管接合方法
【課題】蒸気発生器を構成する複数の伝熱管が狭い間隔で設けられている場合に、簡略且つ短時間の作業によって伝熱管とスタブとを接合させる手段を提供する。
【解決手段】本発明に係る管接合方法は、管板に形成された複数の孔部の一方側に突出してそれぞれ設けられた管状のスタブ１３に対して、該スタブ１３及び孔部に挿通された伝熱管１４を一体に接合させる管接合方法であって、互いに略面一に配置されたスタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａの境界領域に対して、周方向に沿って摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする。
【解決手段】本発明に係る管接合方法は、管板に形成された複数の孔部の一方側に突出してそれぞれ設けられた管状のスタブ１３に対して、該スタブ１３及び孔部に挿通された伝熱管１４を一体に接合させる管接合方法であって、互いに略面一に配置されたスタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａの境界領域に対して、周方向に沿って摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管板の孔部の一方側に突出して設けられた管状のスタブに対して、スタブ及び孔部に挿通された伝熱管を一体に接合させる管接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電等で用いられる蒸気発生器では、被加熱流体を貯留する空間を形成する管板に、スタブと呼ばれる管状の部材が突出して複数設けられ、各スタブ及び管板を挿通して被加熱流体が流通する伝熱管がそれぞれ設けられる。そして、加熱流体としての液体ナトリウムと被加熱流体としての水との接触を防止すべく、スタブとこれに挿通される伝熱管とを隙間無く接合することが要求される。このスタブと伝熱管とを接合する管接合方法としては、スタブ及び伝熱管の端部にキャップと呼ばれる管状の部材を突き合わせ溶接する方法が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。そして、この突き合わせ溶接は、ＴＩＧ溶接等により行われるのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４１０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の管接合方法によれば、作業性が非常に悪く、多大な手間と時間を要するという問題がある。より詳細に説明すると、近年の蒸気発生器は、加熱流体と被加熱流体との熱交換を促進させるために伝熱管の本数が増加し、これにより隣接する伝熱管同士の間隔が狭くなる傾向にある。従って、スタブ及び伝熱管の端部にキャップを突き合わせ溶接する場合、隣接する伝熱管の間の狭い隙間に溶接トーチを差し入れて溶接作業を行うためには、薄く低出力の溶接トーチを使用する必要がある。このため、溶接ビードを積層する回数が多くなることにより、工数が増加して作業が煩雑化するという問題につながる。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、蒸気発生器を構成する複数の伝熱管が狭い間隔で設けられている場合に、簡略且つ短時間の作業によって伝熱管とスタブとを接合させる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る管接合方法は、管板に形成された複数の孔部の一方側に突出してそれぞれ設けられた管状のスタブに対して、該スタブ及び前記孔部に挿通された伝熱管を一体に接合させる管接合方法であって、互いに略面一に配置された前記スタブの端面及び前記伝熱管の端面の境界領域に対して、周方向に沿って摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする。
【０００７】
このような方法によれば、スタブ及び伝熱管に対してその端面側からアクセスするので、伝熱管同士の隙間幅に影響を受けることなく、スタブと伝熱管との接合作業を容易に行うことができる。
また、摩擦撹拌接合はスタブ及び伝熱管の端面を平滑にする前処理だけで済むため、高精度の開先加工等の前処理が必要な突き合わせ溶接と比較すると、接合作業全体を簡略化することができる。
更に、摩擦撹拌接合は接合温度が低く、接合部が溶融しないため、スタブや伝熱管に溶接割れが生じにくい。従って、接合作業前にスタブや伝熱管を予熱する作業や、接合作業後に残留応力を緩和するためにスタブや伝熱管を熱処理する作業を省略することができる。
また、摩擦撹拌接合は作業時に生じるバリが摩擦圧接等に比べて少ないため、グラインダー等を用いた簡略な作業だけでスタブや伝熱管からバリを除去することができる。
【０００８】
また、本発明に係る管接合方法は、前記伝熱管は、複数の管体が同軸に配置された多重管であって、径方向に隣り合う前記管体同士を、周方向に沿って摩擦撹拌接合により接合させることを特徴とする。
【０００９】
このような方法によれば、伝熱管を構成する複数の管体の隙間を封止することができるとともに、この隙間に付着した酸化膜を分断及び分散させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る管接合方法は、前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合することにより、前記管体同士の摩擦撹拌接合も同時に施されることを特徴とする。
【００１１】
このような方法によれば、周方向に沿った１回の摩擦撹拌接合によって、スタブと伝熱管とを接合する作業と、伝熱管を構成する複数の管体の隙間を封止する作業の両方を同時に行うことができるので、作業全体の簡略化が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る管接合方法は、前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合した後に、前記管体同士の摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする。
【００１３】
このような方法によれば、管体同士の摩擦撹拌接合を行う前にスタブと伝熱管との間の隙間を封止するため、管体同士の摩擦撹拌接合に使用する工具の全体を、スタブの端面と伝熱管の端面とで確実に受けることができる。これにより、工具の押圧によってスタブや伝熱管が局所変形して、接合不良となることを未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る管接合方法によれば、蒸気発生器を構成する複数の伝熱管が狭い間隔で設けられている場合でも、簡略且つ短時間の作業によって伝熱管とスタブとを接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器を模式的に示した概略断面図である。
【図２】ＦＳＷ装置の構成を示す模式図である。
【図３】第１実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ及び伝熱管の断面を示している。
【図４】第２実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ及び伝熱管の断面を示している。
【図５】摩擦撹拌接合の説明図であって、スタブ及び伝熱管をその端面側から見た状態を示している。
【図６】摩擦撹拌接合を行う際のピンの移動軌跡を示す説明図であって、（ａ）は第１実施形態を（ｂ）は第２実施形態を、それぞれ示している。
【図７】第３実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ及び伝熱管の断面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器について説明する。図１は、蒸気発生器１０を模式的に示した概略断面図である。
【００１７】
蒸気発生器１０は、図１に示すように、断面略半円形の第１管板１１と、断面略半円形の第２管板１２と、第１管板１１及び第２管板１２の内側面に突出して設けられた複数のスタブ１３と、第１管板１１から第２管板１２へ延びる複数の伝熱管１４と、第１管板１１と第２管板１２とを接続して設けられた一対の胴板１５と、第１管板１１に接合された断面略半円形の第1水室胴５０と、第２管板１２に接合された断面略半円形の第２水室胴５１と、を備えるものである。
【００１８】
第１管板１１は、水（被加熱流体）を貯留するための第１水室１６を第1水室胴５０と共に形成するものである。この第１管板１１には、図１に示すように、第２管板１２と向かい合う側の面を貫通して複数の孔部１７が設けられている。
【００１９】
第１水室胴５０は、第１管板１１と共に第１水室１６を形成するものである。この第１水室胴５０には、図１に示すように、第１水室１６から外部へ蒸気を排出するための蒸気排出管１８が挿通して設けられている。
【００２０】
第２管板１２は、水を貯留するための第２水室１９を第２水室胴５１と共に形成するものである。この第２管板１２には、図１に示すように、第１管板１１と向かい合う側の面を貫通して複数の孔部２０が設けられている。
【００２１】
第２水室胴５１は、第２管板１２と共に第２水室１９を形成するものである。この第１水室胴５１には、図１に示すように、第２水室１９から外部へ蒸気を排出するための蒸気排出管２１が挿通して設けられている。
【００２２】
複数のスタブ１３は、伝熱管１４の端部を支持及び固定するためのものである。これらスタブ１３は、管状の部材であって、その内径が第１管板１１及び第２管板１２の孔部１７，２０の内径と略等しく形成されている。このように構成される複数のスタブ１３は、図１に示すように、第１管板１１の孔部１７及び第２管板１２の孔部２０に連通するようにして、第１管板１１及び第２管板１２の内側面に、第１管板１１及び第２管板１２からそれぞれ削りだされている。
【００２３】
複数の伝熱管１４は、第２水室１９から第１水室１６へ水を流通させる管状の部材である。この伝熱管１４は、図３に示すように、同軸に配置された内管１４１と外管１４２とが冷間引抜成形等によって互いに密着された２重管である。そして、この伝熱管１４は、内管１４１の外径と外管１４２の内径とが略等しく形成されるとともに、外管１４２の外径が、スタブ１３の内径及び孔部１７，２０の内径より若干小さく形成されている。そして、このように構成される伝熱管１４は、図１に示すように、第１管板１１の孔部１７及びスタブ１３に挿通されることにより、その長手方向一端部が第１水室１６の内部に開口している。同様に伝熱管１４は、第２配管の孔部２０及びスタブ１３に挿通されることにより、その長手方向他端部が第２水室１９の内部に開口している。そして、図３に示すように、伝熱管１４とスタブ１３との間には若干の隙間２２が形成され、この隙間２２の位置において後述する摩擦撹拌接合により、伝熱管１４とスタブ１３とが互いに接合されている。
【００２４】
一対の胴板１５は、液体ナトリウム（加熱流体）を貯留するためのナトリウム室２３を形成するものである。これら胴板１５は、複数の伝熱管１４より外側の位置にそれぞれ設けられ、その長手方向一端部が第１管板１１に固定されるとともに、その長手方向他端部が第２管板１２に固定されている。そして、一方の胴板１５における第１管板１１に近接した位置には、外部からナトリウム室２３へ液体ナトリウムを導入するためのナトリウム導入管２４が設けられている。一方、他方の胴板１５における第２管板１２に近接した位置には、ナトリウム室２３から外部へ液体ナトリウムを排出するためのナトリウム排出管２５が設けられている。
【００２５】
このように構成される蒸気発生器１０によれば、ナトリウム導入管２４からナトリウム室２３へ導入された高温の液体ナトリウムと、水導入管２１から第２水室１９へ導入されて伝熱管１４を流通する低温の水との間で熱交換が行われる。これにより、伝熱管１４を流通する水が加熱されて水蒸気となり、第２水室１９から蒸気排出管１８を経て外部へ排出される。
【００２６】
尚、本発明に係る被加熱流体としては、本実施形態の水に代えて、蒸気や流体状態の化学物質等を用いることもできる。また、本発明に係る加熱流体としては、本実施形態の液体ナトリウムに代えて、熱水や火炎や高温気体や高温蒸気等であってもよい。
【００２７】
また、伝熱管１４は本実施形態の２重管に限られず、１重管や、３重管以上の多重管であってもよい。
【００２８】
更に、本実施形態では管接合方法を使用する対象として、原子力発電で使用される蒸気発生器１０を例に説明したが、その他に、加熱器、過熱器、温水器、冷却器、復水器等のシェル・アンド・チューブ型の熱交換器にも本管接合方法を使用することができる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係る管接合方法において摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）に使用するＦＳＷ装置について説明する。尚、本発明において摩擦撹拌接合とは、円筒状の工具を回転させながらその先端の突起を接合部に貫入させ、その摩擦熱によって接合部周辺を軟化させるとともに、工具の回転力によって接合部周辺を塑性流動させて練り混ぜることで複数の部材を一体化する接合法を意味する。
【００３０】
図２は、ＦＳＷ装置３０の構成を示す模式図である。ＦＳＷ装置３０は、走行手段３１を有する基部３２と、この基部３２の上面に設けられた台部３３と、この台部３３から側方へ突出して設けられたツール支持部３４と、このツール支持部３４の先端に支持されたツール部３５と、を備えるものである。
【００３１】
基部３２は、走行手段３１を介して水平方向（図２の紙面に直交する方向）へ移動可能となっている。また台部３３は、基部３２に対して伝熱管１４に近接し又は離間する方向（紙面に向かって左右方向）へ相対移動可能となっている。また、ツール支持部３４は、台部３３に対して上下方向に相対移動可能であるとともに、水平方向にも相対移動可能となっている。また、ツール部３５は、ツール支持部３４に対して伝熱管１４の軸線回りに相対回転可能となっている。そして、図に詳細は示さないが、これら各部を駆動するモータの回転が制御部によって制御されている。これにより、ツール部３５を回転させながら、基部３２と台部３３とツール支持部３４とを適宜駆動し、ツール部３５の先端に突出して設けられたピン３５１を伝熱管１４またはスタブ１３の端面に押圧することにより、摩擦撹拌接合の施工が可能となっている。
【００３２】
次に、第１実施形態に係る管接合方法の作業手順、及びその作用効果について説明する。図３は、第１実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４の断面を示している。尚、図３では、スタブ１３及び伝熱管１４のうち、中心線Ｃを挟んで一方側のみを図示し、他方側については図示を省略している。
【００３３】
まず作業者は、スタブ１３の端面及び伝熱管１４の端面に対して前処理を施す。すなわち作業者は、不図示のグラインダーを用いた研磨作業により、スタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａをそれぞれ平坦に加工する。これは、ＦＳＷ装置３０を構成するツール部３５のピン３５１を、スタブ１３の端面１３ａや伝熱管１４の端面１４ａに押し付けやすくするためである。
【００３４】
次に作業者は、スタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａに対して摩擦撹拌接合を施す。すなわち作業者は、まずＦＳＷ装置３０のツール部３５を回転駆動させる。そして作業者は、基部３２、台部３３、ツール支持部３４、及びツール部３５の動作を適宜制御することにより、図３に示すように、ツール部３５のピン３５１を、スタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２より若干伝熱管１４側に位置させた状態で周方向に移動させる。これにより、スタブ１３と伝熱管１４とが摩擦撹拌接合されるとともに、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１とが摩擦撹拌接合される。
【００３５】
ここで、図５は、摩擦撹拌接合の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４をその端面１３ａ，１４ａ側から見た状態を示している。摩擦撹拌接合作業者は、まずスタブ１３の上にタブ板４０を固定する。このタブ板４０は、工具を引き抜いた穴が残って外観が損なわれる接合終了部をスタブ１３及び伝熱管１４の外部へ逃がすためのものである。ここで、本実施形態では、図５に示すように、タブ板４０において摩擦撹拌接合を終了する位置をＥ点と定義する。また、接合箇所に応じて位置が変化するため図５には示さないが、摩擦撹拌接合を開始する位置をＳ点と定義する。尚、このＳ点をＥ点と一致させる、すなわちタブ板４０において摩擦撹拌接合を開始してもよい。
【００３６】
また、図５に示すように、Ｅ点の下方であってスタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２の位置をＡ点と定義する。そして、Ａ点より更に下方であって伝熱管１４を構成する外管１４２上の位置をＣ点と定義する。また、Ｃ点より更に下方であって伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１との境界をＢ点と定義する。
【００３７】
ここで、図６（ａ）は、第１実施形態の管接合方法におけるピン３５１の移動軌跡Ｋ１を示す説明図である。尚、この図において、例えば「Ｃ１点」とは、ピン３５１がＣ点を通過するのが１回目であることを、「Ｃ２点」とは、ピン３５１がＣ点を通過するのが２回目であることをそれぞれ意味している。第１実施形態では、作業者はＣ１点すなわち外管１４２上の位置（図５参照）にて摩擦撹拌接合を開始し、そこからピン３５１を周方向に沿って時計回りに移動させる。そして作業者は、周方向に沿ってピン３５１を一周させることによってＣ２点に戻ってくると、そこから上方へピン３５１を移動させる。そして作業者は、ピン３５１がタブ板４０上のＥ点に達すると、摩擦撹拌接合を終了する。
【００３８】
最後に作業者は、図に詳細は示さないが、タブ板４０をスタブ１３から切り離した後、スタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａに生じたバリをグラインダー等で除去する。
【００３９】
このように、第１実施形態の管接合方法によれば、スタブ１３及び伝熱管１４に対してその端面１３ａ，１４ａ側からアクセスするので、伝熱管１４同士の隙間幅に影響を受けることなく、スタブ１３と伝熱管１４との接合作業を容易に行うことができる。
また、摩擦撹拌接合はスタブ１３及び伝熱管１４の端面１３ａ，１４ａを平滑にする前処理だけで済むため、高精度の開先加工等の前処理が必要な突き合わせ溶接と比較すると、接合作業全体を簡略化することができる。
更に、摩擦撹拌接合は接合温度が低いため、スタブ１３や伝熱管１４に急冷による割れが生じにくい。従って、接合作業前にスタブ１３や伝熱管１４を予熱する作業や、接合作業後に残留応力を緩和するためにスタブ１３や伝熱管１４を熱処理する作業を省略することができる。
また、摩擦撹拌接合は作業時に生じるバリが摩擦圧接等に比べて少ないため、グラインダー等を用いた簡略な作業だけでスタブ１３や伝熱管１４からバリを除去することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る管接合方法について説明する。第２実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器１０の構成、及び摩擦撹拌接合に使用するＦＳＷ装置３０の構成は、第１実施形態に係る管接合方法と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００４１】
次に、第２実施形態に係る管接合方法の作業手順、及びその作用効果について説明する。図４は、第２実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４の断面を示している。第２実施形態に係る管接合方法は、第１実施形態に係る管接合方法と比較すると、摩擦撹拌接合の工程だけが異なっている。
【００４２】
第２実施形態における摩擦撹拌接合の工程は、スタブ１３の端面１３ａと伝熱管１４の端面１４ａとを摩擦撹拌接合した後に、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１とを摩擦撹拌接合する点を特徴としている。この点、スタブ１３の端面１３ａと伝熱管１４の端面１４ａとの摩擦撹拌接合と、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１の摩擦撹拌接合とを、１回の動作で同時に行う第１実施形態とは異なっている。
【００４３】
この場合作業者は、図４に示すように、まずＦＳＷ装置３０を構成するツール部３５のピン３５１を、スタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２の位置に位置させた状態で、周方向に移動させる。これにより、スタブ１３と伝熱管１４とが摩擦撹拌接合される。
次に作業者は、図４に示すように、ツール部３５のピン３５１を、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１の境界に位置させた状態で、周方向に移動させる。これにより、外管１４２と内管１４１とが摩擦撹拌接合される。
【００４４】
ここで、図６（ｂ）は、第２実施形態の管接合方法におけるピン３５１の移動軌跡Ｋ２を示す説明図である。第２実施形態では、作業者はＡ１点すなわちスタブ１３と伝熱管１４の隙間２２の位置（図５参照）にて摩擦撹拌接合を開始し、そこからピン３５１を周方向に沿って時計回りに移動させる。その後、作業者は、周方向に沿ってピン３５１を一周させることによってＡ２点に戻ってくると、そこから下方へピン３５１を移動させる。
【００４５】
そして作業者は、Ｂ１点、すなわち伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１の境界（図５参照）にピン３５１が到達すると、そこから再びピン３５１を周方向に沿って時計回りに移動させる。その後、作業者は、周方向に沿ってピン３５１を一周させることによってＢ２点に戻ってくると、そこから上方へピン３５１を移動させる。そして作業者は、ピン３５１がタブ板４０上のＥ点に達すると、摩擦撹拌接合を終了する。
【００４６】
このような第２実施形態の管接合方法によれば、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１との摩擦撹拌接合を行う前にスタブ１３と伝熱管１４との間の隙間２２を封止するため、外管１４２と内管１４１の摩擦撹拌作接合に使用する工具の全体を、スタブ１３の端面１３ａと伝熱管１４の端面１４ａとで確実に受けることができる。これにより、工具の押圧によってスタブ１３や伝熱管１４が局所変形して、接合不良となることを未然に防止することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る管接合方法について説明する。第３実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器１０の構成、及び摩擦撹拌接合に使用するＦＳＷ装置３０の構成は、第１実施形態に係る管接合方法と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００４８】
次に、第３実施形態に係る管接合方法の作業手順、及びその作用効果について説明する。図７は、第３実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４の断面を示している。
【００４９】
まず作業者は、伝熱管１４の端面１４ａに対して前処理を施す。すなわち作業者は、不図示のグラインダーを用いた研磨作業により、伝熱管１４の端面１４ａをそれぞれ平坦に加工する。この前処理を行う目的は前述と同様である。
【００５０】
次に作業者は、伝熱管１４の端面１４ａに対して摩擦撹拌接合を施す。すなわち作業者は、まずＦＳＷ装置３０のツール部３５を回転駆動させる。そして作業者は、基部３２、台部３３、ツール支持部３４、及びツール部３５の動作を適宜制御することにより、図７（ａ）に示すように、ツール部３５のピン３５１を、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１との境界に位置させた状態で周方向に移動させる。これにより、外管１４２と内管１４１とが摩擦撹拌接合される。
【００５１】
ここで、２重管である伝熱管１４は、その外管１４２と内管１４１との間に微小な隙間２２が存在し、当該隙間２２に酸化膜（不図示）が付着している場合がある。しかし、このように酸化膜が付着している場合でも、前述のように外管１４２と内管１４１とを摩擦撹拌接合すると、ピン３５１の撹拌作用によって酸化膜が分断及び分散されるとともに、外管１４２と内管１４１との間の微小な隙間２２が封止される。
【００５２】
次に作業者は、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部に開先加工を施す。すなわち作業者は、図７（ｂ）に示すように、スタブ１３及び伝熱管１４の端部を斜めに切り落とすことにより、溶接用の開先部４１を形成する。
【００５３】
最後に作業者は、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部にキャップを突き合わせ溶接する。すなわち作業者は、図７（ｃ）に示すように、事前に開先部４２が形成された管状のキャップ４３を、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部に突き合わせ、不図示の溶接トーチを用いて開先部４１，４２を溶接する。これにより、開先部４１，４２を埋めるようにして溶接部４４が形成され、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部がキャップ４３に接続されるとともに、スタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２が溶接部４４によって封止される。
【００５４】
ここで、図７に詳細は示さないが、前述のように外管１４２と内管１４１との間に微小な隙間２２が存在し、当該隙間２２に酸化膜が付着していると、突き合わせ溶接時に酸化膜が気化することによって溶接部４４にブローホールと呼ばれる球状の空洞が発生し、溶接部４４の品質が低下するという問題がある。しかし、摩擦撹拌接合によって酸化膜が分断及び分散されるので、突き合わせ溶接時にブローホールの発生が抑制され、高品質の溶接部４４を形成することができる。
【００５５】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 蒸気発生器
１１ 第１管板
１２ 第２管板
１３ スタブ
１４ 伝熱管
１５ 胴板
１６ 第１水室
１７ 孔部（第１管板）
１８ 蒸気排出管
１９ 第２水室
２０ 孔部（第２管板）
２１ 水導入管
２２ 隙間
２３ ナトリウム室
２４ ナトリウム導入管
２５ ナトリウム排出管
３０ ＦＳＷ装置
３１ 走行手段
３２ 基部
３３ 台部
３４ ツール支持部
３５ ツール部
４０ タブ板
４１ 開先部
４２ 開先部
４３ キャップ
４４ 溶接部
５０ 第1水室胴
５１ 第２水室胴
１４１ 内管
１４２ 外管
３５１ ピン
１３ａ 端面（スタブ）
１４ａ 端面（伝熱管）
Ｃ 中心線
Ｋ１ 移動軌跡
Ｋ２ 移動軌跡
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管板の孔部の一方側に突出して設けられた管状のスタブに対して、スタブ及び孔部に挿通された伝熱管を一体に接合させる管接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電等で用いられる蒸気発生器では、被加熱流体を貯留する空間を形成する管板に、スタブと呼ばれる管状の部材が突出して複数設けられ、各スタブ及び管板を挿通して被加熱流体が流通する伝熱管がそれぞれ設けられる。そして、加熱流体としての液体ナトリウムと被加熱流体としての水との接触を防止すべく、スタブとこれに挿通される伝熱管とを隙間無く接合することが要求される。このスタブと伝熱管とを接合する管接合方法としては、スタブ及び伝熱管の端部にキャップと呼ばれる管状の部材を突き合わせ溶接する方法が用いられている（例えば、特許文献１を参照）。そして、この突き合わせ溶接は、ＴＩＧ溶接等により行われるのが通常である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２４１０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の管接合方法によれば、作業性が非常に悪く、多大な手間と時間を要するという問題がある。より詳細に説明すると、近年の蒸気発生器は、加熱流体と被加熱流体との熱交換を促進させるために伝熱管の本数が増加し、これにより隣接する伝熱管同士の間隔が狭くなる傾向にある。従って、スタブ及び伝熱管の端部にキャップを突き合わせ溶接する場合、隣接する伝熱管の間の狭い隙間に溶接トーチを差し入れて溶接作業を行うためには、薄く低出力の溶接トーチを使用する必要がある。このため、溶接ビードを積層する回数が多くなることにより、工数が増加して作業が煩雑化するという問題につながる。
【０００５】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、蒸気発生器を構成する複数の伝熱管が狭い間隔で設けられている場合に、簡略且つ短時間の作業によって伝熱管とスタブとを接合させる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。すなわち、本発明に係る管接合方法は、管板に形成された複数の孔部の一方側に突出してそれぞれ設けられた管状のスタブに対して、該スタブ及び前記孔部に挿通された伝熱管を一体に接合させる管接合方法であって、互いに略面一に配置された前記スタブの端面及び前記伝熱管の端面の境界領域に対して、周方向に沿って摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする。
【０００７】
このような方法によれば、スタブ及び伝熱管に対してその端面側からアクセスするので、伝熱管同士の隙間幅に影響を受けることなく、スタブと伝熱管との接合作業を容易に行うことができる。
また、摩擦撹拌接合はスタブ及び伝熱管の端面を平滑にする前処理だけで済むため、高精度の開先加工等の前処理が必要な突き合わせ溶接と比較すると、接合作業全体を簡略化することができる。
更に、摩擦撹拌接合は接合温度が低く、接合部が溶融しないため、スタブや伝熱管に溶接割れが生じにくい。従って、接合作業前にスタブや伝熱管を予熱する作業や、接合作業後に残留応力を緩和するためにスタブや伝熱管を熱処理する作業を省略することができる。
また、摩擦撹拌接合は作業時に生じるバリが摩擦圧接等に比べて少ないため、グラインダー等を用いた簡略な作業だけでスタブや伝熱管からバリを除去することができる。
【０００８】
また、本発明に係る管接合方法は、前記伝熱管は、複数の管体が同軸に配置された多重管であって、径方向に隣り合う前記管体同士を、周方向に沿って摩擦撹拌接合により接合させることを特徴とする。
【０００９】
このような方法によれば、伝熱管を構成する複数の管体の隙間を封止することができるとともに、この隙間に付着した酸化膜を分断及び分散させることができる。
【００１０】
また、本発明に係る管接合方法は、前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合することにより、前記管体同士の摩擦撹拌接合も同時に施されることを特徴とする。
【００１１】
このような方法によれば、周方向に沿った１回の摩擦撹拌接合によって、スタブと伝熱管とを接合する作業と、伝熱管を構成する複数の管体の隙間を封止する作業の両方を同時に行うことができるので、作業全体の簡略化が可能となる。
【００１２】
また、本発明に係る管接合方法は、前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合した後に、前記管体同士の摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする。
【００１３】
このような方法によれば、管体同士の摩擦撹拌接合を行う前にスタブと伝熱管との間の隙間を封止するため、管体同士の摩擦撹拌接合に使用する工具の全体を、スタブの端面と伝熱管の端面とで確実に受けることができる。これにより、工具の押圧によってスタブや伝熱管が局所変形して、接合不良となることを未然に防止することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る管接合方法によれば、蒸気発生器を構成する複数の伝熱管が狭い間隔で設けられている場合でも、簡略且つ短時間の作業によって伝熱管とスタブとを接合させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器を模式的に示した概略断面図である。
【図２】ＦＳＷ装置の構成を示す模式図である。
【図３】第１実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ及び伝熱管の断面を示している。
【図４】第２実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ及び伝熱管の断面を示している。
【図５】摩擦撹拌接合の説明図であって、スタブ及び伝熱管をその端面側から見た状態を示している。
【図６】摩擦撹拌接合を行う際のピンの移動軌跡を示す説明図であって、（ａ）は第１実施形態を（ｂ）は第２実施形態を、それぞれ示している。
【図７】第３実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ及び伝熱管の断面を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。まず、本発明の第１実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器について説明する。図１は、蒸気発生器１０を模式的に示した概略断面図である。
【００１７】
蒸気発生器１０は、図１に示すように、断面略半円形の第１管板１１と、断面略半円形の第２管板１２と、第１管板１１及び第２管板１２の内側面に突出して設けられた複数のスタブ１３と、第１管板１１から第２管板１２へ延びる複数の伝熱管１４と、第１管板１１と第２管板１２とを接続して設けられた一対の胴板１５と、第１管板１１に接合された断面略半円形の第1水室胴５０と、第２管板１２に接合された断面略半円形の第２水室胴５１と、を備えるものである。
【００１８】
第１管板１１は、水（被加熱流体）を貯留するための第１水室１６を第1水室胴５０と共に形成するものである。この第１管板１１には、図１に示すように、第２管板１２と向かい合う側の面を貫通して複数の孔部１７が設けられている。
【００１９】
第１水室胴５０は、第１管板１１と共に第１水室１６を形成するものである。この第１水室胴５０には、図１に示すように、第１水室１６から外部へ蒸気を排出するための蒸気排出管１８が挿通して設けられている。
【００２０】
第２管板１２は、水を貯留するための第２水室１９を第２水室胴５１と共に形成するものである。この第２管板１２には、図１に示すように、第１管板１１と向かい合う側の面を貫通して複数の孔部２０が設けられている。
【００２１】
第２水室胴５１は、第２管板１２と共に第２水室１９を形成するものである。この第１水室胴５１には、図１に示すように、第２水室１９から外部へ蒸気を排出するための蒸気排出管２１が挿通して設けられている。
【００２２】
複数のスタブ１３は、伝熱管１４の端部を支持及び固定するためのものである。これらスタブ１３は、管状の部材であって、その内径が第１管板１１及び第２管板１２の孔部１７，２０の内径と略等しく形成されている。このように構成される複数のスタブ１３は、図１に示すように、第１管板１１の孔部１７及び第２管板１２の孔部２０に連通するようにして、第１管板１１及び第２管板１２の内側面に、第１管板１１及び第２管板１２からそれぞれ削りだされている。
【００２３】
複数の伝熱管１４は、第２水室１９から第１水室１６へ水を流通させる管状の部材である。この伝熱管１４は、図３に示すように、同軸に配置された内管１４１と外管１４２とが冷間引抜成形等によって互いに密着された２重管である。そして、この伝熱管１４は、内管１４１の外径と外管１４２の内径とが略等しく形成されるとともに、外管１４２の外径が、スタブ１３の内径及び孔部１７，２０の内径より若干小さく形成されている。そして、このように構成される伝熱管１４は、図１に示すように、第１管板１１の孔部１７及びスタブ１３に挿通されることにより、その長手方向一端部が第１水室１６の内部に開口している。同様に伝熱管１４は、第２配管の孔部２０及びスタブ１３に挿通されることにより、その長手方向他端部が第２水室１９の内部に開口している。そして、図３に示すように、伝熱管１４とスタブ１３との間には若干の隙間２２が形成され、この隙間２２の位置において後述する摩擦撹拌接合により、伝熱管１４とスタブ１３とが互いに接合されている。
【００２４】
一対の胴板１５は、液体ナトリウム（加熱流体）を貯留するためのナトリウム室２３を形成するものである。これら胴板１５は、複数の伝熱管１４より外側の位置にそれぞれ設けられ、その長手方向一端部が第１管板１１に固定されるとともに、その長手方向他端部が第２管板１２に固定されている。そして、一方の胴板１５における第１管板１１に近接した位置には、外部からナトリウム室２３へ液体ナトリウムを導入するためのナトリウム導入管２４が設けられている。一方、他方の胴板１５における第２管板１２に近接した位置には、ナトリウム室２３から外部へ液体ナトリウムを排出するためのナトリウム排出管２５が設けられている。
【００２５】
このように構成される蒸気発生器１０によれば、ナトリウム導入管２４からナトリウム室２３へ導入された高温の液体ナトリウムと、水導入管２１から第２水室１９へ導入されて伝熱管１４を流通する低温の水との間で熱交換が行われる。これにより、伝熱管１４を流通する水が加熱されて水蒸気となり、第２水室１９から蒸気排出管１８を経て外部へ排出される。
【００２６】
尚、本発明に係る被加熱流体としては、本実施形態の水に代えて、蒸気や流体状態の化学物質等を用いることもできる。また、本発明に係る加熱流体としては、本実施形態の液体ナトリウムに代えて、熱水や火炎や高温気体や高温蒸気等であってもよい。
【００２７】
また、伝熱管１４は本実施形態の２重管に限られず、１重管や、３重管以上の多重管であってもよい。
【００２８】
更に、本実施形態では管接合方法を使用する対象として、原子力発電で使用される蒸気発生器１０を例に説明したが、その他に、加熱器、過熱器、温水器、冷却器、復水器等のシェル・アンド・チューブ型の熱交換器にも本管接合方法を使用することができる。
【００２９】
次に、本発明の実施形態に係る管接合方法において摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）に使用するＦＳＷ装置について説明する。尚、本発明において摩擦撹拌接合とは、円筒状の工具を回転させながらその先端の突起を接合部に貫入させ、その摩擦熱によって接合部周辺を軟化させるとともに、工具の回転力によって接合部周辺を塑性流動させて練り混ぜることで複数の部材を一体化する接合法を意味する。
【００３０】
図２は、ＦＳＷ装置３０の構成を示す模式図である。ＦＳＷ装置３０は、走行手段３１を有する基部３２と、この基部３２の上面に設けられた台部３３と、この台部３３から側方へ突出して設けられたツール支持部３４と、このツール支持部３４の先端に支持されたツール部３５と、を備えるものである。
【００３１】
基部３２は、走行手段３１を介して水平方向（図２の紙面に直交する方向）へ移動可能となっている。また台部３３は、基部３２に対して伝熱管１４に近接し又は離間する方向（紙面に向かって左右方向）へ相対移動可能となっている。また、ツール支持部３４は、台部３３に対して上下方向に相対移動可能であるとともに、水平方向にも相対移動可能となっている。また、ツール部３５は、ツール支持部３４に対して伝熱管１４の軸線回りに相対回転可能となっている。そして、図に詳細は示さないが、これら各部を駆動するモータの回転が制御部によって制御されている。これにより、ツール部３５を回転させながら、基部３２と台部３３とツール支持部３４とを適宜駆動し、ツール部３５の先端に突出して設けられたピン３５１を伝熱管１４またはスタブ１３の端面に押圧することにより、摩擦撹拌接合の施工が可能となっている。
【００３２】
次に、第１実施形態に係る管接合方法の作業手順、及びその作用効果について説明する。図３は、第１実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４の断面を示している。尚、図３では、スタブ１３及び伝熱管１４のうち、中心線Ｃを挟んで一方側のみを図示し、他方側については図示を省略している。
【００３３】
まず作業者は、スタブ１３の端面及び伝熱管１４の端面に対して前処理を施す。すなわち作業者は、不図示のグラインダーを用いた研磨作業により、スタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａをそれぞれ平坦に加工する。これは、ＦＳＷ装置３０を構成するツール部３５のピン３５１を、スタブ１３の端面１３ａや伝熱管１４の端面１４ａに押し付けやすくするためである。
【００３４】
次に作業者は、スタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａに対して摩擦撹拌接合を施す。すなわち作業者は、まずＦＳＷ装置３０のツール部３５を回転駆動させる。そして作業者は、基部３２、台部３３、ツール支持部３４、及びツール部３５の動作を適宜制御することにより、図３に示すように、ツール部３５のピン３５１を、スタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２より若干伝熱管１４側に位置させた状態で周方向に移動させる。これにより、スタブ１３と伝熱管１４とが摩擦撹拌接合されるとともに、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１とが摩擦撹拌接合される。
【００３５】
ここで、図５は、摩擦撹拌接合の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４をその端面１３ａ，１４ａ側から見た状態を示している。摩擦撹拌接合作業者は、まずスタブ１３の上にタブ板４０を固定する。このタブ板４０は、工具を引き抜いた穴が残って外観が損なわれる接合終了部をスタブ１３及び伝熱管１４の外部へ逃がすためのものである。ここで、本実施形態では、図５に示すように、タブ板４０において摩擦撹拌接合を終了する位置をＥ点と定義する。また、接合箇所に応じて位置が変化するため図５には示さないが、摩擦撹拌接合を開始する位置をＳ点と定義する。尚、このＳ点をＥ点と一致させる、すなわちタブ板４０において摩擦撹拌接合を開始してもよい。
【００３６】
また、図５に示すように、Ｅ点の下方であってスタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２の位置をＡ点と定義する。そして、Ａ点より更に下方であって伝熱管１４を構成する外管１４２上の位置をＣ点と定義する。また、Ｃ点より更に下方であって伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１との境界をＢ点と定義する。
【００３７】
ここで、図６（ａ）は、第１実施形態の管接合方法におけるピン３５１の移動軌跡Ｋ１を示す説明図である。尚、この図において、例えば「Ｃ１点」とは、ピン３５１がＣ点を通過するのが１回目であることを、「Ｃ２点」とは、ピン３５１がＣ点を通過するのが２回目であることをそれぞれ意味している。第１実施形態では、作業者はＣ１点すなわち外管１４２上の位置（図５参照）にて摩擦撹拌接合を開始し、そこからピン３５１を周方向に沿って時計回りに移動させる。そして作業者は、周方向に沿ってピン３５１を一周させることによってＣ２点に戻ってくると、そこから上方へピン３５１を移動させる。そして作業者は、ピン３５１がタブ板４０上のＥ点に達すると、摩擦撹拌接合を終了する。
【００３８】
最後に作業者は、図に詳細は示さないが、タブ板４０をスタブ１３から切り離した後、スタブ１３の端面１３ａ及び伝熱管１４の端面１４ａに生じたバリをグラインダー等で除去する。
【００３９】
このように、第１実施形態の管接合方法によれば、スタブ１３及び伝熱管１４に対してその端面１３ａ，１４ａ側からアクセスするので、伝熱管１４同士の隙間幅に影響を受けることなく、スタブ１３と伝熱管１４との接合作業を容易に行うことができる。
また、摩擦撹拌接合はスタブ１３及び伝熱管１４の端面１３ａ，１４ａを平滑にする前処理だけで済むため、高精度の開先加工等の前処理が必要な突き合わせ溶接と比較すると、接合作業全体を簡略化することができる。
更に、摩擦撹拌接合は接合温度が低いため、スタブ１３や伝熱管１４に急冷による割れが生じにくい。従って、接合作業前にスタブ１３や伝熱管１４を予熱する作業や、接合作業後に残留応力を緩和するためにスタブ１３や伝熱管１４を熱処理する作業を省略することができる。
また、摩擦撹拌接合は作業時に生じるバリが摩擦圧接等に比べて少ないため、グラインダー等を用いた簡略な作業だけでスタブ１３や伝熱管１４からバリを除去することができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る管接合方法について説明する。第２実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器１０の構成、及び摩擦撹拌接合に使用するＦＳＷ装置３０の構成は、第１実施形態に係る管接合方法と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００４１】
次に、第２実施形態に係る管接合方法の作業手順、及びその作用効果について説明する。図４は、第２実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４の断面を示している。第２実施形態に係る管接合方法は、第１実施形態に係る管接合方法と比較すると、摩擦撹拌接合の工程だけが異なっている。
【００４２】
第２実施形態における摩擦撹拌接合の工程は、スタブ１３の端面１３ａと伝熱管１４の端面１４ａとを摩擦撹拌接合した後に、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１とを摩擦撹拌接合する点を特徴としている。この点、スタブ１３の端面１３ａと伝熱管１４の端面１４ａとの摩擦撹拌接合と、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１の摩擦撹拌接合とを、１回の動作で同時に行う第１実施形態とは異なっている。
【００４３】
この場合作業者は、図４に示すように、まずＦＳＷ装置３０を構成するツール部３５のピン３５１を、スタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２の位置に位置させた状態で、周方向に移動させる。これにより、スタブ１３と伝熱管１４とが摩擦撹拌接合される。
次に作業者は、図４に示すように、ツール部３５のピン３５１を、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１の境界に位置させた状態で、周方向に移動させる。これにより、外管１４２と内管１４１とが摩擦撹拌接合される。
【００４４】
ここで、図６（ｂ）は、第２実施形態の管接合方法におけるピン３５１の移動軌跡Ｋ２を示す説明図である。第２実施形態では、作業者はＡ１点すなわちスタブ１３と伝熱管１４の隙間２２の位置（図５参照）にて摩擦撹拌接合を開始し、そこからピン３５１を周方向に沿って時計回りに移動させる。その後、作業者は、周方向に沿ってピン３５１を一周させることによってＡ２点に戻ってくると、そこから下方へピン３５１を移動させる。
【００４５】
そして作業者は、Ｂ１点、すなわち伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１の境界（図５参照）にピン３５１が到達すると、そこから再びピン３５１を周方向に沿って時計回りに移動させる。その後、作業者は、周方向に沿ってピン３５１を一周させることによってＢ２点に戻ってくると、そこから上方へピン３５１を移動させる。そして作業者は、ピン３５１がタブ板４０上のＥ点に達すると、摩擦撹拌接合を終了する。
【００４６】
このような第２実施形態の管接合方法によれば、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１との摩擦撹拌接合を行う前にスタブ１３と伝熱管１４との間の隙間２２を封止するため、外管１４２と内管１４１の摩擦撹拌作接合に使用する工具の全体を、スタブ１３の端面１３ａと伝熱管１４の端面１４ａとで確実に受けることができる。これにより、工具の押圧によってスタブ１３や伝熱管１４が局所変形して、接合不良となることを未然に防止することができる。
【００４７】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る管接合方法について説明する。第３実施形態に係る管接合方法の施工対象である蒸気発生器１０の構成、及び摩擦撹拌接合に使用するＦＳＷ装置３０の構成は、第１実施形態に係る管接合方法と同じであるため、ここでは説明を省略する。
【００４８】
次に、第３実施形態に係る管接合方法の作業手順、及びその作用効果について説明する。図７は、第３実施形態に係る管接合方法の説明図であって、スタブ１３及び伝熱管１４の断面を示している。
【００４９】
まず作業者は、伝熱管１４の端面１４ａに対して前処理を施す。すなわち作業者は、不図示のグラインダーを用いた研磨作業により、伝熱管１４の端面１４ａをそれぞれ平坦に加工する。この前処理を行う目的は前述と同様である。
【００５０】
次に作業者は、伝熱管１４の端面１４ａに対して摩擦撹拌接合を施す。すなわち作業者は、まずＦＳＷ装置３０のツール部３５を回転駆動させる。そして作業者は、基部３２、台部３３、ツール支持部３４、及びツール部３５の動作を適宜制御することにより、図７（ａ）に示すように、ツール部３５のピン３５１を、伝熱管１４を構成する外管１４２と内管１４１との境界に位置させた状態で周方向に移動させる。これにより、外管１４２と内管１４１とが摩擦撹拌接合される。
【００５１】
ここで、２重管である伝熱管１４は、その外管１４２と内管１４１との間に微小な隙間２２が存在し、当該隙間２２に酸化膜（不図示）が付着している場合がある。しかし、このように酸化膜が付着している場合でも、前述のように外管１４２と内管１４１とを摩擦撹拌接合すると、ピン３５１の撹拌作用によって酸化膜が分断及び分散されるとともに、外管１４２と内管１４１との間の微小な隙間２２が封止される。
【００５２】
次に作業者は、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部に開先加工を施す。すなわち作業者は、図７（ｂ）に示すように、スタブ１３及び伝熱管１４の端部を斜めに切り落とすことにより、溶接用の開先部４１を形成する。
【００５３】
最後に作業者は、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部にキャップを突き合わせ溶接する。すなわち作業者は、図７（ｃ）に示すように、事前に開先部４２が形成された管状のキャップ４３を、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部に突き合わせ、不図示の溶接トーチを用いて開先部４１，４２を溶接する。これにより、開先部４１，４２を埋めるようにして溶接部４４が形成され、スタブ１３及び伝熱管１４の先端部がキャップ４３に接続されるとともに、スタブ１３と伝熱管１４との間に形成された隙間２２が溶接部４４によって封止される。
【００５４】
ここで、図７に詳細は示さないが、前述のように外管１４２と内管１４１との間に微小な隙間２２が存在し、当該隙間２２に酸化膜が付着していると、突き合わせ溶接時に酸化膜が気化することによって溶接部４４にブローホールと呼ばれる球状の空洞が発生し、溶接部４４の品質が低下するという問題がある。しかし、摩擦撹拌接合によって酸化膜が分断及び分散されるので、突き合わせ溶接時にブローホールの発生が抑制され、高品質の溶接部４４を形成することができる。
【００５５】
尚、上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ、或いは動作手順等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１０ 蒸気発生器
１１ 第１管板
１２ 第２管板
１３ スタブ
１４ 伝熱管
１５ 胴板
１６ 第１水室
１７ 孔部（第１管板）
１８ 蒸気排出管
１９ 第２水室
２０ 孔部（第２管板）
２１ 水導入管
２２ 隙間
２３ ナトリウム室
２４ ナトリウム導入管
２５ ナトリウム排出管
３０ ＦＳＷ装置
３１ 走行手段
３２ 基部
３３ 台部
３４ ツール支持部
３５ ツール部
４０ タブ板
４１ 開先部
４２ 開先部
４３ キャップ
４４ 溶接部
５０ 第1水室胴
５１ 第２水室胴
１４１ 内管
１４２ 外管
３５１ ピン
１３ａ 端面（スタブ）
１４ａ 端面（伝熱管）
Ｃ 中心線
Ｋ１ 移動軌跡
Ｋ２ 移動軌跡
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管板に形成された複数の孔部の一方側に突出してそれぞれ設けられた管状のスタブに対して、該スタブ及び前記孔部に挿通された伝熱管を一体に接合させる管接合方法であって、
互いに略面一に配置された前記スタブの端面及び前記伝熱管の端面の境界領域に対して、周方向に沿って摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする管接合方法。
【請求項２】
前記伝熱管は、複数の管体が同軸に配置された多重管であって、
径方向に隣り合う前記管体同士を、周方向に沿って摩擦撹拌接合により接合させることを特徴とする請求項１に記載の管接合方法。
【請求項３】
前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合することにより、前記管体同士の摩擦撹拌接合も同時に施されることを特徴とする請求項２に記載の管接合方法。
【請求項４】
前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合した後に、前記管体同士の摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする請求項２に記載の管接合方法。
【請求項１】
管板に形成された複数の孔部の一方側に突出してそれぞれ設けられた管状のスタブに対して、該スタブ及び前記孔部に挿通された伝熱管を一体に接合させる管接合方法であって、
互いに略面一に配置された前記スタブの端面及び前記伝熱管の端面の境界領域に対して、周方向に沿って摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする管接合方法。
【請求項２】
前記伝熱管は、複数の管体が同軸に配置された多重管であって、
径方向に隣り合う前記管体同士を、周方向に沿って摩擦撹拌接合により接合させることを特徴とする請求項１に記載の管接合方法。
【請求項３】
前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合することにより、前記管体同士の摩擦撹拌接合も同時に施されることを特徴とする請求項２に記載の管接合方法。
【請求項４】
前記スタブの端面と前記伝熱管の端面とを摩擦撹拌接合した後に、前記管体同士の摩擦撹拌接合を施すことを特徴とする請求項２に記載の管接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１８７６２３（Ｐ２０１２−１８７６２３Ａ）
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５５２２６（Ｐ２０１１−５５２２６）
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１４日（２０１１．３．１４）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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