(57)【要約】【課題】実際の溶接を実施する以前に溶接部の近傍を圧縮残留応力にする溶接条件を解析的手法により算出して行う構造物の溶接方法を提供する。【解決手段】本発明に係る構造物の溶接方法は、全溶接パス数より少ない複数の溶接施工部を設定し、各溶接施工部の溶接時の熱影響を模擬した解析条件から残留応力解析を行い（ステップＳ１）、この残留応力解析の結果から各溶接施工部における最適な解析条件を選択し、この選択した解析条件を、各溶接施工部の周囲の溶接パスの解析条件に展開し（ステップＳ２）、この展開した解析条件に基づく残留応力解析により全パス解析を行い（ステップＳ３）、この全パス解析より得られる残留応力解析の結果が構造物の溶接部近傍の評定部に生じる残留応力を圧縮残留応力にする解析条件を特定し、この解析条件を実際の溶接条件として設定して（ステップＳ４）構造物の溶接を行う。【選択図】  図３
2008284556.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、
溶接時の熱影響を模擬した解析条件を設定して前記溶接部近傍の温度分布を求める伝熱解析を行った後、
前記温度分布に基づいて熱弾塑性応力解析を行い前記溶接部近傍の残留応力を求め、
腐食環境に暴露される溶接部近傍の表面の残留応力が圧縮応力になる前記解析条件を特定し、
この特定した前記解析条件を反映した溶接条件を設定して前記構造物を溶接することを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項２】
前記解析条件は、溶接時の溶接電流や溶接電圧、溶接速度から計算される単位あたりの溶接入熱と、冷却方法と、予熱方法と、複数の溶接パスを施工する際の溶接順序と、その溶接位置とを備え、これらの条件を所要に設定し組み合わせて前記残留応力を求めることを特徴とする請求項１に記載の構造物の溶接方法。
【請求項３】
前記解析条件の設定に際して、溶接時に施工する複数の溶接パスの全数よりも少ない代表溶接パス位置を所要に選択し、
前記代表溶接パス位置の解析条件を所要に設定し組み合わせて前記残留応力を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の構造物の溶接方法。
【請求項４】
前記解析条件の設定に際して、溶接時に施工する複数の溶接パスの全数よりも少ない代表溶接パス位置を所要に選択し、
前記代表溶接パス位置を模擬する溶接試験体を準備して前記溶接試験体の溶接条件を所要に設定し組み合わせて溶接し、
この溶接により前記溶接試験体に生じる残留応力を測定した後、前記代表溶接パス位置の溶接条件を所要に組み合わせて模擬した前記解析条件を設定して前記残留応力を求めることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の構造物の溶接方法。
【請求項５】
前記代表溶接パス位置毎の前記構造物の評価対象位置の残留応力の算出結果について前記解析条件を変数とする数式を準備して、新たな解析条件の設定に際し残留応力におよぼす影響を前記数式から概算して解析条件を設定することを特徴とする請求項３または４に記載の構造物の溶接方法。
【請求項６】
前記構造物が配管または容器であって、前記溶接部の開先形状が片側開先であり、全溶接パスのうち最初の溶接パスから所要の溶接パスまでを大気環境下で溶接する際の冷却方法を模擬する第１の解析条件と、前記所要の溶接パスから最終の溶接パスまでを前記最初のの溶接パスの裏面を水環境にする際の冷却方法を模擬する第２の解析条件おとぉ設定して前記残留応力を求めることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の構造物の溶接方法。
【請求項７】
前記最初の溶接パスの裏面の水環境は、水の流速が０．０１ｍ／ｓｅｃ以上であることを特徴とする請求項６に記載の構造物の溶接方法。
【請求項８】
前記構造物が配管または容器であって、前記溶接部の開先形状が片側開先であり、前記解析条件の設定に際し、前記溶接部に施工する溶接パスのうち溶接線に略直行する方向の最終溶接層の幅を模擬した溶接パス数を所要に設定して前記残留応力を求めることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の構造物の溶接方法。
【請求項９】
前記溶接線に略直行する方向の最終溶接層の幅を前記溶接線の略中央を中心として５０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項８に記載の構造物の溶接方法。
【請求項１０】
前記溶接部に施工する溶接パスのうち最初に施工する第１の溶接パスから所要の溶接パスまでの厚みが５ｍｍ以上に施工された後は、その後の溶接パスの解析条件のうち溶接入熱を溶接入熱量１０ｋＪ／ｃｍ以上、３０ｋＪ／ｃｍ以下とすることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の構造物の溶接方法。
【請求項１１】
前記構造物はステンレス鋼またはニッケル基合金を材料とする構造物であり、腐食環境に暴露される前記溶接部の表面の溶接境界から１０ｍｍ以上の範囲の残留応力が圧縮応力になる溶接条件を設定してから構造物を溶接することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の構造物の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の溶接時の溶接熱影響による引張の残留応力を改善する構造物の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、溶接構造物の応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生や進展、溶接構造物の疲労強度等の低下の原因に溶接による熱膨張と塑性歪みによる残留応力とがある。
【０００３】
原子力発電プラントの容器、配管などの構造物の材料であるオーステナイト系ステンレス鋼材は、溶接により結晶粒界にＣｒ炭化物が析出し易く、結晶粒界近傍にＣｒ欠乏層が形成されて腐食環境下では割れ感受性（材料の鋭敏化）が高くなることが知られている。また、溶接部（溶接金属部および熱影響部）に高い引張残留応力が存在する状態で高温水などの腐食環境に暴露されると、応力腐食割れが発生し易い。
【０００４】
この応力腐食割れを防止するためには、材料の鋭敏化、引張残留応力、腐食環境の３因子の中から１つの因子を取り除く必要がある。このため、水などの腐食環境に暴露される溶接部の表面近傍に残留する引張応力を圧縮応力に改善することが強く求められている。
【０００５】
この溶接に起因する残留応力を低減する方法として溶接金属の材料や溶接時の入熱条件などを具体化した溶接条件を開示した発明がある。
【特許文献１】特開２００６−１９８６５７号公報
【特許文献２】特開２００７−２１５１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
構造物の溶接時の熱影響による引張残留応力に起因する応力腐食割れの対策として、溶接部表層部を表面改善処理により表面圧縮応力を形成して応力改善し、応力腐食割れの発生を防止する試みが行われている。
【０００７】
ここで表面改善処理とは、構造物の母材および溶接部の表面に例えばショットピーニングやレーザピーニング、ウォータジェットピーニングを個々に施し、母材および溶接部の表面に圧縮応力を付加して残留応力改善を行うことである。ショットピーニングは、母材および溶接部の表面に小さな金属球（ショット）を高速度で当てて残留応力を改善し、また表面の疲労強度や耐磨耗性、耐応力腐食特性を向上させる。レーザピーニングは、母材および溶接部の表面にエネルギの大きなパルスレーザを照射して母材および溶接部を構成する材料の原子のプラズマを表面に発生させ、このプラズマ発生の反力による衝撃波を母材および溶接部の中を伝播させて残留応力を改善させる。また、ウォータジェットピーニングは、母材および溶接部の表面に水流を高速度で当てて残留応力を改善させる。
【０００８】
しかし、この表面改善処理では、応力改善される溶接部の深さは表層部に限定され、また製造工数の増加による製造コストの増大、溶接後に接近困難になる溶接部に対する実施の困難性などの問題があり、応力腐食割れの防止に対して信頼性の高い溶接継手をより低コストで提供するための製造方法が求められている。
【０００９】
また、上述の特許文献は、溶接金属の材料や溶接時の入熱条件などを具体化した構造物の溶接条件を設定することで応力腐食割れの対策として圧縮残留応力を導入するものである。
【００１０】
そこで、溶接熱影響による溶接部の板厚（深さ）方向および平面方向の残留応力の分布を制御することあるいは溶接部へ積極的に圧縮残留応力を導入することにより、応力腐食割れに対して裕度の大きい溶接部を有する溶接構造物を提供することができる。
【００１１】
従来技術では、溶接金属のマルテンサイト変態による変態膨張を利用して、溶接部の板厚方向の内部まで引張残留応力を低減する方法が示されているが、原子力発電プラントにおける原子炉圧力容器内の炉内構造物のような腐食環境で使用される溶接構造物では、耐食性等の問題により適用には適さない。
【００１２】
本発明はこれらの課題を解決するために実際の溶接工程を実施する以前に溶接部の近傍の残留応力を圧縮残留応力にする溶接条件を解析的手法により算出して行う構造物の溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の課題を解決するため本発明では、腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、溶接時の熱影響を模擬した解析条件を設定して前記溶接部近傍の温度分布を求める伝熱解析を行った後、前記温度分布に基づいて熱弾塑性応力解析を行い前記溶接部近傍の残留応力を求め、腐食環境に暴露される溶接部近傍の表面の残留応力が圧縮応力になる前記解析条件を特定し、この特定した前記解析条件を反映した溶接条件を設定して前記構造物を溶接することを特徴とする構造物の溶接方法を提供する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、実際の溶接工程を実施する以前に溶接部の近傍の残留応力を圧縮残留応力にする溶接条件を解析的手法により算出して行う構造物の溶接方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係る構造物の溶接方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１６】
なお、応力は引張応力を正、圧縮応力を負として扱う。
【００１７】
［第１の実施形態］
本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態について、図１から図９を参照して説明する。
【００１８】
図１および図２は、沸騰水型原子炉の原子炉格納容器に収容される炉心シュラウド１の溶接部周囲の概略を説明する図である。
【００１９】
原子炉圧力容器に収容される炉心シュラウド１は、ステンレス鋼からなる略円筒形状の母材２に開先３が構成され、この開先３が溶接部４により溶接される。
【００２０】
この開先３の開先形状は片側開先である。溶接機を炉心シュラウド１の円筒内側に配置して、溶接金属を炉心シュラウド１の円筒外面側から内面側へ溶接して溶接部４が構成される。
【００２１】
本実施形態における構造物の溶接方法は、この炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力にする溶接条件を解析により事前に設定して溶接する方法である。
【００２２】
図３は、構造物の溶接条件を設定する方法を示す図である。
【００２３】
図３においてステップＳ１では、まず原子炉圧力容器の炉内構造物である炉心シュラウド１の外面（内面）および母材２の板厚方向の開先３位置に実際の溶接工程における全溶接パス数より少ない複数の溶接施工部を設定する。この溶接施工部は全溶接パスを代表する所要の溶接パス位置または複数の溶接パスをグループ化した位置を選択して設定する。つぎに構造物を構成する炉心シュラウド１のそれぞれの溶接施工部の溶接条件による熱影響を模擬した解析条件を作成する。さらにこのそれぞれの溶接施工部の解析条件に基づく伝熱解析と、この伝熱解析より得られた温度分布に基づく熱弾塑性応力解析とから構成される残留応力解析を行う。この残留応力解析の結果から炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力にする溶接施工部の解析条件を複数設定するパラメータ解析を行う。
【００２４】
ステップＳ２では、まずステップＳ１のパラメータ解析で得られた複数の溶接施工部の解析条件から所要の解析条件を選択する。つぎにこの選択した溶接施工部の解析条件が反映される溶接施工部の溶接条件を、この溶接施工部の周囲に施工する実際の溶接工程における複数の溶接パス（グループ化した溶接パス）の溶接条件とする。さらにこのグループ化した溶接パスの溶接条件を模擬した解析条件を作成する適正条件選択を行う。
【００２５】
ステップＳ３は、このステップＳ２で作成した溶接パスの解析条件に基づく伝熱解析と、この伝熱解析より得られた温度分布に基づく熱弾塑性応力解析とから構成される残留応力解析により全パス解析を行う。
【００２６】
ステップＳ４は、このステップＳ３の全パス解析より得られる残留応力解析の結果が炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力にするか否かを判断して最適条件を決定する。満足する場合は、溶接パスの解析条件を反映した実際の溶接工程における溶接パスの溶接条件を設定し、満足しない場合はステップ２へ移行する。
【００２７】
このパラメータ解析は、一例として炉心シュラウド１の外面の開先３位置に溶接施工部５Ａが溶接される溶接形態６Ａ（図４（Ａ））、炉心シュラウド１の外面から母材２の板厚方向約１／４の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｂが溶接される溶接形態６Ｂ（図４（Ｂ））、炉心シュラウド１の外面（内面）から母材２の板厚方向約１／２の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｃが溶接された溶接形態６Ｃ（図４（Ｃ））、炉心シュラウド１の内面から母材２の板厚方向約１／４の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｄが溶接された溶接形態６Ｄ（図４（Ｄ））および炉心シュラウド１の内面の開先３位置に溶接施工部５Ｅが溶接された溶接形態６Ｅ（図４（Ｅ））の各々の溶接形態について残留応力解析を行う。
【００２８】
なお、最終溶接施工部位である炉心シュラウド１の内面の溶接施工部位５Ｅは化粧盛を行う際などの複数のパスで溶接する実際の溶接工程を模擬するために１パスずつ残留応力解析を行う。
【００２９】
この残留応力解析は、溶接施工部５の溶接による加熱を模擬した溶接形態６の伝熱解析と、この伝熱解析より得られる温度分布に基づいた熱弾塑性応力解析とから構成される。この伝熱解析は、溶接施工部５の溶接入熱量Ｈ、溶接時の予熱Ｔおよび冷却時間Ｓの解析条件を複数組み合わせて行う。
【００３０】
また、パラメータ解析における熱弾塑性応力解析は、溶接施工部５Ｂが溶接される溶接形態６Ｂの母材２と既溶接部７Ｂ、溶接施工部５Ｃが溶接される溶接形態６Ｃの母材２と既溶接部７Ｃ、溶接施工部５Ｄが溶接される溶接形態６Ｄの母材２と既溶接部７Ｄ、溶接施工部５Ｅが溶接される溶接形態６Ｅの母材２と既溶接部７Ｅのそれぞれの母材２と既溶接部７には応力が残留していない条件で解析を行う。
【００３１】
図５は、図２（Ｃ）に示された炉心シュラウド１の外面（内面）から母材２の板厚方向１／２の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｃが溶接された溶接形態６Ｃについて、溶接時の予熱Ｔおよび冷却時間Ｓを一定とし溶接入熱量Ｈを所要に選択した残留応力解析の結果の一例であり、炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力の周方向成分を示す図である。
【００３２】
図５に示された溶接入熱量Ｈは［数１］の関係がある。  
［数１］
溶接入熱量ＨＣ１＞溶接入熱量ＨＣ２＞溶接入熱量ＨＣ３
【００３３】
図５の残留応力解析の結果から、炉心シュラウド１の外面（内面）から母材２の板厚方向１／２の深さの開先３位置を溶接したときに炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力が圧縮残留応力になる溶接入熱量Ｈの解析条件は溶接入熱量ＨＣ１である。
【００３４】
図６は、図２（Ｃ）に示された炉心シュラウド１の外面（内面）から母材２の板厚方向１／２の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｃが溶接された溶接形態６Ｃについて、溶接時の予熱Ｔおよび溶接入熱量Ｈを一定とし冷却時間Ｓを所要に選択した残留応力解析の結果の一例であり、炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力の周方向成分を示す図である。
【００３５】
図６に示された冷却時間Ｓは［数２］の関係がある。  
［数２］
冷却時間ＳＣ１＜冷却時間ＳＣ２＜冷却時間ＳＣ３
【００３６】
図６の残留応力解析の結果から、炉心シュラウド１の外面（内面）から母材２の板厚方向１／２の深さの開先３位置を溶接したときに炉心シュラウド１の外面の溶接部４近傍に生じる残留応力が圧縮残留応力になる冷却時間Ｓの解析条件は冷却時間ＳＣ１である。
【００３７】
図７は、予熱Ｔを一定とした溶接入熱量Ｈと冷却時間Ｓとの残留応力解析の結果の関係を示す図である。
【００３８】
図７に示すように、予熱Ｔを一定とした場合は、溶接入熱量Ｈが大きく冷却時間Ｓが小さい解析条件の組み合わせであれば炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力が圧縮残留応力になる。
【００３９】
さらに、炉心シュラウド１の外面（内面）および母材２の板厚方向へ所要の深さの開先３位置に溶接施工部が溶接された他の溶接形態６Ａ、６Ｂ、６Ｄおよび６Ｅについても、溶接時の予熱Ｔを一定とし溶接入熱量Ｈおよび冷却時間Ｓを所要に選択した残留応力解析を行う。
【００４０】
そうすると、炉心シュラウド１の外面（内面）および母材２の板厚方向へ所要の深さの開先３位置に溶接施工部が溶接された溶接形態６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄおよび６Ｅについて溶接時の予熱Ｔを一定とした溶接入熱量Ｈと、冷却時間Ｓを表す指標である熱伝達率αとを変数とする残留応力（評定とする炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面の周方向成分の最大値）との関係を数式化［数３］し、溶接入熱量Ｈおよび冷却時間Ｓを組み合わせた適切な解析条件を選択できる。  
［数３］
σｍａｘ＝Ａ・Ｈ  ＋  Ｂ・α  ＋  Ｃ・Ｈ・α
σｍａｘ：評定とする炉心シュラウド１の外面の周方向成分の最大残留応力
Ｈ：溶接入熱量
α：熱伝達率
Ａ、Ｂ、Ｃ：溶接形態６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄおよび６Ｅについての本実施形態における残留応力解析の結果から求めた定数
【００４１】
なお、［数３］は、パラメータ解析で得られた残留応力について溶接入熱量Ｈと冷却時間Ｓを表す指標である熱伝達率αとの関係を最小二乗法で近似した一例である。伝熱解析の解析条件である溶接入熱量Ｈ、溶接時の予熱Ｔ、冷却時間Ｓを任意に固定または設定した複数の残留応力の解析結果から［数３］のような関係式を得ることで、新たな解析条件を設定する際に残留応力におよぼす影響を概算した有効な予測の下に新たな解析条件を設定することが可能になる。
【００４２】
ここで、溶接形態６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄおよび６Ｅの伝熱解析の解析条件である溶接入熱量Ｈ、溶接時の予熱Ｔおよび冷却時間Ｓをそれぞれ溶接形態６ＡについてＨＡｎ、ＴＡｍ、ＳＡｌ、溶接形態６ＢについてＨＢｎ、ＴＢｍ、ＳＢｌ、溶接形態６ＣについてＨＣｎ、ＴＣｍ、ＳＣｌ、溶接形態６ＤについてＨＤｎ、ＴＤｍ、ＳＤｌ、溶接形態６ＥについてＨＥｎ、ＴＥｍ、ＳＥｌと表す。
【００４３】
また、図８に示すように、炉心シュラウド１の外面の開先３位置周囲の複数の溶接パスをグループ化して溶接部分８Ａ、炉心シュラウド１の外面から母材２の板厚方向約１／４の深さの開先３位置周囲の複数の溶接パスをグループ化して溶接部分８Ｂ、炉心シュラウド１の外面（内面）から母材２の板厚方向約１／２の深さの開先３位置周囲の複数の溶接パスをグループ化して溶接部分８Ｃ、炉心シュラウド１の内面から母材２の板厚方向約１／４の深さの開先３位置周囲の複数の溶接パスをグループ化して溶接部分８Ｄ、および炉心シュラウド１の内面の開先３位置周囲の複数の溶接パスをグループ化して溶接部分８Ｅとする。
【００４４】
なお解析条件である溶接入熱量Ｈは実際の溶接工程において溶接電流、溶接電圧、溶接速度から計算される単位あたりの溶接入熱量である。また解析条件である冷却時間Ｓは実際の溶接工程において溶接部に水冷や流速を変えた水冷、扇風機や空気噴射による強制空冷、水噴射による水冷、ドライアイス噴射による冷却などの冷却方法により溶接条件に反映する。さらに解析条件である予熱Ｔは実際の溶接工程において溶接部に高周波加熱やガスバーナーなどによる加熱方法により溶接条件に反映する。
【００４５】
適正条件選択は、例えば溶接部分８Ａの解析条件としてＨＡｎ、ＴＡｍおよびＳＡｌ、溶接部分８Ｂの解析条件としてＨＢｎ、ＴＢｍおよびＳＢｌ、溶接部分８Ｃの解析条件としてＨＣｎ、ＴＣｍおよびＳＣｌ、溶接部分８Ｄの解析条件としてＨＤｎ、ＴＤｍおよびＳＤｌ、溶接部分８Ｅの解析条件としてＨＥｎ、ＴＥｍおよびＳＥｌを選択して組み合わせる。
【００４６】
全パス解析は、適正条件選択で組み合わせた解析条件に基づいて溶接部分８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅの伝熱解析を行い、この伝熱解析の結果を各溶接部分に対応する実際の溶接工程における溶接パスの熱弾塑性解析の解析条件として全溶接パスの熱弾塑性解析を行う。
【００４７】
この全パス解析の結果から、炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力が圧縮残留応力か否かを判断して最適条件を決定する。満足する場合は、この解析条件を実際の溶接工程における溶接パスの溶接条件として設定し、満足しない場合は適正条件選択へ戻って全パス解析と炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力の評価が所要になるまで繰り返す。
【００４８】
図９は、本実施形態により行う所要の解析条件の組み合わせから得た全パス解析の結果の一例を示す図である。
【００４９】
溶接部分８Ａの解析条件としてＨＡ１、ＴＡ１およびＳＡ１、溶接部分８Ｂの解析条件としてＨＢ１、ＴＢ１およびＳＢ１、溶接部分８Ｃの解析条件としてＨＣ１、ＴＣ１およびＳＣ１、溶接部分８Ｄの解析条件としてＨＤ１、ＴＤ１およびＳＤ１、溶接部分８Ｅの解析条件としてＨＥ１、ＴＥ１およびＳＥ１を選択して組み合わせた結果、炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力は周方向成分、軸方向成分とも圧縮残留応力となる。
【００５０】
図１０は、本実施形態の溶接条件を設定する他の方法を示す図である。
【００５１】
図１０においてステップＳ１Ａでは、まず炉心シュラウド１の外面（内面）および母材２の板厚方向の開先３位置に実際の溶接工程における溶接パス数より少ない複数の溶接施工部を設定する。つぎにそれぞれの溶接施工部を模擬した模擬試験体を製作する。さらにこのそれぞれの溶接施工部の溶接条件を設定する。この溶接条件に基づきそれぞれの模擬試験体を溶接して溶接前後の残留応力の変化を測定する。この残留応力の変化の測定より得られた結果から炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力にする溶接施工部の溶接条件を複数取得し、この溶接条件を模擬した解析条件を複数準備する模擬試験体によるパラメータ取得を行う。
【００５２】
ステップＳ２以降のステップは、ステップＳ１Ａの模擬試験体によるパラメータ取得で得られた複数の溶接施工部の解析条件に基づいて、図３に示すステップと同様に炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力にする溶接条件を解析により事前に設定する。
【００５３】
この模擬試験体によるパラメータ取得では、一例としてまず炉心シュラウド１の外面の開先３位置に溶接施工部５Ａが溶接される溶接形態６Ａ（図４（Ａ））、炉心シュラウド１の外面から母材２の板厚方向約１／４の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｂが溶接される溶接形態６Ｂ（図４（Ｂ））、炉心シュラウド１の外面（内面）から母材２の板厚方向約１／２の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｃが溶接された溶接形態６Ｃ（図４（Ｃ））、炉心シュラウド１の内面から母材２の板厚方向約１／４の深さの開先３位置に溶接施工部５Ｄが溶接された溶接形態６Ｄ（図４（Ｄ））および炉心シュラウド１の内面の開先３位置に溶接施工部５Ｅが溶接された溶接形態６Ｅ（図４（Ｅ））の各々の溶接形態について溶接条件に基づく溶接を行い、炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を測定する。
【００５４】
なお、最終溶接施工部位である炉心シュラウド１の内面の溶接施工部位５Ｅは複数のパスで溶接する実際の溶接工程を模擬するために１パスずつ残留応力を測定する。
【００５５】
この溶接条件は、溶接施工部５の溶接入熱量Ｈ、溶接時の予熱Ｔおよび冷却時間Ｓの条件を複数組み合わせて設定する。
【００５６】
また、残留応力測定は、例えばＸ線回折法による残留応力測定、切断解放法、穿孔法などの測定方法により行う。
【００５７】
切断解放法では、例えば模擬試験体に歪みゲージを貼付し、溶接前の歪みの初期値を測定し、溶接後に歪みゲージ周囲をサイコロ状（１０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍ程度）に切断し、切断後の歪みを測定し、切断前後の歪みの変化から切断による歪みの解放量を求めて、その歪みの開放量から残留応力を算出する。
【００５８】
また、穿孔法では、例えば模擬試験体に歪みゲージを貼付し、溶接前の歪みの初期値を測定し、溶接後に歪みゲージ周囲を穿孔し、穿孔前後孔の歪みの変化から切断による歪みの解放量を求め、この歪みの解放量から残留応力を算出する。孔は徐々に深く穿孔させて歪みはその都度測定する。
【００５９】
この模擬試験体によるパラメータ取得における残留応力測定の結果から、炉心シュラウド１の外面（内面）および母材２の板厚方向へ所要の深さの開先３位置に溶接施工部が溶接された溶接形態６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄおよび６Ｅについての溶接時の溶接入熱量Ｈ、予熱Ｔおよび冷却時間Ｓを表す指標である熱伝達率αを変数とする残留応力（評定とする炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面の周方向成分の最大値）との関係を数式化（数３）し、溶接入熱量Ｈおよび冷却時間Ｓを組み合わせた適切な解析条件を選択できる。
【００６０】
そうすると、模擬試験体によるパラメータ取得により得られた解析条件から、適正条件選択（ステップＳ２）、全パス解析（ステップＳ３）を行い、炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力とする溶接条件を得る（ステップＳ４）。
【００６１】
また、パラメータ解析とパラメータ取得を併用してパラメータ解析の結果をパラメータ取得によりサーベイすることで、全パス解析の精度向上を図ることができる。
【００６２】
本実施形態によれば、炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力とすることができ、耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００６３】
また、従来の溶接工程で実施されていた表面改善処理による残留応力改善処理を施工することなく炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面の残留応力を圧縮残留応力とすることができ、工程の短縮とこれに伴うコストダウンの効果を得る。
【００６４】
さらに、解析的手法により実際の溶接工程を実施する以前に溶接部、特に溶接後は容易にアクセスすることが困難になる溶接部の近傍の残留応力を圧縮残留応力にすることができる。
【００６５】
［第２の実施形態］
本発明に係る溶接構造物の溶接方法の第２実施形態について、図１１から図１３を参照して説明する。
【００６６】
本実施形態において第１実施形態の構造物の溶接方法と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６７】
本実施形態における構造物の溶接方法は、炉心シュラウド１Ａの溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力にする溶接条件を解析により事前に設定して溶接する方法である。
【００６８】
図１１および図１２は、本実施形態における炉心シュラウド１Ａの溶接部４の概略を説明する断面図である。
【００６９】
炉心シュラウド１Ａの溶接部４は、一例として実際の溶接工程における開先３の溶接パス数を例えば２３パスとして溶接し（図１１）、この後に炉心シュラウド１Ａの最内周面に施工する最終溶接層１０の溶接パス数を例えば１５パスとして溶接し（図１２）、溶接部４の全体では合計３８パスの溶接パスで構成される。また、炉心シュラウド１Ａの溶接時の環境は、例えば１パスから３パスまでは大気環境で行い、４パスから３８パスまでは炉心シュラウド１Ａの外側に水を満たした環境で行う。この１パスから３パスまでのパス数は炉心シュラウド１Ａの外側に水を満たす際の水圧を保持できる所要の厚みであればよく、またこの厚みは約５ｍｍ程度あれば炉心シュラウド１Ａの外側に水を満たすことで溶接条件である溶接入熱量を約３０ｋＪ／ｃｍとしても炉心シュラウド１の溶接部４近傍の外面におよぼす熱影響は小さい。
【００７０】
すなわち、本実施形態では、炉心シュラウド１Ａの外側に水を満たした環境下で溶接する４パスから３８パスについて、パラメータ解析および全パス解析における伝熱解析の解析条件である冷却時間Ｓを小さくする。
【００７１】
本実施形態では、まず実施形態１と同様に図２に示された溶接施工部５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅについて各々の溶接形態６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅのパラメータ解析を行いかつ最適条件選択を行う。
【００７２】
つぎに全パス解析を行う。なお溶接入熱量Ｈにより溶接金属の供給量が増える場合を考慮して、図１１で示された１パスから２０パスまでの溶接パスを略２パス程度毎にグループ化して解析パス数を半分程度にした全パス解析を行うこともできる。
【００７３】
また、炉心シュラウド１Ａの最内面に施工する最終溶接層１０の溶接パス数を、所要に変更することで、炉心シュラウド１Ａの溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力にする最終溶接層１０の最適な軸方向溶接部の幅Ｄを求めることができる。
【００７４】
図１３は本実施形態における残留応力解析の結果の一例を示す図である。
【００７５】
解析の対象とした炉心シュラウド１Ａの板厚は約５０ｍｍ、開先は底が４〜６ｍｍ、開口部が１０〜１５ｍｍの開先形状を有し、炉心シュラウド１Ａの母材と溶接金属とはオーステナイト系ステンレス鋼である。
【００７６】
解析条件として溶接部４の１パスから３パスの溶接終了後に炉心シュラウド１Ａの外面を水で満たした環境にする場合に、４パス以降の溶接パスについて約１０ｋＪ／ｃｍ以上約３０ｋＪ／ｃｍ以下（約２０ｋＪ／ｃｍ以上が望ましい。）の溶接入熱量で溶接することで炉心シュラウド１Ａの溶接部４近傍の外面の残留応力を圧縮残留応力にできる。さらに炉心シュラウド１Ａの最内面に施工する最終溶接層１０の軸方向溶接部の幅Ｄを５０ｍｍ以上にすることで炉心シュラウド１Ａの溶接部４近傍の外面の残留応力を圧縮残留応力にできる。
【００７７】
本実施形態によれば、炉心シュラウド１Ａの溶接部４近傍の外面に生じる残留応力を圧縮残留応力とすることができ、耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００７８】
また、従来の溶接工程で実施されていた表面改善処理による残留応力改善処理を施工することなく炉心シュラウド１Ａの溶接部４近傍の外面の残留応力を圧縮残留応力とすることができ、工程の短縮とこれに伴うコストダウンの効果を得る。
【００７９】
［第３の実施形態］
本発明に係る溶接構造物の溶接方法の第３実施形態について、図１４から図１７を参照して説明する。
【００８０】
本実施形態において第１実施形態の構造物の溶接方法と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８１】
本実施形態における構造物の溶接方法は、ステンレス鋼からなる配管１２の溶接部４近傍の内面に生じる残留応力を圧縮残留応力にする溶接条件を解析により事前に設定して溶接する方法である。
【００８２】
図１４および図１５は、原子力発電プラントなどで使用される内面が腐食環境に暴露される配管１２の溶接部周囲の概略を説明する図である。
【００８３】
配管１２は、ステンレス鋼からなる略円筒形状の母材２に開先３が構成され、この開先３が溶接部４により溶接されている。
【００８４】
この開先３の開先形状はＶ型継手である。溶接機を配管１２の円筒外側に配置して、溶接金属を配管１２の円筒内面側から外面側へ溶接して溶接部４を構成する。なお配管１２は母材２の継手にＶ型継手が使用されているが、突合せ継手、当て金継手または重ね継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状はＩ型またはＵ型などの開先を使用できる。
【００８５】
配管１２の溶接部４は、一例として実際の溶接工程における溶接パス数を例えば５パスとして溶接し（図１５）構成される。また、配管１２の溶接時の環境は、例えば１パスから３パスまでは大気環境で行い、４パスから５パスまでは配管１２の内部に水を満たした環境で行う。この１パスから３パスまでのパス数は配管１２の内部に水を満たす際の水圧を保持できる所要の厚みであればよい。
【００８６】
すなわち本実施形態では、配管１２の内部に水を満たした環境下で溶接する４パスから５パスについて、パラメータ解析および全パス解析における伝熱解析の解析条件である冷却時間Ｓを小さくする。さらに、配管１２の内部に満たされる水の冷却効果を大きくするために水の流れを考慮した熱伝達率αを反映した冷却時間Ｓを解析条件にして、この熱伝達率αから配管１２の溶接部４近傍の内面に圧縮残留応力が生じる水の流速を求めることができる。
【００８７】
本実施形態では、まず実施形態１と同様に図１５に示された１パスから５パスまでの溶接パスについて各々の溶接形態のパラメータ解析を行い、つぎに最適条件選択を行い、さらに全パス解析を行う。
【００８８】
図１６および図１７は本実施形態における残留応力解析の結果の一例を示す図である。
【００８９】
全パス解析の解析条件として溶接部４の１パスから３パスの溶接終了後に配管１２の内部を水で満たした環境にした場合に、４パスから５パスの溶接パスについて配管１２の内部を満たす水の流速を０．０１ｍ／秒以上とすることで配管１２の溶接部４近傍の内面の残留応力を圧縮残留応力にできる。
【００９０】
本実施形態によれば、配管１２の溶接部４近傍の内面に生じる残留応力を圧縮残留応力とすることができ、耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態を示すもので、沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に収容される炉心シュラウドの溶接部周囲の概略を説明する図。
【図２】前記原子炉圧力容器に収容される炉心シュラウドの溶接部周囲の概略を説明する断面図。
【図３】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法を示す流れ図。
【図４】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法のうちパラメータ解析の条件を説明する図であり、（Ａ）は炉心シュラウドの開先部の外面の位置に溶接施工部が溶接される溶接形態の概略を示す断面図、（Ｂ）は炉心シュラウドの開先部の外面から母材の板厚方向約１／４の深さ位置に溶接施工部が溶接される溶接形態の概略を示す断面図、（Ｃ）は炉心シュラウドの開先部の外面（内面）から母材の板厚方向約１／２の深さ位置に溶接施工部が溶接された溶接形態の概略を示す断面図、（Ｄ）は炉心シュラウドの開先部の内面から母材の板厚方向約１／４の深さ位置に溶接施工部が溶接された溶接形態の概略を示す断面図、（Ｅ）は炉心シュラウドの開先部の内面の位置に溶接施工部が溶接された溶接形態の概略を示す断面図。
【図５】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法のうちパラメータ解析の条件を説明する図であり、図４（Ｃ）に示された溶接形態について、溶接時の予熱および冷却時間を一定とし溶接入熱量を所要に選択した残留応力解析（周方向成分）の結果の一例を示す図。
【図６】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法のうちパラメータ解析の条件を説明する図であり、図４（Ｃ）に示された溶接形態について、溶接時の予熱および溶接入熱量を一定とし冷却時間を所要に選択した残留応力解析（周方向成分）の結果の一例を示す図。
【図７】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法のうちパラメータ解析の条件を説明する図であり、予熱を一定とした溶接入熱量と冷却時間との残留応力解析の結果の関係を示す図。
【図８】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法のうちパラメータ解析により得られた解析条件の組み合わせの一例を示す図。
【図９】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法のうち全パス解析の結果の一例を示す図。
【図１０】本発明に係る構造物の溶接方法の第１実施形態における溶接条件を設定する方法を示す流れ図。
【図１１】本発明に係る構造物の溶接方法の第２実施形態により溶接される沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に収容される炉心シュラウドの溶接部周囲の概略を説明する図。
【図１２】本発明に係る構造物の溶接方法の第２実施形態により溶接される沸騰水型原子炉の原子炉圧力容器に収容される炉心シュラウドの溶接部周囲の概略を説明する図。
【図１３】本発明に係る構造物の溶接方法の第２実施形態における溶接条件を設定する方法のうち全パス解析の結果の一例を示す図。
【図１４】本発明に係る構造物の溶接方法の第３実施形態により溶接される配管の溶接部周囲の概略を説明する図。
【図１５】本発明に係る構造物の溶接方法の第３実施形態により溶接される配管の溶接部周囲の概略を説明する断面図。
【図１６】本発明に係る構造物の溶接方法の第３実施形態における溶接条件を設定する方法のうち全パス解析の結果（残留応力の配管長手軸方向成分）の一例を示す図。
【図１７】本発明に係る構造物の溶接方法の第３実施形態における溶接条件を設定する方法のうち全パス解析の結果（残留応力の配管周方向成分）の一例を示す図。
【符号の説明】
【００９２】
１、１Ａ  炉心シュラウド
２  母材
３  開先
４  溶接部
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、  溶接施工部
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅ、  溶接形態
７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ、７Ｅ  既溶接部
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ、８Ｅ  溶接部分
１０  最終溶接層
１２  配管
【図１】
2008284556.tif 000003
【図２】
2008284556.tif 000004
【図３】
2008284556.tif 000005
【図４】
2008284556.tif 000006
【図５】
2008284556.tif 000007
【図６】
2008284556.tif 000008
【図７】
2008284556.tif 000009
【図８】
2008284556.tif 000010
【図９】
2008284556.tif 000011
【図１０】
2008284556.tif 000012
【図１１】
2008284556.tif 000013
【図１２】
2008284556.tif 000014
【図１３】
2008284556.tif 000015
【図１４】
2008284556.tif 000016
【図１５】
2008284556.tif 000017
【図１６】
2008284556.tif 000018
【図１７】
2008284556.tif 000019