(57)【要約】【課題】設置を容易に行うことができ、かつ一定の品質を確保できる配管溶接継手部の残留応力改善装置を提供する。【解決手段】配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面側を加熱して、外面側と内面側とに温度差を生じさせることにより、配管溶接継手部Ｙの残留応力を改善する残留応力改善装置において、上記配管Ｐの溶接継手部Ｙの近傍を把持する把持手段２と、該把持手段２に対して上記配管Ｐを中心としてその周方向に相対回転可能に設けられると共に、上記配管Ｐを収容する収容スペース７を備えた回転体３と、該回転体３に設けられ、上記収容スペース７に収容された配管Ｐの溶接継手部Ｙと対向する加熱手段５と、上記回転体３の上記把持手段２に対する回転、及び上記加熱手段５による上記配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面への加熱を制御する制御装置１２とを備えたものである。【選択図】        図１
2005040808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の溶接継手部の外面側を加熱して、外面側と内面側とに温度差を生じさせることにより、配管溶接継手部の残留応力を改善する残留応力改善装置において、
上記配管の溶接継手部の近傍を把持する把持手段と、
該把持手段に対して上記配管を中心としてその周方向に相対回転できるように設けられると共に、上記配管を収容する収容スペースを備えた回転体と、
該回転体に設けられ、上記収容スペースに収容された配管の溶接継手部と対向する加熱手段と、
上記回転体の上記把持手段に対する回転、及び上記加熱手段による上記配管の溶接継手部の外面への加熱を制御する制御装置とを備えたことを特徴とする配管溶接継手部の残留応力改善装置。
【請求項２】
上記加熱手段がＴＩＧトーチである請求項１記載の配管溶接継手部の残留応力改善装置。
【請求項３】
上記加熱手段が上記回転体に対して径方向に相対移動可能に設けられた請求項１又は２記載の配管溶接継手部の残留応力改善装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配管の溶接継手部の残留応力を改善するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
配管同士を溶接接合した場合、その溶接継手部の内面に引張応力が残留することが知られている。
【０００３】
沸騰水型原子力（ＢＷＲ）発電所の再循環系（ＰＬＲ）配管等の原子炉配管において、溶接継手部の内面に引張残留応力が存在したままであると、応力腐食割れ（ＳＣＣ）を引き起こす可能性がある。このため、配管の溶接継手部の引張残留応力を改善する（除去する、又は圧縮側に変える）必要がある。
【０００４】
そこで従来から、配管の溶接継手部の外面側と内面側との温度差を大きくする、より具体的には、外面側の温度を高く、内面側の温度を低くして、配管の内面側を引張降伏させる残留応力改善工法が行われている。
【０００５】
例えば、ＩＨＳＩと称される残留応力改善工法は、配管の溶接継手部の外面側を高周波誘導コイルで加熱すると共に、その内面側を通水又はスプレーにより冷却し、外面側と内面側とに温度差を生じさせるものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５４−８５１４３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の残留応力改善工法は、装置の設置・設定が困難であり、施行時間及びコストがかかるという問題があった。
【０００８】
例えば、高周波誘導コイルは、配管の外面からの間隔を一定にして設置する必要があり、その設置には、熟練性・専門技能性を必要とする。
【０００９】
また、コイルと配管の外面との間隔が周方向において異なってしまった場合、溶接継手部の周方向において残留応力の改善効果にバラツキが生じてしまう。あるいは、溶接継手部を複数有する配管において、溶接継手部毎にコイルと配管の外面との間隔が異なってしまった場合、溶接継手部毎に残留応力の改善効果が異なってしまう。要するに、従来の残留応力改善工法では、配管（溶接継手部）の品質・信頼性にバラツキが生じてしまう可能性がある。
【００１０】
更に、この従来の残留応力改善工法に用いる装置は、大がかりなものであるため、比較的径の小さな配管では、作業工数、費用などの面で効率が悪く、好まれていなかった。
【００１１】
そこで、ＩＨＳＩに代わる残留応力改善工法として、配管を溶接接合する際に、配管の内面を通水又はスプレーにより冷却するＨＳＷと称されるものが知られている。
【００１２】
しかしながら、この工法は、既設の（既に溶接接合された）配管に対しては施工できないという問題がある。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、設置を容易に行うことができ、かつ一定の品質を確保できる配管溶接継手部の残留応力改善装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、配管の溶接継手部の外面側を加熱して、外面側と内面側とに温度差を生じさせることにより、配管溶接継手部の残留応力を改善する残留応力改善装置において、上記配管の溶接継手部の近傍を把持する把持手段と、該把持手段に対して上記配管を中心としてその周方向に相対回転可能に設けられると共に、上記配管を収容する収容スペースを備えた回転体と、該回転体に設けられ、上記収容スペースに収容された配管の溶接継手部と対向する加熱手段と、上記回転体の上記把持手段に対する回転、及び上記加熱手段による上記配管の溶接継手部の外面への加熱を制御する制御装置とを備えたものである。
【００１５】
ここで、上記加熱手段がＴＩＧトーチであっても良い。
【００１６】
また、上記加熱手段が上記回転体に対して径方向に相対移動可能に設けられても良い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１８】
図１は本実施形態の残留応力改善装置の正面図であり、図２がその側面図である。
【００１９】
本実施形態の残留応力改善装置１（以下、単に装置ともいう）は、配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面側を加熱すると共にその内面側を冷却して、外面側と内面側とに温度差を生じさせることにより、溶接継手部Ｙ内面の引張残留応力を改善するものである。
【００２０】
図に示すように、残留応力改善装置１は、配管Ｐの溶接継手部Ｙ近傍を把持する把持手段２と、その把持手段２に対して配管Ｐの周方向に相対回転可能に設けられた回転体３と、回転体３に設けられ、配管Ｐの溶接継手部Ｙ外面を加熱する加熱手段５とを備える。
【００２１】
把持手段２は、配管Ｐをその両側から挟み込んでクランプするものであり、配管Ｐに対して本装置１を着脱可能に固定するためのものである。本実施形態では、把持手段２は、配管Ｐの両側にそれぞれ配置された二分割構造であり、それら把持手段２をボルト等により一体的に締結することで、配管Ｐに対して固定できる。また、把持手段２は、配管Ｐの外形とほぼ等しい形状の把持面を有する。
【００２２】
把持手段２の一側（図１中右側）には、断面がほぼＣ字状の固定体６が把持手段２の把持面と同軸に固定される。固定体６には、その最外周部から中心部を越えて延出した凹部６ａが形成され、この凹部６ａの内側に配管Ｐの収容スペース７が形成される。
【００２３】
固定体６の一側には、固定体６よりも若干小径で、断面がほぼＣ字状の回転体３が同軸に設けられる。この回転体３は、図示しないベアリングやブッシュなどを介して固定体６に接続されており、固定体６に対して配管Ｐを中心としてその周方向に相対回転することができる。回転体３には、その最外周部から中心部を越えて延出した凹部３ａが形成され、この凹部３ａの内側に配管Ｐの収容スペース７が形成される。回転体３の凹部３ａは、固定体６の凹部６ａとほぼ同形状である。
【００２４】
図２に示すように、固定体６には、回転体３を固定体６に対して回動させるための駆動手段９（ここでは電気モータ）がブラケット１０を介して取り付けられている。
【００２５】
配管Ｐを上述した把持手段２により把持すると、配管Ｐが固定体６及び回転体３の収容スペース７内に収容される。このとき、把持手段２の把持面と固定体６及び回転体３とが同軸上に配置されているため、把持手段２により把持された配管Ｐは、固定体６及び回転体３と同軸上に位置する。この状態で、電気モータ９により回転体３を回動させると、回転体３が配管Ｐを中心として周方向に回動する。
【００２６】
回転体３の一側には、加熱手段５が設けられる。本実施形態では、加熱手段５はＴＩＧトーチからなり、その先端部が回転体３の回転中心（軸心）を向くように配置される。従って、回転体３の収容スペース７内に配管Ｐが収容されると、ＴＩＧトーチ５の先端部は配管Ｐの外周面と対向する。
【００２７】
本実施形態では、ＴＩＧトーチ５は、回転体３に対してその径方向に相対移動可能に設けられており、図示しない駆動手段（例えばモータ）により移動される。
【００２８】
ＴＩＧトーチ５にはイナートガス供給管１１が接続される。イナートガス供給管１１は、ＴＩＧトーチ５から回転体３の径方向外側に延出し（図２参照）、回転体３の外側端部でほぼ９０°屈曲して、回転体３の外壁に沿って長手方向に延出する（図１参照）、比較的剛性の高い供給配管１１ａと、その供給配管１１ａに接続され、回転体３の外壁に沿って周方向に延出するフレキシブルな供給チューブ１１ｂとを備える。回転体３が回転すると、回転体３の外周に巻回される供給チューブ１１ｂの長さが変化する。
【００２９】
残留応力改善装置１は更に、電気モータ９による回転体３の回転、ＴＩＧトーチ５の移動、ＴＩＧトーチ５による加熱及びイナートガスの供給などを制御する制御装置１２を備える。制御装置１２は、図示しない入力部を備えており、作業者がＴＩＧトーチ５による加熱条件（電流、電圧、回転体３の回転速度）などを入力・設定できるようになっている。
【００３０】
次に、本実施形態の残留応力改善装置１の作用について説明する。
【００３１】
まず、残留応力の改善を行うべき配管Ｐの内部に通水を行う。
【００３２】
一方、残留応力改善装置１の電気モータ９により回転体３を回転させて、回転体３と固定体６とを同位相に位置させる。つまり、それらの凹部３ａ，６ａが互いに重なり合う位置で固定する。そして、配管Ｐの溶接継手部Ｙの近傍を把持手段２により把持して、装置１を配管Ｐに固定する。このとき、配管Ｐを、固定体６及び回転体３の収容スペース７内に径方向外側から挿入して収容すると共に、その溶接継手部ＹをＴＩＧトーチ５と同位置に位置させる。言い換えれば、ＴＩＧトーチ５を配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面に対向させる。
【００３３】
次に、必要があればＴＩＧトーチ５を回転体３に対して径方向に移動させて、ＴＩＧトーチ５の先端から配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面までの距離（間隔）を所定値に合わせる。この間隔は制御装置１２の入力部に予め入力しておく。
【００３４】
この状態で、図３（ａ）〜図３（ｄ）に示すように、ＴＩＧトーチ５により溶接継手部Ｙの外面を加熱（溶加材は不使用）しつつ、回転体３及びそれに固定されたＴＩＧトーチ５を配管Ｐの周方向に沿って一定速度で少なくとも３６０°回転させる。ＴＩＧトーチ５による加熱条件（電流、電圧、回転体３の回転速度など）は予め制御装置１２の入力部に入力しておく。このとき、配管Ｐと回転体３とが同軸上に配置されているため、ＴＩＧトーチ５は配管Ｐの軸心を中心として回動することになる。従って、ＴＩＧトーチ５の先端から配管Ｐの溶接継手部Ｙ外面までの距離（間隔）は周方向全域に渡って均一となる。
【００３５】
この工程により、配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面側が周方向全域に渡って加熱されると共に、その内面側が通水により冷却される。従って、溶接継手部Ｙの外面側と内面側とに温度差が生じ、この温度差によって溶接継手部Ｙの内面側の引張残留応力が改善される。
【００３６】
加熱工程が終了したならば、把持手段２による配管Ｐの把持を解除して、装置１を配管Ｐから取り外し、通水を停止する。
【００３７】
このように、本実施形態の残留応力改善装置１によれば、把持手段２により配管Ｐを把持するだけで、配管Ｐに対する装置１の設置を容易に行うことができる。つまり、把持手段２により配管Ｐを把持すれば、配管Ｐと回転体３とが自動的に同軸上に位置するので、ＴＩＧトーチ５と配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面との間隔を容易に設定できる。そして、回転体３及びＴＩＧトーチ５は、配管Ｐの軸心を中心として回転するので、ＴＩＧトーチ５と溶接継手部Ｙの外面までの距離が自動的に常に一定に保たれる。また、ＴＩＧトーチ５が回転する間、ＴＩＧトーチ５と配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面との対向角度は常に一定（約９０°）に保たれるため、効率よく加熱を行うことができる。
【００３８】
従って、装置１の設置・設定に熟練性・専門技能性を必要とせず、短期間・低コストでの施行が可能となる。また、溶接継手部Ｙの周方向において残留応力の改善効果にバラツキが生じることはない。更に、溶接継手部Ｙを複数有する配管Ｐや複数の異なる配管Ｐにおいて、各溶接継手部ＹにおけるＴＩＧトーチ５と溶接継手部Ｙの外面との間隔を容易に等しくできる。従って、配管Ｐ（溶接継手部Ｙ）の品質及び信頼性を高いレベルで均一化できる。
【００３９】
また、ＴＩＧトーチ５の回転体３に対する位置（径方向位置）を調節するだけで、ＴＩＧトーチ５から配管Ｐの溶接継手部Ｙの外面までの距離（間隔）を容易に調節・変更できる。
【００４０】
また、加熱条件などの各種条件を変更する場合は、制御装置１２の入力値を変更するだけで良いので作業者の負担を著しく軽減できる。
【００４１】
また、本実施形態の残留応力改善装置１は、コンパクトな構成であり、小径の配管に対しても容易かつ効率よく施行できる。
【００４２】
ところで、本実施形態の残留応力改善装置１は、図１及び図２に示すように、ＴＩＧトーチ５の先端部に溶加材１３を供給するフィラー１５を備えているため、配管同士を溶接接続する溶接装置として用いることも可能である。つまり、フィラー１５により溶加材１３を供給しつつＴＩＧトーチ５により加熱を行うことで、通常の溶接装置として使用できる。
【００４３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００４４】
例えば、上記実施形態では配管Ｐの内面側の冷却を通水により行うとしたが、スプレーにより行っても良い。
【００４５】
また、加熱手段５はＴＩＧトーチに限定されず、他の手段を用いても良い。
【００４６】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、残留応力改善装置の設置を容易に行うことができ、かつ配管の品質の均一化を図れるという優れた効果を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る残留応力改善装置の正面図である。
【図２】図１の残留応力改善装置の側面図である。
【図３】（ａ）は、図１の残留応力改善装置の作用を説明する図である。
（ｂ）は、図１の残留応力改善装置の作用を説明する図である。
（ｃ）は、図１の残留応力改善装置の作用を説明する図である。
（ｄ）は、図１の残留応力改善装置の作用を説明する図である。
【符号の説明】
１  残留応力改善装置
２  把持手段
３  回転体
５  加熱手段（ＴＩＧトーチ）
１２  制御装置
Ｐ  配管
Ｙ  溶接継手部
【図１】
2005040808.tif 000003
【図２】
2005040808.tif 000004
【図３】
2005040808.tif 000005