同士を接合する周溶接と、メンブレンパネルを構成する補助メンブレンと配管とを接合する溶接が行われる。
【００１９】
ボイラ装置では、ボイラ火炉の水壁を形成する複数枚のボイラ用メンブレンパネル同士を溶接して溶接部を形成させた後に、ボイラ用メンブレンパネル同士を溶接したこれらの溶接部に対してヒータや保温材を設置して前記溶接部の溶接後熱処理を施工するので、前記溶接部の溶接後熱処理に多くの工数が必要となる。
【００２０】
また、ボイラ用メンブレンパネル同士を溶接した溶接部の溶接後熱処理では、クリープひずみの発生によって溶接部に残留する溶接残留応力を緩和させるため、残留応力の絶対値は零に漸近するが、前記溶接部に圧縮残留応力の付与には至らない。
【００２１】
ところで、既設のボイラ装置のボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの配管溶接部においては、仮に溶接部に応力腐食割れが発生して配管から内部流体の漏洩が発生したような場合には、内部流体が漏洩した配管に生じたき裂の除去、および前記き裂を除去して形成した開先に肉盛溶接する補修が行われる。
【００２２】
一般に、配管に生じたき裂を除去して形成した開先に肉盛溶接する補修を施工した場合に、補修した肉盛溶接の部位に引張残留応力が発生する。そのため、配管に生じたき裂を補修した肉盛溶接の部位から再度、応力腐食割れが発生する可能性がある。
【００２３】
ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの配管溶接部に、配管に生じたき裂を肉盛溶接した補修部位の信頼性を向上させるためには、補修後に前記肉盛溶接の部位に発生する引張残留応力を低減させることが良い。さらに好ましくは、補修後の前記肉盛溶接の部位に圧縮残留応力を付与した方が良い。
【００２４】
しかしながら、上記した従来のボイラ用メンブレンパネル同士を溶接した溶接部の溶接後熱処理方法では、ボイラ用メンブレンパネルの配管溶接部に応力腐食割れの発生を抑制するため、ボイラ用メンブレンパネルを接合した配管の周溶接部に溶接部の内表面に圧縮残留応力を付与し得る溶接部の予防保全補修方法を見出すことが課題となっていた。
【００２５】
本発明の目的は、ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの配管の周溶接部の内表面に圧縮残留応力を付与すると共にボイラ用メンブレンパネルに曲がり変形の発生を抑制し、強度を確保したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法およびこの予防保全補修を実施したボイラ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法は、ボイラ火炉の水壁を形成する複数の伝熱管となる配管と、これらの配管を接合した複数のメンブレンバーとを有したボイラ用メンブレンパネルを複数枚備えてボイラ火炉の水壁を形成し、これらのボイラ用メンブレンパネルの配管同士を溶接したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、前記ボイラ用メンブレンパネルの配管に貫通き裂が生じている場合に、前記配管に生じた貫通き裂を削り取って補修部開先を形成し、この配管に形成した前記補修部開先に肉盛り溶接して補修部肉盛溶接部を形成し、次に前記配管の溶接部を含むボイラ用メンブレンパネルの表面及び裏面の両面に対して全面的に外面肉盛溶接部をそれぞれ形成する肉盛溶接を行うようにしたことを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法は、ボイラ火炉の水壁を形成する複数の伝熱管となる配管と、これらの配管を接合した複数のメンブレンバーとを有したボイラ用メンブレンパネルを複数枚備えてボイラ火炉の水壁を形成し、これらのボイラ用メンブレンパネルの配管同士を溶接したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法において、前記ボイラ用メンブレンパネルの配管に未貫通き裂が生じている場合に、前記配管に生じた未貫通き裂を残したまま、前記配管の溶接部を含むボイラ用メンブレンパネルの表面及び裏面の両面にわたって、全面的に外面肉盛溶接部を形成する肉盛溶接を施すようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネの配管の周溶接部の内表面に圧縮残留応力を付与すると共にボイラ用メンブレンパネルに曲がり変形の発生を抑制し、強度を確保することを可能したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法およびこの予防保全補修を実施したボイラ装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施例であるボイラ用メンブレンパネルの熱処理方法が適用されるメンブレンパネルと、メンブレンパネルを構成する配管の端部を突合せ溶接した周方向の溶接部を含む配管を示す部分断面図。
【図２】本発明の第１実施例であるボイラ用メンブレンパネルの熱処理方法の施工の一部である配管に形成した補修部開先と、補修部肉盛り溶接を設けた状況を示すメンブレンパネル及び配管の部分断面図。
【図３】本発明の第１実施例であるボイラ用メンブレンパネルの熱処理方法の施工の一部である配管の溶接部を含むメンブレンパネルの表面及び裏面の両側に外面肉盛溶接を施した状況を示すメンブレンパネル及び配管の部分断面図。
【図４】本発明の第１実施例であるボイラ用メンブレンパネルの熱処理方法による溶接過程における応力ひずみ履歴を示した説明図。
【図５】本発明の第１実施例であるボイラ用メンブレンパネルの熱処理方法の外面肉盛溶接による収縮変形を模式的に示した説明図。
【図６】本発明の第２実施例であるボイラ用メンブレンパネルの熱処理方法の施工の一部である配管の溶接部を含むメンブレンパネルの表面及び裏面の両側に外面肉盛溶接を施した状況を示すメンブレンパネル及び配管の部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の実施例であるボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法ついて図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００３１】
本発明の第１実施例であるボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法について、図１〜図５を用いて説明する。
【００３２】
本件実施例であるボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法について説明すると、
図１に示したように、本実施例であるボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法が適用されるボイラ装置のボイラ火炉の水壁を形成しているボイラ用メンブレンパネル２０は低合金鋼を用いて製造されている。
【００３３】
そして、このボイラ用メンブレンパネル２０は、内部をボイラ水または蒸気が流れる伝熱管である複数本の配管１と、これらの配管１を所定間隔で接合した複数本のメンブレンバー２とを配管１の軸方向に交互に配設されるように隅肉溶接部１２で溶接することによって、前記ボイラ用メンブレンパネル２０を構成しており、前記配管１とメンブレンバー２の材料、及び隅肉溶接部１２の溶接金属にもボイラ用メンブレンパネル２０と同じ低合金鋼が用いられている。
【００３４】
前記ボイラ用メンブレンパネル２０は、図２に示したように、隣接する配管１同士を突合せ溶接した配管１の周方向の配管溶接部３と、補助メンブレン５により接合されて、ボイラ火炉の水壁を形成している。
【００３５】
これらの配管１の周方向を溶接する配管溶接部３の溶接金属及び補助メンブレン５の材料にもボイラ用メンブレンパネル２０と同じ低合金鋼が用いられている。
【００３６】
本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法では、ボイラ装置を一定期間運転した後のボイラ用メンブレンパネル２０であって、このメンブレンパネル２０を構成する配管１に該配管１の内面から外面に貫通した貫通き裂４が発生しており、更に、前記配管１の内面にき裂は生じているが該配管１の外面までは貫通していない未貫通き裂６が検出された状況下のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法について説明する。
【００３７】
本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法では、メンブレンパネル２０を構成する配管１に、該配管１の内面から外面に貫通した貫通き裂４が発生しており、更に前記配管１の内面にき裂が生じているが該配管１の外面までは貫通していない未貫通き裂６が検出された場合に実施するボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法として、最初に、図２に示すように、ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１に貫通き裂４が発生し、前記き裂が貫通した前記配管１の部分を切削手段のグラインダを用いて部分的に削り取り、補修部開先７を前記配管１に形成した状態を示している。
【００３８】
次に、配管１に形成した前記補修部開先７に溶接を施して貫通き裂４が発生した前記配管１の箇所に、図２に示したように低合金鋼の溶接金属で補修部肉盛溶接部８を形成する。
【００３９】
ボイラ用火炉の水壁を形成する複数のボイラ用メンブレンパネル２を構成する配管１、メンブレンバー２、及び補助メンブレン５の各材料と、隅肉溶接部１２と補修部肉盛溶接部８の溶接金属には、前記ボイラ用メンブレンパネル２０の材料と同種の低合金鋼が用いられている。
【００４０】
前記配管１に形成した補修部開先７を補修する補修部肉盛溶接部８の肉盛溶接では、配管１の内部９の冷却は実施しない。配管１にグラインダによる切削によって補修部開先７を形成することにより、配管１の内面から外面に貫通した貫通き裂４が除去される。
【００４１】
そして、この配管１に局所的に切削されて形成した補修部開先７に前記したように肉盛溶接して補修部肉盛溶接部８を設けるため、この配管１に設けた補修部肉盛溶接部８には引張残留応力が発生する。
【００４２】
次に、ボイラ用メンブレンパネル２０の溶接部である配管１に、記配管１の内面にき裂が生じているが該配管１の外面までは貫通していない未貫通き裂６に対して実施するボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法として、前記配管１と該配管１に接合されているメンブレンバー２を含むボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面との両面に、ボイラ用メンブレンパネル２０と同じ低合金鋼の溶接金属を用いてボイラ用メンブレンパネル２０の全面に亘って均一厚さの肉盛溶接を施して外面肉盛溶接部１０をそれぞれ形成する。
【００４３】
ボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面との両面に外面肉盛溶接部１０を形成する肉盛溶接は、図３に示すように、相互に接合される一方の配管１と他方の配管１とを突合せ溶接して形成された前記配管１の周方向の配管溶接部３を中心として、この配管溶接部３から前記一方の配管１に向かって図中に一方のＬで示す片側の範囲と、この配管溶接部３から前記他方の配管１に向かって図中に他方のＬで示す反対側の片側の範囲との双方の範囲Ｌに亘って、それぞれ低合金鋼の溶接金属を用いて前記外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接が施されることになる。
【００４４】
ここで、外面肉盛溶接部１０が施される前記範囲Ｌは、配管１の平均半径をＲ、厚さをｔとした場合に、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する前記範囲Ｌを、（Ｒｔ）1/2の２．５倍以上で１０倍以下、となる範囲に設定する。
【００４５】
外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する前記範囲Ｌを、配管溶接部３を中心として（Ｒｔ）1/2の２．５倍以上に設定する理由は、溶接部に残留応力が発生する領域が（Ｒｔ）1/2の２．５倍程度であるので、この残留応力が発生する領域を外面肉盛溶接部１０でカバーするために設定したものである。
【００４６】
外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する前記範囲Ｌを、配管溶接部３を中心として（Ｒｔ）1/2の１０倍以下に設定する理由は、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する溶接の作業工数の増加を抑制する上限値として設定したものである。
【００４７】
また、外面肉盛溶接部１０の厚さは、配管１の厚さｔの１倍以上で２倍以下の厚さとなるように形成にする。
【００４８】
この外面肉盛溶接部１０の厚さを配管１の厚さｔの１倍以上に設定する理由は、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接するボイラ用メンブレンパネル２０の強度を確保するためであり、また、外面肉盛溶接部１０の厚さを配管１の厚さｔの２倍以下の厚さに設定する理由は、外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接の作業工数の増加を抑制するためである。
【００４９】
前記外面肉盛溶接部１０の溶接金属としては、ボイラ用メンブレンパネル２を構成する配管１、メンブレンバー２、及び補助メンブレン５の各材料と、隅肉溶接部１２と補修部肉盛溶接部８の溶接金属と同様に、ボイラ用メンブレンパネル２０の材料と同種の低合金鋼を用いる。
【００５０】
また、前記外面肉盛溶接部１０の溶接金属には、低合金鋼だけでなく炭素鋼でも適用可能であるが、外面肉盛溶接部１０の溶接金属に炭素鋼を用いる場合には、ボイラ用メンブレンパネル２、ボイラ用メンブレンパネル２を構成する配管１、メンブレンバー２、及び補助メンブレン５の各材料と、隅肉溶接部１２と補修部肉盛溶接部８の溶接金属にも、同種の炭素鋼を用いることになる。
【００５１】
そして、ボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面との両面に全面に亘って溶接する前記外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接は、ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１の内部９を水で満たしながら実施する。
【００５２】
配管１の内部９を水で満たしてボイラ用メンブレンパネル２０を構成する該配管１の外面を肉盛溶接すると、溶接過程では配管１の内面は低温となり、配管１の外面は高温となって、配管１の内面側には引張応力が発生する。
【００５３】
前記配管１に、該配管の内面にき裂が生じているが該配管１の外面までは貫通していない未貫通き裂６が残っている場合には、この未貫通き裂６の先端には引張応力が発生する。
【００５４】
そしてこの引張応力によって前記未貫通き裂６のき裂先端に引張の塑性ひずみが発生し、配管１の肉盛溶接後にこの溶接部の全体が均一な温度になった場合に、前記未貫通き裂６のき裂先端の残留応力は圧縮応力になり、き裂の進展を抑制する効果が生じる。
【００５５】
ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１同士を溶接する周方向の配管溶接部３と、前記配管１及び該配管１に接合されているメンブレンバー２を含むボイラ用メンブレンパネル２０の表面と裏面との双方に全面に亘って外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接を施した場合の前記外面肉盛溶接部１０に発生する応力の履歴について図４を用いて説明する。
【００５６】
図４はボイラ用メンブレンパネル２０に施す外面肉盛溶接部１０に発生する応力の履歴を示すものである。図４に示したように、ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１の周方向の配管溶接部３では、溶接入熱過程で溶接の局所的な入熱による局所的な温度上昇によって体積膨張が周囲の領域に拘束されることによって圧縮応力が発生する。
【００５７】
図４中で、経路Ｏ→ａ→ｂと移動する応力が配管１の周方向の配管溶接部３における加熱過程の応力履歴であり、圧縮の塑性ひずみが発生する。
【００５８】
この配管１の周方向の配管溶接部３は溶接後に温度が下がって冷却されるが、図４中で、経路ｂ→ｃと移動する応力が冷却過程の応力履歴であり、図４中で点ｃが配管１の周方向の配管溶接部３における溶接後の残留応力である。
【００５９】
配管１の内部９を冷却しながら配管１及びメンブレンバー２を含むボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面の両面に全面に亘って外面肉盛溶接部１０を形成する肉盛溶接を施すと、この外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する溶接に伴う温度上昇によって外面肉盛溶接部１０の膨張が周囲に拘束されることにより、配管１の内面には引張応力が発生し、引張側の塑性ひずみが発生する。
【００６０】
この外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接中の配管１の内面の応力は、図４中で点ｄとなる。
【００６１】
そして、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する溶接に伴う溶接入熱が終わり、外面肉盛溶接部１０の全体が均一な温度になる過程では、応力は図４中で、ｄからｅに移動する。図４中で点ｅが外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接した後の配管１の内面の残留応力である。
【００６２】
図３に示したように、配管１及びメンブレンバー２を含むボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面の両面に、全面に亘って肉盛外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接を施すが、この肉盛外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する範囲は、配管１を接続した周方向の配管溶接部３を中心として、この配管溶接部３から配管１の軸方向に沿って、一方の配管１に向かって図中に一方のＬで示す片側の範囲と、他方の配管１に向かって図中に他方のＬで示す反対側の片側の範囲との双方の範囲Ｌに亘って、それぞれ低合金鋼の溶接金属を用いて前記外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接が施されることになる。
【００６３】
ここで、外面肉盛溶接部１０が施される前記範囲Ｌは、配管１の平均半径をＲ、厚さをｔとした場合に、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する前記範囲Ｌを、（Ｒｔ）1/2の２．５倍以上で１０倍以下、となる範囲に設定する。
【００６４】
また、外面肉盛溶接部１０の厚さは、配管１の厚さｔの１倍以上で２倍以下の厚さとなるように形成にする。
【００６５】
前記外面肉盛溶接部１０の溶接金属としては低合金鋼の溶接金属を用いているが、この低合金鋼だけでなく炭素鋼でも適用可能である。前記外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接は、前述したように、ボイラ用メンブレンパネル２０の配管１の内部９を水で満たしながら実施する。
【００６６】
ボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面との両面に範囲Ｌに亘って前記外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接することにより、ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１の周方向の配管溶接部３および前記溶接部の熱影響部は溶接金属の収縮により径方向に収縮変形を受ける。
【００６７】
このとき、肉盛溶接した外面肉盛溶接部１０の周囲には引張応力が発生する。一方、既存の溶接金属部および該溶接金属部の溶接熱影響部の領域は溶接金属からの収縮変形により圧縮応力が発生する。
【００６８】
図５は、本実施例であるボイラ用メンブレンパネルの熱処理方法の外面肉盛溶接部である図３に示す配管１を接続した周方向の配管溶接部３を含んだ配管１の外周側に外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接した配管１の部分断面図である。
【００６９】
図５に示したように、外面肉盛溶接部１０の収縮力によって配管１には径方向の収縮変形が発生する。この収縮変形により配管１の内表面の残留応力は圧縮応力になる。
【００７０】
なお、配管１の内部９に冷却媒体を満たしていない場合であっても、外面肉盛溶接部１０の溶接金属の周方向および軸方向の収縮変形により配管１の内面側に生じる引張残留応力を低減できる。
【００７１】
さらに、外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接の厚さを、配管１の厚さｔの１倍以上で２倍以下の厚さに形成することにより、仮に、配管１の内面に未貫通き裂６が残っていた場合であっても、外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接によって配管１の厚さと同程度以上の厚さの溶接部を確保できるため、ボイラ用メンブレンパネルの構造物の強度を確保することができる。
【００７２】
ボイラ用火炉の水壁を形成する複数枚のボイラ用メンブレンパネル２０は、内面側のみに肉盛溶接を行った場合には肉盛溶接を行った水壁の内面側が凹になるように変形する。
【００７３】
そこで、本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法では、ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１と該配管１に接合されているメンブレンバー２との表面及び裏面を含んだボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面の両面に、全面に亘って肉盛溶接を施して外面肉盛溶接部１０をそれぞれ形成しているため、この外面肉盛溶接部１０を施した水壁を形成するボイラ用メンブレンパネル２０に曲がり変形が発生することが抑制される。
【００７４】
また、ボイラ用メンブレンパネル２０に設けた外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する溶接金属としてニッケル基合金を用いた場合には、ボイラ火炉の水壁内面側が曝される燃焼ガスによる腐食の対策としても有効となる。
【００７５】
以上に述べたように、本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法を上記した手順にて施工することにより、ボイラ用メンブレンパネルを構成する配管に生じた貫通き裂の除去、残存した未貫通き裂に圧縮応力の発生、外面肉盛溶接を形成する肉盛溶接部による必要な強度の厚さの確保、及び腐食対策を実施することができる。
【００７６】
また、ボイラ用火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの表面と裏面との双方に全面に亘って外面肉盛溶接部を肉盛溶接することによって、肉盛溶接によるボイラ用メンブレンパネルの曲がり変形の発生を抑制できる。
【００７７】
この結果、本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法を施工することにより、ボイラ装置の信頼性の高い運転の継続が可能になる。
【００７８】
本実施例によれば、ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネの配管の周溶接部の内表面に圧縮残留応力を付与すると共にボイラ用メンブレンパネルに曲がり変形の発生を抑制し、強度を確保することを可能したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法およびこの予防保全補修を実施したボイラ装置が実現できる。
【実施例２】
【００７９】
本発明の第２実施例であるボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法について、図６を用いて説明する。
【００８０】
本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法は、図１〜図５に示した第１実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法と基本的な構成は同じなので、両者に共通する説明は省略し、相違する部分についてのみ以下に説明する。
【００８１】
図６に示したように、本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法が第１実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法と相違しているのは、ボイラ水壁を形成するボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１の周方向を溶接する配管溶接部３、または前記配管溶接部３による溶接熱影響部に貫通き裂４や未貫通き裂６が発生していない状況下における、ボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法であるということである。
【００８２】
したがって、本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法では、配管１にグラインダによって貫通き裂４を切削して補修部開先７を形成する工程と、この補修部開先７に肉盛溶接して補修部肉盛溶接部８を設ける工程はそれぞれ不要である。
【００８３】
本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法においても、配管１と該配管１に接合されているメンブレンバー２とを含むボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面との両面に、全面に亘って肉盛溶接を施して外面肉盛溶接部１０をそれぞれ形成する。
【００８４】
本実施例における外面肉盛溶接部１０を形成する肉盛溶接は、第１実施例で図３に示した場合と同様に、図６に示すように、相互に接合される一方の配管１と他方の配管１とを突合せ溶接して形成された前記配管１の周方向の配管溶接部３を中心として、この配管溶接部３から前記一方の配管１に向かって図中に一方のＬで示す片側の範囲と、この配管溶接部３から前記他方の配管１に向かって図中に他方のＬで示す反対側の片側の範囲との双方の範囲Ｌに亘って、それぞれ低合金鋼の溶接金属を用いて前記外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接が施されることになる。
【００８５】
ここで、外面肉盛溶接部１０が施される前記範囲Ｌは、第１実施例の場合と同様に、配管１の平均半径をＲ、厚さをｔとした場合に、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する前記範囲Ｌを、（Ｒｔ）1/2の２．５倍以上で１０倍以下、となる範囲に設定する。
【００８６】
外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する前記範囲Ｌを、配管溶接部３を中心として（Ｒｔ）1/2の２．５倍以上に設定する理由は、溶接部に残留応力が発生する領域が（Ｒｔ）1/2の２．５倍程度であるので、この残留応力が発生する領域を外面肉盛溶接部１０でカバーするために設定したものである。
【００８７】
外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する前記範囲Ｌを、配管溶接部３を中心として（Ｒｔ）1/2の１０倍以下に設定する理由は、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する溶接の作業工数の増加を抑制する上限値として設定したものである。
【００８８】
また、外面肉盛溶接部１０の厚さは、配管１の厚さｔの１倍以上で２倍以下の厚さとなるように形成にする。
【００８９】
この外面肉盛溶接部１０の厚さを配管１の厚さｔの１倍以上に設定する理由は、外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接するボイラ用メンブレンパネル２０の強度を確保するためであり、また、外面肉盛溶接部１０の厚さを配管１の厚さｔの２倍以下の厚さに設定する理由は、外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接の作業工数の増加を抑制するためである。
【００９０】
前記外面肉盛溶接部１０の溶接金属としては、ボイラ用メンブレンパネル２を構成する配管１、メンブレンバー２、及び補助メンブレン５の各材料と、隅肉溶接部１２と補修部肉盛溶接部８の溶接金属と同様に、ボイラ用メンブレンパネル２０の材料と同種の低合金鋼を用いる。
【００９１】
本実施例で、ボイラ用メンブレンパネル２０に設けた外面肉盛溶接部１０を肉盛溶接する溶接金属としてニッケル基合金を用いた場合には、ボイラ火炉の水壁内面側が曝される燃焼ガスによる腐食の対策としても有効となる。
【００９２】
また、前記外面肉盛溶接部１０の溶接金属には、低合金鋼だけでなく炭素鋼でも適用可能であるが、外面肉盛溶接部１０の溶接金属に炭素鋼を用いる場合には、ボイラ用メンブレンパネル２、ボイラ用メンブレンパネル２を構成する配管１、メンブレンバー２、及び補助メンブレン５の各材料と、隅肉溶接部１２と補修部肉盛溶接部８の溶接金属にも、同種の炭素鋼を用いることになる。
【００９３】
そして、ボイラ用メンブレンパネル２０の表面及び裏面との両面に全面に亘って溶接する前記外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接は、ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１の内部９を水で満たしながら実施する。
【００９４】
配管１の内部９を水で満たしてボイラ用メンブレンパネル２０を構成する該配管１の外面を肉盛溶接すると、溶接過程では配管１の内面は低温となり、配管１の外面は高温となって、配管１の内面側には引張応力が発生する。
【００９５】
前記配管１に、該配管の内面にき裂が生じているが該配管１の外面までは貫通していない未貫通き裂６が残っている場合には、この未貫通き裂６の先端には引張応力が発生する。
【００９６】
そしてこの引張応力によって前記未貫通き裂６のき裂先端に引張の塑性ひずみが発生し、配管１の肉盛溶接後にこの溶接部の全体が均一な温度になった場合に、前記未貫通き裂６のき裂先端の残留応力は圧縮応力になり、き裂の進展を抑制する効果が生じる。
【００９７】
ボイラ用メンブレンパネル２０を構成する配管１同士を溶接する周方向の配管溶接部３と、前記配管１及び該配管１に接合されているメンブレンバー２を含むボイラ用メンブレンパネル２０の表面と裏面との双方に全面に亘って外面肉盛溶接部１０の肉盛溶接を施した場合の前記外面肉盛溶接部１０に発生する応力の履歴については、第１実施例で図４を用いて説明した内容と同様なので、ここでの説明は省略する。
【００９８】
以上に述べたように、本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法を上記した手順にて施工することにより、ボイラ用メンブレンパネルを構成する配管に仮に未貫通き裂が残存していてもこの亀裂に圧縮応力の発生、外面肉盛溶接を形成する肉盛溶接部による必要な強度の厚さの確保、及び腐食対策を実施することができる。
【００９９】
また、ボイラ用火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネルの表面と裏面との双方に全面に亘って外面肉盛溶接部を肉盛溶接することによって、肉盛溶接によるボイラ用メンブレンパネルの曲がり変形の発生を抑制できる。
【０１００】
この結果、本実施例のボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法を施工することにより、ボイラ装置の信頼性の高い運転の継続が可能になる。
【０１０１】
本実施例によれば、ボイラ火炉の水壁を形成するボイラ用メンブレンパネの配管の周溶接部の内表面に圧縮残留応力を付与すると共にボイラ用メンブレンパネルに曲がり変形の発生を抑制し、強度を確保することを可能したボイラ用メンブレンパネル溶接部の予防保全補修方法およびこの予防保全補修を実施したボイラ装置が実現できる。
【符号の説明】
【０１０２】
１：配管、２：メンブレンバー、３：配管溶接部、４：貫通き裂、５：補助メンブレン、６：未貫通き裂、７：補修部開先、８：補修部肉盛溶接部、９：配管内部、１０：外面肉盛溶接部、１２：隅肉溶接部、２０：ボイラ用メンブレンパネル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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