(57)【要約】  【課題】  形状や寸法の異なる種々の配管に効率良く適用することができるようにした溶接部の残留応力改善方法と高周波誘導加熱用コイルを提供すること。  【解決手段】  寸法の異なる直管１ａ、１ｂを溶接部２で接合した配管１の残留応力改善のための加熱コイルとして、２個以上の径が異なる部分加熱コイル１０Ａ、１０Ｂを用い、これらを組合わせ、それぞれ溶接部２の一方の側と他方の側に配置することにより、配管１に効率良く温度差を発生させることができるようにしたもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管部材溶接部の残留応力改善を、当該管部材の高周波誘導加熱により行うようにした残留応力改善方法において、
前記残留応力改善のための高周波誘導加熱を、前記管部材溶接部の一方の側と他方の側で動作条件を変えて行なうことを特徴とする残留応力改善方法。
【請求項２】
請求項１に記載の残留応力改善方法において、
前記管部材は原子炉の配管であることを特徴とする残留応力改善方法。
【請求項３】
請求項１に記載の残留応力改善方法において使用される高周波誘導加熱コイルであって、
前記高周波誘導加熱コイルが、一方と他方で径を異にする２個以上の部分加熱コイルで構成されていることを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
【請求項４】
請求項１に記載の残留応力改善方法において使用される高周波誘導加熱コイルであって、
前記高周波誘導加熱コイルが、一方と他方で巻回ピッチを異にする２個以上の部分加熱コイルで構成されていることを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
【請求項５】
請求項１に記載の残留応力改善方法において使用される高周波誘導加熱コイルであって、
前記高周波誘導加熱コイルが、可撓性を備えていて長さ方向の一方と他方で径と巻回ピッチの少なくとも一方が変更できるコイルで構成されていることを特徴とする高周波誘導加熱コイル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高周波誘導加熱による残留応力改善方法と高周波誘導加熱に使用するコイルに係り、特に、管部材の溶接接合部の熱処理に好適な残留応力改善方法と高周波誘導加熱コイルに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接部には残留応力が生じるが、これを放置すると応力腐食割れが発生する虞があり、このための対策として、熱処理により残留応力を改善する方法が従来から種々提案されているが、その中で配管内面の引張残留応力を低減する方法については、高周波誘導加熱による応力改善法(IHSI：Induction Heating Stress Improvement)がある(例えば、特許文献１参照。)。
【０００３】
そして、この従来技術による応力改善法では、プラントに設置してある配管の中に冷却流体を流すと共に外面を高周波誘導加熱し、これにより配管の内面と外面に温度差を与え、内周面では引張応力により降伏させ、外周面では圧縮応力により降伏させた後、続く冷却過程における内外面の応力状態の逆転により、配管内面に圧縮応力を残留させるようにしたものであり、これにより既設配管溶接部位の配管内面の引張残留応力を低減して、応力腐食割れの防止が得られるようにしている。
【特許文献１】特公昭５３-３８２４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術は、応力改善の対象となる配管に形状や寸法が異なったものが存在する点に配慮がされておらず、高周波誘導加熱コイルに多様性が要求されるので施工費用が高くなってしまうという問題があった。
【０００５】
高周波誘導加熱応力改善法では、配管の残留応力を改善する部分の外部に高周波誘導加熱用コイルを配し、これに高周波電流を流して配管に電流を誘導させ、その抵抗熱により加熱するものであり、従って、段付配管のようにコイル取付範囲内で配管外径が異なるものや、エルボ部のように中心軸が直線でない配管については、その都度、当該配管に専用のコイルを製作しなければならないため、施工費用が大きくなってしまうのである。
【０００６】
本発明は、上記従来の実状に鑑みてなされたもので、その目的は、形状や寸法の異なる種々の配管に効率良く適用することができるようにした残留応力改善方法と高周波誘導加熱用コイルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、管部材溶接部の残留応力改善を、当該管部材の高周波誘導加熱により行うようにした残留応力改善方法において、前記残留応力改善のための高周波誘導加熱を、前記管部材溶接部の一方の側と他方の側で動作条件を変えて行なうことにより達成される。このとき、前記管部材は原子炉の配管であるようにしてもよい。
【０００８】
また、上記目的は、上記の残留応力改善方法において使用される高周波誘導加熱コイルであって、前記高周波誘導加熱コイルが、一方と他方で径を異にする２個以上の部分加熱コイルで構成されていることによっても達成され、前記高周波誘導加熱コイルが、一方と他方で巻回ピッチを異にする２個以上の部分加熱コイルで構成されていることによっても達成され、更には、前記高周波誘導加熱コイルが、可撓性を備えていて長さ方向の一方と他方で径と巻回ピッチの少なくとも一方でが変更できるコイルであることによっても達成される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、管部材に残存する引張残留応力を効率的に圧縮側に移行させることができるので、施工費用の増加を抑えて配管の応力腐食割れが防止でき、且つ、対象となった管部材に対する加熱用コイルの設置を容易に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明による溶接部の残留応力改善方法と高周波誘導加熱用コイルについて説明するのであるが、ここで、まず、本発明の実施に使用される装置の一例について、図４と図５により説明する。
【００１１】
この装置の場合、残留応力改善の処理対象は、図４に示すように、直管１ａと直管１ｂを溶接部２で接合した配管１であり、この配管１に加熱コイル１０を設定するようになっている。そして、この加熱コイル１０は、図５の(a)図にも示したように、ここでは５ターンの銅の条体からなるコイル導体１２で構成され、このコイル導体１２にパイプ１３が接合されていて、コイル導体１２と共に加熱コイル１０を構成している。
【００１２】
このとき、加熱コイル１０は、特に図５の(b)図に詳細に示されているように、２個のリング部材４Ａ、４Ｂと、４本の横部材５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄからなる周方向取付治具を備え、これにより配管１に取付けられるようになっている。
【００１３】
そして、まずリング部材４Ａ、４Ｂは、加熱コイル１０の長さ方向に離れ、加熱コイル１０の両端に夫々位置するようにして、４本の横部材５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄにより組立てられているが、このとき、これら横部材５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄは、リング部材４Ａ、４Ｂの周方向に略等間隔で配置されていて、これらの内側に加熱コイル１０のコイル導体１２が保持されるようになっている。
【００１４】
このとき、これらリング部材４Ａ、４Ｂには、図示のように、外周側から中心に向かってボルト６がネジこまれていて、これにより配管１に対して位置決めが行え、加熱コイル１０を配管１の所定の位置に保持されることができるようになっている。
【００１５】
図４に戻り、加熱コイル１０のコイル導体１２には、高周波発振器１８からケーブル１６を介して高周波電流が供給され、これにより配管１の表面に誘導電流が誘起され、ジュール熱による加熱が得られるようにする。このため、コイル導体１２はケーブル１６を介して高周波発振器１８に接続されている。
【００１６】
この高周波発振器１８には、電源トランス１９からケーブル２１Ａを介して電源電力が供給されるようになっているが、このとき加熱コイル１０のパイプ１３と高周波発振器１８、それに電源トランス１９には、冷却水循環装置１７からホース１５を介して夫々冷却水が供給され、温度上昇が抑えられるようになっている。
【００１７】
ここで、この高周波発振器１８には、更に制御装置２０がケーブル２１Ｂを介して接続されている。そして、この制御装置２０には、ケーブル２１Ｃを介して熱電対２２が接続されている。ここで、この熱電対２２は、図示のように、配管１の外面で溶接部２の近傍に取付けてあり、溶接部２の表面の温度を測定する働きをする。
【００１８】
次に、この装置の動作について説明する。このときは、まず、ボルト６により、加熱コイル１０を、図４に示す状態にする。つまり直管１ａと直管１ｂの接合部である溶接部２が略中央になるようにして配管１に加熱コイル１０を設置するのである。そして、この後、配管１内に冷却水を通流させて配管内面の温度上昇が抑えられるようした上で加熱コイル１０に高周波電流を供給し、配管１に誘導電流が誘起され、配管１の材質がもつ電気抵抗により、その外表面に発熱が起きるようにする。
【００１９】
このとき、熱処理対象となる配管１の外表面温度は熱電対２２により測定されている。そこで制御装置２０は、この外表面温度の測定結果に基づいて高周波発振器１８の出力を制御し、これにより加熱コイル１０に供給されている高周波電流値が制御され、配管１の外表面を熱処理に必要な所定の温度にするための動作が得られることになる。
【００２０】
ところで、このとき配管１内で溶接部２の近傍に発生している溶接残留応力は、配管１の円周上の位置によらず、ほぼ一定である。従って、全周にわたって配管１内面に圧縮残留応力を発生させるためには、配管１の外面と内面の温度差が周上の位置によらず常に一定になるように、配管１の全周にわたって均一に加熱する必要がある。
【００２１】
しかも、このとき配管１の外面と内面の温度差が充分に確保され、配管１の内面に効率良く圧縮残留応力が発生できるようにするのが望ましいが、これらのためには、加熱コイル１０の形状と寸法を配管１の形状と寸法に極力合わせる必要がある。
【００２２】
そこで、以下、本発明の実施形態について説明すると、まず、図１は、互いに径の異なる直管１ｃと直管１ｄを溶接部２で接合した配管１が処理対象の場合の一実施形態であり、これに応じて、この実施形態では、加熱用のコイルとして、２個以上の部分加熱コイル１０Ａ、１０Ｂを用い、これらを溶接部２の両側に配置したものである。
【００２３】
このとき、直管１ｃと直管１ｄは、内径は同じであるが、直管１ｃの径をＤ１、直管１ｄの径をＤ２とすると、図示のように、これらは、Ｄ１＜Ｄ２の関係にある。そこで、これに合わせて、この実施形態では、部分加熱コイル１０Ａの内径をＤＡとし、部分加熱コイル１０Ｂの内径をＤＢとして、これらについてＤＡ＜ＤＢの関係になるようにしたものである。
【００２４】
ここで、２個以上の部分加熱コイル１０Ａ、１０Ｂは、図示は省略してあるが、それぞれ図４と図５で説明した加熱コイル１０と同じく、何れもボルト６を独立に備えていて、これにより、部分加熱コイル１０Ａは溶接部２から直管１ｃ側に設定され、部分加熱コイル１０Ｂは溶接部２から直管１ｄ側に設定されている。
【００２５】
このとき、部分加熱コイル１０Ａと部分加熱コイル１０Ｂのコイル導体１２は直列に接続されていて、これに高周波発振器１８から高周波電流が供給される。また、このときパイプ１３も同じく直列に接続された上で冷却水循環装置１７から冷却水が循環されるようになっている。
【００２６】
そこで、いま、部分加熱コイル１０Ａと部分加熱コイル１０Ｂに高周波発振器１８から高周波電流が供給されたとすると、この場合、部分加熱コイル１０Ａの径は直管１ｃの径に合わせて決められ、部分加熱コイル１０Ｂの径は直管１ｄの径に合わせて決められているので、これらは位置関係が何れも等しくなっている。
【００２７】
従って、この場合、直管１ｃの部分と直管１ｄの部分で誘導加熱の動作条件が変えられるので、直管１ｃの部分と直管１ｄの部分で径が異なっていても、均一な加熱が得られ、且つ、直管１ｃの部分と直管１ｄの部分の何れでもコイルと処理対象の間の距離が広がる虞がなくなるので、この結果、溶接部２の全体で均一な加熱が得られ、且つ電力損失が低減されるので、配管１に効率良く圧縮残留応力を発生させることができる。
【００２８】
なお、図４と図５で説明した装置では、処理対象である配管１が同じ径で同じ材質の直管１ａと直管１ｂを溶接部２で接合したものであり、従って、この場合は、加熱コイル１０として、図示のように、コイル導体１２が同一の径で同一のヒッチで巻回されたものであっても特に問題がなかったのである。
【００２９】
次に、図２は、夫々異なった材質の直管１ｅと直管１ｆを溶接部２で接合した配管１が処理対象の場合の一実施形態である。そして、この場合も、加熱用のコイルとして、２個の部分加熱コイル１０Ｃ、１０Ｄを用い、これらを溶接部２の両側に配置したものであるが、この実施形態では、部分加熱コイル１０Ｃと部分加熱コイル１０Ｄの径は同じであるが、コイル導体１２のピッチ(隣り合う導体の間隔)Ｐを変え、ターン数(巻回数)が部分加熱コイル１０Ｃと部分加熱コイル１０Ｄで異なったものになるようにしたものである。
【００３０】
ここで、まず、直管１ｅの材質はステンレス鋼で直管１ｆは炭素鋼であるとする。次に、部分加熱コイル１０ＣのピッチはＰ１で部分加熱コイル１０ＤのピッチをＰ２とし、Ｐ１＜Ｐ２の関係になるようにし、これにより、図示のように、部分加熱コイル１０Ｃのターン数は全体で３になり、部分加熱コイル１０Ｄのターン数は２になっているものである。
【００３１】
一般に、高周波誘導加熱の場合、加熱条件が対象部材の材質により変化し、対象部材がステンレス鋼の場合と炭素鋼の場合、炭素鋼の方が早く温度上昇する傾向がある。一方、加熱コイルにより対象部材の単位長当りに誘導される電力は、当該コイルのピッチＰが狭いほと多くなるので、ピッチＰを変えることにより温度上昇がコントロールできる。
【００３２】
そこで、この図２に示されているステンレス鋼の直管１ｅと炭素鋼の直管１ｆが溶接部２で接合されている配管１の場合、そのまま同じ動作条件で高周波誘導加熱を行うと、炭素鋼の直管１ｆ側が早く温度上昇して均一な加熱が得られない。
【００３３】
そこで、この実施形態では、炭素鋼の直管１ｆ側に配置される部分加熱コイル１０ＤのピッチＰ２を、ステンレス鋼の直管１ｅ側の部分加熱コイル１０ＣのピッチＰ１よりも大きくし、これにより誘導加熱の動作条件がステンレス鋼の直管１ｅ側と炭素鋼の直管１ｆ側とで異なったものになるようにし、炭素鋼の直管１ｆ側の温度上昇を緩やかし、加熱が均一化されるようにしたものであり、従って、この実施形態によっても、配管１に効率良く圧縮残留応力を発生させることができる。
【００３４】
このとき、加熱コイルの径を変えても、対象部材の単位長当りに誘導される電力が制御されるので、コイルのピッチの変更に代えて、図１の実施形態と同じく、直管１ｅ側と直管１ｆとで径が異なった加熱コイルを適用しても、夫々に応じて誘導加熱の動作条件を変えることができ、同様な効果を得ることができる。
【００３５】
従って、これら図１と図２の実施形態によれば、加熱コイル１０が２個以上の部分加熱コイル１０Ａ、１０Ｂ、又は２個以上の部分加熱コイル１０Ｃ、１０Ｄで構成されているので、部分加熱コイル１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄなどに径やピッチの異なるものを用意しておき、それらを組合わせて使用することにより、高周波誘導加熱の対象範囲内で配管１の外径が異なっていたりした場合でも、そのまま対応することができる。
【００３６】
そして、この結果、上記実施形態によれば、高周波誘導加熱の対象範囲内で配管１の外径が異なっていたりした場合でも、その都度、当該配管に専用のコイルを製作する必要が無くなるので、施工費用を抑えることができる。
【００３７】
ところで、以上の図１と図２により説明した実施形態では、冷却水を通流させるため、何れもコイル導体１２にパイプ１３を接合しているが、このとき図３の実施形態に示すように、コイル導体１２に代えて矩形の銅管１２０を用いるようにしてもよい。
【００３８】
図１と図２に示した加熱コイルの場合、銅の帯板からなるコイル導体１２にパイプ１３を接合しなければならないので、比較的製作が困難であったが、この図３の実施形態の場合、コイル導体が銅管１２０になっていて、中に通路２３があるので、この通路２３を冷却水の通路とすることができ、この場合、比較的容易に製作することができる。
【００３９】
また、以上の実施形態では、加熱コイルが水冷されるようになっているが、これに代えて、送風機等を用い、コイル全体を空冷するようにしても同様の冷却を行うことができ、この実施形態の場合、施工費用が低減されると共に、軽量化が図れるので、施工時の作業性も向上する。
【００４０】
更に、この空冷による実施形態の場合、加熱コイル自体の剛性を低くすることができるので、任意に形状変更が可能なフレキシブルな加熱コイルを得ることができる。すなわち、この場合、高周波誘導加熱コイルが、可撓性を備えていて長さ方向の一方と他方で径と巻回ピッチの少なくとも一方が変更できるコイルで構成することができる。
【００４１】
従って、この実施形態によれば、高周波誘導加熱の対象範囲内で配管１の外径が異なっていた場合でも、加熱コイル自体の形状変更により、複数の加熱コイルを用いることなく対応することができる。
【００４２】
なお、このとき、要はコイルに必要な可撓性が与えられれば良く、従って、必ずしもずしも空冷が必要要件というわけではない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による高周波誘導加熱用コイルの第１の実施形態を示す模式図である。
【図２】本発明による高周波誘導加熱コイルの第２の実施形態を示す模式図である。
【図３】本発明による高周波誘導加熱コイルの第３の実施形態を示す模式図である。
【図４】本発明による溶接部の残留応力改善方法の実施に使用される装置の一例を示すブロック構成図である。
【図５】本発明に係る加熱コイルの一実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：配管(残留応力改善の処理対象)
１ａ、１ｂ、１ｃ、1ｄ、１ｅ、１ｆ：直管
２：溶接部
４Ａ、４Ｂ：リング部材
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ：横部材
６：ボルト
１０：加熱コイル
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ：部分加熱コイル
１２：コイル導体
１３：パイプ(冷却水通流用)
１５：ホース(冷却水循環用)
１６：ケーブル(電源用)
１７：冷却水循環装置
１８：高周波発振器
１９：電源トランス
２０：制御装置
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ：ケーブル
２２：熱電対(温度計測用)
２３：通路(冷却水通流用)
１２０：銅管(矩形の銅管)
【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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