管内周面の改質方法

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【発明の名称】	管内周面の改質方法
【発明者】	【氏名】蟹川昌也【氏名】川口聖一【氏名】名倉保身【氏名】沖村浩司
【要約】	【課題】応力腐食割れに対する耐蝕性が向上するように管、特に小口径管の内周面を容易且つ確実に改質し得る管内周面の改質方法を提供する。【解決手段】例えば、原子炉容器に溶接３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４の内周面に、その開口端からリング状の凹部４ａを形成し、さらに上記炉内計装筒４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１１を、上記炉内計装筒４の開口端から挿入して溶接３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１１の内部空間にレーザ溶接工具１２を挿入し、このレーザ溶接工具１２を炉内計装筒４の中心軸回りに回転しつつレーザ光１３を上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１１を炉内計装筒４の内周面にクラッディングする。

【特許請求の範囲】
【請求項１】外周面を介して溶接により固定されている管の内周面に、その開口端から上記溶接による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部を形成し、さらに上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成することを特徴とする管内周面の改質方法。
【請求項２】外周面を介して溶接により固定されている管の内周面に、その開口端から上記溶接による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部を形成し、さらに上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記凹部の全長に亘り嵌め込み、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成することを特徴とする管内周面の改質方法。
【請求項３】〔請求項２〕に記載する管内周面の改質方法において、レーザ光はスリーブの両端部のみに照射し、この部分のみを溶融させて管に溶着させたことを特徴とする管内周面の改質方法。
【請求項４】外周面を介して溶接により固定されている管の内周面で、且つ上記溶接による残留応力が発生している部分にリング状の凹部を形成し、さらに上記管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し、且つ一部に切欠きを有してその径を拡縮可能に形成した円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記凹部に嵌め込み、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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て管の内周面にクラッド層を形成することを特徴とする管内周面の改質方法。
【請求項５】外周面を介して溶接により固定されている管の内周面で、且つ上記溶接による残留応力が発生している部分に、上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して嵌め込むとともに、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成することを特徴とする管内周面の改質方法。
【請求項６】〔請求項１〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する管内周面の改質方法において、管はニッケル基合金で形成したものであり、またスリーブは管よりもクロムの含有量が多い他のニッケル基合金で形成したものを用いることを特徴とする管内周面の改質方法。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は管内周面の改質方法に関し、特に小口径管の内周面を改質して応力腐食割れの予防保全を行う場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】図６（ａ）は、ＰＷＲ方式の原子炉の炉容器部分を示す縦断面図、図６（ｂ）はそのＡ部分を抽出・拡大して示す断面図である。両図に示すように、当該炉容器１には、その下部を貫通して外部に臨む炉内計装筒２が溶接３で固着してある。この炉内計装筒２は、例えば原子炉内の温度、中性子量等のモニタリングを行うためのセンサに接続するケーブル等を挿通するためのものであり、内径が１５ｍｍΦ程度のニッケル基合金（ＮＣＦ６００合金；以下、６００合金という。）を材料とする小口径管で形成してある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述の如き原子力プラントの炉内計装筒２等、一般に、管を溶接により固定した場合には、溶接作業に伴う金属収縮によって、この管に残留応力が付与される。かかる状態で、当該管の内周面に水等の腐食性流体が接触すると、応力腐食割れを発生する虞がある。ちなみに、上記炉内計装筒２の場合、その内部には原子炉の一次冷却水が充満されている。したがって、このままでは、炉内計装筒２における残留応力の発生部分の高経年化に伴う一次冷却水応力腐食割れ（ＰＷＳＣＣ）の発生が懸念される。
【０００４】かかるＰＷＳＣＣを回避するためには、炉内計装筒２の耐ＰＷＳＣＣを向上させる必要があり、そのためには、炉内計装筒２の内周面のうち、残留応力を発生している部分の表面をクラッディングにより改質する方法が考えられる。
【０００５】ところが、炉内計装筒２は、上述の如く内径が１５ｍｍΦ程度と小径であるため、その内部に溶接トーチを挿入し、溶接ビードを重ねてクラッド層を形成するという、従来技術に係る一般的な表面改質方法の適用が困難である。かかる、小口径管の内周面の改質等、狭隘な部位の表面改質による応力腐食割れの予防保全は、原子力プラントに限らず、多数の管路を有し、且つこの管路を溶接により固定している他のプラント、例えば化学プラント、発電プラント等においても同様に必要になると考えられる。
【０００６】本発明は、上記従来技術に鑑み、応力腐食割れに対する耐蝕性が向上するように管、特に小口径管の内周面を容易且つ確実に改質し得る管内周面の改質方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発明の構成は次の点を特徴とする。
【０００８】１）外周面を介して溶接により固定されている管の内周面に、その開口端から上記溶接による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部を形成し、さらに上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成すること。
【０００９】２）外周面を介して溶接により固定されている管の内周面に、その開口端から上記溶接による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部を形成し、さらに上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記凹部の全長に亘り嵌め込み、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成すること。
【００１０】３）上記２）に記載する管内周面の改質方法において、レーザ光はスリーブの両端部のみに照射し、この部分のみを溶融させて管に溶着させたこと。
【００１１】４）外周面を介して溶接により固定されている管の内周面で、且つ上記溶接による残留応力が発生している部分にリング状の凹部を形成し、さらに上記管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し、且つ一部に切欠きを有してその径を拡縮可能に形成した円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記凹部に嵌め込み、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成すること。
【００１２】５）外周面を介して溶接により固定されている管の内周面で、且つ上記溶接による残留応力が発生している部分に、上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して嵌め込むとともに、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成すること。
【００１３】６）上記１）乃至５）の何れか一つに記載する管内周面の改質方法において、管はニッケル基合金で形成したものであり、またスリーブは管よりもクロムの含有量が多い他のニッケル基合金で形成したものを用いること。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】以下に説明する実施の形態は何れも、図６に示すように、溶接３により炉容器１に固着してある炉内計装筒２の内周面の改質方法である。すなわち、このときの改質の対象となる管は、内径が１５ｍｍΦ程度の小口径管であり、その材料は６００合金である。また、スリーブは、上記６００合金よりもクロムの含有量が多い、したがって応力腐食割れに対する耐蝕性がより良好な他のニッケル基合金（ＮＣＦ６９０合金；以下、６９０合金という。）である。
【００１６】＜第１の実施の形態＞図１に示すように、先ず、炉内計装筒２の内周面に、その上端の開口端から溶接３による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部２ａを形成する。これは、炉内計装筒２の切削加工による。次に、薄肉円筒状のスリーブ１１を、上記炉内計装筒２の開口端からこの炉内計装筒２に挿入して、溶接３に伴う残留応力が発生している部分に嵌め込む。このとき、スリーブ１１は、凹部２ａの深さとほぼ同一の厚みを有するものとし、上述の如く、炉内計装筒２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６９０合金とする。
【００１７】その後、スリーブ１１の内部空間にレーザ溶接工具１２を挿入し、このレーザ溶接工具１２を炉内計装筒２の中心軸ｌの回りに回転しつつレーザ光１２ａをスリーブ１１の内周面に照射する。この結果、スリーブ１２は溶融して炉内計装筒２と一体となる。このようにして、スリーブ１２のクラッディング層を炉内計装筒２の内周面に形成する。このとき、レーザ装置の種類に特別な限定はないが、溶接部位が狭隘な部位であることを考慮すれば、光ファイバでレーザ光を自由に導き得るＹＡＧレーザ装置が最適である。
【００１８】かかる第１の実施の形態によれば、炉内計装筒２の内周面の内、溶接３による残留応力を発生している部分に限定して、この部分を保護するようクラッド層を形成することができる。しかも、このとき形成されるクラッド層は、炉内計装筒２の内周面と面一になる。
【００１９】＜第２の実施の形態＞図２に示すように、本形態では、図１に示す第１の実施の形態と同様に、炉内計装筒２の内周面に、その上端の開口端から溶接３による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部２ａを形成する。次に、薄肉円筒状のスリーブ１３を、上記炉内計装筒２の開口端からこの炉内計装筒２に挿入して上記凹部２ａの全長に亘り嵌め込む。このとき、スリーブ１３は、凹部２ａの深さとほぼ同一の厚みを有するものとし、６９０合金で形成する。
【００２０】その後、図１に示す第１の実施の形態と同様に、スリーブ１３の内周面側からレーザ光を照射してスリーブ１３を溶融して炉内計装筒２の残留応力が発生している部分にクラッド層を形成する。このときの溶接部分１３ａは、炉内計装筒２の残留応力が発生している部分に選択的に形成し、残りの部分は、炉内計装筒２の凹部２ａの内周面にスリーブ１３の外周面が押し当てられた状態となる。
【００２１】かかる第２の実施の形態によれば、炉内計装筒２の内周面の内、溶接３による残留応力を発生している部分は溶着されたクラッド層で確実に保護することができる。しかも、このとき形成されるクラッド層は、炉内計装筒２の内周面と面一になる。
【００２２】＜第３の実施の形態＞図３に示すように、本形態では、図２に示す第２の実施の形態と同様にスリーブ１４を凹部２ａに挿入する。その後、レーザ光によりスリーブ１４の上下両端部のみを、溶接して炉内計装筒２の内周面のクラッド層とする。１４ａ、１４ｂは、このとき形成される溶接部である。
【００２３】かかる第３の実施の形態によれば、炉内計装筒２の内周面の内、溶接３による残留応力を発生している部分は、上下両端部の溶接部１４ａ、１４ｂにより溶着されたスリーブ１４がクラッド層となって確実に保護することができる。しかも、このとき形成されるクラッド層は、炉内計装筒２の内周面と面一になる。
【００２４】＜第４の実施の形態＞図４に示すように、本形態では、炉内計装筒２の内周面の内、溶接３による残留応力が発生している部分にのみ、選択的にリング状の凹部２ｂを形成し、この凹部２ｂに円筒状のスリーブ１５を、炉内計装筒２の上端の開口端から挿入して嵌め込む。このとき、スリーブ１５は、一部に切欠きを有してその径を拡縮可能に形成してあり、しかも凹部２ｂの深さとほぼ同一の厚みを有するとともに、その軸方向長さは、凹部２ｂの軸方向長さとほぼ同一寸法のものとする。また、炉内計装筒２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６９０合金で形成する点は、上記第１乃至第３の実施の形態と同様である。
【００２５】かかる第４の実施の形態によれば、炉内計装筒２の内周面の内、溶接３による残留応力を発生している部分に限定して、この部分を保護するようクラッド層を形成することができる。しかも、このとき形成されるクラッド層は、炉内計装筒２の内周面と面一になる。
【００２６】＜第５の実施の形態＞図５に示すように、本形態では、炉内計装筒２は何も加工することなく、円筒状のスリーブ１６を、上記炉内計装筒２の上端の開口端から挿入して嵌め込む。その後、スリーブ１６を、上記第１乃至第４の実施の形態と同様に、レーザ光で溶融して炉内計装筒２の内周面にクラッド層を形成する。
【００２７】かかる第５の実施の形態によれば、炉内計装筒２の内周面の内、溶接３による残留応力を発生している部分を保護するようクラッド層を形成することができる。
【００２８】なお、上述の各実施の形態では、改質の対象となる管は、６００合金で形成した内径が１５ｍｍΦ程度の小口径管であり、スリーブは、上記６００合金よりもクロムの含有量が多い６９０合金で形成したが、管及びスリーブの材質は、当然これらに限定する必要はない。改質対象である管よりも、クラッド材であるスリーブが応力腐食割れに対してより良好な耐蝕性を有する関係があれば上記実施の形態のものに限定する必要はない。
【００２９】
【発明の効果】以上実施の形態とともに具体的に説明した通り、〔請求項１〕に記載する発明は、外周面を介して溶接により固定されている管の内周面に、その開口端から上記溶接による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部を形成し、さらに上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成するので、管の内周面の内、溶接による残留応力を発生している部分に限定して、この部分を保護するようクラッド層を形成することができる。しかも、このとき形成されるクラッド層は、管の内周面と面一になる。この結果、本発明によれば、スリーブにより、確実に管の内周面の応力腐食割れを確実に防止することができる。このとき、クラッド層が管の内周面と面一であるので、流体に対する抵抗となることもない。
【００３０】〔請求項２〕に記載する発明は、外周面を介して溶接により固定されている管の内周面に、その開口端から上記溶接による残留応力が発生している部分に至るリング状の凹部を形成し、さらに上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記凹部の全長に亘り嵌め込み、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成するので、〔請求項１〕に記載する発明と同様の作用効果を奏する。
【００３１】〔請求項３〕に記載する発明は、〔請求項２〕に記載する管内周面の改質方法において、レーザ光はスリーブの両端部のみに照射し、この部分のみを溶融させて管に溶着させたので、〔請求項２〕に記載する発明と同様の作用効果を奏するばかりてなく、溶接部の範囲が小さいので、その分溶接作業を迅速に行うことができる。
【００３２】〔請求項４〕に記載する発明は、外周面を介して溶接により固定されている管の内周面で、且つ上記溶接による残留応力が発生している部分にリング状の凹部を形成し、さらに上記管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し、且つ一部に切欠きを有してその径を拡縮可能に形成した円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して上記凹部に嵌め込み、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成するので、〔請求項１〕に記載する発明と同様の効果を奏するばかりでなく、管に形成する凹部の面積を最小限にすることができ、凹部を形成することによる、管の強度の低下を最小限に抑えることができる。
【００３３】〔請求項５〕に記載する発明は、外周面を介して溶接により固定されている管の内周面で、且つ上記溶接による残留応力が発生している部分に、上記管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円筒状のスリーブを、上記管の開口端から挿入して嵌め込むとともに、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当該管の中心軸回りに回転しつつレーザ光を上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で管の内周面にクラッド層を形成するので、〔請求項１〕に記載する発明と同様の効果を奏するばかりでなく、管は加工する必要がないので、最も迅速に当該保全作業を実施することができ、その分保全費用も最小に抑えることができる。
【００３４】〔請求項６〕に記載する発明は、〔請求項１〕乃至〔請求項５〕の何れか一つに記載する管内周面の改質方法において、管はニッケル基合金で形成したものであり、またスリーブは管よりもクロムの含有量が多い他のニッケル基合金で形成したものを用いるので、上記〔請求項１〕乃至〔請求項５〕に記載する発明の効果を、具体的に担保し得る。

【出願人】	【識別番号】０００００６２０８【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】	平成１２年９月２０日（２０００．９．２０）
【代理人】	【識別番号】１０００７８４９９【弁理士】【氏名又は名称】光石俊郎（外２名）
【公開番号】	特開２００２－９０４９４（Ｐ２００２－９０４９４Ａ）
【公開日】	平成１４年３月２７日（２００２．３．２７）
【出願番号】	特願２０００－２８４７５１（Ｐ２０００－２８４７５１）