(57)【要約】【課題】耐応力腐食割れ性及び溶接作業性を共に向上させることができること。【解決手段】配管１１Ａ、１１Ｂを接合する溶接方法において、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２を肉盛溶接したショートリング１３Ａ、１３Ｂを用意し、これらのショートリング１３Ａ、１３Ｂを配管１１Ａ、１１Ｂのそれぞれの開先部１４に溶接した後に、ショートリング１３Ａと１３Ｂを溶接し、前記溶接金属１２を、配管１３Ａ、１３Ｂの内面または外面の片側面、または内面及び外面の両面に肉盛溶接するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部材を接合する溶接方法において、
耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属を肉盛溶接した補助部材を用意し、
この補助部材を前記被溶接部材の溶接接合部にそれぞれ溶接した後に、
前記補助部材同士を溶接することを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記補助部材の内面または外面の片側面のみに溶接金属を肉盛溶接することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記補助部材の内面及び外面の両面に溶接金属を肉盛溶接することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記補助部材同士の溶接前に、被溶接部材と前記補助部材との溶接部近傍に残留応力改善処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項５】
前記被溶接部材の溶接接合部に生ずる残留応力分布を試験体による測定や残留応力解析により予め求め、補助部材の寸法を、予め求めた残留応力分布の引張応力の範囲を超えて設定することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項６】
前記被溶接部材が配管または容器であり、補助部材が、前記配管または容器の形状に対応してリング形状に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項７】
前記被溶接部材及び補助部材がオーステナイト系ステンレス鋼であり、溶接金属が低炭素ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項８】
耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属を肉盛溶接した補助部材が、被溶接部材の溶接接合部にそれぞれ溶接され、これらの補助部材同士が溶接されて構成されたことを特徴とする溶接継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接部材、特に配管や容器を溶接する際の、耐応力腐食割れ性に優れた溶接方法、及びこの溶接方法により製造される溶接継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
被溶接部材の溶接後の溶接部近傍には、通常、高い引張の残留応力が生じており、そのため、応力腐食割れの発生が懸念される。耐応力腐食割れ性に優れた低炭素ステンレス鋼にて被溶接部材が構成されている場合においても、溶接部近傍に応力腐食割れの発生が懸念される場合がある。通常は、溶接後に残留応力改善処理が行われて、溶接部の応力腐食割れの発生が抑制されるが、配管内面や原子炉内部での据付工事に伴う溶接等、残留応力改善処理が困難な場所がある。
【０００３】
そのような場合に、配管等の耐応力腐食割れ性を高める方法として、配管内面に関しては、溶接接合する部位にあらかじめ耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属で肉盛溶接を行った後、配管の接合端部同士を溶接して接合する方法が開示されている（特許文献１、２）。
【０００４】
また、高強度ステンレス鋼を使用したボイラ管の再熱割れを防ぐ方法として、２０ｍｍ以上の長さの新材の短管を、経年材からなるボイラ管の溶接部に予め溶接して接合し、その後、短管同士を溶接してボイラ管を接合するものが開示されている（特許文献３）。
【特許文献１】特開２００５−２８４０５号公報
【特許文献２】特開昭５４−１０７４６２号公報
【特許文献３】特開２００５−３１９４９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１及び２に記載の発明では、配管内面への肉盛溶接自体が煩雑であると共に、肉盛溶接により変形が生じるため、肉盛溶接の範囲が限定されることや、変形修正処理が必要と考えられる。このため、肉盛溶接を含めた溶接作業性が低下してしまう。
【０００６】
また、特許文献３に記載の発明は、新材の短管を用いて経年材のボイラ管を溶接により接合するものであり、再熱割れの発生に対しては抑止効果を期待できるものの、溶接部における応力腐食割れ発生の抑制を期待することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、耐応力腐食割れ性及び溶接作業性を共に向上させることができる溶接方法及び溶接継手構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る溶接方法は、被溶接部材を接合する溶接方法において、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属を肉盛溶接した補助部材を用意し、この補助部材を前記被溶接部材の溶接接合部にそれぞれ溶接した後に、前記補助部材同士を溶接することを特徴とするものである。
【０００９】
本発明に係る溶接継手構造は、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属を肉盛溶接した補助部材が、被溶接部材の溶接接合部にそれぞれ溶接され、これらの補助部材同士が溶接されて構成されたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る溶接方法及び溶接継手構造によれば、被溶接部材の溶接を、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属を肉盛溶接した補助部材を介在して実施するので、耐応力腐食割れ性が向上すると共に、上記溶接金属を補助部材に肉盛溶接することで、この肉盛溶接を含めた溶接作業性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。
【００１２】
［Ａ］第１の実施の形態（図１、図２）
図１は、本発明に係る溶接方法の第１の実施の形態を実施して製造された溶接継手構造を示す断面図である。図２は、図１の溶接継手構造を製造するための溶接方法の第１の実施の形態における溶接手順を示す動作図である。
【００１３】
本実施の形態の溶接継手構造１０は、被溶接部材としての配管または容器（本実施の形態では配管１１Ａ、１１Ｂ）を突き合せ溶接する際に、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２が肉盛溶接された補助部材としてのショートリング１３Ａ、１３Ｂを、配管１１Ａ、１１Ｂのそれぞれの溶接接合部としての開先部１４に溶接させ、これらのショートリング１３Ａと１３Ｂとを突き合せ溶接して構成される。
【００１４】
被溶接部材としての配管１１Ａ及び１１Ｂは、オーステナイト系ステンレス鋼またはオーステナイト系低炭素ステンレス鋼（本実施の形態ではオーステナイト系ステンレス鋼）にて構成される。また、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂも、配管１１Ａ及び１１Ｂと同一の材料が用いられ、本実施の形態ではオーステナイト系ステンレス鋼にて構成される。溶接金属１２は、低炭素ステンレス鋼、例えば３０８ＵＬＣ系、Ｙ３１６Ｌ、Ｄ３０９ＭｏＬ等にて構成される。
【００１５】
ショートリング１３Ａ及び１３Ｂは、配管または容器の形状に対応してリング形状に形成されたものである。例えば配管１１Ａ及び１１Ｂが外径約１７０ｍｍ、板厚約７ｍｍの円筒形状である場合、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂは、この配管１１Ａ及び１１Ｂと同一の外径及び板厚に形成される。ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの軸方向長さＬ（図２（Ａ）参照）は、配管１１Ａ及び１１Ｂを模擬した模擬試験体（例えば配管１１Ａ、１１Ｂよりも小径の配管）を突き合せ溶接したときの溶接中心から引張応力が残留する範囲を超えた寸法に設定される。
【００１６】
溶接金属１２は、ショートリング１３Ａ、１３Ｂの内面１５または外面１６の片側面のみ（本実施の形態では内面１５）に肉盛溶接される。ショートリング１３Ａと１３Ｂとを突き合せ溶接したときこれらの溶接部１７の近傍の内面１５及び外面１６の両面に、応力腐食割れ発生の要因となる引張残留応力が生ずる。ところが、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面１５は、これらのショートリング１３Ａと１３Ｂとの溶接後に残留応力改善処理が困難な場所であるため、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面１５にのみ溶接金属１２が肉盛溶接されるのである。
【００１７】
次に、配管１１Ａと１１Ｂの溶接手順を、図２を用いて説明する。
【００１８】
まず、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２を内面１５に肉盛溶接したショートリング１３Ａ及び１３Ｂを用意する（図２（Ａ）〜（Ｄ））。次に、これらのショートリング１３Ａ及び１３Ｂを配管１１Ａ及び１１Ｂのそれぞれの開先部１４に溶接する（図２（Ｅ））。次に、ショートリング１３Ａと配管１１Ａとの溶接部１８Ａ、ショートリング１３Ｂと配管１１Ｂとの溶接部１８Ｂのそれぞれの近傍に残留応力改善処理を実施する（図２（Ｆ））。その後、ショートリング１３Ａと１３Ｂとを溶接する（図２（Ｇ））。この溶接手順を更に詳説する。
【００１９】
まず、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面１５に、溶接金属１２の肉盛溶接の厚さを考慮して切削等の機械加工を施す（図２（Ａ）及び（Ｂ））。次に、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの上述の機械加工された内面１５の略全面に、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２を肉盛溶接する（図２（Ｃ））。この肉盛溶接後に、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂに開先部１９を加工する（図２（Ｄ））。その後、ショートリング１３Ａの開先部１９と配管１１Ａの開先部１４とを溶接して溶接部１８Ａを形成し、また、ショートリング１３Ｂの開先部１９と配管１１Ｂの開先部１４とを溶接して溶接部１８Ｂを形成する（図２（Ｅ））。
【００２０】
ショートリング１３Ａと配管１１Ａとを溶接し、ショートリング１３Ｂと配管１１Ｂとを溶接した後に、溶接金属１２の肉盛溶接部と溶接部１８Ａ及び１８Ｂとを含めたショートリング１３Ａ及び配管１１Ａの内面及び外面（特に内面）と、ショートリング１３Ｂ及び配管１１Ｂの内面及び外面（特に内面）とを機械加工すると共に、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂに開先部２０を形成する（図２（Ｆ））。尚、溶接金属１２の肉盛溶接部の機械加工は、ショートリング１３Ａを配管１１Ａに、ショートリング１３Ｂを配管１１Ｂにそれぞれ溶接する前に実施してもよい。
【００２１】
上記開先部２０の機械加工後に、ショートリング１３Ａと配管１１Ａにおける溶接部１８Ａ近傍の内面及び外面に対して、更にショートリング１３Ｂと配管１１Ｂにおける溶接部１８Ｂ近傍の内面及び外面に対して、残留応力改善処理を実施する（図２（Ｆ））。この残留応力改善処理は、ショットピーニング、レーザピーニングもしくは超音波ピーニングなどの各種ピーニング、または磨き処理により実行する。
【００２２】
その後、ショートリング１３Ａと１３Ｂのそれぞれの開先部２０を溶接して溶接部１７を形成し、配管１１Ａと１１Ｂとを溶接する（図２（Ｇ））。この溶接後、配管１１Ａ、ショートリング１３Ａ、ショートリング１３Ｂ及び配管１１Ｂの外面に対して、前述と同様な残留応力改善処理を実施する。
【００２３】
従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）〜（３）を奏する。
【００２４】
（１）耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２を内面１５に肉盛溶接したショートリング１３Ａ、１３Ｂを配管１１Ａ、１１Ｂにそれぞれ溶接し、ショートリング１３Ａと１３Ｂとを溶接することで、配管１１Ａと１１Ｂとを溶接接合する。ショートリング１３Ａと１３Ｂとの溶接部１７近傍では、内面１５及び外面１６に引張の残留応力が生ずるが、このうちの内面１５に、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２が肉盛溶接されているので、ショートリング１３Ａと１３Ｂの溶接後に、配管１１Ａ及び１１Ｂ並びにショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面に残留応力改善処理を実施せず、これらの外面のみに対して残留応力改善処理を実施することで、溶接された配管１１Ａ及び１１Ｂ並びにショートリング１３Ａ及び１３Ｂの耐応力腐食割れ性を向上させることができる。従って、配管１１Ａ及び１１Ｂ並びにショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面に対し残留応力改善処理を省略することができる。
【００２５】
（２）ショートリング１３Ａ、１３Ｂを配管１１Ａ、１１Ｂにそれぞれ溶接した後に、これらの溶接部１８Ａ、１８Ｂ近傍の内面及び外面に残留応力改善処理を実施するので、配管１１Ａとショートリング１３Ａ、配管１１Ｂとショートリング１３Ｂのそれぞれの溶接部１８Ａ、１８Ｂ近傍においても、耐応力腐食割れ性を向上させることができる。
【００２６】
（３）耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２が配管１１Ａ、１１Ｂに直接肉盛溶接されるのではなく、ショートリング１３Ａ、１３Ｂに肉盛溶接されるので、その肉盛溶接自体を容易化できる。更に、ショートリング１３Ａ、１３Ｂを配管１１Ａ、１１Ｂにそれぞれ溶接する前に、溶接金属１２の肉盛溶接部の変形を修正する場合には、その修正のための機械加工を容易化できる。これらの結果、溶接金属１２の肉盛溶接を含めた、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂを介しての配管１１Ａと１１Ｂの溶接作業性を向上させることができる。
【００２７】
［Ｂ］第２の実施の形態（図３）
図３は、本発明に係る溶接方法の第２の実施の形態を実施して製造された溶接継手構造を示す断面図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００２８】
本実施の形態の溶接継手構造２５が前記第１の実施の形態の溶接継手構造１０と異なる点は、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面１５と外面１６の両面に溶接金属１２を肉盛溶接した点である。つまり、この溶接継手構造２５を製造するための溶接方法においては、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面１５と外面１６に、溶接金属１２の肉盛溶接の厚さを考慮して切削等の機械加工を施し、この機械加工が施された内面１５と外面１６のそれぞれの全面に溶接金属１２を肉盛溶接する。その後、前記第１の実施の形態の手順図２（Ｄ）〜（Ｇ）と同様にして、配管１１Ａと１１Ｂとをショートリング１３Ａ及び１３Ｂを用いて溶接により接合する。
【００２９】
従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏する。
【００３０】
特に、効果（１）において、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面１５と外面１６の両面に、耐応力腐食割れ性に優れた溶接金属１２が肉盛溶接されることで、ショートリング１３Ａと１３Ｂとの溶接後に、配管１１Ａ及び１１Ｂ並びにショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面及び外面に対して残留応力改善処理を実施することなく、これらの配管１１Ａ及び１１Ｂ並びにショートリング１３Ａ及び１３Ｂの耐応力腐食割れ性を向上させることができる。従って、ショートリング１３Ａと１３Ｂとの溶接後に、配管１１Ａ及び１１Ｂ並びにショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面及び外面に対して残留応力改善処理を省略することができる。
【００３１】
［Ｃ］第３の実施の形態（図４）
図４は、本発明に係る溶接方法の第３の実施の形態を説明するための残留応力分布図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分は、同一の符号を付して説明を簡略化し、または省略する。
【００３２】
本実施の形態の溶接方法が前記第１及び第２の実施の形態の溶接方法と異なる点は、配管１１Ａと１１Ｂの溶接接合部に生ずる残留応力分布を、配管１１Ａ及び１１Ｂと同一寸法の試験体による測定や、残留応力解析により求め、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの寸法、すなわち軸方向長さＬ（図２（Ａ）参照）を、予め求めた上述の残留応力分布の引張応力の範囲を超えて設定した点である。
【００３３】
例えば、図４は、配管１１Ａ及び１１Ｂと同一の外径及び板厚を有する試験体に、配管１１Ａと１１Ｂとの溶接と同様の溶接方法を用いて溶接したときに、この試験体の内面に生ずる残留応力を測定した残留応力分布図である。この図４において実線は、試験体（配管）の周方向の残留応力分布、破線は、試験体（配管）の軸方向の残留応力分布である。
【００３４】
図４の残留応力分布から試験体の内面において、溶接箇所の中心（図４の点０）から約３０ｍｍの範囲が引張応力の範囲Ｍであることが判る。そこで、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの軸方向長さＬを３０ｍｍ以上に設定して、第１及び第２の実施の形態の溶接方法を実施する。
【００３５】
従って、本実施の形態においても、前記第１の実施の形態の効果（１）〜（３）、及び第２の実施の形態と同様な効果を奏する。
【００３６】
特に、ショートリング１３Ａ及び１３Ｂの軸方向長さＬが、実際の配管１１Ａ及び１１Ｂと同一寸法の試験体を用いて測定した残留応力分布、または残留応力解析によって求めた残留応力分布に基づき、引張残留応力の範囲Ｍを超えて設定されたので、このショートリング１３Ａ及び１３Ｂの内面１５と外面１６の少なくとも一方に肉盛溶接される溶接金属１２の範囲が適切化される。この結果、ショートリング１３Ａと１３Ｂとの溶接による引張残留応力が配管１１Ａ及び１１Ｂに到達することを防止できることと相俟って、肉盛溶接された溶接金属１２により耐応力腐食割れ性を向上させることができる。
【００３７】
以上、本発明を上記実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本実施の形態では、被溶接部材は、配管または容器の場合を述べたが、板状部材であってもよく、これに合わせて補助部材の形状が板形状に形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る溶接方法の第１の実施の形態を実施して製造された溶接継手構造を示す断面図。
【図２】（Ａ）〜（Ｇ）は各々図１の溶接継手構造を製造するための溶接方法の第１の実施の形態における溶接手順を示す動作図。
【図３】本発明に係る溶接方法の第２の実施の形態を実施して製造された溶接継手構造を示す断面図。
【図４】本発明に係る溶接方法の第３の実施の形態を説明するための残留応力分布図。
【符号の説明】
【００３９】
１０  溶接継手構造
１１Ａ、１１Ｂ  配管（被溶接部材）
１２  溶接金属
１３Ａ、１３Ｂ  ショートリング（補助部材）
１４  開先部（溶接接合部）
１５  内面
１６  外面
１７  溶接部
１８Ａ、１８Ｂ  溶接部
２５  溶接継手構造
Ｌ  ショートリングの軸方向長さ
【図１】
2009050889.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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