(57)【要約】【課題】６９０合金に溶接割れを生じさせることなく６００合金を環境遮断することのできる手法を提供する。【解決手段】上流側配管１０と下流側配管２０とが６００合金からなる溶接部３２を含む接続部３０により接続されている流体配管１であって、６００合金で構成されかつ接続部３０を覆うように流体配管１内に配設された第１管状体４１と、６９０合金で構成されかつ第１管状体４１を覆うように流体配管１内に配設される第２管状体４３とを備えている。また、第１管状体４１の軸方向端部には、肉盛溶接部４２が配設されている。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１配管と第２配管とが６００合金によって溶接された配管接続部を有し、内部を高温高圧流体が流れる流体配管であって、
前記６００合金で構成されかつ前記配管接続部を覆うように前記流体配管内に配設された第１管状体と、
６９０合金で構成されかつ前記第１管状体を覆うように前記流体配管内に配設される第２管状体と、
を備えることを特徴とする流体配管。
【請求項２】
前記第１管状体および前記第２管状体が別途作製されたスリーブから構成され、前記第１管状体の一方端が前記第１の配管に溶接され、かつ前記第１管状体の他方端が前記第２配管に溶接されることにより前記第１管状体が前記配管接続部を覆うことを特徴とする請求項１に記載の流体配管。
【請求項３】
前記第１管状体および前記第２管状体が肉盛溶接により形成されることを特徴とする請求項１に記載の流体配管。
【請求項４】
前記第１管状体の一方端と前記第１配管との境界領域、および前記第１管状体の他方端と前記第２配管との境界領域にステンレス鋼から構成される封止部材が配設され、
前記第２管状体の両端部が前記封止部材に溶接されることにより前記第２管状体および前記封止部材が前記第１管状体を覆うことを特徴とする請求項１または２に記載の流体配管。
【請求項５】
前記ステンレス鋼は、Ｐ、Ｓの含有量がＰ：０．０１５ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下に規制されたＳＵＳ３０９鋼であることを特徴とする請求項４に記載の流体配管。
【請求項６】
第１配管と第２配管とが６００合金によって溶接された配管接続部を有し、内部を高温高圧流体が流れる流体配管の配管接続部の保全方法であって、
前記６００合金から構成される第１管状体を前記配管接続部を覆うように前記流体配管内部に配設する第１の接合工程と、
６９０合金から構成される第２管状体を前記第１管状体を覆うように配設する第２の接合工程と、
を備えることを特徴とする配管接続部の保全方法。
【請求項７】
前記第２の接合工程に先立って、
前記第１管状体の軸方向両端部と前記第１配管の内周面とが形成する境界領域にステンレス鋼を用いた肉盛溶接部を形成する請求項６に記載の配管接続部の保全方法。
【請求項８】
前記第２管状体は、その両端部が前記肉盛溶接部上に配設されることを特徴とする請求項７に記載の配管接続部の保全方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温高圧流体が搬送される配管接続部の保全方法及び流体配管に関し、特に、６００合金を用いて溶接された配管接続部の保全方法及び流体配管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体が流れる配管は、通常、予め規定された所定長さで作成される。従って、長尺の配管を得るにはこれら配管同士を接続する必要があり、例えばアーク溶接を用いて接続部を形成する接続手法が広く用いられてきた。
特に、流体として高温高圧流体が内部を流れる原子炉容器の配管では、接続部が高い耐熱性・耐食性を有していることが要求されており、従来より、ＪＩＳ　Ｇ４９０１−４に規定される６００合金を用いて、溶接による接続部の形成が行われてきた。
【０００３】
ところが、近年、６００合金にて溶接を行った上記接続部に亀裂が入り、内部の流体が漏れ出してしまうという問題が生じている。これは応力腐食割れと呼ばれる現象であり、配管内部を流れる高温高圧流体が、溶接によって残留応力が付与された６００合金に直接触れることにより生ずるものといわれている。特に、加圧水型軽水炉（ＰＷＲ）の１次冷却水が流れる配管で生ずる応力腐食割れは、ＰＷＳＣＣと呼ばれている。
そこで、配管内部に露出している６００合金（接続部）を、この６００合金に比べ湿潤腐食媒体及び高温雰囲気中での耐食性に優れる６９０合金（ＪＩＳ　Ｇ４９０１−４）で覆うことにより、高温高圧流体と６００合金とを環境遮断する対応策が考えられる。
【０００４】
例えば、特開２００２−９０４９４号公報には、原子炉容器に溶接により固着されるニッケル基合金（６００合金）で形成した小口径管である炉内計装筒の内周面に、その開口端からリング状の凹部を形成し、さらに炉内計装筒の材料よりも応力腐食割れに対してより大きな耐蝕性を有する他のニッケル基合金（６９０合金）で形成した円筒状のスリーブを、前記炉内計装筒の開口端から挿入して溶接による残留応力が発生している部分に嵌め込み、その後このスリーブの内部空間にレーザ溶接工具を挿入し、このレーザ溶接工具を炉内計装筒の中心軸回りに回転しつつレーザ光を前記スリーブの内周面側から照射することによりこのスリーブを炉内計装筒の内周面にクラッディングする管内周面の改質方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−９０４９４号公報（第１頁、要約）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は特開２００２−９０４９４号公報に開示されている方法を含め、６９０合金を用いたＰＷＳＣＣの発生防止技術について検討を行った。その結果、６９０合金を管等の被溶接部材に溶接した際に、６９０合金に溶接割れが生ずることがあることが確認された。
そこで本発明は、６９０合金に溶接割れを生じさせることなく６００合金を環境遮断することのできる手法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は６９０合金に生ずる溶接割れの原因について検討した。被溶接部材を構成する材料、例えばステンレス鋼中に含まれるＰ（燐）およびＳ（硫黄）の量が多い場合（例えば、Ｐ：０．０３０ｗｔ％以上、Ｓ：０．０１０ｗｔ％以上）に溶接割れが生ずることを確認した。したがって、Ｐ、Ｓを低減した材料を被溶接母材として用いればＰ、Ｓを原因とする溶接割れを生じさせることはない。ところが、Ｐ、Ｓを多く含んだ被溶接部材を用いた既設のプラントを保全する場合は、Ｐ、Ｓを多く含むことを前提とした溶接割れ防止技術が必要となる。
かかる観点のもとに、本発明者等は、Ｐ、Ｓを多く含むステンレス鋼に６９０合金を直接溶接することを回避することによって６９０合金の溶接割れを防止することを提案する。したがって本発明は、第１配管と第２配管とが６００合金によって溶接された配管接続部を有し、内部を高温高圧流体が流れる流体配管であって、６００合金で構成されかつ前記配管接続部を覆うように前記流体配管内に配設された第１管状体と、６９０合金で構成されかつ前記第１管状体を覆うように前記流体配管内に配設される第２管状体と、を備えることを特徴とする流体配管である。
【０００８】
本発明による流体配管は、溶接割れの生じない６００合金から構成される第１管状体を前記配管接続部を覆うように配設し、６９０合金からなる第２管状体を第１管状体を覆うように配設するという構成を採用するため、６９０合金を第１配管、第２配管に直接溶接する必要がない。したがって、第１配管および／または第２配管がＰ、Ｓを多く含む材料から構成されていても、６９０合金に溶接割れが生じるのを防止することができる。
【０００９】
本発明の流体配管において、別途作製されたスリーブを挿入、溶接することにより第１管状体および第２管状体を構成することができる。また、肉盛溶接により、第１管状体および第２管状体を構成することもできる。前者の場合、第１管状体の一方端を第１配管に溶接し、かつ第１管状体の他方端を第２配管に溶接することにより接続配管を覆う構成とすることができる。この構成は、第１管状体を流体配管内の所定位置に挿入した後に、ＴＩＧ溶接またはレーザ溶接を施すことにより得ることができる。溶接は第１管状体の全長にわたって行なうこともできる。また、第１配管および／または第２配管は、単一の部材で構成される場合に限らず、複数の部材で構成されるものを包含する。第１配管および／または第２配管のうち、第１管状体と溶接される部位を構成する材料がＰ、Ｓを多く含んでいても、第１管状体が６００合金で構成されているために溶接割れは生じない。
【００１０】
本発明の流体配管において、第１管状体の一方端と第１配管との境界領域、および第１管状体の他方端と第２配管との境界領域にステンレス鋼から構成される封止部材を配設することが望ましい。そして、第２管状体の両端部をこの封止部材上に溶接することにより、第２管状体および封止部材が第１管状体を覆う構成とすることが望ましい。
以上の構成を採用することにより、第１管状体の径方向における流体配管内部への露出を第２管状体が、また第１管状体の軸方向における流体配管内部への露出を封止部材が防ぐことができる。加えて、封止部材として低Ｐ、Ｓのステンレス鋼を用いると、６９０合金から構成される第２管状体を溶接により接合したとしても、６９０合金に溶接割れが生ずるのを防止することができる。なお、封止部材を構成するステンレス鋼としては、Ｐ、Ｓの含有量がＰ：０．０１５ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下に規制されたＳＵＳ３０９鋼が望ましい。第２管状体を封止部材に溶接した際に、第２管状体を構成する６９０合金に割れを生じさせないためである。
【００１１】
以上の流体配管を得るための配管接続部の保全方法を本発明は提供する。この配管接続部の保全方法は、第１配管と第２配管とが６００合金によって溶接された配管接続部を有し、内部を高温高圧流体が流れる流体配管の配管接続部の保全方法であって、配管接続部を覆うように流体配管内部に６００合金から構成される第１管状体を接合する第１の接合工程と、６９０合金から構成される第２管状体を第１管状体を覆うように接合する第２の接合工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の配管接続部の保全方法においては、第２の接合工程に先立って、第１管状体の軸方向両端部と第１配管の内周面とが形成する境界領域にステンレス鋼を用いた肉盛溶接部を形成する。しかる後に、６９０合金から構成される第２管状体を第１管状体を覆うように、かつその両端部が肉盛溶接部上に配設し、その状態で当該両端部を前記肉盛溶接部に溶接するという工程を採用することにより本発明による流体配管を得ることができる。
【００１２】
本発明において、６００合金及び６９０合金は、共にＪＩＳ　Ｇ４９０１−４に規定されるものであれば、その組成はその範囲内において適宜選定して差し支えない。また本発明において、ＳＵＳ３０９鋼も、同様にＪＩＳで規定される範囲内で適宜組成を選定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は本発明が適用された流体配管１の実施の形態を示す部分断面図である。なお、流体配管１は、加圧水型軽水炉容器に接続され、その内部を１次冷却水が流れるものとする。
図１において、符号１０は図中矢印で示す高温高圧流体の流れる方向の上流側に配設される上流側配管、符号２０は搬送方向下流側に配設される下流側配管である。ここで、上流側配管１０は、図１に示すように、低合金鋼（ＳＱＶＡ２Ａ（Ｍｎ−Ｍｏ−Ｎｉ鋼）から構成される）から構成される基管１１と、この基管１１の内面すなわち水との接触領域に内張りされる保護管１２（ＳＵＳ３０９鋼から構成される）とを有している。これら上流側配管１０及び下流側配管２０の肉厚は５０−１００ｍｍの範囲で設定される。また、下流側配管２０は、ＳＵＳ３１６にて構成されている。そして、この流体配管１には、高温高圧流体として、３００℃程度かつ１５０気圧程度に加温加圧された水が流れる。
【００１４】
また、これら上流側配管１０及び下流側配管２０は、接続部３０によって接続されている。この接続部３０は、６００合金を用いたアーク溶接によって形成されるもので、図１に示すように、上流側配管１０に溶接させたバタリング部３１と、このバタリング部３１を介して上流側配管１０と下流側配管２０とをアーク溶接した溶接部３２とを有している。ここで、これらバタリング部３１及び溶接部３２は、共に６００合金によって構成される。
なお、保全前には、接続部３０が流体配管１内部に露出した状態、すなわち６００合金と高温高圧の水とが直接接触し得る状態で使用されている。
【００１５】
図１に示すように、流体配管１の接続部３０の内周面には、保全部４０が配設されている。保全部４０は、６００合金から構成される第１管状体４１と、ＳＵＳ３０９鋼から構成される肉盛溶接部４２と、６９０合金から構成される第２管状体４３を備えている。
次に、上述した流体配管１の保全方法を図２〜図５を参照しつつ説明する。
図２は、保全前の流体配管１の部分断面図を示している。
本発明にしたがった保全は、はじめに６００合金から構成される第１管状体４１を流体配管１内に挿入する。第１管状体４１は、図３に示すように、接続部３０を覆う所定位置に挿入される。第１管状体４１を所定位置に配設したならば溶接を行って第１管状体４１を流体配管１に接合する。第１管状体４１の一方端を上流側配管１０に、他方端を下流側配管２０に溶接しているので、接続部３０は第１管状体４１によって覆われる。この溶接は、例えばＴＩＧ溶接、レーザ溶接を適用することができる。また、溶接は第１管状体４１の全長にわたって行なうこともできる。
６００合金は、Ｐ、ＳをＰ：０．０３０ｗｔ％以上、Ｓ：０．０１０ｗｔ％以上程度と多く含むＳＵＳ３１６、低合金鋼に対して溶接を行っても、溶接割れが生じない。
【００１６】
第１管状体４１を溶接により接合した後に、図４に示すように、第１管状体４１の両端部に肉盛溶接部４２を形成する。この肉盛溶接部４２は、Ｐ、Ｓ含有量が各々Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下に規制されたＳＵＳ３０９鋼を用いて形成される。
肉盛溶接部４２は、２つの目的のために配設される。１つは、後に配設される第２管状体４３と保護管１２、第２管状体４３と下流側配管２０とが直接接触することを阻止することである。他の１つは、第１管状体４１の流体配管１の軸方向端部を封止して環境遮断することである。なお、ＳＵＳ３０９鋼に代表されるステンレス鋼は、ＰＷＳＣＣを生ずることがなく、かつＰ、Ｓ含有量の多い低合金鋼、ＳＵＳ３１６に対して溶接を行っても溶接割れが生じない。
【００１７】
肉盛溶接部４２を形成した後に、図５に示すように、第１管状体４１および肉盛溶接部４２を覆うように第２管状体４３を挿入する。図５に示すように、６００合金で構成される第１管状体４１は第２管状体４３および肉盛溶接部４２とによって、流体配管１の内部への露出が防止される。したがって、ＰＷＳＣＣの発生を防止することができる。
次に、６９０合金によって構成される第２管状体４３は溶接によって流体配管１に接合される。より具体的には、その両端部を各々肉盛溶接部４２に対して例えばＴＩＧ溶接またはレーザ溶接によって溶接する。ここで、肉盛溶接部４２を構成するＳＵＳ３０９鋼はＰ、ＳがＰ：０．０１５ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下に規制されているために、第２管状体４３を接合したとても第２管状体４３を構成する６９０合金に溶接割れは生じない。なお、第２管状体４３の溶接は、その全体にわたって行なうことを許容する。
【００１８】
本実施の形態による流体配管１は、以上の構成を採用しているために、接続部３０を構成する６００合金、および第１管状体４１を構成する６００合金が、１次冷却水と接触することがないため、ＰＷＳＣＣの発生が防止される。また、第２管状体４３を構成する６９０合金が、Ｐ、Ｓを多く含む部材と接触することがないため、溶接割れを起すこともない。しかも、１次冷却水に接触するのは、６９０合金から構成される第２管状体４３の他に、ＰＷＳＣＣを招くことのないＳＵＳ３０９鋼から構成される肉盛溶接部４２のみであるから、流体配管１の接続部３０においてＰＷＳＣＣの発生を阻止することができる。
【００１９】
以上の実施の形態は、保護管１２のＰ、Ｓが多いことを前提としている。しかし、保護管１２のＰ、Ｓが各々Ｐ：０．０１５ｗｔ％以下、Ｓ：０．００５ｗｔ％以下と低い値である場合には、図６に示すように、保護管１２上に肉盛溶接部４２を設けることなく、第２管状体４３を保護管１２に直接溶接することもできる。
また、以上の実施の形態では、第１管状体４１、第２管状体４３を別途作製されたスリーブを挿入、溶接する例を示したが、本発明はこの形態に限定されない。例えば、第１管状体４１、第２管状体４３を肉盛溶接によって構成することもできる。
さらに、以上の実施の形態は、原子炉容器に接続された流体配管１を例にして説明したが、本発明の適用はこれに限定されず、応力腐食割れが生じ得る種々の環境に適用することができる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流体配管及び配管接続部の保全方法によれば、６００合金からなる配管接続部を６９０合金からなる管状体で覆うから、６００合金の応力腐食割れの発生を防止することができる。しかも、６９０合金とＰ、Ｓを多く含む部材との接触を回避しているため、溶接割れをも防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された流体配管の実施の形態の部分断面図である。
【図２】配管接続部の保全を行う前の流体配管を示す部分断面図である。
【図３】流体配管の配管接続部に第１管状体を配設した状態を示す部分断面図である。
【図４】流体配管の配管接続部に肉盛溶接部を形成した状態を示す部分断面図である。
【図５】流体配管の配管接続部に第２管状体を配設した状態を示す部分断面図である。
【図６】本実施の形態の変形例を示す部分断面図である。
【符号の説明】
１…流体配管、１０…上流側配管、１１…基管、１２…保護管、２０…下流側配管、３０…接続部、３１…バタリング部、３２…溶接部、４０…保全部、４１…第１管状体、４２…肉盛溶接部、４３…第２管状体
【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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