(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の突き合わせ溶接継手であって、一方の配管の内面側に縦断面で先端が四角形状の突起部を有しており、他方の配管の内面側には前記突起部と嵌合する凹み部があり、前記突起部と前記凹み部の配管外面側に溶接金属が肉盛りされる開先部があり、前記突起部と前記凹み部の配管半径方向の面は内面より長さＴの範囲で互いに対向し、内面よりｔの範囲で接触し残りＴ−ｔの範囲はスキマを有しており、前記突起部と前記凹み部が嵌合することにより一方の配管内面と他方の配管内面は同一曲面となることを特徴とする配管溶接継手。
【請求項２】
前記Ｔは３ｍｍ程度とし、前記ｔは０．２〜０．４ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の配管溶接継手。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継手位置の内面が滑らかな配管溶接継手に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加圧流動層ボイラでは、外部から供給された石炭をボイラ本体内の流動層内で燃焼させ、その排ガスをサイクロンに送り、サイクロンで灰やベッド材を除去し、排ガスはガスタービンに送り、除去した灰やベッド材は再びボイラへ送り流動層を形成させる。このような灰やベッド材を含むガスは高温であり、流速も大きく、例えば２０ｍ／ｓもの速度になる。これらの搬送は配管で行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
排ガスに含まれる灰やベッド材は配管内面を摩耗させる作用が大きい。特に継手部は内面に溶着金属が隆起している場合、流れの乱れによる摩耗が大きい。図２はこのような配管の継手を示す。一方の配管１と他方の配管２とを配管内側で数ｍｍ間隔を設けてセットし溶接する。配管の継手の溶接は通常外面のみから行われるので、配管内面に溶接欠陥が生じないよう、配管内面より溶着金属５が盛り上がるようにする。これを裏波と言っている。しかしこのような突起があると流れが乱れ摩耗が大きくなる。
【０００４】
このため図３〜５に示すような重ね継手が用いられている。、図３は接合リング３を用いる場合を示し、接合リング３と各配管１，２との間にスキマを設け溶着金属５による収縮を吸収するようにしている。この場合スキマは２ケ所に設けられる。図４は重ねリング４を用いた場合で、スキマは１ケ所である。図５は重ねリング４を用い配管１，２の突き合わせに段付部６を設けたものである。この場合もスキマは１ケ所となる。図３〜５に示す継手は配管内面は突起や段差はなく滑らかである。スキマは１ｍｍ以内であれば摩耗に対して問題ない。しかしこれらの継手ではスキマを管理して溶接することが困難である。また接合リング３や重ねリングは配管外面より突出しているため、これらの外側面と配管１，２の内面側との温度差が大きく、これによる伸びの差により溶接部（溶着金属５）にクラックを生ずる。特にオーステナイトステンレス鋼においては、伸びの差が大きく、応力緩和も小さいため、これにより発生する熱応力が大きく、このためクリープ損傷が大きい。また低温ではＳＣＣ（応力腐食割れ）が問題となる。
【０００５】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、熱応力の発生が少なく、内面に突起、段差およびスキマのない配管溶接継手を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明では、配管の突き合わせ溶接継手であって、一方の配管の内面側に縦断面で先端が四角形状の突起部を有しており、他方の配管の内面側には前記突起部と嵌合する凹み部があり、前記突起部と前記凹み部の配管外面側に溶接金属が肉盛りされる開先部があり、前記突起部と前記凹み部の配管半径方向の面は内面より長さＴの範囲で互いに対向し、内面よりｔの範囲で接触し残りＴ−ｔの範囲はスキマを有しており、前記突起部と前記凹み部が嵌合することにより一方の配管内面と他方の配管内面は同一曲面となる。
【０００７】
継手部は、配管半径方向には、突起部の外面と凹み部の内面で接触し両配管の内面が同一面になり、配管軸方向には、突起部の内面よりｔの範囲が接触し、残りのＴ−ｔの範囲はスキマのある状態で、開先部に溶着金属が肉盛りされる。溶接時の収縮によりｔの範囲の接触部は圧縮され降伏して収縮力を吸収する。このｔの値を小さくしておけば、この圧縮による残留応力の範囲は局部的に限定され、かつ圧縮力なので亀裂が発生することはない。これにより溶接継手は内面は同一面で段差などなくかつスキマもない形状となる。残留応力としては、応力腐食割れにはむしろ望ましい圧縮応力がｔの範囲に局部的に残っているだけであり、図３〜５に示したような接合リングや重ねリングを使用しないため配管内面と外面の温度差は大きくならずこの温度差による熱応力も大きくならない。また配管内面は滑らかなので、継手部で摩耗が多く発生することはない。
【０００８】
請求項２の発明では、前記Ｔは３ｍｍ程度とし、前記ｔは０．２〜０．４ｍｍである。
【０００９】
ｔを０．２〜０．４ｍｍとすることにより、溶接収縮により圧縮降伏して収縮を吸収し易くするとともに、圧縮応力の発生する範囲を限定することができる。また、突起部と凹み部の形状はこれを合わせることにより開先形状を決定し、継手内面を同一面にする働きがあるので、これらの形状を表すＴの大きさを適切な寸法とする必要があり、３ｍｍ程度が望ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施形態の配管溶接継手を示す縦断面図である。配管溶接継手は一方の配管１の端部と、他方の配管２の端部を突き合わせることにより形成され、開先部１０に溶着金属５を肉盛りすることにより完成する。一方の配管１の内面側先端には、縦断面で先端が四角状の突起部７が設けられている。突起部７は突起部外面７ａと突起部内面７ｂと突起部前面７ｃを有する中空円筒状をなしている。他方の配管２の内面側先端には凹み部８が設けられており、凹み部８は凹み部内面８ａと、凹み部接触面８ｂ、凹み部スキマ部８ｃよりなり、突起部外面７ａと凹み部内面８ａが接触し、突起部前面７ｃと凹み部接触面８ｂが接触して嵌合するように構成され、これにより両配管１，２の内面は同一曲面となる。配管内面より凹み部内面８ａまでの長さをＴとし、配管内面より凹み部接触面８ｂの外端までをｔとする。Ｔは３ｍｍ程度、ｔは０．２〜０．４ｍｍ程度とする。
【００１１】
一方の配管１の突起部７の外側形状と、他方の配管２の凹み部８の外側形状は、突起部７を凹み部８に嵌合すると開先部１０を形成し、突起部前面７ｃと凹み部接触面８ｂを接触させるとスキマ９を形成する形状となっている。開先形状を決める各配管１，２の端部の傾斜は図に示すように半径方向に対して３０°となっており、寸法Ｌは配管の板厚にもよるが、３ｍｍ程度が望ましい。なお開先部１０の周囲の破線は溶着金属５が母材の配管１，２に溶け込む範囲を示している。
【００１２】
次にこの配管継手の溶接について説明する。
他方の配管２の凹み部８へ一方の配管１の突起部７を嵌合させると、図１に示すように凹み部内面８ａに突起部外面７ａが接触し、凹み部接触面８ｂに突起部前面７ｃが接触する。これにより両配管１，２の内面は同一面となり、突起部前面７ｃと凹み部スキマ部８ｃの間にはスキマ９ができる。この状態で開先部１０に溶着金属５を肉盛りする。溶接による収縮で半径方向の溶着金属５の収縮は開先部１０の外面は自由に収縮するので、配管１，２には何ら影響を与えないが、配管軸方向の収縮により両配管１，２は引き付けられる。この収縮力により凹み部接触面８ｂは突起部前面７ｃに押圧され、接触面積が小さいため容易に降伏してこの圧縮力を吸収する。降伏してもスキマ９は確保される寸法となっている。容易に降伏するようにするため、ｔの大きさは０．２〜０．４ｍｍとなっている。またＴの寸法は３ｍｍ程度とし、スキマ９を確保し突起部７と凹み部８とを嵌合し易すくしている。
【００１３】
これにより溶接が終わった状態では両配管１，２の内面では、同一面となりかつ凹み部接触面８ｂと突起部前面７ｃとは押付あって密着している。また圧縮降伏による残留応力の分布範囲は凹み部接触面８ｂの近傍である。この圧縮力は応力腐食割れを起し難くする働きを有する。
【００１４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の配管溶接継手は、以下の効果を奏する
▲１▼  突起部と凹み部を設け両者を嵌合することにより継手内面が同一面となり、開先合わせ作業が容易になるとともに段差のない同一内面の継手が得られる。
▲２▼  配管軸方向には微小な接触面で接触し溶接収縮により圧縮降伏して溶接収縮を吸収するので、残留応力は接触面近傍に限定される。この圧縮残留応力は応力腐食割れを防止するのに有効である。
▲３▼  従来の図３〜５に示すような配管外面より突出している接合用のリングを使用しないので、継手位置における配管内面と外面の温度差は少くなり熱応力が少くなり、熱応力によるクリープ損傷を少くすることができる。
▲４▼  継手の内面は同一面で段差はなくかつ間隙もなく密着しているので、継手位置で摩耗が多くなることはない。
▲５▼  本継手は図３〜５に示すような接合用のリングを使用しないので、コストも逓減する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の溶接配管継手の構成を示す縦断面図である。
【図２】配管の溶接として普通に用いられる裏波を出す溶接継手を示す図である。
【図３】接合リングを用いた配管溶接継手を示す図である。
【図４】重ねリングを用いた配管溶接継手を示す図である。
【図５】重ねリングを用い、段付開先を用いた配管溶接継手を示す図である。
【符号の説明】
１  一方の配管
２  他方の配管
３  接合リング
４  重ねリング
５  溶着金属
６  段付部
７  突起部
７ａ  突起部外面
７ｂ  突起部内面
７ｃ  突起部前面
８  凹み部
８ａ  凹み部内面８ａ
８ｂ  凹み部接触面
８ｃ  凹み部スキマ部
９  スキマ
１０  開先部
１１  溶け込み範囲
【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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