(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
低合金鋼の母材に対して材料の異なる異材金属の接合金物を溶接接合する接合方法において、
前記母材側の接合面に低合金鋼の肉盛溶接を行う工程と、
次に、前記低合金鋼の肉盛溶接面の上に異材金属の肉盛溶接を行う工程と、
次に、前記異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材により前記接合金物を溶接接合する工程と、
を含み、
前記接合金物を溶接接合する工程では、前記異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材により異材金属の位置決め部材を溶接接合し、当該位置決め部材に対して異材金属の溶加材により前記接合金物を溶接接合することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
低合金鋼の母材と、
前記母材側の接合面に接合した低合金綱層と、
低合金鋼に対して材料の異なる異材金属からなり前記低合金鋼層の上に接合した異材金属層と、
前記異種金属層に対して異材金属の溶加材により接合した異材金属の位置決め部材と、
当該位置決め部材に対して異材金属の溶加材により接合して前記位置決め部材と前記異材金属層と前記低合金綱層とを介して前記母材に接合した異材金属の接合金物と、
を備えることを特徴とする接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低合金鋼の母材に対して異材金属を溶接接合するための接合方法、および当該接合方法により接合された接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、特許文献１に記載されているように、低合金鋼（２.２５Ｃｒ−１Ｍｏ鋼）の溶接施工において、予熱温度を高めることが一般的に行われている。予熱温度を高めることは、溶接部の発生残留応力を低減できると共に延性を高めるのに効果がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２０４５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、例えば、原子力設備に適用される蒸気発生器を製造する場合、円筒状の胴部の真円度を維持するために、当該胴部の内周面に補強金物を仮設している。胴部は低合金鋼が用いられ、補強金物は比較的安価な炭素鋼が用いられる。そして、上述したように、低合金鋼の溶接においては、予熱をする必要があり、補強金物を胴部に溶接する場合、胴部および補強金物の予熱（例えば、１５０℃）を伴うことになる。このように、胴部の囲まれた空間内において胴部および補強金物の予熱を行う作業は、作業環境および作業性が悪く作業者の負担が大きい。よって、作業性を向上することが望まれている。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するものであり、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することのできる接合方法および接合構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の接合方法は、低合金鋼の母材に対して材料の異なる異材金属の接合金物を溶接接合する接合方法において、前記母材側の接合面に低合金鋼の肉盛溶接を行う工程と、次に、前記低合金鋼の肉盛溶接面の上に異材金属の肉盛溶接を行う工程と、次に、前記異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材により前記接合金物を溶接接合する工程と、を含み、前記接合金物を溶接接合する工程では、前記異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材により異材金属の位置決め部材を溶接接合し、当該位置決め部材に対して異材金属の溶加材により前記接合金物を溶接接合することを特徴とする。
【０００７】
この接合方法によれば、母材側の接合面に低合金鋼の肉盛溶接を行う工程、および低合金鋼の肉盛溶接面の上に異材金属の肉盛溶接を行う工程は、予熱が必要であるが、異材金属の肉盛溶接に対して接合金物を溶接接合する工程では、予熱が不要となる。この結果、接合金物自体を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することができる。
【０００９】
この接合方法によれば、異材金属の肉盛溶接に対して位置決め部材を溶接接合する際、および位置決め部材に接合金物を溶接接合する際には、予熱が不要となる。この結果、位置決め部材や接合金物を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することができる。しかも、位置決め部材により接合金物の接合位置の位置決めを行うことができる。さらに、接合金物を母材から取り外す場合、異材金属の肉盛溶接に対する位置決め部材の溶接箇所である溶加材部分を削除することで、接合金物を母材から容易に取り外すことができる。
【００１０】
上述の目的を達成するために、本発明の接合構造は、低合金鋼の母材と、前記母材側の接合面に接合した低合金綱層と、低合金鋼に対して材料の異なる異材金属からなり前記低合金鋼層の上に接合した異材金属層と、前記異種金属層に対して異材金属の溶加材により接合した異材金属の位置決め部材と、当該位置決め部材に対して異材金属の溶加材により接合して前記位置決め部材と前記異材金属層と前記低合金綱層とを介して前記母材に接合した異材金属の接合金物と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この接合構造によれば、母材側の接合面への低合金鋼層の肉盛溶接や、低合金鋼層への異材金属層の肉盛溶接について、予熱が必要であるが、異材金属層への接合金物の溶接接合については、予熱が不要となる。この結果、接合金物自体を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することができる。
【００１３】
この接合構造によれば、異材金属層への位置決め部材の溶接接合や、位置決め部材への接合金物の溶接接合について、予熱が不要となる。この結果、位置決め部材や接合金物を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することができる。しかも、位置決め部材により接合金物の接合位置の位置決めをすることができる。さらに、接合金物を母材から取り外す場合、異材金属層に対する位置決め部材の溶接箇所である溶加材部分を削除することで、接合金物を母材から容易に取り外すことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る接合構造の断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る接合構造の正面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る他の接合構造の断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る接合方法の工程図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る接合方法の工程図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態に係る接合方法の工程図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態に係る接合構造が適用される蒸気発生器の構成を示す説明図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態に係る接合構造を適用した蒸気発生器の製造時の側面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態に係る接合構造を適用した蒸気発生器の製造時の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係る実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１７】
図７は、本実施の形態に係る接合構造が適用される蒸気発生器の構成を示す説明図である。蒸気発生器１０１は、例えば、加圧水型原子炉（ＰＷＲ：Pressurized  Water  Reactor）に用いられる。加圧水型原子炉は、原子炉冷却材および中性子減速材として軽水を使用している。加圧水型原子炉は、軽水を炉心全体にわたって沸騰しない高温高圧水としての一次冷却水を蒸気発生器１０１に送る。蒸気発生器１０１では、高温高圧の一次冷却水の熱を二次冷却水に伝え、二次冷却水に水蒸気を発生させる。そして、この水蒸気によりタービン発電機が回されて発電する。
【００１８】
蒸気発生器１０１は、胴部１０２を有している。胴部１０２は、上下方向に延在され、かつ密閉された中空円筒形状をなし、上半部に対して下半部が若干小径とされている。胴部１０２は、その下半部内に、当該胴部１０２の内壁面と所定間隔をもって配置された円筒形状をなす管群外筒１０３が設けられている。この管群外筒１０３は、その下端部が、胴部１０２の下半部内の下方に配置された管板１０４近傍まで延設されている。管群外筒１０３内には、伝熱管群１０５Ａが設けられている。伝熱管群１０５Ａは、逆Ｕ字形状をなす複数の伝熱管１０５からなる。伝熱管群１０５Ａは、その上端部に、伝熱管１０５の上述した逆Ｕ字形状の円弧部が配置されている。伝熱管１０５は、中央から外側に向けて円弧部の径が大きなものを配列した伝熱管層を構成し、この伝熱管層を、重ねつつ径を変えることで、伝熱管群１０５Ａの上端部を半球形状に形成している。この伝熱管群１０５Ａの半球形状部分は、各伝熱管層の円弧部の間に、一次冷却水が各伝熱管１０５内を通過する際に発生し得る流体励起振動を抑制するための振止部材１０５ａが設けられている。そして、各伝熱管１０５は、Ｕ字形状の円弧部を上方に向け、下端部が管板１０４の管穴１０４ａに挿通支持されていると共に、中間部が複数の管支持板１０６を介して管群外筒１０３に支持されている。管支持板１０６は、多数の管穴１０６ａが形成されており、この管穴１０６ａに各伝熱管１０５が挿通されることで各伝熱管１０５を支持する。
【００１９】
胴部１０２は、その下端部に水室１０７が設けられている。水室１０７は、内部が隔壁１０８により入室１０７Ａと出室１０７Ｂとに区画されている。入室１０７Ａは、各伝熱管１０５の一端部が連通され、出室１０７Ｂは、各伝熱管１０５の他端部が連通されている。また、入室１０７Ａは、胴部１０２の外部に通じる入口ノズル１０７Ａａが形成され、出室１０７Ｂは、胴部１０２の外部に通じる出口ノズル１０７Ｂａが形成されている。そして、入口ノズル１０７Ａａは、加圧水型原子炉から一次冷却水が送られる冷却水配管（図示せず）が連結され、出口ノズル１０７Ｂａは、熱交換された後の一次冷却水を加圧水型原子炉に送る冷却水配管（図示せず）が連結される。
【００２０】
胴部１０２は、その上半部内に、給水を蒸気と熱水とに分離する気水分離器１０９、および分離された蒸気の湿分を除去して乾き蒸気に近い状態とする湿分分離器１１０が設けられている。気水分離器１０９と伝熱管群１０５Ａとの間には、外部から胴部１０２内に二次冷却水の給水を行う給水管１１１が挿入されている。さらに、胴部１０２は、その上端部に、蒸気排出口１１２が形成されている。また、胴部１０２は、その下半部内に、給水管１１１からこの胴部１０２内に給水された二次冷却水を、胴部１０２と管群外筒１０３との間を流下させて管板１０４にて折り返させ、伝熱管群１０５Ａに沿って上昇させる給水路１１３が形成されている。なお、蒸気排出口１１２は、タービンに蒸気を送る冷却水配管（図示せず）が連結され、給水管１１１は、タービンで使用された蒸気が復水器（図示せず）で冷却された二次冷却水を供給するための冷却水配管（図示せず）が連結される。
【００２１】
このような蒸気発生器１０１では、加圧水型原子炉で加熱された一次冷却水は、入室１０７Ａに送られ、多数の伝熱管１０５内を通って循環して出室１０７Ｂに至る。一方、復水器で冷却された二次冷却水は、給水管１１１に送られ、胴部１０２内の給水路１１３を通って伝熱管群１０５Ａに沿って上昇する。このとき、胴部１０２内で、高圧高温の一次冷却水と二次冷却水との間で熱交換が行われる。そして、冷やされた一次冷却水は出室１０７Ｂから加圧水型原子炉に戻される。一方、高圧高温の一次冷却水と熱交換を行った二次冷却水は、胴部１０２内を上昇し、気水分離器１０９で蒸気と熱水とに分離される。そして、分離された蒸気は、湿分分離器１１０で湿分が除去されてからタービンに送られる。
【００２２】
図８は、本実施の形態に係る接合構造を適用した蒸気発生器の製造時の説明図であり、図９は、本実施の形態に係る接合構造を適用した蒸気発生器の製造時の正面図である。
【００２３】
上述した蒸気発生器１０１を製造するにあたり、胴部１０２は、図７に示すように、管群外筒１０３、伝熱管１０５、および管支持板１０６が収容される下半部胴１０２Ａと、気水分離器１０９、湿分分離器１１０、および給水管１１１が収容される上半部胴１０２Ｂとに分けて製造される。そして、下半部胴１０２Ａは、図８に示すように、管板１０４側から下部胴１０２ａ、中間胴１０２ｂ、および円錐胴１０２ｃに分割されて形成され、これらが管板１０４を含め一体に形成される。この一体に形成する際、下半部胴１０２Ａを母材１とし、図８および図９に示すように、下部胴１０２ａの管板１０４寄りの内周面、および中間胴１０２ｂの下部胴１０２ａ寄りの内周面に対し、下部胴１０２ａや中間胴１０２ｂの真円を維持するように周方向に複数（本実施の形態では４つ）の扇形補強板（接合金物）２が接合される。なお、図には明示しないが、上半部胴１０２Ｂは、気水分離器１０９、湿分分離器１１０、および給水管１１１が収容される上部胴と、蒸気排出口１１２が形成される上部蓋とを一体に形成する際、上半部胴１０２Ｂを母材１とし、下部胴の上部蓋寄りの内周面に対し、上部胴の真円を維持するように周方向に複数の扇形補強板である接合金物２が一時的に接合される。母材１は、胴部１０２の強度を十分に維持するために低合金鋼で形成され、接合金物２は製造時の一時的な接合であるために比較的安価な炭素鋼やステンレス鋼で形成されている。そして、接合金物２の母材１への接合は、図９に示すように、１つの接合金物２の複数箇所（本実施の形態では４箇所）において接合部３により接合される。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る接合構造の断面図であり、図２は、本実施の形態に係る接合構造の正面図である。また、図３は、本実施の形態に係る他の接合構造の断面図である。
【００２５】
図１および図２に示すように、本実施の形態の接合構造は、上述した接合部３の構造である。接合部３は、低合金鋼層３ａと、異材金属層３ｂとを含み構成されている。低合金鋼層３ａは、母材１側の接合面１ａに対して低合金鋼が溶加材として肉盛溶接されたものである。また、異材金属層３ｂは、低合金鋼層３ａの上に対して異材金属である炭素鋼またはステンレス鋼が溶加材として肉盛溶接されたものである。そして、異材金属層３ｂに対し、接合金物２が異材金属である炭素鋼またはステンレス鋼の溶加材３ｃ，３ｄにより溶接接合されている。なお、低合金鋼層３ａは、母材１である上半部胴１０２Ｂの内周面が周方向に円弧状に形成されているが、この円弧状を平坦状にするように上面が平坦に形成されている。また、本実施の形態の接合構造は、低合金鋼の母材１に異材金属を溶接接合するため、母材１の接合面１ａに低合金鋼層３ａを設けることで、母材１自体の溶融部分に異材金属が混入することを防ぐことになる。
【００２６】
図１および図２において、接合金物２は、位置決め部材４を介して異材金属層３ｂに溶接接合されている。位置決め部材４は、異材金属である炭素鋼またはステンレス鋼により形成されたもので、異材金属層３ｂに対して溶加材３ｃにより溶接接合されている。そして、この位置決め部材４により母材１の所定位置に位置決めされるように、接合金物２が位置決め部材４に対して溶加材３ｄにより溶接接合されている。
【００２７】
また、図３において、接合金物２は、異材金属層３ｂに対して溶加材３ｃにより溶接接合されている。
【００２８】
なお、接合金物２、異材金属層３ｂ、溶加材３ｃ，３ｄ、および位置決め部材４は、全てが異材金属である炭素鋼であっても、全てが異材金属であるステンレス鋼であってもよい。製造コストを低減するには、全てを安価である炭素鋼を適用することが好ましい。
【００２９】
図４〜図６は、本実施の形態に係る接合方法の工程図である。まず、図４に示すように、母材１側の接合面１ａに対して低合金鋼の肉盛溶接を行う。すなわち、母材１の接合面１ａに低合金鋼層３ａが肉盛溶接される。この際、低合金鋼同士の溶接となるため、母材１の予熱を行う。
【００３０】
次に、図５に示すように、低合金鋼の肉盛溶接面の上に異材金属の肉盛溶接を行う。すなわち、低合金鋼層３ａに対して異材金属層３ｂの肉盛溶接を行う。この際、低合金鋼を含む溶接となるため、低合金鋼層３ａの予熱を行う。
【００３１】
次に、異材金属の肉盛溶接に対して接合金物２を溶接接合する。すなわち、異材金属層３ｂに対して接合金物２の溶接接合を行う。ここで、図１および図２に示す接合構造とする場合、図６に示すように、異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材３ｃにより異材金属の位置決め部材４を溶接接合し、図１に示すように位置決め部材４に対して異材金属の溶加材３ｄにより接合金物２を溶接接合する。すなわち、図６に示すように、異材金属層３ｂに対して異材金属の溶加材３ｃにより位置決め部材４の溶接接合を行い、図１に示すように、位置決め部材４に対して異材金属の溶加材３ｄにより接合金物２の溶接接合を行う。異材金属層３ｂに対して異材金属の溶加材３ｃにより位置決め部材４を溶接接合する際、全てが異材金属同士であるため、予熱は必要ない。また、位置決め部材４に対して異材金属の溶加材３ｄにより接合金物２を溶接接合する際も、全てが異材金属同士であるため、予熱は必要ない。
【００３２】
なお、図３に示す接合構造とする場合、図３に示すように、異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材３ｃにより接合金物２を溶接接合する。すなわち、異材金属層３ｂに対して異材金属の溶加材３ｃにより接合金物２の溶接接合を行う。異材金属層３ｂに対して異材金属の溶加材３ｃにより接合金物２を溶接接合する際、全てが異材金属同士であるため、予熱は必要ない。
【００３３】
このように、本実施の形態の接合方法は、低合金鋼の母材１に対して材料の異なる異材金属の接合金物２を溶接接合する接合方法において、母材１側の接合面１ａに低合金鋼の肉盛溶接を行う工程と、次に、低合金鋼の肉盛溶接面の上に異材金属の肉盛溶接を行う工程と、次に、異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材により接合金物２を溶接接合する工程とを含む。
【００３４】
ここで、炭素鋼やステンレス鋼は、溶接時に予熱が不要であるが、低合金鋼は、応力割れを防ぐために予熱（例えば、１５０℃）が必要である。そして、炭素鋼やステンレス鋼の接合金物２を母材１に直接溶接するには、接合金物２および母材１を予熱する必要がある。また、母材１としての下半部胴１０２Ａは数千ｍｍの内径であり、この胴部１０２の内周面に接合されて胴部１０２を補強する接合金物２としての扇形補強板は、その重量が嵩むため、胴部１０２Ａの囲まれた空間内において予熱した扇型補強板を取り扱うことは、作業環境および作業性が悪く作業者の負担が大きい。この点、本実施の形態の接合方法によれば、母材１側の接合面１ａに低合金鋼の肉盛溶接を行う工程、および低合金鋼の肉盛溶接面の上に異材金属の肉盛溶接を行う工程は、予熱が必要であるが、異材金属の肉盛溶接に対して接合金物２を溶接接合する工程では、予熱が不要となる。この結果、接合金物２自体を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することが可能になる。
【００３５】
また、本実施の形態の接合方法は、接合金物２を溶接接合する工程では、異材金属の肉盛溶接に対して異材金属の溶加材３ｃにより異材金属の位置決め部材４を溶接接合し、当該位置決め部材４に対して異材金属の溶加材３ｄにより接合金物２を溶接接合することが好ましい。
【００３６】
この接合方法によれば、異材金属の肉盛溶接に対して位置決め部材４を溶接接合する際、および位置決め部材４に接合金物２を溶接接合する際には、予熱が不要となる。この結果、位置決め部材４や接合金物２を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することが可能になる。しかも、位置決め部材４により接合金物２の接合位置の位置決めを行うことが可能である。さらに、接合金物２を母材１から取り外す場合、異材金属の肉盛溶接に対する位置決め部材４の溶接箇所である溶加材３ｃ部分を削除することで、接合金物２を母材１から容易に取り外すことが可能である。
【００３７】
また、本実施の形態の接合構造は、低合金鋼の母材１に対して材料の異なる異材金属の接合金物２を溶接接合する接合構造において、母材１側の接合面１ａに肉盛溶接された低合金鋼層３ａと、低合金鋼層３ａの上に肉盛溶接された異材金属層３ｂと、を備え、異材金属層３ｂに対して異材金属の溶加材により接合金物２が溶接接合されている。
【００３８】
この接合構造によれば、母材１側の接合面１ａへの低合金鋼層３ａの肉盛溶接や、低合金鋼層３ａへの異材金属層３ｂの肉盛溶接について、予熱が必要であるが、異材金属層３ｂへの接合金物２の溶接接合については、予熱が不要となる。この結果、接合金物２自体を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することが可能になる。
【００３９】
また、本実施の形態の接合構造は、異材金属層３ｂに対して異材金属の溶加材３ｃにより異材金属の位置決め部材４が溶接接合され、当該位置決め部材４に対して異材金属の溶加材３ｄにより接合金物２が溶接接合されていることが好ましい。
【００４０】
この接合構造によれば、異材金属層３ｂへの位置決め部材４の溶接接合や、位置決め部材４への接合金物２の溶接接合について、予熱が不要となる。この結果、位置決め部材４や接合金物２を予熱することがないため、低合金鋼に異材金属の接合金物を溶接接合する作業性を向上することが可能になる。しかも、位置決め部材４により接合金物２の接合位置の位置決めをすることが可能である。さらに、接合金物２を母材１から取り外す場合、異材金属層３ｂに対する位置決め部材４の溶接箇所である溶加材３ｃ部分を削除することで、接合金物２を母材１から容易に取り外すことが可能である。
【００４１】
なお、上述した、接合方法および接合構造は、蒸気発生器１０１の胴部１０２を製造する場合において、母材１である下半部胴１０２Ａに、接合金物２である扇状補強板を溶接接合することに適用されているが、低合金鋼の母材１に対して材料の異なる異材金属の接合金物２を溶接接合するものであれば、母材１や接合金物２について限定されるものではなく、蒸気発生器１０１の胴部１０２の製造について限定されるものでもない。
【符号の説明】
【００４２】
１  母材
１ａ  接合面
２  接合金物
３  接合部
３ａ  低合金鋼層
３ｂ  異材金属層
３ｃ，３ｄ  溶加材
４  位置決め部材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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