(57)【要約】【課題】伝熱管側への亀裂の進行リスクを低減することができるボイラ用伝熱管の溶接構造および溶接方法を提供する。【解決手段】本発明は、ボイラ用伝熱管（１）に他部材（２）を溶接により接合するボイラ用伝熱管の溶接構造であって、他部材（２）の両端部からそれぞれ所定の距離だけ未溶接部（５ａ）が設けられていることを特徴とする。さらに、本発明は、ボイラ用伝熱管（１）に他部材（２）を溶接により接合するボイラ用伝熱管の溶接方法であって、他部材（２）の両端部からそれぞれ所定の距離だけ未溶接部（５ａ）を設けて、他部材（２）をボイラ用伝熱管（１）に溶接することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボイラ用伝熱管に他部材を溶接により接合するボイラ用伝熱管の溶接構造であって、
前記他部材の両端部からそれぞれ所定の距離だけ未溶接部が設けられていることを特徴とするボイラ用伝熱管の溶接構造。
【請求項２】
ボイラ用伝熱管に他部材を溶接により接合するボイラ用伝熱管の溶接方法であって、
前記他部材の両端部からそれぞれ所定の距離だけ未溶接部を設けて、前記他部材を前記ボイラ用伝熱管に溶接することを特徴とするボイラ用伝熱管の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボイラの過熱器、再熱器、節炭器等に用いられる伝熱管と他部材との溶接構造および溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりボイラの伝熱管と他部材を溶接により接合することは広く行われている。例えば特許文献１では、溶接によってボイラの伝熱管に固定する振れ止め金具が開示されている。特許文献１に記載された従来技術を図を用いて具体的に説明する。図５はボイラの管寄せと伝熱管を模式的に示す正面図、図６はボイラの管寄せと伝熱管を模式的に示す側面図、図７は管寄せと伝熱管の溶接部の拡大斜視図である。また、図８〜１０は従来技術に係るボイラ用伝熱管の溶接構造を示す正面図および断面図である。
【０００３】
図５〜図７に示すように、ボイラの燃焼ガス通路内には熱交換を行うための多数の伝熱管１が配置されている。伝熱管１は燃焼ガスの流れやガス圧力の変動、あるいは温度差によって変形し、ボイラの炉幅方向やボイラの前後方向へ振れるため、通常、伝熱管１同士を固定する振れ止め金具２が設けられている（図６参照）。伝熱管１の振れを防止する目的は、燃焼ガスの流れを均一にして炉幅方向の熱負荷の均一化を図ること、及び振れが大きくなると伝熱管１と管寄せ３の管台溶接部４（図７参照）に過大な曲げ応力が発生し、この曲げ応力によって、管台溶接部４に疲労あるいはクリープ疲労損傷が進展することを抑制することにある。したがって、振れ止め金具２は伝熱管１同士が相対的に移動したり接触したりするのを防止し、または、伝熱管１の重量の一部を支持するために設けられている。
【０００４】
振れ止め金具２は、図８〜図１０に示すように振れ止め金具２の外側から隅肉溶接部５によって伝熱管１と接合されている。この際、隅肉溶接部５は、振れ止め金具２の両端部まで至っている。すなわち、振れ止め金具２は、長手方向の全体に亘って伝熱管１と隅肉溶接部５により接合されている。
【０００５】
ここで、ボイラの使用環境等の要因により、伝熱管１と振れ止め金具２との隅肉溶接部５から亀裂が発生する場合が考えられる。例えばボイラ運転中、伝熱管１は内部流体によって冷却されているが、振れ止め金具２は燃焼ガスによって一方的に雰囲気温度近傍まで加熱されるので、伝熱管１に比べて振れ止め金具２の方が熱伸びが大きい。そのため、両者の熱伸びの差により、振れ止め金具２の隅肉溶接部５に熱応力が発生する。あるいは、伝熱管１がボイラの炉幅方向及び前後方向へ振れた場合には、伝熱管１と振れ止め金具２の隅肉溶接部５には、大きな曲げモーメントが作用する。
【０００６】
運転中に生じる熱応力や曲げモーメントが隅肉溶接部５に集中することで発生した亀裂は、熱応力や曲げモーメントの作用する方向によっては伝熱管１の肉厚方向に伝播する可能性がある。伝熱管１の肉厚方向に亀裂が進行した場合には、伝熱管１内の流体が管外に漏出し、ボイラは運転停止を余儀なくされることになる。そこで、例えば特許文献１では、隅肉溶接部５を起点として亀裂が伝播することを抑制するために、振れ止め金具２に予め応力集中部９ａ，９ｄ（図９，１０参照）を設ける構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２８７７０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、亀裂の発生箇所や進行方向は、熱応力や曲げモーメントの作用する方向に左右されるため、伝熱管の肉厚方向に亀裂が進行するリスクをより一層低減することは、本発明の技術分野において恒久の課題である。
【０００９】
そこで、本発明の技術的課題は、伝熱管の肉厚方向への亀裂の進行リスクを低減することができるボイラ用伝熱管の溶接構造および溶接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】
上記課題を解決するために、本発明は、ボイラ用伝熱管に他部材を溶接により接合するボイラ用伝熱管の溶接構造であって、前記他部材の両端部からそれぞれ所定の距離だけ未溶接部が設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明は、ボイラ用伝熱管に他部材を溶接により接合するボイラ用伝熱管の溶接方法であって、前記他部材の両端部からそれぞれ所定の距離だけ未溶接部を設けて、前記他部材を前記ボイラ用伝熱管に溶接することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、溶接箇所を起点に発生する亀裂を他部材側へと進展させ、伝熱管側に亀裂が進行するリスクを低減することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態に係るボイラ用伝熱管の溶接構造を示す正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ部を示す要部拡大図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２実施形態に係るボイラ用伝熱管の溶接構造を示す正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】（ａ）は本発明の第３実施形態に係るボイラ用伝熱管の溶接構造を示す正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】ボイラの管寄せと伝熱管を模式的に示す正面図である（従来技術）。
【図６】ボイラの管寄せと伝熱管を模式的に示す側面図である（従来技術）。
【図７】管寄せと伝熱管の溶接部の拡大斜視図である（従来技術）。
【図８】（ａ）は従来技術に係るボイラ用伝熱管の溶接構造を示す正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】（ａ）は従来技術に係るボイラ用伝熱管の溶接構造を示す正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】（ａ）は従来技術に係るボイラ用伝熱管の溶接構造を示す正面図、（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の各実施形態について、図を参照して説明する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る伝熱管１と振れ止め金具２の溶接構造を示す図である。図１では平行に配置された伝熱管（ボイラ用伝熱管）１の間に、伝熱管１の振れを防止するための振れ止め金具（他部材）２を配置し、伝熱管１と振れ止め金具２とを隅肉溶接部５によって接合している。第１実施形態では、振れ止め金具２の両端部から所定の位置まで溶接を残して伝熱管１と振れ止め金具２との溶接を行っている。すなわち、振れ止め金具２の両端部から所定の距離（数ｍｍ程度）は未溶接部５ａである。この未溶接部５ａを設けたことにより、隅肉溶接部５への応力集中が起こった際には、この未溶接部５ａの部分を起点として亀裂が進展する。その際、図２に示すように、亀裂は予め存在する未溶接部５ａから図中の矢印の方向へと進展しようとするため、隅肉溶接部５に沿った形で亀裂が進展する。これにより、伝熱管１の肉厚方向に亀裂が伝播するのを阻止でき、隅肉溶接部５への応力集中によって伝熱管１そのものが破損するリスクを大幅に低減することができる。
【００１６】
（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係る伝熱管１と振れ止め金具２の溶接構造を示す図である。図３に示す第２実施形態では、伝熱管１が平行配置である点は第１実施形態と同じであるが、振れ止め金具２は伝熱管１同士を結合するものではなく、各伝熱管１が個別に移動できる隙間を残しつつ、大きな移動は拘束するタイプのものを用いている点で相違する。勿論、振れ止め金具２の両端部に未溶接部５ａを残して溶接を行う点は第１実施形態と同じであり、第２実施形態においても第１実施形態と同様の作用効果を奏し得る。
【００１７】
（第３実施形態）
図４は本発明の第３実施形態に係る伝熱管１と振れ止め金具２の溶接構造を示す図である。図４に示す第３実施形態は、伝熱管１が水平配置の例である。第３実施形態では、振れ止め金具２は下方の伝熱管１の上面に溶接され、上方の伝熱管１の重量を受ける溶接構造となっている。第３実施形態においても、振れ止め金具２の両端部に未溶接部５ａを残して溶接を行っており、第１、第２実施形態と同様の作用効果を奏し得る。
【００１８】
なお、本発明に係る溶接構造及び溶接方法は、ボイラの伝熱管と振れ止め金具との溶接以外にも、温度差のある部材同士を溶接によって接合する場合であって、特に一方の部材の破損リスクを抑えたい場合に広く応用可能である。例えば、本発明は、熱交換器の伝熱管と放熱フィンなどにも適用可能である。また、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００１９】
１  伝熱管（ボイラ用伝熱管）
２  振れ止め金具（他部材）
５  隅肉溶接部
５ａ  未溶接部
【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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【図１０】
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