(57)【要約】【課題】配管により大きな圧縮残留応力を付与して引張残留応力を確実に除去し、応力腐食割れを防止することができる配管の残留応力改善方法を提供する。【解決手段】配管１の残留応力を改善する応力改善領域に対して、前記配管軸方向の負荷を、前記配管外面の軸方向ひずみが０％以上となる応力でかつ前記配管の降伏応力以下の応力とするとともに、配管１の内圧５を上昇させる。配管１は内圧５により半径方向に塑性変形し拡管する。配管１が塑性変形するまで内圧５を上昇させた後、内圧５および軸方向荷重４を除荷することにより、配管１の内面の応力改善領域である溶接部２および熱影響部３に圧縮残留応力が付与される。【選択図】図１Ｃ
2011131252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を内部に充填した配管における引張残留応力を有する応力改善領域に対して、前記配管に軸方向荷重の負荷を加え、前記配管内部の圧力を上昇させて前記応力改善領域を塑性変形させる配管の残留応力改善方法において、
前記配管軸方向の負荷の範囲を、前記配管外面の軸方向ひずみが０％以上となる応力でかつ前記配管の降伏応力以下の応力とすることを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【請求項２】
請求項１に記載された配管の残留応力改善方法において、前記応力改善領域は前記配管の溶接部および該溶接部による熱影響部を含むことを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【請求項３】
請求項１に記載された配管の残留応力改善方法において、前記応力改善領域は前記配管の拡管部を含むことを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載された配管の残留応力改善方法において、前記配管が塑性変形された後に、前記配管内の圧力および前記配管の軸方向の負荷を除荷することを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【請求項５】
請求項４に記載された配管の残留応力改善方法において、前記配管内面が塑性変形を開始した後、配管外面が塑性変形を始めた時点で前記配管内部の圧力を除荷することを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【請求項６】
請求項４に記載の配管の残留応力改善方法において、前記配管外面のひずみが約０．５％に達した時点で前記配管内部の圧力を除荷することを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【請求項７】
請求項５または６に記載の配管の残留応力改善方法において、前記配管外面の軸方向ひずみに対する周方向ひずみの変化を計測して塑性変形を確認することを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【請求項８】
請求項７に記載の配管の残留応力改善方法において、前記配管外面における周方向ひずみの検出位置を前記溶接部近傍とし、軸方向ひずみの検出位置を前記溶接部近傍を除く領域とすることを特徴とする配管の残留応力改善方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管の残留応力改善方法に係り、特に、配管の溶接部付近の残留応力を改善するのに好適な配管の残留応力改善方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電プラントで使用される配管では、溶接が行われると溶接部近傍には残留応力が発生する。また、高温水配管には耐食性を考慮してステンレス鋼製配管またはニッケル合金鋼製配管を用いることが多い。ステンレス鋼およびニッケル合金鋼等を用いた配管では、配管の溶接部に引張残留応力が付与されたまま高温純水中に長時間曝されると、応力腐食割れを発生する恐れがある。したがって、溶接により発生した引張残留応力を低減し、または圧縮残留応力に変化させて残留応力を改善することが望ましい。
【０００３】
配管の溶接部の残留応力を改善する方法として、配管内に形成した氷栓（アイスプラグ）を利用する方法が、先行技術文献に提案されている。
【０００４】
特許文献１に記載された配管の残留応力改善方法は、配管の溶接部の上流側と下流側に氷栓形成用の冷媒容器をそれぞれ取り付け、各冷媒容器と溶接部の間に拡管用の冷媒容器をそれぞれ取り付ける。始めに氷栓形成用の各冷媒容器によって配管内で溶接部の上流及び下流の二箇所に氷栓を形成し、次に拡管用の各冷媒容器によって氷栓間に存在する水を凍らせて生成された氷の体積膨張を利用して配管の溶接部付近を外側に向って押し広げる。これによって、配管の溶接部付近が塑性変形され、溶接部付近の内面に圧縮残留応力が付与され、引張残留応力を低減ないし圧縮残留応力にする。
【０００５】
特許文献２に記載された配管の残留応力改善方法は、溶接部の余盛もしくは配管外面を切削して、配管の溶接部近傍の肉厚をその他部分の肉厚より薄くする。配管の溶接部近傍の肉厚を薄くすると、配管の内圧による拡管時の溶接部近傍の変形量が溶接部近傍以外の変形量より大きくなる。配管を塑性変形するまで拡管することで、溶接部近傍の配管内面に働く引張残留応力を低減ないし圧縮残留応力にする。
【０００６】
特許文献３に記載された小口径配管の残留応力改善方法は、配管の溶接部近傍に軸方向の引張荷重を付与した状態で、配管の内外面に温度差を付与して溶接部近傍の内圧を上昇させて拡管し、配管内面に圧縮残留応力を付与する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３３４５９６号公報
【特許文献２】特開２００８−２３８１９０号公報
【特許文献３】特開２００９−５０９０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に記載された配管の残留応力改善方法では、配管の塑性変形時における内面と外面の応力差により残留応力を改善する。したがって、配管の直径および厚さによっては、配管の残留応力の改善が応力腐食割れを防止する程度まで十分に行われない可能性がある。特許文献２に記載された配管の残留応力改善方法では、応力腐食割れを防止するために溶接余盛もしくは配管外面を切削した時に、要求される配管の強度を下回る可能性がある。また、特許文献３に記載された小口径配管の残留応力改善方法では、軸方向の引張荷重により重畳される引張応力により内面に塑性ひずみを発生させ圧縮残留応力を付与している。この場合、負荷する引張荷重の大きさによっては、配管の残留応力の改善が応力腐食割れを防止するのに十分に行われない可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、配管の内圧により配管を拡管して残留応力を改善させる方法において、配管の内圧上昇前もしくは上昇と同時に、所定条件の下で軸方向荷重を加えることで、配管により大きな圧縮残留応力を付与する配管の残留応力改善方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、流体を内部に充填した配管における引張残留応力を有する応力改善領域に対して、前記配管に軸方向荷重の負荷を加え、前記配管内部の圧力を上昇させて前記応力改善領域を塑性変形させる配管の残留応力改善方法において、前記配管軸方向の負荷の範囲を、前記配管外面の軸方向ひずみが０％以上となる応力でかつ前記配管の降伏応力以下の応力とすることを特徴とする。
【００１１】
また、応力改善領域は前記配管の溶接部および該溶接部による熱影響部、或いは前記配管の拡管部を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、配管が塑性変形された後に、前記配管内の圧力および前記配管の軸方向の負荷を除荷することを特徴とする。また、配管内面が塑性変形を開始した後、配管外面が塑性変形を始めた時点で前記配管内部の圧力を除荷することを特徴とする。また、配管外面のひずみが約０．５％に達した時点で前記配管内部の圧力を除荷することを特徴とする。
【００１３】
さらに、配管外面の軸方向ひずみに対する周方向ひずみの変化を計測して塑性変形を確認することを特徴とする。
【００１４】
さらに、配管外面における周方向ひずみの検出位置を前記溶接部近傍とし、軸方向ひずみの検出位置を前記溶接部近傍を除く領域とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、配管の内圧を上昇させ、配管の残留応力を改善する応力改善領域に軸方向の荷重を負荷する際に、配管の塑性変形時に配管外面の軸方向のひずみが０％以上で、かつ配管の降伏応力以下の軸方向荷重を負荷することで、配管の応力改善領域の内面に大きな圧縮残留応力を付与し、残留応力状態を改善し、応力腐食割れを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】本発明による配管の残留応力改善方法を示す模式図
【図１Ｂ】本発明による配管の残留応力改善方法を示す模式図
【図１Ｃ】本発明による配管の残留応力改善方法を示す模式図
【図２】本発明の施工対象とする配管および溶接部近傍の構造の説明図
【図３】本発明において配管への軸方向荷重の負荷装置を示す模式図
【図４】本発明による配管の残留応力改善方法における拡管方法を示す模式図
【図５Ａ】本発明による残留応力改善に最適な軸方向ひずみ条件を示すグラフ
【図５Ｂ】本発明による残留応力改善に最適な軸方向ひずみ条件を示すグラフ
【図５Ｃ】本発明による残留応力改善に最適な軸方向ひずみ条件を示すグラフ
【図６】本発明による残留応力改善に最適な軸方向応力条件を示すグラフ
【図７Ａ】本発明による配管の内圧上昇時の周方向ひずみおよび応力を示すグラフ
【図７Ｂ】本発明により配管の内圧上昇時の軸方向および周方向ひずみを示すグラフ
【図８】本発明の施工対象とする配管の内面の残留応力を評価した例を示す説明図
【図９Ａ】本発明による溶接残留応力が存在する配管の周方向残留応力を示すグラフ
【図９Ｂ】本発明による溶接残留応力が存在する配管の軸方向残留応力を示すグラフ
【図１０】本発明の施工対象とする配管の外面のひずみを評価した例を示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
発明者らは、配管の溶接部及び溶接部付近においてこれらの内面により大きな圧縮残留応力を付与することができる方法を検討した。この結果、発明者らは、配管の残留応力を改善する応力改善領域に、軸方向の荷重の負荷と配管の内圧を上昇させて塑性変形させ、塑性変形時に配管外面の軸方向のひずみが０％以上で配管の降伏応力以下の軸方向荷重を負荷することで、配管の応力改善領域の内面に大きな圧縮残留応力を付与するのが望ましいことを新たに見出した。
【００１８】
これによって、配管の応力改善領域の内面により大きな圧縮残留応力を付与して、引張残留応力状態を低減しまたは圧縮残留応力状態に変化させ、配管において応力腐食割れが発生する確率をさらに低減することができる。以上の検討結果を反映した本発明の実施形態を、以下に説明する。
〔残留応力改善の基本構成〕
本発明の好適な一実施形態における配管の残留応力改善方法を、図１Ａ〜１Ｃを用いて、発電プラントにおける配管の溶接部近傍の残留応力を改善する場合を例にとり説明する。
【００１９】
図１Ａにおいて、発電プラントのステンレス鋼（またはニッケル合金）からなる配管１は、その端部を突合せ溶接にて接合されている。この突合せ溶接により、配管１の溶接部２、およびこの溶接部２の両側に隣接して存在する溶接の熱により機械的性質に変化を生じた熱影響部３の内面には、応力腐食割れの原因となる引張残留応力が生じているため、応力を改善する必要がある。従って図１Ｂに示すように軸方向の引張荷重４を加える。ついで図１Ｃに示すように内圧５を加え、溶接部２と熱影響部３の残留応力を改善する。
〔ひずみ計による残留応力の測定〕
配管１に発生するひずみを測定する位置を決定する。図２に示すように、溶接部近傍は溶接施工時の内面合せのために配管内面１１が開先加工され開先加工面１３を形成している。配管内面１１の熱影響部３かつ開先加工面１３の引張残留応力が改善されたことを確認するために、配管１の周方向のひずみゲージＧ１の測定位置を溶接部２の近傍に設ける。
【００２０】
一方、軸方向ひずみについては、溶接部近傍は開先加工面１３および溶接余盛１４が存在するために測定位置により大きく変化する。そのため、配管１の軸方向のひずみゲージＧ２の測定位置は、溶接部２から十分に離れた位置に設けることが好ましい。
【００２１】
周方向ひずみの測定のために、既設の発電プラント内配管１の外面１２にひずみゲージＧ１をに貼り付ける時には、内圧５の大きさを測定することが困難である。周方向ひずみの変化だけでは、配管１が塑性変形したか明確に判断することができないので、この場合は同じ測定位置で周方向および軸方向のひずみを測定して、軸方向ひずみに対する周方向ひずみを計測することで、配管１が塑性変形しているかを確認できる。
【００２２】
周方向ひずみの測定には、ひずみゲージを用いる代わりに配管１の外径を測定しても良い。配管１の外径を測定する場合、内圧５上昇に伴う配管１の塑性変形で測定位置が分からなくならないように、決定した外径の測定位置に対して配管１の外面１２に油性ペン等でそれぞれマーキングを行う。これらのマーキングを用いて外径の測定位置を測定し、得られた測定値を外径の測定位置の初期値として記録する。これらを測定する際には、配管１の厚さのばらつきを考慮し、溶接部２の近傍において配管１の軸心に垂直なそれぞれの断面内で二箇所以上を測定する。〔軸方向荷重の負荷〕
配管１に軸方向荷重４を負荷する構成を図３に示す。軸方向荷重４を負荷する方法として、油圧チャック２１および油圧シリンダ２２を用いる。配管１の残留応力を改善すべき溶接部２および熱影響部３の上流側および下流側に油圧チャック２１を取り付ける。油圧チャック２１間に軸方向荷重４を負荷するために、油圧チャック２１間に油圧シリンダ２２を取り付ける。油圧シリンダ２２により軸方向荷重４を負荷したときに配管１に曲げ変形が生じないように、油圧シリンダ２２は配管１の周方向に等間隔に２箇所以上取り付ける。配管１の内圧５が上昇すると、配管１の軸方向にも内圧５による負荷が生じる。このため、内圧５が上昇すると初期に油圧シリンダ２２で負荷した軸方向荷重４も増加する。油圧シリンダ２２による軸方向荷重４は、配管１の内圧５が上昇した時に、配管１の軸方向応力が配管１の降伏応力を超えないようにする。
〔内圧の上昇方法〕
配管１に軸方向荷重４の負荷を加え、配管１の内圧５を上昇させる。図４に公知の内圧上昇方法を説明する。図４（ａ）に示すように、配管１の残留応力を改善すべき溶接部２および熱影響部３の上流側および下流側に、内側容器３２および外側容器３３が配管１の外面１２に取り付けられる。配管１内には水３１が満たされている。
【００２３】
内側容器３２および外側容器３３は、それぞれ内部が空洞になっている。（ｂ）に示すように内側容器３２および外側容器３３内に、配管１が浸る程度にエチルアルコール３４を注入する。エチルアルコール３４が充填された外側容器３３内に、上端の開口からドライアイス３５を投入する。投入されたドライアイス３５によって、外側容器３３で取り囲まれた位置で配管１内の水３１が冷却される。このため、配管１内のそれぞれの位置で水３１が凍って氷栓３６が形成され、水３１は一対の氷栓３６によって密封される。
【００２４】
より強固なシール機能を発揮する氷栓３６を配管１内に形成するために、予め実験等により求められた氷栓３６が形成される時間よりも長い時間に亘って、外側容器３３内のドライアイスによる配管１の冷却を継続する。これにより、強固に配管１の内面に凍りついた一対の氷栓３６が形成され、これらの氷栓３６の間に水３１が満たされた密封領域が形成される。
【００２５】
さらに、（ｃ）に示すように、エチルアルコール３４が充填された内側容器３２内にドライアイス３５を投入する。内側容器３２内のドライアイス３５によって、氷栓３６間に存在する水３１が冷却される。内側容器３２を取り付けた各位置では配管１が氷点下に冷却され、氷栓３６間に存在する水３１が凍り始める。水３１が氷３７になると体積が膨張するため、氷栓３６間に存在する水３１の圧力が上昇し始める。氷栓３６間で配管１内の圧力が上昇し、この圧力上昇によって配管１が内側容器３２間で半径方向において外側に向って拡管部３８を形成する。
【００２６】
配管１の変形により配管１が塑性変形したと確認された、もしくは測定した周方向ひずみが設定値に達した後、内側容器３２および外側容器３３のドライアイス３５を外部に排出する。配管１内の氷栓３５および氷３６が全て融解して水３１になった後、もしくは配管１の内圧低下と同時に軸方向荷重４を除荷する。このとき（ｄ）に示すように配管１は塑性変形しているため、内圧５および軸方向荷重４の除荷後も拡管した形状となる。
〔残留応力改善の最適条件〕
本発明の配管の残留応力改善方法を、図５Ａ〜５Ｃを用いて説明する。発明者らは、本発明の配管の残留応力改善方法を対象に、配管１に生じる残留応力を有限要素法により解析し、応力改善の最適な条件を明らかにした。
【００２７】
本実施例の対象とする配管の残留応力改善方法を適用する配管１は、ステンレス鋼製として、縦弾性係数は１９５０００ＭＰａ、ポアソン比は０．３および降伏応力は２７０ＭＰａとした。配管１の内径は２０ｍｍで、肉厚を２ｍｍ、６ｍｍおよび１０ｍｍと３段階に変化させた。
【００２８】
図５Ａに示す肉厚２ｍｍの配管１の内圧５は、０ＭＰａの状態から８７ＭＰａまで上昇させた。また、配管１の内圧５と軸方向荷重４により配管１に生じる軸方向の負荷は、配管１の端部に軸方向の分布応力として負荷を加えた。肉厚２ｍｍの配管１の軸方向の分布応力は、軸方向荷重４が無負荷の場合、配管１の内径と外径の比から１２９ＭＰａとし、配管１の内圧５と同時に０ＭＰａの状態から１２９ＭＰａまで上昇させた。ここで、軸方向の分布応力とは、負荷時に配管に生じる軸方向の分布応力を意味する。
【００２９】
次に、図５Ｂに示す肉厚６ｍｍの配管１では、軸方向荷重４が無負荷の場合、内圧５を０ＭＰａから１４７ＭＰａに増加し、同時に軸方向の分布応力を０ＭＰａから９４ＭＰａに上昇させた。
【００３０】
次に、図５Ｃに示す肉厚１０ｍｍの配管１では、軸方向荷重４が無負荷の場合、内圧５を０ＭＰａから２１６ＭＰａに増加し、同時に軸方向の分布応力を０ＭＰａから７２ＭＰａに上昇させた。
【００３１】
各肉厚の配管１に対して、軸方向荷重４を負荷した時に配管１の断面積から計算される軸方向応力を軸方向の分布応力として負荷した。例えば、肉厚６ｍｍの配管１に４９ｋＮの軸方向荷重４を負荷した場合は、配管１の断面積から１００ＭＰａの軸方向応力が生じると計算される。したがって、配管１の内圧５により生じる軸方向応力１４７ＭＰａに１００ＭＰａを加えて、２４７ＭＰａを軸方向の分布応力として負荷する。
【００３２】
図５Ａ〜５Ｃは、軸方向荷重を変化させた場合に、応力改善に最適な条件を有限要素法により評価した結果を示す。図５Ａ〜５Ｃの横軸は、軸方向荷重４および配管１の内圧５が上述の最大値まで達する時に、配管１の外面１２に生じる軸方向ひずみを示す。また縦軸は、配管１の内圧５および軸方向の分布応力を除荷した後の配管１の内面１１に生じる残留応力を示し、マイナス領域ほど圧縮残留応力が高いことを示す。縦軸０は。無荷重無内圧の素管の状態を示す。
【００３３】
図５Ａ〜５Ｃより、軸方向残留応力は軸方向ひずみが０％を超えると改善効果が高くなることが明らかである。したがって、配管１に内圧５および軸方向荷重４の負荷時における配管１の外面１２の軸方向ひずみは、０％以上とすることが好ましい。また、周方向残留応力の改善効果は配管１の外面１２の軸方向ひずみが０％程度の時に最も高くなる。
【００３４】
図６は配管１の端部に負荷する軸方向の分布応力に対する、配管１の内面１１の軸方向応力の改善効果の上限を示す。図６より、軸方向の分布応力が降伏応力の２７０ＭＰａを超えると改善効果が落ち、もしくは軸方向荷重４が無い状態より改善効果が落ちる。これらの結果から、配管１の外面１２の軸方向ひずみが０％以上で、かつ配管１の軸方向応力が降伏応力を超えない軸方向荷重４とすることが好ましい。
〔周方向の応力とひずみの関係〕
図７Ａ、７Ｂは、軸方向荷重４のない肉厚６ｍｍの配管１の内圧５を上昇させた時の変化を、有限要素法により評価した結果を示す。
【００３５】
図7Ａは、配管１の内圧５を上昇させた時の、外面１２の周方向ひずみに対する内面１１および外面１２の周方向応力の変化を示す。内圧５が低く周方向ひずみが小さい時は、配管１は弾性変形するために、配管１の内面１１および外面１２に生じる周方向応力はほぼ同じである。
【００３６】
内圧５が上昇し続けると配管１は塑性変形し始める。この時、配管１の半径方向には、内面１１は内圧５が負荷されているのに対して、外面１２は無負荷の状態である。このため、配管１の内面１１と外面１２で塑性変形し始める周方向応力が異なり、配管１の内面１１と外面１２に応力差が生じる。
【００３７】
配管１の内圧５を除荷した時に、配管１は半径方向に弾性変形分だけ縮み周方向応力が低下する。配管１の内面１１と外面１２の周方向応力の低下量はほぼ同じため、配管１が塑性変形後に生じた内面１１と外面１２の応力差が大きいほど、残留応力の改善効果が高くなる。図７Ａより、配管１の外面１２が塑性変形し始めた時、すなわち、外面１２の周方向ひずみが０．５％程度の時が最も改善効果が高くなる。ここで、配管１の外面１２の同じ箇所において、軸方向ひずみに対する周方向のひずみの変化を測定することで、配管１の外面１２が塑性変形したかを判断する。
【００３８】
図７Ｂは、配管１の内圧５を上昇させた時の、外面１２の軸方向ひずみに対する周方向ひずみの変化を示す。残留応力の改善効果が最も高くなる周方向ひずみ０．５％程度で、軸方向ひずみに対する周方向ひずみの変化量が大きく変化している。配管１が溶接等により予め変形をしている場合は、配管１が塑性変形し始める周方向ひずみが本実施例と異なる。このため、配管１の外面１２の軸方向ひずみに対する周方向ひずみの変化を測定することで、配管１が塑性変形していることを判断する。
〔残留応力の改善結果〕
本発明の配管の残留応力改善結果を図８を用いて説明する。発明者らは、配管１が溶接部２により軸方向に非一様な形状を持ちかつ溶接残留応力が存在する場合に、本実施形態における残留応力改善効果を有限要素法により評価した。
【００３９】
本実施形態の対象とする配管の残留応力改善方法を適用する配管１はステンレス鋼製として、縦弾性係数は１９５０００ＭＰａ、ポアソン比は０．３、降伏応力は２７０ＭＰａとした。配管１の溶接部２および開先加工面１３以外の箇所における内径は２５ｍｍで、肉厚は４．５ｍｍである。
【００４０】
図８は有限要素法により評価した配管１の内面１１における残留応力を示す。溶接部２および開先加工面１３に１００ＭＰａ〜３００ＭＰａの引張残留応力が生じていることが分かる。
【００４１】
図９Ａ、９Ｂは、本実施形態で改善された配管１の内圧５および軸方向荷重４を除荷した後の内面１１の残留応力分布を、有限要素法により評価した例を示す。軸方向荷重が無負荷の場合は、配管１の内圧５を０ＭＰａから１１０ＭＰａ、軸方向の分布応力を０ＭＰａから１３０ＭＰａに同時に上昇させた。これに対し、軸方向の分布応力を１００ＭＰａ、１３０ＭＰａ（軸方向荷重無負荷）、２００ＭＰａおよび３００ＭＰａと変化させた。配管１の内圧５が１１０ＭＰａに達した時の、配管１の外面１２の溶接中心から２０ｍｍの位置における軸方向ひずみは、軸方向の分布応力が１００ＭＰａの時は−０．０４％、１３０ＭＰａの時は０．０２％、２００ＭＰａの時は０．１８％および３００ＭＰａの時は１．２３％であった。図９Ａより、溶接部分における配管周方向の残留応力は何れも大きくマイナス領域に位置して圧縮残留応力を示し応力状態の改善を示している。なお、軸方向の分布応力が降伏応力を超える３００ＭＰａでは、開先加工面近傍で周方向の応力改善効果が低くなっている。
【００４２】
また、図９Ｂより、溶接部分における配管軸方向の残留応力は何れもマイナス領域に位置して圧縮残留応力を示し応力状態の改善を示している。なお、内圧５負荷時に軸方向ひずみが０％以下となった軸方向の分布応力１００ＭＰａでは、開先加工面近傍で軸方向応力が一部０ＭＰａ以上で引張圧縮応力状態となっている。
【００４３】
したがって、溶接により、予め変形および残留応力が存在する配管においても、配管１の外面１２の軸方向ひずみが０％以上、かつ配管１の軸方向応力が降伏応力を超えない軸方向荷重４とすることが好ましい。
【００４４】
図１０は、本実施形態で改善された配管１の内圧５および軸方向荷重４を負荷時における、配管１の外面１２における周方向および軸方向ひずみの有限要素法による解析結果を示す。図１０は、配管１の拡管時に溶接部２の形状によっては配管１の熱影響部３以外の変形量が熱影響部３の変形量より大きくなることを示す。したがって、配管内面１１の熱影響部３かつ開先加工面１３の引張残留応力が改善されたことを確認するために、配管１の周方向のひずみゲージＧ１の測定位置を溶接部２の近傍に設けることが好ましい。また、軸方向ひずみについては、溶接部近傍は開先加工面１３および溶接余盛１４の影響により大きく変化する。そのため、配管１の軸方向のひずみゲージＧ２の測定位置は、溶接部２から十分に離れた位置に設けることが好ましい。
【符号の説明】
【００４５】
１…配管、２…溶接部、３…熱影響部、４…軸方向荷重、５…内圧、１１…配管内面、１２…配管外面、１３…開先加工面、１４…溶接余盛、２１…油圧チャック、２２…油圧ジャッキ、３１…水、３２…内側容器、３３…外側容器、３４…エチルアルコール、３５ドライアイス、３６…氷栓、３７…氷、３８…拡管部、G１…周方向ひずみゲージ、G２…軸方向ひずみゲージ
【図１Ａ】
2011131252.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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