溶接構造物および構造物の溶接方法
【課題】溶接構造物を構成する材料と、溶接金属との線膨張係数の差を利用し、また複数の溶接金属を採用し、溶接部の引張残留応力を低減させ、または圧縮残留応力を導入させて、溶接部およびその近傍の残留応力分布を制御し、応力腐食割れに対して信頼性の高い溶接継手を構成する溶接構造物および構造物の溶接方法を提供する。
【解決手段】溶接構造物１は、一対の母材２ａ、２ｂによりＴ継手が構成され、このＴ継手が溶接金属３によりすみ肉溶接されている。溶接金属３には、母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。
【解決手段】溶接構造物１は、一対の母材２ａ、２ｂによりＴ継手が構成され、このＴ継手が溶接金属３によりすみ肉溶接されている。溶接金属３には、母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食環境に暴露される溶接構造物の溶接時の溶接熱影響による引張の残留応力を改善もしくは低減させた溶接構造物および構造物の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、腐食環境に暴露される溶接構造物の応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生や進展、溶接構造物の疲労強度等の低下の原因のひとつに、溶接時の溶接熱影響による残留応力がある。
【０００３】
この溶接時の溶接熱影響による残留応力を低減する方法として、特許文献１から５では溶接材料のマルテンサイト変態等の変態膨張を利用して圧縮の残留応力を発生させる、または引張の残留応力を低減させる方法がある。
【特許文献１】特開２００３−２５１４９３号公報
【特許文献２】特開２０００−８４６７０号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４８０号公報
【特許文献４】特開２０００−１７３８０号公報
【特許文献５】特公昭６２−１９９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
腐食環境に暴露される溶接構造物の溶接熱影響による引張残留応力に起因する応力腐食割れの対策として、溶接部表層部をショットピーニング等の手法により表面圧縮応力を形成して応力改善し、応力腐食割れの発生を防止する試みが行われている。
【０００５】
しかし、ショットピーニング等の手法では、応力改善される溶接部の深さは表層部に限定され、また製造工数の増加による製造コストの増大等の問題があり、応力腐食割れの防止に対して信頼性の高い溶接継手をより低コストで提供するための製造方法が求められている。
【０００６】
そこで、溶接熱影響による溶接部の板厚（深さ）方向および平面方向の残留応力の分布制御、あるいは溶接部へ積極的に圧縮残留応力を導入することにより、応力腐食割れに対して裕度の大きい溶接部を有する溶接構造物を提供することができる。
【０００７】
従来技術では、溶接金属のマルテンサイト変態による変態膨張を利用して、溶接部の板厚方向の内部まで引張残留応力を低減する方法が示されているが、原子力発電プラントにおける原子炉圧力容器内の炉内構造物のような腐食環境で使用される溶接構造物では、耐食性等の問題により適用には適さない。
【０００８】
本発明はこれらの課題を解決するために溶接構造物を構成する材料と、溶接金属との線膨張係数の差を利用し、また複数の溶接金属を採用し、もしくは溶接構造物の溶接後に溶接部を加熱し、冷却することで、溶接部およびその近傍の引張残留応力を低減させ、または圧縮残留応力を導入させて、溶接部近傍の残留応力分布を制御し、応力腐食割れに対して信頼性の高い溶接継手を構成する溶接構造物および構造物の溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため本発明では、腐食環境に暴露される溶接構造物において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物を提供する。
【００１０】
また、本発明では、腐食環境に暴露される溶接構造物において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物を提供する。
【００１１】
さらに、本発明では、腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、前記構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法を提供する。
【００１２】
さらにまた、本発明では、腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、前記溶接構造を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
溶接構造物を構成する材料と、溶接金属との線膨張係数の差を利用し、また複数の溶接金属を採用し、もしくは溶接構造物の溶接後に溶接部を加熱し、冷却することで、溶接部およびその近傍の引張残留応力を低減させ、または圧縮残留応力を導入させて、溶接部近傍の残留応力分布を制御し、応力腐食割れに対して信頼性の高い溶接継手を構成する溶接構造物および構造物の溶接方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
なお、応力は引張応力を正、圧縮応力を負として扱う。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
【００１７】
図１（Ａ）と（Ｂ）とは溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図である。
【００１８】
溶接構造物１は片側面または両側面（図１（Ａ）中では溶接構造物１の上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００１９】
溶接構造物１は、一対の母材２ａ、２ｂによりＴ継手が構成され、このＴ継手が溶接金属３によりすみ肉溶接されている。なお、溶接構造物１では母材２の継手にＴ継手が使用されているが、突合せ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００２０】
溶接金属３には、溶接構造物１の母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１の母材２にはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３にはインコネル８２が使用されて溶接構造物１が構成される。
【００２１】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１の室温における残留応力分布は、溶接線方向では図１（Ｃ）の線分５、溶接線の直角方向では図１（Ｄ）の線分９に示すように溶接線近傍で高い引張残留応力となる。
【００２２】
本実施形態における溶接構造物１の母材２と溶接金属３との２０〜３００℃におけるそれぞれの平均線膨張係数は、母材２のＳＵＳ３１６Ｌが１．７×１０−５と、溶接金属３のインコネル８２が１．５×１０−５とであり、溶接構造物１を使用する環境（腐食環境）における温度（以下、単に「運転温度」という。）が約３００℃の環境においては、溶接金属３の線膨張係数の方が母材２の線膨張係数よりも小さい。
【００２３】
溶接構造物１を使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３の線膨張係数が母材２の線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３は母材２に比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１の運転温度における応力分布は、溶接線方向では図１（Ｃ）の線分６、溶接線の直角方向では図１（Ｄ）の線分１０に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００２４】
なお、溶接構造物１を使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３に母材２よりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３は母材２に比べて温度降下による長さの変化が大きく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１の運転温度における応力分布は、溶接線方向では図１（Ｃ）の線分６、溶接線の直角方向では図１（Ｄ）の線分１０に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００２５】
本実施形態によれば、溶接構造物１の運転温度では溶接構造物１の溶接部近傍の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１を使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００２６】
［第２の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第２実施形態について、図２を参照して説明する。
【００２７】
この溶接構造物１Ａにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２８】
図２（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図である。
【００２９】
溶接構造物１Ａは配管形状に構成され、この内面は腐食環境に暴露される。
【００３０】
図２（Ａ）に示された溶接構造物１Ａは、配管形状の一対の母材２Ａａ、２Ａｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ａにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ａでは母材２Ａの継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００３１】
溶接金属３Ａには、溶接構造物１Ａの母材２Ａの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ａの母材２Ａにはインコネル６００が使用され、溶接金属３ＡにはＹ３０８Ｌが使用されて溶接構造物１Ａが構成される。
【００３２】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ａの溶接部近傍では母材２Ａは配管円周長を絞る方向へ溶接金属３Ａにより拘束される。そうすると、溶接構造物１Ａの内表面側溶接部近傍の室温における残留応力分布は、配管軸方向では図２（Ｂ）の線分１３に示すように溶接線近傍で高い引張残留応力となる。
【００３３】
本実施形態における溶接構造物１Ａの母材２Ａと溶接金属３Ａとの運転温度（約３００℃）の環境における線膨張係数は、溶接金属３Ａの線膨張係数の方が母材２Ａの線膨張係数よりも大きい。
【００３４】
溶接構造物１Ａを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３Ａの線膨張係数が母材２Ａの線膨張係数に比べて大きいため、溶接金属３Ａは母材２Ａに比べて温度上昇による長さの変化が大きく、溶接構造物１Ａの溶接線近傍では溶接金属３Ａは母材２Ａの配管円周長を絞る拘束を緩和する方向へ作用をする。そうすると、溶接構造物１Ａの運転温度における応力分布は、配管軸方向では図２（Ｂ）の線分１４に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００３５】
なお、溶接構造物１Ａを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３Ａに母材２Ａよりも小さい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３Ａは母材２Ａに比べて温度降下による長さの変化が小さく、溶接構造物１Ａの溶接線近傍では溶接金属３Ａは母材２Ａの配管円周長を絞る拘束を緩和する方向へ作用をする。そうすると、溶接構造物１Ａの運転温度における応力分布は、配管軸方向では図２（Ｂ）の線分１４に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００３６】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ａの運転温度では溶接構造物１Ａの溶接部近傍の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ａを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００３７】
［第３の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第３実施形態について、図３を参照して説明する。
【００３８】
この溶接構造物１Ｂにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
図３（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００４０】
溶接構造物１Ｂは片側面または両側面（図３（Ａ）中では溶接構造物１Ｂの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００４１】
図３（Ａ）に示された溶接構造物１Ｂは、一対の母材２Ｂａ、２Ｂｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｂと溶接金属３Ｃとにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ｂでは母材２Ｂの継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００４２】
溶接金属３Ｂには、溶接構造物１Ｂの母材２Ｂの線膨張係数と同等の線膨張係数を有する材料が使用される。溶接金属３Ｃには、母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。
【００４３】
本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｂの母材２ＢにはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３ＢにはＹ３０８Ｌが使用され、溶接金属３Ｃにはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｂが構成される。
【００４４】
溶接構造物１Ｂの溶接部は、積層の初期と終期とに溶接金属３Ｂを使用し、積層の中期に溶接金属３Ｃを使用し溶接部が構成される。
【００４５】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｂの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、溶接線の直角方向では図３（Ｂ）に示すように溶接線外表面近傍で高い引張残留応力となる。
【００４６】
本実施形態における溶接構造物１Ｂの母材２Ｂと、溶接金属３Ｂと、溶接金属３Ｃとの運転温度（約３００℃）の環境における線膨張係数は、溶接金属３Ｃの線膨張係数の方が母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂの線膨張係数よりも小さい。
【００４７】
溶接構造物１Ｂを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３Ｃの線膨張係数が母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、図３（Ｃ）に示すように溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂを縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｂの運転温度における溶接線の厚み方向の応力分布は、溶接線の直角方向では図３（Ｄ）に示すように腐食環境に暴露される溶接構造物１Ｂの表面近傍の引張残留応力が緩和される。
【００４８】
なお、溶接構造物１Ｂを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３Ｃに母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂよりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂに比べて温度降下による長さの変化が大きく、図３（Ｃ）に示すように溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂを縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｂの運転温度における溶接線の厚み方向の応力分布は、溶接線の直角方向では図３（Ｄ）に示すように腐食環境に暴露される溶接構造物１Ｂの表面近傍の引張残留応力が緩和される。
【００４９】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｂの運転温度では溶接構造物１Ｂの溶接部表面近傍の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｂを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００５０】
［第４の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第４実施形態について、図４を参照して説明する。
【００５１】
この溶接構造物１Ｃにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図４（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００５３】
溶接構造物１Ｃは片側面または両側面（図４（Ａ）中では溶接構造物１Ｃの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００５４】
図４（Ａ）に示された溶接構造物１Ｃは、一対の母材２Ｃａ、２Ｃｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｄと溶接金属３Ｅとにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ｃでは母材２Ｃの継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００５５】
溶接金属３Ｄには、溶接構造物１Ｃの母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。溶接金属３Ｅには、母材２Ｃの線膨張係数と同等の線膨張係数を有する材料が使用される。
【００５６】
本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｃの母材２ＣにはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３Ｄにはインコネル８２が使用され、溶接金属３ＥにはＹ３０８Ｌが使用されて溶接構造物１Ｃが構成される。
【００５７】
溶接構造物１Ｃの溶接部は、積層の初期と終期とに溶接金属３Ｄを使用し、積層の中期に溶接金属３Ｅを使用し溶接部が構成される。
【００５８】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｃの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、母材２Ｃの板厚が数１０ｍｍの場合、溶接線の直角方向では図４（Ｂ）の線分１８ａに示すように溶接線外表面近傍で高い引張残留応力となる。
【００５９】
ここで、溶接構造物１Ｃの溶接部表面に表面改善処理を行う（表面改善処理層１６）と溶接線外表面近傍に圧縮の残留応力が導入され、溶接線の厚み方向の残留応力分布は溶接線の直角方向では図４（Ｃ）の線分１８ｂのように溶接線外表面近傍で圧縮残留応力となり、溶接部の板厚方向中央へ向かうにつれて引張残留応力となり、さらに溶接部の板厚方向中央付近では圧縮残留応力となる。
【００６０】
ここで、表面改善処理とは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面に、例えばショットピーニングやレーザピーニングやウォータジェットピーニングを個々に施し、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面の残留応力改善を行うことである。ショットピーニングは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面に小さな金属球（ショット）を高速度で当てて残留応力を改善し、また表面の疲労強度や耐磨耗性、耐応力腐食特性を向上させる。レーザピーニングは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面にエネルギの大きなパルスレーザを照射して、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄを構成する材料の原子のプラズマを表面に発生させ、このプラズマ発生の反力による衝撃波を母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの中を伝播させて、残留応力を改善させる。また、ウォータジェットピーニングは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面に水流を高速度で当てて残留応力を改善させる。
【００６１】
本実施形態における溶接構造物１Ｃの母材２Ｃと、溶接金属３Ｄと、溶接金属３Ｅとの運転温度（約３００℃）の環境における線膨張係数は、溶接金属３Ｄの線膨張係数の方が母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅの線膨張係数よりも小さい。
【００６２】
溶接構造物１Ｃを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３Ｄの線膨張係数が母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｄは母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３Ｄは溶接金属３Ｅに伸ばされるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｃの運転温度における溶接線の厚み方向の応力分布は、溶接線の直角方向では図４（Ｃ）の線分１９に示すように腐食環境に暴露される溶接構造物１Ｃの表面近傍で圧縮残留応力を維持できる。
【００６３】
溶接線の厚み方向の残留応力は、応力腐食割れの亀裂進展に影響をおよぼす。
【００６４】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｃの運転温度では溶接構造物１Ｃの溶接部表面近傍は圧縮残留応力が導入され、かつ仮に溶接部近傍の表面に亀裂が発生した際には、厚み方向中央部の圧縮残留応力により亀裂の進展を防ぐことができ、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｃを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００６５】
［第５の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第５実施形態について、図５を参照して説明する。
【００６６】
この溶接構造物１Ｄにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６７】
図５（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００６８】
溶接構造物１Ｄは片側面または両側面（図５（Ａ）中では溶接構造物１Ｄの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００６９】
図５（Ａ）に示された溶接構造物１Ｄは、母材２に割れ２１が発生し、この割れ２１を覆うように溶接金属３が溶接されている。
【００７０】
溶接金属３には、溶接構造物１Ｄの母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として母材２にはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３にはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｄが構成される。
【００７１】
応力腐食割れは、一般に環境、応力、材料の３因子の重畳で発生に至るとされている。そこで、割れ２１を周囲の環境から隔離することで割れ２１の進展や新たな割れの発生を防ぐことができる。
【００７２】
溶接構造物１Ｄを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３の線膨張係数が母材２の線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３は母材２に比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｄの運転温度における溶接構造物１Ｄの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図５（Ｂ）の線分２２に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｄの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００７３】
なお、溶接構造物１Ｄを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３に母材２よりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３は母材２に比べて温度降下による長さの変化が大きく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｄの運転温度における溶接構造物１Ｄの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図５（Ｂ）の線分２２に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｄの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００７４】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｄの運転温度では溶接構造物１Ｄの割れ２１近傍の母材２の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｄを使用する場合には割れ２１の進展を防ぎあるいは軽減して耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００７５】
［第６の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第６実施形態について、図６を参照して説明する。
【００７６】
この溶接構造物１Ｅにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７７】
図６（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００７８】
溶接構造物１Ｅは片側面または両側面（図６（Ａ）中では溶接構造物１Ｅの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００７９】
図６（Ａ）に示された溶接構造物１Ｅは、母材２に割れ２１が発生し、この割れ２１を覆うように当て板２４が母材２に当てられて、この当て金２４の周囲が溶接金属３で溶接されている。
【００８０】
溶接金属３と当て金２４とは、溶接構造物１Ｅの母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｅの母材２にはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３にはインコネル８２が使用され、当て金２４にはインコネル６００が使用されて溶接構造物１Ｅが構成される。
【００８１】
応力腐食割れは、一般に環境、応力、材料の３因子の重畳で発生に至るとされている。そこで、割れ２１を周囲の環境から隔離することで割れ２１の進展や新たな割れの発生を防ぐことができる。
【００８２】
溶接構造物１Ｅを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３および当て金２４の線膨張係数が母材２の線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３および当て金２４は母材２に比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３および当て金２４は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｅの運転温度における溶接構造物１Ｅの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図６（Ｂ）の線分２５に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｅの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００８３】
なお、溶接構造物１Ｅを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３および当て金２４に母材２よりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３および当て金２４は母材２に比べて温度降下による長さの変化が大きく、溶接金属３および当て金２４は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｅの運転温度における溶接構造物１Ｅの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図５（Ｂ）の線分２２に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｅの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００８４】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｅの運転温度では溶接構造物１Ｅの割れ２１近傍の母材２の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｅを使用する場合には割れ２１の進展を防ぎあるいは軽減して耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００８５】
［第７の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第７実施形態について、図７を参照して説明する。
【００８６】
この溶接構造物１Ｆにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８７】
図７（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００８８】
図７（Ａ）に示された溶接構造物１Ｆは、一対の母材２ａ、２ｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ｆでは母材２の継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００８９】
溶接構造物１Ｆは溶接金属３Ｆ側の面（図７（Ａ）中では溶接構造物１Ｆの上面）は腐食環境に暴露される。
【００９０】
溶接構造物１Ｆの溶接金属３Ｆには、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｆの溶接金属３ＧにはＹ３０８Ｌが使用され、溶接金属３Ｆにはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｆが構成される。
【００９１】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｆの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、溶接線の直角方向では図７（Ｂ）の線分２７に示すように溶接金属３Ｆ表面近傍で高い引張残留応力となる。溶接構造物１Ｆの溶接部を一様に加熱すると、溶接金属３Ｆの線膨張係数が溶接金属３Ｇの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｆは溶接金属３Ｇに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとはそれぞれの材料特性（降伏強度、圧縮降伏強度）と断面積比との関係により、図７（Ｃ）の線分２８に示すように熱応力が生じて溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏する。この後、溶接構造物１Ｆを冷却すると腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆ側の面における残留応力は、溶接線の直角方向では図７（Ｄ）線分２９に示すように引張残留応力が緩和され、または圧縮残留応力が導入される。
【００９２】
溶接部の加熱方法としては、高周波加熱や赤外線などの輻射加熱などの温度制御性の良い方法が望ましい。また、加熱温度は使用温度以上でも、使用温度以下でも良く、選択する溶接金属の種類により選定する必要がある。
【００９３】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｆの運転温度では溶接構造物１Ｆが腐食環境に暴露される面に存在する溶接部近傍の引張残留応力は低下または圧縮残留応力が導入され、例えば水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｆを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００９４】
また、溶接構造物１Ｆは、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料を、腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆに使用して構成してもよい。溶接部を冷却して溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏することでも同様の効果を得る。
【００９５】
［第８の実施形態］
本発明に係る構造物の溶接方法の第８実施形態について、図８を参照して説明する。
【００９６】
この溶接構造物１Ｇにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９７】
図８（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００９８】
図８（Ａ）に示された溶接構造物１Ｇは、一対の母材２ａ、２ｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとにより突合せ溶接されている。この溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとの溶接部は、溶接金属３Ｆが溶接構造物１Ｇの溶接部の表面側の層を構成し、溶接金属３Ｇが溶接構造物１Ｇの溶接部の中央部の層を構成するよう多層に溶接されている。なお、溶接構造物１Ｇでは母材２の継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００９９】
溶接構造物１Ｇの溶接金属３Ｆの面（図８（Ａ）中では溶接構造物１Ｇの上下面）は腐食環境に暴露される。
【０１００】
溶接構造物１Ｇの溶接金属３Ｆには、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｇの溶接金属３ＧにはＹ３０８Ｌが使用され、溶接金属３Ｆにはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｇが構成される。
【０１０１】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｇの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、溶接線の直角方向では図８（Ｂ）の線分３１に示すように溶接金属３Ｆ表面近傍で高い引張残留応力となる。溶接構造物１Ｇの溶接部を一様に加熱すると、溶接金属３Ｆの線膨張係数が溶接金属３Ｇの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｆは溶接金属３Ｇに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとはそれぞれの材料特性（降伏強度、圧縮降伏強度）と断面積比との関係により、図８（Ｃ）の線分３２に示すように熱応力が生じて溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏する。この後、溶接構造物１Ｆを冷却すると腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆ側の面における応力は、溶接線の直角方向では図８（Ｄ）の線分３３に示すように引張残留応力が緩和され、または圧縮残留応力が導入される。
【０１０２】
溶接部の加熱方法としては、高周波加熱や赤外線などの輻射加熱などの温度制御性の良い方法が望ましい。また、加熱温度は使用温度以上でも、使用温度以下でも良く、選択する溶接金属の種類により選定する必要がある。
【０１０３】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｇの運転温度では溶接構造物１Ｇが腐食環境に暴露される面に存在する溶接部近傍の引張残留応力は低下または圧縮残留応力が導入され、例えば水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｇを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【０１０４】
また、溶接構造物１Ｇは、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料を、腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆに使用して構成してもよい。溶接部を冷却して溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏することでも同様の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第１実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｃ）は本発明に係る溶接構造物の第１実施形態における溶接部近傍の溶接線方向の応力分布を示す図、（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第１実施形態における溶接部近傍の溶接線に直角な方向の応力分布を示す図。
【図２】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第２実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第２実施形態における配管内面の表面近傍の配管長手軸方向の応力分布を示す図。
【図３】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第３実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第３実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図４】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第４実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）および（Ｃ）は本発明に係る溶接構造物の第４実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図５】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第５実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第５実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図６】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第６実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第６実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図７】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第７実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第７実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図８】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第８実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第８実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ 溶接構造物
２、２ａ、２ｂ、２Ａａ、２Ａｂ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｃａ、２Ｃｂ 母材
３、３Ａ、３Ｂａ、３Ｂｂ、３Ｃ、３Ｄａ、３Ｄｂ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ 溶接金属
５、６、９、１０、１３、１４、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１８ａ、１８ｂ、１９、２２、２５、２７、２８、２９、３１、３２、３３ 線分
１６ 表面改善処理層
２１ 割れ
２４ 当て板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腐食環境に暴露される溶接構造物の溶接時の溶接熱影響による引張の残留応力を改善もしくは低減させた溶接構造物および構造物の溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、腐食環境に暴露される溶接構造物の応力腐食割れ（ＳＣＣ）の発生や進展、溶接構造物の疲労強度等の低下の原因のひとつに、溶接時の溶接熱影響による残留応力がある。
【０００３】
この溶接時の溶接熱影響による残留応力を低減する方法として、特許文献１から５では溶接材料のマルテンサイト変態等の変態膨張を利用して圧縮の残留応力を発生させる、または引張の残留応力を低減させる方法がある。
【特許文献１】特開２００３−２５１４９３号公報
【特許文献２】特開２０００−８４６７０号公報
【特許文献３】特開２０００−３３４８０号公報
【特許文献４】特開２０００−１７３８０号公報
【特許文献５】特公昭６２−１９９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
腐食環境に暴露される溶接構造物の溶接熱影響による引張残留応力に起因する応力腐食割れの対策として、溶接部表層部をショットピーニング等の手法により表面圧縮応力を形成して応力改善し、応力腐食割れの発生を防止する試みが行われている。
【０００５】
しかし、ショットピーニング等の手法では、応力改善される溶接部の深さは表層部に限定され、また製造工数の増加による製造コストの増大等の問題があり、応力腐食割れの防止に対して信頼性の高い溶接継手をより低コストで提供するための製造方法が求められている。
【０００６】
そこで、溶接熱影響による溶接部の板厚（深さ）方向および平面方向の残留応力の分布制御、あるいは溶接部へ積極的に圧縮残留応力を導入することにより、応力腐食割れに対して裕度の大きい溶接部を有する溶接構造物を提供することができる。
【０００７】
従来技術では、溶接金属のマルテンサイト変態による変態膨張を利用して、溶接部の板厚方向の内部まで引張残留応力を低減する方法が示されているが、原子力発電プラントにおける原子炉圧力容器内の炉内構造物のような腐食環境で使用される溶接構造物では、耐食性等の問題により適用には適さない。
【０００８】
本発明はこれらの課題を解決するために溶接構造物を構成する材料と、溶接金属との線膨張係数の差を利用し、また複数の溶接金属を採用し、もしくは溶接構造物の溶接後に溶接部を加熱し、冷却することで、溶接部およびその近傍の引張残留応力を低減させ、または圧縮残留応力を導入させて、溶接部近傍の残留応力分布を制御し、応力腐食割れに対して信頼性の高い溶接継手を構成する溶接構造物および構造物の溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため本発明では、腐食環境に暴露される溶接構造物において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物を提供する。
【００１０】
また、本発明では、腐食環境に暴露される溶接構造物において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物を提供する。
【００１１】
さらに、本発明では、腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、前記構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法を提供する。
【００１２】
さらにまた、本発明では、腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、前記溶接構造を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法を提供する。
【発明の効果】
【００１３】
溶接構造物を構成する材料と、溶接金属との線膨張係数の差を利用し、また複数の溶接金属を採用し、もしくは溶接構造物の溶接後に溶接部を加熱し、冷却することで、溶接部およびその近傍の引張残留応力を低減させ、または圧縮残留応力を導入させて、溶接部近傍の残留応力分布を制御し、応力腐食割れに対して信頼性の高い溶接継手を構成する溶接構造物および構造物の溶接方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１５】
なお、応力は引張応力を正、圧縮応力を負として扱う。
【００１６】
［第１の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第１実施形態について、図１を参照して説明する。
【００１７】
図１（Ａ）と（Ｂ）とは溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図である。
【００１８】
溶接構造物１は片側面または両側面（図１（Ａ）中では溶接構造物１の上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００１９】
溶接構造物１は、一対の母材２ａ、２ｂによりＴ継手が構成され、このＴ継手が溶接金属３によりすみ肉溶接されている。なお、溶接構造物１では母材２の継手にＴ継手が使用されているが、突合せ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００２０】
溶接金属３には、溶接構造物１の母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１の母材２にはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３にはインコネル８２が使用されて溶接構造物１が構成される。
【００２１】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１の室温における残留応力分布は、溶接線方向では図１（Ｃ）の線分５、溶接線の直角方向では図１（Ｄ）の線分９に示すように溶接線近傍で高い引張残留応力となる。
【００２２】
本実施形態における溶接構造物１の母材２と溶接金属３との２０〜３００℃におけるそれぞれの平均線膨張係数は、母材２のＳＵＳ３１６Ｌが１．７×１０−５と、溶接金属３のインコネル８２が１．５×１０−５とであり、溶接構造物１を使用する環境（腐食環境）における温度（以下、単に「運転温度」という。）が約３００℃の環境においては、溶接金属３の線膨張係数の方が母材２の線膨張係数よりも小さい。
【００２３】
溶接構造物１を使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３の線膨張係数が母材２の線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３は母材２に比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１の運転温度における応力分布は、溶接線方向では図１（Ｃ）の線分６、溶接線の直角方向では図１（Ｄ）の線分１０に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００２４】
なお、溶接構造物１を使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３に母材２よりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３は母材２に比べて温度降下による長さの変化が大きく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１の運転温度における応力分布は、溶接線方向では図１（Ｃ）の線分６、溶接線の直角方向では図１（Ｄ）の線分１０に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００２５】
本実施形態によれば、溶接構造物１の運転温度では溶接構造物１の溶接部近傍の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１を使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００２６】
［第２の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第２実施形態について、図２を参照して説明する。
【００２７】
この溶接構造物１Ａにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００２８】
図２（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図である。
【００２９】
溶接構造物１Ａは配管形状に構成され、この内面は腐食環境に暴露される。
【００３０】
図２（Ａ）に示された溶接構造物１Ａは、配管形状の一対の母材２Ａａ、２Ａｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ａにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ａでは母材２Ａの継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００３１】
溶接金属３Ａには、溶接構造物１Ａの母材２Ａの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ａの母材２Ａにはインコネル６００が使用され、溶接金属３ＡにはＹ３０８Ｌが使用されて溶接構造物１Ａが構成される。
【００３２】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ａの溶接部近傍では母材２Ａは配管円周長を絞る方向へ溶接金属３Ａにより拘束される。そうすると、溶接構造物１Ａの内表面側溶接部近傍の室温における残留応力分布は、配管軸方向では図２（Ｂ）の線分１３に示すように溶接線近傍で高い引張残留応力となる。
【００３３】
本実施形態における溶接構造物１Ａの母材２Ａと溶接金属３Ａとの運転温度（約３００℃）の環境における線膨張係数は、溶接金属３Ａの線膨張係数の方が母材２Ａの線膨張係数よりも大きい。
【００３４】
溶接構造物１Ａを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３Ａの線膨張係数が母材２Ａの線膨張係数に比べて大きいため、溶接金属３Ａは母材２Ａに比べて温度上昇による長さの変化が大きく、溶接構造物１Ａの溶接線近傍では溶接金属３Ａは母材２Ａの配管円周長を絞る拘束を緩和する方向へ作用をする。そうすると、溶接構造物１Ａの運転温度における応力分布は、配管軸方向では図２（Ｂ）の線分１４に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００３５】
なお、溶接構造物１Ａを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３Ａに母材２Ａよりも小さい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３Ａは母材２Ａに比べて温度降下による長さの変化が小さく、溶接構造物１Ａの溶接線近傍では溶接金属３Ａは母材２Ａの配管円周長を絞る拘束を緩和する方向へ作用をする。そうすると、溶接構造物１Ａの運転温度における応力分布は、配管軸方向では図２（Ｂ）の線分１４に示すように溶接線近傍の引張残留応力が緩和される。
【００３６】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ａの運転温度では溶接構造物１Ａの溶接部近傍の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ａを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００３７】
［第３の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第３実施形態について、図３を参照して説明する。
【００３８】
この溶接構造物１Ｂにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
図３（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００４０】
溶接構造物１Ｂは片側面または両側面（図３（Ａ）中では溶接構造物１Ｂの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００４１】
図３（Ａ）に示された溶接構造物１Ｂは、一対の母材２Ｂａ、２Ｂｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｂと溶接金属３Ｃとにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ｂでは母材２Ｂの継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００４２】
溶接金属３Ｂには、溶接構造物１Ｂの母材２Ｂの線膨張係数と同等の線膨張係数を有する材料が使用される。溶接金属３Ｃには、母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。
【００４３】
本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｂの母材２ＢにはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３ＢにはＹ３０８Ｌが使用され、溶接金属３Ｃにはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｂが構成される。
【００４４】
溶接構造物１Ｂの溶接部は、積層の初期と終期とに溶接金属３Ｂを使用し、積層の中期に溶接金属３Ｃを使用し溶接部が構成される。
【００４５】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｂの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、溶接線の直角方向では図３（Ｂ）に示すように溶接線外表面近傍で高い引張残留応力となる。
【００４６】
本実施形態における溶接構造物１Ｂの母材２Ｂと、溶接金属３Ｂと、溶接金属３Ｃとの運転温度（約３００℃）の環境における線膨張係数は、溶接金属３Ｃの線膨張係数の方が母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂの線膨張係数よりも小さい。
【００４７】
溶接構造物１Ｂを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３Ｃの線膨張係数が母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、図３（Ｃ）に示すように溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂを縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｂの運転温度における溶接線の厚み方向の応力分布は、溶接線の直角方向では図３（Ｄ）に示すように腐食環境に暴露される溶接構造物１Ｂの表面近傍の引張残留応力が緩和される。
【００４８】
なお、溶接構造物１Ｂを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３Ｃに母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂよりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂに比べて温度降下による長さの変化が大きく、図３（Ｃ）に示すように溶接金属３Ｃは母材２Ｂおよび溶接金属３Ｂを縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｂの運転温度における溶接線の厚み方向の応力分布は、溶接線の直角方向では図３（Ｄ）に示すように腐食環境に暴露される溶接構造物１Ｂの表面近傍の引張残留応力が緩和される。
【００４９】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｂの運転温度では溶接構造物１Ｂの溶接部表面近傍の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｂを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００５０】
［第４の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第４実施形態について、図４を参照して説明する。
【００５１】
この溶接構造物１Ｃにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図４（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００５３】
溶接構造物１Ｃは片側面または両側面（図４（Ａ）中では溶接構造物１Ｃの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００５４】
図４（Ａ）に示された溶接構造物１Ｃは、一対の母材２Ｃａ、２Ｃｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｄと溶接金属３Ｅとにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ｃでは母材２Ｃの継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００５５】
溶接金属３Ｄには、溶接構造物１Ｃの母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。溶接金属３Ｅには、母材２Ｃの線膨張係数と同等の線膨張係数を有する材料が使用される。
【００５６】
本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｃの母材２ＣにはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３Ｄにはインコネル８２が使用され、溶接金属３ＥにはＹ３０８Ｌが使用されて溶接構造物１Ｃが構成される。
【００５７】
溶接構造物１Ｃの溶接部は、積層の初期と終期とに溶接金属３Ｄを使用し、積層の中期に溶接金属３Ｅを使用し溶接部が構成される。
【００５８】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｃの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、母材２Ｃの板厚が数１０ｍｍの場合、溶接線の直角方向では図４（Ｂ）の線分１８ａに示すように溶接線外表面近傍で高い引張残留応力となる。
【００５９】
ここで、溶接構造物１Ｃの溶接部表面に表面改善処理を行う（表面改善処理層１６）と溶接線外表面近傍に圧縮の残留応力が導入され、溶接線の厚み方向の残留応力分布は溶接線の直角方向では図４（Ｃ）の線分１８ｂのように溶接線外表面近傍で圧縮残留応力となり、溶接部の板厚方向中央へ向かうにつれて引張残留応力となり、さらに溶接部の板厚方向中央付近では圧縮残留応力となる。
【００６０】
ここで、表面改善処理とは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面に、例えばショットピーニングやレーザピーニングやウォータジェットピーニングを個々に施し、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面の残留応力改善を行うことである。ショットピーニングは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面に小さな金属球（ショット）を高速度で当てて残留応力を改善し、また表面の疲労強度や耐磨耗性、耐応力腐食特性を向上させる。レーザピーニングは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面にエネルギの大きなパルスレーザを照射して、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄを構成する材料の原子のプラズマを表面に発生させ、このプラズマ発生の反力による衝撃波を母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの中を伝播させて、残留応力を改善させる。また、ウォータジェットピーニングは、母材２Ｃおよび溶接金属３Ｄの表面に水流を高速度で当てて残留応力を改善させる。
【００６１】
本実施形態における溶接構造物１Ｃの母材２Ｃと、溶接金属３Ｄと、溶接金属３Ｅとの運転温度（約３００℃）の環境における線膨張係数は、溶接金属３Ｄの線膨張係数の方が母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅの線膨張係数よりも小さい。
【００６２】
溶接構造物１Ｃを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３Ｄの線膨張係数が母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｄは母材２Ｃおよび溶接金属３Ｅに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３Ｄは溶接金属３Ｅに伸ばされるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｃの運転温度における溶接線の厚み方向の応力分布は、溶接線の直角方向では図４（Ｃ）の線分１９に示すように腐食環境に暴露される溶接構造物１Ｃの表面近傍で圧縮残留応力を維持できる。
【００６３】
溶接線の厚み方向の残留応力は、応力腐食割れの亀裂進展に影響をおよぼす。
【００６４】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｃの運転温度では溶接構造物１Ｃの溶接部表面近傍は圧縮残留応力が導入され、かつ仮に溶接部近傍の表面に亀裂が発生した際には、厚み方向中央部の圧縮残留応力により亀裂の進展を防ぐことができ、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｃを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００６５】
［第５の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第５実施形態について、図５を参照して説明する。
【００６６】
この溶接構造物１Ｄにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６７】
図５（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００６８】
溶接構造物１Ｄは片側面または両側面（図５（Ａ）中では溶接構造物１Ｄの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００６９】
図５（Ａ）に示された溶接構造物１Ｄは、母材２に割れ２１が発生し、この割れ２１を覆うように溶接金属３が溶接されている。
【００７０】
溶接金属３には、溶接構造物１Ｄの母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として母材２にはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３にはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｄが構成される。
【００７１】
応力腐食割れは、一般に環境、応力、材料の３因子の重畳で発生に至るとされている。そこで、割れ２１を周囲の環境から隔離することで割れ２１の進展や新たな割れの発生を防ぐことができる。
【００７２】
溶接構造物１Ｄを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３の線膨張係数が母材２の線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３は母材２に比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｄの運転温度における溶接構造物１Ｄの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図５（Ｂ）の線分２２に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｄの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００７３】
なお、溶接構造物１Ｄを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３に母材２よりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３は母材２に比べて温度降下による長さの変化が大きく、溶接金属３は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｄの運転温度における溶接構造物１Ｄの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図５（Ｂ）の線分２２に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｄの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００７４】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｄの運転温度では溶接構造物１Ｄの割れ２１近傍の母材２の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｄを使用する場合には割れ２１の進展を防ぎあるいは軽減して耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００７５】
［第６の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第６実施形態について、図６を参照して説明する。
【００７６】
この溶接構造物１Ｅにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００７７】
図６（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００７８】
溶接構造物１Ｅは片側面または両側面（図６（Ａ）中では溶接構造物１Ｅの上下面）のうち少なくとも一方の面は腐食環境に暴露される。
【００７９】
図６（Ａ）に示された溶接構造物１Ｅは、母材２に割れ２１が発生し、この割れ２１を覆うように当て板２４が母材２に当てられて、この当て金２４の周囲が溶接金属３で溶接されている。
【００８０】
溶接金属３と当て金２４とは、溶接構造物１Ｅの母材２の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｅの母材２にはＳＵＳ３１６Ｌ１が使用され、溶接金属３にはインコネル８２が使用され、当て金２４にはインコネル６００が使用されて溶接構造物１Ｅが構成される。
【００８１】
応力腐食割れは、一般に環境、応力、材料の３因子の重畳で発生に至るとされている。そこで、割れ２１を周囲の環境から隔離することで割れ２１の進展や新たな割れの発生を防ぐことができる。
【００８２】
溶接構造物１Ｅを使用する環境（腐食環境）における運転温度（本実施形態においては約３００℃程度）は室温よりも高く、溶接金属３および当て金２４の線膨張係数が母材２の線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３および当て金２４は母材２に比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３および当て金２４は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｅの運転温度における溶接構造物１Ｅの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図６（Ｂ）の線分２５に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｅの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００８３】
なお、溶接構造物１Ｅを使用する環境（腐食環境）における運転温度が室温よりも低い場合は、溶接金属３および当て金２４に母材２よりも大きい線膨張係数を有する材料を使用することで、溶接金属３および当て金２４は母材２に比べて温度降下による長さの変化が大きく、溶接金属３および当て金２４は母材２を縮ませるような作用をする。そうすると、溶接構造物１Ｅの運転温度における溶接構造物１Ｅの割れ２１近傍の母材２の厚み方向の応力分布は、溶接線方向では図５（Ｂ）の線分２２に示すように圧縮応力が導入される。溶接構造物１Ｅの室温における表面の引張残留応力が高い場合は、運転温度において割れ２１近傍の母材２は圧縮応力状態とならないこともあるが、引張残留応力を低減させる効果はあり、割れ２１の新たな進展を防ぎあるいは軽減することができる。
【００８４】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｅの運転温度では溶接構造物１Ｅの割れ２１近傍の母材２の引張残留応力は低下し、例えば高温水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｅを使用する場合には割れ２１の進展を防ぎあるいは軽減して耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００８５】
［第７の実施形態］
本発明に係る溶接構造物および構造物の溶接方法の第７実施形態について、図７を参照して説明する。
【００８６】
この溶接構造物１Ｆにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８７】
図７（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００８８】
図７（Ａ）に示された溶接構造物１Ｆは、一対の母材２ａ、２ｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとにより突合せ溶接されている。なお、溶接構造物１Ｆでは母材２の継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００８９】
溶接構造物１Ｆは溶接金属３Ｆ側の面（図７（Ａ）中では溶接構造物１Ｆの上面）は腐食環境に暴露される。
【００９０】
溶接構造物１Ｆの溶接金属３Ｆには、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｆの溶接金属３ＧにはＹ３０８Ｌが使用され、溶接金属３Ｆにはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｆが構成される。
【００９１】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｆの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、溶接線の直角方向では図７（Ｂ）の線分２７に示すように溶接金属３Ｆ表面近傍で高い引張残留応力となる。溶接構造物１Ｆの溶接部を一様に加熱すると、溶接金属３Ｆの線膨張係数が溶接金属３Ｇの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｆは溶接金属３Ｇに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとはそれぞれの材料特性（降伏強度、圧縮降伏強度）と断面積比との関係により、図７（Ｃ）の線分２８に示すように熱応力が生じて溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏する。この後、溶接構造物１Ｆを冷却すると腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆ側の面における残留応力は、溶接線の直角方向では図７（Ｄ）線分２９に示すように引張残留応力が緩和され、または圧縮残留応力が導入される。
【００９２】
溶接部の加熱方法としては、高周波加熱や赤外線などの輻射加熱などの温度制御性の良い方法が望ましい。また、加熱温度は使用温度以上でも、使用温度以下でも良く、選択する溶接金属の種類により選定する必要がある。
【００９３】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｆの運転温度では溶接構造物１Ｆが腐食環境に暴露される面に存在する溶接部近傍の引張残留応力は低下または圧縮残留応力が導入され、例えば水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｆを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【００９４】
また、溶接構造物１Ｆは、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料を、腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆに使用して構成してもよい。溶接部を冷却して溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏することでも同様の効果を得る。
【００９５】
［第８の実施形態］
本発明に係る構造物の溶接方法の第８実施形態について、図８を参照して説明する。
【００９６】
この溶接構造物１Ｇにおいて第１実施形態の溶接構造物１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９７】
図８（Ａ）は溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す断面図である。
【００９８】
図８（Ａ）に示された溶接構造物１Ｇは、一対の母材２ａ、２ｂにより突合せ継手が構成され、この突合せ継手が溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとにより突合せ溶接されている。この溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとの溶接部は、溶接金属３Ｆが溶接構造物１Ｇの溶接部の表面側の層を構成し、溶接金属３Ｇが溶接構造物１Ｇの溶接部の中央部の層を構成するよう多層に溶接されている。なお、溶接構造物１Ｇでは母材２の継手に突合せ継手が使用されているが、Ｔ継手、十字継手、角継手、当て金継手、重ね継手またはへり継手などの継手で構成しても良く、また継手の開先形状は、Ｉ型、Ｖ型、レ型、Ｘ型、Ｕ型、Ｋ型、Ｊ型またはＨ型などの開先を使用することができる。
【００９９】
溶接構造物１Ｇの溶接金属３Ｆの面（図８（Ａ）中では溶接構造物１Ｇの上下面）は腐食環境に暴露される。
【０１００】
溶接構造物１Ｇの溶接金属３Ｆには、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料が使用される。本実施形態では、一例として溶接構造物１Ｇの溶接金属３ＧにはＹ３０８Ｌが使用され、溶接金属３Ｆにはインコネル８２が使用されて溶接構造物１Ｇが構成される。
【０１０１】
このように構成された本実施形態における溶接構造物１Ｇの室温における溶接線の厚み方向の残留応力分布は、溶接線の直角方向では図８（Ｂ）の線分３１に示すように溶接金属３Ｆ表面近傍で高い引張残留応力となる。溶接構造物１Ｇの溶接部を一様に加熱すると、溶接金属３Ｆの線膨張係数が溶接金属３Ｇの線膨張係数に比べて小さいため、溶接金属３Ｆは溶接金属３Ｇに比べて温度上昇による長さの変化が小さく、溶接金属３Ｆと溶接金属３Ｇとはそれぞれの材料特性（降伏強度、圧縮降伏強度）と断面積比との関係により、図８（Ｃ）の線分３２に示すように熱応力が生じて溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏する。この後、溶接構造物１Ｆを冷却すると腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆ側の面における応力は、溶接線の直角方向では図８（Ｄ）の線分３３に示すように引張残留応力が緩和され、または圧縮残留応力が導入される。
【０１０２】
溶接部の加熱方法としては、高周波加熱や赤外線などの輻射加熱などの温度制御性の良い方法が望ましい。また、加熱温度は使用温度以上でも、使用温度以下でも良く、選択する溶接金属の種類により選定する必要がある。
【０１０３】
本実施形態によれば、溶接構造物１Ｇの運転温度では溶接構造物１Ｇが腐食環境に暴露される面に存在する溶接部近傍の引張残留応力は低下または圧縮残留応力が導入され、例えば水中などの腐食環境下で溶接構造物１Ｇを使用する場合には耐応力腐食割れ感受性が改善される。
【０１０４】
また、溶接構造物１Ｇは、溶接金属３Ｇの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する材料を、腐食環境に暴露される溶接金属３Ｆに使用して構成してもよい。溶接部を冷却して溶接金属３Ｆ側が引張降伏するか、溶接金属３Ｇ側が圧縮降伏することでも同様の効果を得る。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第１実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｃ）は本発明に係る溶接構造物の第１実施形態における溶接部近傍の溶接線方向の応力分布を示す図、（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第１実施形態における溶接部近傍の溶接線に直角な方向の応力分布を示す図。
【図２】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第２実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第２実施形態における配管内面の表面近傍の配管長手軸方向の応力分布を示す図。
【図３】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第３実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第３実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図４】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第４実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）および（Ｃ）は本発明に係る溶接構造物の第４実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図５】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第５実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第５実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図６】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第６実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）は本発明に係る溶接構造物の第６実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図７】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第７実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第７実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【図８】（Ａ）は本発明に係る溶接構造物の第８実施形態であり、溶接構造物材料の母材と線膨張係数が異なる溶接金属とを使用して構成された溶接構造物の一例を示す図、（Ｂ）、（Ｃ）および（Ｄ）は本発明に係る溶接構造物の第８実施形態における溶接部の応力分布を示す図。
【符号の説明】
【０１０６】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１Ｇ 溶接構造物
２、２ａ、２ｂ、２Ａａ、２Ａｂ、２Ｂａ、２Ｂｂ、２Ｃａ、２Ｃｂ 母材
３、３Ａ、３Ｂａ、３Ｂｂ、３Ｃ、３Ｄａ、３Ｄｂ、３Ｅ、３Ｆ、３Ｇ 溶接金属
５、６、９、１０、１３、１４、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ、１８ａ、１８ｂ、１９、２２、２５、２７、２８、２９、３１、３２、３３ 線分
１６ 表面改善処理層
２１ 割れ
２４ 当て板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腐食環境に暴露される溶接構造物において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、
前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物。
【請求項２】
腐食環境に暴露される溶接構造物において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、
前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物。
【請求項３】
前記溶接構造物は、
前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２に記載された溶接構造物。
【請求項４】
前記溶接構造物は、
前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２に記載された溶接構造物。
【請求項５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層されて溶接されたことを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項７】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項８】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料により構成され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項９】
前記溶接部の表面に残留応力改善処理を行うことを特徴とする請求項７または８に記載された溶接構造物。
【請求項１０】
前記溶接構造物は、
前記母材に発生した欠陥を、線膨張係数が前記母材と異なる前記溶接金属を溶着してなる溶接部で覆い、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した前記欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１１】
前記溶接構造物は、
母材に発生した欠陥を、線膨張係数が前記母材と異なる当て板と前記溶接金属とを溶着してなる溶接部で覆い、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した前記欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１２】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１０または１１に記載された溶接構造物。
【請求項１３】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが大きい材料により構成され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１０または１１に記載された溶接構造物。
【請求項１４】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層されて溶接され、室温以上の温度に一定時間加熱された後に冷却され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層されて溶接され、室温以上の温度に一定時間冷却された後に加熱され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成されたことを特徴とする請求項１４に記載された溶接構造物。
【請求項１７】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料により構成されたことを特徴とする請求項１５に記載された溶接構造物。
【請求項１８】
前記溶接部を加熱する手段が、
高周波加熱、赤外線などの輻射加熱であることを特徴とする請求項１４に記載された溶接構造物。
【請求項１９】
前記溶接部は、
前記溶接構造物の使用温度以上の温度に一定時間加熱された後に冷却されたことを特徴とする請求項１４に記載された溶接構造物。
【請求項２０】
前記溶接構造物は、
前記母材に使用される材料がオーステナイト系ステンレス鋼であり、前記溶接金属に使用される材料がニッケル基合金を含むことを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項２１】
腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
前記構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項２２】
腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
前記溶接構造を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項２３】
前記溶接部は、
前記母材の線膨張係数よりも前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２２に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２４】
前記溶接部は、
前記母材の線膨張係数よりも前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２２に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層して、前記母材と前記溶接金属とを溶着することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２７】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２８】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも低い温度環境で使用することを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２９】
前記溶接部の表面に残留応力改善処理を行うことを特徴とする請求項２７または２８に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３０】
前記溶接部は、
前記母材に発生した欠陥を、線膨張係数が前記母材と異なる前記溶接金属を使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した前記欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３１】
前記溶接部は、
前記母材に発生した欠陥を、線膨張係数が母材と異なる当て板と前記溶接金属とを使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記当て板と前記溶接金属とを溶着し、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３２】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記当て板と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項３０または３１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３３】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記当て板と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも低い温度環境で使用することを特徴とする請求項３０または３１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３４】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温以上の温度に一定時間加熱し、この後に冷却して、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温以上の温度に一定時間冷却し、この後に加熱して、
室温よりも低い温度環境で使用することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着することを特徴とする請求項３４に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３７】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着することを特徴とする請求項３５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３８】
前記溶接部の加熱方法は、
高周波加熱、赤外線などによる輻射加熱であることを特徴とする請求項３４に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３９】
前記溶接部は、
前記溶接構造物の使用温度以上の温度に一定時間加熱し、この後に冷却することを特徴とする請求項３４に記載された構造物の溶接方法。
【請求項４０】
前記溶接部は、
前記母材に使用される材料がオーステナイト系ステンレス鋼であり、前記溶接金属に使用される材料がニッケル基合金を含むことを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項１】
腐食環境に暴露される溶接構造物において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、
前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物。
【請求項２】
腐食環境に暴露される溶接構造物において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を溶着して形成され、
前記溶接構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう応力を制御する溶接部を有することを特徴とする溶接構造物。
【請求項３】
前記溶接構造物は、
前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２に記載された溶接構造物。
【請求項４】
前記溶接構造物は、
前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２に記載された溶接構造物。
【請求項５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層されて溶接されたことを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項７】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項８】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料により構成され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項９】
前記溶接部の表面に残留応力改善処理を行うことを特徴とする請求項７または８に記載された溶接構造物。
【請求項１０】
前記溶接構造物は、
前記母材に発生した欠陥を、線膨張係数が前記母材と異なる前記溶接金属を溶着してなる溶接部で覆い、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した前記欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１１】
前記溶接構造物は、
母材に発生した欠陥を、線膨張係数が前記母材と異なる当て板と前記溶接金属とを溶着してなる溶接部で覆い、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した前記欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１２】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが小さい材料により構成され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１０または１１に記載された溶接構造物。
【請求項１３】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが大きい材料により構成され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１０または１１に記載された溶接構造物。
【請求項１４】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層されて溶接され、室温以上の温度に一定時間加熱された後に冷却され、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層されて溶接され、室温以上の温度に一定時間冷却された後に加熱され、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項１に記載された溶接構造物。
【請求項１６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料により構成されたことを特徴とする請求項１４に記載された溶接構造物。
【請求項１７】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料により構成されたことを特徴とする請求項１５に記載された溶接構造物。
【請求項１８】
前記溶接部を加熱する手段が、
高周波加熱、赤外線などの輻射加熱であることを特徴とする請求項１４に記載された溶接構造物。
【請求項１９】
前記溶接部は、
前記溶接構造物の使用温度以上の温度に一定時間加熱された後に冷却されたことを特徴とする請求項１４に記載された溶接構造物。
【請求項２０】
前記溶接構造物は、
前記母材に使用される材料がオーステナイト系ステンレス鋼であり、前記溶接金属に使用される材料がニッケル基合金を含むことを特徴とする請求項５に記載された溶接構造物。
【請求項２１】
腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
前記構造物を使用する温度域で前記溶接部近傍の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項２２】
腐食環境に暴露される溶接部を有する構造物の溶接方法において、
線膨張係数が母材と異なる溶接金属を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
前記溶接構造を使用する温度域で前記溶接部近傍の前記母材の残留引張応力を緩和もしくは圧縮応力となるよう前記溶接部に使用される溶接金属によって応力を制御することを特徴とする構造物の溶接方法。
【請求項２３】
前記溶接部は、
前記母材の線膨張係数よりも前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２２に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２４】
前記溶接部は、
前記母材の線膨張係数よりも前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも低い温度環境で使用されることを特徴とする請求項２２に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層して、前記母材と前記溶接金属とを溶着することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２７】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２８】
室温環境下で前記溶接部の表面層に引張残留応力と、内部に圧縮残留応力とが保持された前記溶接構造物において、
前記溶接部は、前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも低い温度環境で使用することを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項２９】
前記溶接部の表面に残留応力改善処理を行うことを特徴とする請求項２７または２８に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３０】
前記溶接部は、
前記母材に発生した欠陥を、線膨張係数が前記母材と異なる前記溶接金属を使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した前記欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３１】
前記溶接部は、
前記母材に発生した欠陥を、線膨張係数が母材と異なる当て板と前記溶接金属とを使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記当て板と前記溶接金属とを溶着し、
前記溶接構造を使用する温度域で前記母材に発生した欠陥近傍の応力を制御することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３２】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記当て板と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項３０または３１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３３】
前記溶接部は、
前記欠陥の発生した前記母材の線膨張係数よりも、前記溶接金属もしくは前記当て板の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して、前記欠陥を覆うように前記母材と前記当て板と前記溶接金属とを溶着し、
室温よりも低い温度環境で使用することを特徴とする請求項３０または３１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３４】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温以上の温度に一定時間加熱し、この後に冷却して、
室温よりも高い温度環境で使用することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３５】
前記溶接部は、
線膨張係数が異なる複数の前記溶接金属を使用して複数回の溶接パスで多層に積層して、前記母材と前記溶接金属とを溶着し、
室温以上の温度に一定時間冷却し、この後に加熱して、
室温よりも低い温度環境で使用することを特徴とする請求項２１に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３６】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが小さい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着することを特徴とする請求項３４に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３７】
前記溶接部は、
前記溶接部の領域内に構成される層の前記溶接金属の線膨張係数よりも、前記腐食環境に暴露される面の前記溶接金属の線膨張係数のほうが大きい材料を使用して、前記母材と前記溶接金属とを溶着することを特徴とする請求項３５に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３８】
前記溶接部の加熱方法は、
高周波加熱、赤外線などによる輻射加熱であることを特徴とする請求項３４に記載された構造物の溶接方法。
【請求項３９】
前記溶接部は、
前記溶接構造物の使用温度以上の温度に一定時間加熱し、この後に冷却することを特徴とする請求項３４に記載された構造物の溶接方法。
【請求項４０】
前記溶接部は、
前記母材に使用される材料がオーステナイト系ステンレス鋼であり、前記溶接金属に使用される材料がニッケル基合金を含むことを特徴とする請求項２５に記載された構造物の溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２６００２４（Ｐ２００８−２６００２４Ａ）
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０２６６６（Ｐ２００７−１０２６６６）
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年４月１０日（２００７．４．１０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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