高周波誘導加熱残留応力改善法
【課題】き裂がある配管の溶接継手部についても高周波誘導加熱残留応力改善法を適用するべく、この高周波誘導加熱残留応力改善法が適用可能なき裂の寸法等を明確にした、高周波誘導加熱残留応力改善法を提供する。
【解決手段】オーステナイト系ステンレス鋼製配管１の、ティグ溶接で形成された溶接継手部２の内面の残留応力を改善すべく、溶接継手部２の外周に溶接継手部２を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、配管１内に冷却水を流しながら高周波誘導コイルに高周波電流を流して溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法である。配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、超音波探傷試験によって配管の内面にき裂があり、き裂の深さが、配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの３／８倍以下であり、かつ、き裂の長さが配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、実施する。
【解決手段】オーステナイト系ステンレス鋼製配管１の、ティグ溶接で形成された溶接継手部２の内面の残留応力を改善すべく、溶接継手部２の外周に溶接継手部２を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、配管１内に冷却水を流しながら高周波誘導コイルに高周波電流を流して溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法である。配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、超音波探傷試験によって配管の内面にき裂があり、き裂の深さが、配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの３／８倍以下であり、かつ、き裂の長さが配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、実施する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善する、高周波誘導加熱残留応力改善法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおける配管は、オーステナイト系ステンレス鋼にて構成されている。オーステナイト系ステンレス鋼の配管継手部の溶接においては、継手部内面に残留引張応力が残り、応力腐食割れ（Stress Corrosion Cracking：以下、ＳＣＣと称する）が発生することがある。
【０００３】
そこで、原子力プラントにおいては、ＳＣＣを防止するために、高周波誘導加熱残留応力改善法（Induction Heating Stress Improvement：ＩＨＳＩ）が行われている。この高周波誘導加熱残留応力改善法は、配管の溶接継手部の内面に生じた残留引張応力を除去するために、溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、配管内に冷却水を流しながら、高周波誘導コイルに高周波電流を流して溶接継手部及びその近傍を加熱し、応力改善に必要な内外面温度差を発生させた後、溶接継手部を常温に戻すことにより、配管内面の残留引張応力を低減する工法である。
【０００４】
この高周波誘導加熱残留応力改善法では、非特許文献１に示されているように、溶接中心から軸方向に１０ｍｍの位置で、残留引張応力が１００ＭＰａ以下になるように改善することが要求されている。
【０００５】
この要求を満たすためには、配置する高周波誘導コイルのコイル幅をＬ（ｍｍ）とし、配管の内外面温度差ΔＴとすると、以下の式（１）、式（２）の条件を満たせばよいことが非特許文献１に規定されている。
ΔＴ＝４（１−ν）σy ／Ｅα ……式（１）
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ｋｇ／ｍｍ２）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点強さ（材料の降伏点応力）（ｋｇ／ｍｍ２）
（継手双方の材料の大きい方の値）
【０００６】
Ｌ＝２．７√（ＲＴ） ……式（２）
Ｒ：配管の公称厚さ中心における曲率半径（ｍｍ）
ｔ：配管の厚さ（ｍｍ）
【０００７】
また、従来、配管に用いられていたオーステナイト系ステンレス鋼は、例えばＳＵＳ３０４であり、その鋭敏化を防止するためには最高加熱温度を一律５５０℃以下にすることが決められている。なお、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼（Ｃ％≦０．０２０）及び溶接部（Ｃ％≦０．０３０）では、最高加熱温度は６５０℃以下まで許容される。
【０００８】
従来の高周波誘導加熱残留応力改善法においては、溶接中心から軸方向に１０ｍｍの位置の残留応力が１００ＭＰａ以下であればよいとされていた。しかし、この値では、溶接継手部に引張応力が残存するため、その位置では問題が発生しないものの、実際には、溶接材部（デポ部）と母材部との境界に引張応力が作用し、これと配管溶接部近傍の内面加工層の存在することも関連して、ＳＣＣが発生する可能性は否定できないとの意見もあった。なお、出願人としては当該母材の耐力以下の引張応力であれば、ＳＣＣは発生せず、従来のＩＨＳＩでもＳＣＣに対する予防保全上、問題はないとの認識である。
【０００９】
しかしながら、業界の要望も有り、デポ部と母材部との境界に残る残留応力に着目し、その境界での残留応力が、少なくとも引張応力ではなく圧縮応力となる、すなわちデポ部と母材の境界での残留応力を０ＭＰａ以下とすることができる高周波誘導加熱残留応力改善法及び高周波誘導コイルが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２２６１１２号公報
【特許文献２】特開２００６−８２１１６号公報
【特許文献３】特開２００６−８３４３８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】予防保全工法ガイドライン[外面からの入熱による応力改善方法]、有限責任中間法人 日本原子力技術協会、 添付１ 予防保全工法ガイドライン[高周波誘導加熱応力改善工法] p.1-10
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、このような高周波誘導加熱残留応力改善法は、従来ではき裂等の欠陥がある配管の溶接継手部に対しては適用することができなかった。したがって、例えばき裂がある配管については、その溶接継手部をそのまま使用することができず、取り替える必要があるため、原子力プラントでは配管のコストが非常に高くなり、また、プラントが長期間停止することで安定的な運転に支障を来すおそれがある。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、き裂がある配管の溶接継手部についても高周波誘導加熱残留応力改善法を適用するべく、この高周波誘導加熱残留応力改善法が適用可能なき裂の寸法等を明確にした、高周波誘導加熱残留応力改善法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、ティグ溶接（ＧＴＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって前記配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの３／８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、実施することを特徴としている。
【００１５】
本発明の第２の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１１７９倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴としている。
【００１６】
本発明の第３の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１５９０倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴としている。
【００１７】
本発明の第４の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２１００倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴としている。
【００１８】
本発明の第５の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２７３８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、この高周波誘導加熱残留応力改善法が適用可能なき裂の寸法等を明確にしているので、この高周波誘導加熱残留応力改善法をき裂がある配管の溶接継手部にも十分に適用することが可能になる。よって、従来では使用できずに取り替えていた配管の溶接継手部をそのまま有効利用することが可能になり、したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明に係る高周波誘導加熱残留応力改善法を説明するための、配管及び高周波誘導コイルの一部破断図、（ｂ）は高周波誘導コイルの具体的構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）はき裂の深さを説明するための模式図、（ｂ）はき裂の長さを説明するための模式図である。
【図３】（ａ）はＩＨＳＩ施工後の試験体の、断面観察を行った結果を示す図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図４】（ａ）は再ＭｇＣｌ２浸漬後の試験体について断面観察を行った結果を示す図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図、（ｃ）は（ａ）の別の箇所の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の高周波誘導加熱残留応力改善法について詳しく説明する。
高周波誘導加熱残留応力改善法（ＩＨＳＩ）は、既設原子力発電所のオーステナイト系ステンレス鋼製配管のＳＣＣ対策工法の一つとして開発された手法であり、溶接線近傍内面熱影響部における残留引張応力を改善する工法である。
【００２２】
高周波誘導加熱残留応力改善法は、図１（ａ）に示すように配管（オーステナイト系ステンレス鋼製配管）１の溶接継手部２の外周に、該溶接継手部２を中心にして高周波誘導コイル３を所定幅で配置し、かつ前記配管１内に冷却水を流しながら高周波誘導コイル３に高周波加熱電源４から高周波電流を流して前記溶接継手部２を加熱し、配管１の厚さ方向に大きな温度差を発生させる。なお、溶接継手部の形成には、ティグ（ＴＩＧ）溶接やサブマージ溶接（ＳＡＷ）、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）が採用される。
このとき、配管１の加熱部の外面５では圧縮の降伏が生じ、内面６では引張りの降伏が生じる。なお、図１（ａ）中において符号７は溶接材部（デポ部）、８は母材部である。
ここで、図１（ａ）では、高周波誘導コイル３を一体的な模式図で示したが、実際には、例えば図１（ｂ）に示すように、導線１０を複数周巻き付けて構成されている。
【００２３】
次に、加熱を停止すると、配管１の内外面６、５の温度差はなくなり、配管１の外面５の圧縮降伏した所では引張りの残留応力が生じ、配管１の内面６の引張降伏した所では圧縮の残留応力が生じる。
高周波誘導加熱残留応力改善法は、前述の原理を溶接継手部２に適用して、配管１の内面の残留引張応力を軽減あるいは圧縮側にするものである。
【００２４】
このような高周波誘導加熱残留応力改善法は、前述したように従来ではき裂（欠陥）がある配管の溶接継手部に対しては適用することができなかった。すなわち、高周波誘導加熱残留応力改善法を施工する前に例えば超音波探傷試験を行い、その結果、溶接継手部の母材（配管）に欠陥（き裂）の存在が確認された場合には、高周波誘導加熱残留応力改善法の施工を実施しないのが原則であった。
【００２５】
ところが、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、内面にき裂がある配管（オーステナイト系ステンレス鋼製配管）に対しても、高周波誘導加熱残留応力改善法が有効であるとの知見を得た。そこで、後述するように高周波誘導加熱残留応力改善法が適用可能なき裂の寸法等を明確にし、本発明を完成させた。
すなわち、内面にき裂が存在する配管の溶接継手部について、財団法人発電設備技術検査協会に委託して確性試験を行った結果に基づき、高周波誘導加熱残留応力改善法（ＩＨＳＩ）が適用可能なき裂の寸法等を、後述するように規定した。
【００２６】
ここで、前記確性試験を行う前に、従来のＩＨＳＩ（き裂が無い配管に対するＩＨＳＩ）において超音波探傷試験の検出限界以下の微小インディケーションが存在する場合を想定して、すなわち超音波探傷試験では検出できないようなき裂が存在している場合を仮定して、特に以下の４点を主な確認項目とした検証（確性試験）を行っている。その結果を以下に記す。なお、各確認項目における判定基準を、各確認項目毎に併記する。
（１）ＩＨＳＩがき裂に対して悪影響を及ぼさないこと。
［判定基準］微小インディケーションを付与した配管において、ＩＨＳＩを施工中に、微小インディケーションが有意に進展していないことを、解析にて検証する。
（２）ＩＨＳＩが溶接継手部の機械的性質に悪影響を及ぼさないこと。
［判定基準］溶接継手部の機械的性質として、継手引張試験、継手側曲試験、継手表曲試験を実施し、ＩＨＳＩ前後で有意な差が無いことを確認する。
（３）き裂先端部での応力が低減され、き裂の進展性が低減されること。
［判定基準］欠陥を付与した配管にＩＨＳＩを施工し、施工後ＭｇＣｌ２浸漬により、欠陥の先端部からＳＣＣによるき裂の新たな進展、発生がないことを目視により確認する。ＩＨＳＩ施工後のＭｇＣｌ２浸漬前後での超音波探傷試験サイジング（き裂深さの計測）、内面目視確認も実施する。なお、配管内表面は目視可能であるものの、き裂の先端部は目視できない（見えない）ため、そこは非破壊検査である超音波探傷試験で確認する。
また、ＩＨＳＩ未施工試験体では、ＭｇＣｌ２浸漬後に割れたりき裂が進展するため、ＩＨＳＩ施工試験体では、「新たに割れない」、「進展しない」という事象が確認されれば、応力が改善（応力低減、進展性低減）されていると判定する。
（４）新たなき裂の発生が抑制されること。
［判定基準］欠陥を付与した配管にＩＨＳＩを施工し、施工後ＭｇＣｌ２浸漬により、微小インディケーション近傍からＳＣＣによるき裂の新たな進展、発生がないことを目視により確認する。
【００２７】
このような検証（確性試験）より、その対象とする欠陥が超音波探傷試験の検出限界以下の微小インディケーションではあるものの、有限寸法の欠陥を付与した溶接継手部に対するＩＨＳＩ施工により、以下の項目が確認されている。すなわち、有限寸法の比較的浅い欠陥が存在する溶接継手部にＩＨＳＩを施工することで、
（ア）き裂に対して悪影響を及ぼさないこと。
（イ）溶接継手部の機械的性質に悪影響を及ぼさないこと。
（ウ）き裂先端部での応力が低減され、き裂の進展性が抑制されること。
（エ）新たなき裂の発生が抑制されること。
がそれぞれ確認されている。
【００２８】
このような従来のＩＨＳＩに基づく検証（確性試験）を踏まえ、前記した財団法人発電設備技術検査協会への委託による確性試験では、特に以下の（５）〜（８）に示す４点を主な確認項目とした。
なお、以下に示すき裂の深さは、図２（ａ）に示すように配管１の内面側に形成されたき裂Ｃの、配管１の内面６から先端までの長さ（深さ）ｄをいう。また、き裂Ｃの長さは、図２（ｂ）に示すように配管１の内面６の、周方向における長さ（円弧の長さ）Ｌをいい、配管１の中心（中心軸）に対する周方向での角度で示すこともある。
【００２９】
確認事項（５）〜（８）と、確認を行うための確性試験の内容、及び確性試験によって得られた結果に基づく評価を以下に示す。
（５）ＩＨＳＩがき裂に対して悪影響を及ぼさないこと
［確性試験の内容］
欠陥を有する配管にＩＨＳＩを施工することで、欠陥がＩＨＳＩ加熱中に有意に進展しないこと、材料の機械的性質に悪影響が生じていないことを、以下のようにして確認した。
放電加工によるき裂（ＥＤＭノッチ）を形成し、その先端に疲労き裂を付与することで、き裂深さが３ｔ／８［ｍｍ］（ただし、ｔは配管［母材］の厚さとし、１８ｍｍ〜４８ｍｍとする。）であり、き裂長さが９０°範囲程度のき裂を形成した試験体を作製した。この試験体に対し、最高加熱温度として６５０℃を超える温度でのＩＨＳＩを３回施工した。
そして、得られたＩＨＳＩ施工後の試験体の、断面観察を行った。
また、断面の硬さを、ビッカース硬さ試験で計測した。
【００３０】
［評価］
図３（ａ）の試験体の断面写真（断面図）、及び（ａ）の要部拡大写真である（ｂ）の断面写真（要部拡大断面図）に示すように、き裂先端の延性破壊は観察されず、したがって疲労き裂先端での延性破壊兆候は確認されなかった。
また、ビッカース硬さ試験結果より、き裂先端部での極端な硬さの上昇も確認されなかった。
したがって、ＩＨＳＩは、き裂及び継手に悪影響を及ぼさないことが、試験的に確認された。
また、有限要素法（ＦＥＭ）による解析によっても、溶接部、熱影響部及び母材については、き裂深さが３ｔ／８、き裂長さが母材（配管）の全周であるき裂が存在していても、材料の破壊靱性値（ＪＩＣ値）を超えないことが確認された。
【００３１】
（６）き裂先端部での応力が改善（低減）され、き裂の進展性が抑制されること
［確性試験の内容］
ＭｇＣｌ２浸漬によりＳＣＣを模擬した深いき裂を強制的に付与し、ＩＨＳＩ施工した試験体に対して再度ＭｇＣｌ２浸漬を行い、き裂が有意に進展しないことを、以下のようにして確認した。
ＭｇＣｌ２浸漬によりＳＣＣを模擬した深さ３ｔ／８のき裂を試験体に強制的に付与し、さらにこの試験体に対してＩＨＳＩを施工した後、再度、ＭｇＣｌ２浸漬を行った。なお、ＩＨＳＩについては、ΔＴｒｅｑの約１．５倍の温度差でのＩＨＳＩを１回施工した。
そして、得られた再ＭｇＣｌ２浸漬後の試験体について、断面観察を行った。
また、再度ＭｇＣｌ２浸漬を行う前と行った後の、超音波探傷試験サイジング（き裂深さの計測）を行った。
【００３２】
［評価］
再度ＭｇＣｌ２浸漬を行う前と行った後の、超音波探傷試験サイジングの結果より、再度ＭｇＣｌ２浸漬を行う前と行った後では、き裂深さに有意な差は確認できなかった。
また、再ＭｇＣｌ２浸漬後の試験体について断面観察を行った結果を、図４（ａ）〜（ｃ）の断面写真（断面図）に示す。図４（ａ）の要部拡大写真（要部拡大断面図）である（ｂ）に示すように、深いき裂（主き裂）で、明確なき裂の拡幅が確認された。また、図４（ａ）の別の箇所の要部拡大写真（要部拡大断面図）である（ｃ）に示すように、主き裂回りに発生した浅いき裂（副次き裂）等に、き裂の拡幅が明確に観察されないものがあった。
【００３３】
ここで、き裂先端部での応力低減効果の確認は、前記（３）、（ウ）に示したように超音波探傷試験サイジング結果に基づいて確認されている。一方で本事象を断面観察結果から把握する場合、ＩＨＳＩ施工によってき裂に生じる変化・影響を把握・考慮した上で、断面観察結果から効果を推測する必要がある。
ＦＥＭ解析（有限要素法解析）の結果から、き裂を有する配管へＩＨＳＩを施工すると、その加熱ピーク時においてき裂先端部が拡幅され、引張側で塑性変形することが分かっている。き裂先端部はＩＨＳＩ加熱終了後では圧縮応力場が残存し、き裂の進展性を抑制する効果が期待される。
その結果、断面観察では応力低減効果が得られた徴候として、き裂幅の拡幅（図４（ｂ））や、き裂先端部での鈍化事象（図４（ｃ））として観察されると考えられる。
したがって、主き裂は先端の応力が低減され、き裂の進展性が抑止されることが確認された。
【００３４】
（７）き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力改善（低減）効果の確認
［確性試験の内容］
管内表面のき裂近傍のＩＨＳＩ効果を、以下のようにして確認した。
放電加工により深さ３ｔ／８のき裂を付与した試験体にＩＨＳＩ施工したものと、同じくき裂を付与した試験体にＩＨＳＩ施工をしていないもの（As Welded）とを用意した。そして、これら試験体をＭｇＣｌ２浸漬し、新たなき裂の発生の有無を確認した。なお、ＩＨＳＩについては、ΔＴｒｅｑの約１．５倍の温度差でのＩＨＳＩを１回施工した。
そして、得られたＭｇＣｌ２浸漬後のそれぞれの試験体について、目視による内面観察、及び写真による断面観察を行った。
【００３５】
［評価］
ＭｇＣｌ２浸漬後のそれぞれの試験体内面を目視によって観察した結果、ＩＨＳＩ施工していないものではほぼ全周に新たなひびが発生していたのに対し、ＩＨＳＩ施工したものでは、き裂の近傍にのみひびが発生していた。
また、ＭｇＣｌ２浸漬後のそれぞれの試験体について、その断面観察を写真撮影で行った結果、ＩＨＳＩ施工なしのものでは、き裂先端においても微細なひびが発生していたのに対し、ＩＨＳＩ施工したものでは、き裂前端にひびの発生が認められなかった。
したがって、き裂近傍でのＩＨＳＩ効果は減少傾向となり、新たなき裂の発生はＩＨＳＩ施工をしていないもの（As Welded）より改善することが分かった。
よって、き裂近傍における新たなき裂発生の可能性は、ＩＨＳＩを施工しない場合に比べて低いと判断される。
【００３６】
（８）き裂が存在しない健全部においては、従来のき裂が無い溶接継手部にＩＨＳＩを適用した場合（予防保全工法ＩＨＳＩ）と同等の効果があることの確認
［確性試験の内容］
管内表面のき裂以外のＩＨＳＩ効果を、以下のようにして確認した。
放電加工により深さ３ｔ／８のき裂と深さ５ｔ／８のき裂とを付与した試験体に、ＩＨＳＩを施工した。なお、ＩＨＳＩについては、ΔＴｒｅｑの約１．５倍の温度差でのＩＨＳＩを１回施工した。
そして、これら試験体をＭｇＣｌ２浸漬し、配管内表面の放電加工き裂付与部以外の新たなき裂発生の有無を、目視で確認した。
また、歪みゲージによって残留応力を計測した。
【００３７】
［評価］
き裂がない部位の目視観察では、新たなひびは確認されなかった。なお、き裂がある部位では、目視観察によって新たなひびが確認された。
また、歪みゲージによる残留応力計測結果より、き裂なし部は十分に圧縮側へ改善されており、予防保全効果があることが確認された。
したがって、き裂の存在しない健全部においては、従来のＩＨＳＩ（予防保全工法ＩＨＳＩ）と同等の効果があることが確認された。
【００３８】
以上の評価より、き裂を有する配管にＩＨＳＩを施工することで、既に発生している深いき裂（主き裂）の進展性が抑制されることが分かった。
また、き裂の存在しない健全部での応力改善効果は、従来のＩＨＳＩと同等の効果が得られることも分かった。さらに、ＩＨＳＩの施工により、き裂先端に延性き裂が発生することがないこと、新たなき裂の発生もＩＨＳＩ未施工の場合に比べて増加することはない（継手部に悪影響を及ぼさない）ことも確認された。
よって、き裂を有する実機配管へのＩＨＳＩ施工は、技術的には問題が無く、その有効性（深いき裂の進展性を抑制すること、すなわちＳＣＣの発生及び進展のポテンシャルを下げること）が確認された。
【００３９】
以上より、本実施形態の高周波誘導加熱残留応力改善法は、以下のように、高周波誘導加熱残留応力改善法（ＩＨＳＩ）が適用可能なき裂の寸法等を規定している。なお、配管にき裂が存在すること以外については、高周波誘導加熱残留応力改善法の基本的な施工条件は、従来の配管にき裂が存在しない場合と同様である。
【００４０】
すなわち、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法では、特に図１に示した溶接継手部２をティグ（ＴＩＧ）溶接で形成する場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの３／８倍以下、すなわち（３ｔ／８）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の内側の全周の長さ以下であることが確認された場合に、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。また、き裂Ｃの長さＬが配管１の全周の長さ以下とは、図２（ｂ）に示すＬが角度で３６０°以下であることを意味する。したがって、き裂Ｃの長さＬについては、本実施形態では実質的に制限されないことになる。
【００４１】
ただし、配管（母材）１の外径は２５０Ａ〜７００Ａとされ、配管１の厚さｔは１８ｍｍ〜４８ｍｍとされる。
また、図１（ａ）に示した溶接継手部２を加熱した際の最高加熱温度は６５０℃以下とされ、さらに、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌは、以下の式（３）を満たす長さとされる。
Ｌ≧２．７√（ＲＴ） ……式（３）
Ｒ：配管の公称厚さ中心における曲率半径（ｍｍ）
ｔ：配管の厚さ（ｍｍ）
【００４２】
また、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τについては、以下の式（４）を満たす時間とされる。
τ≧（０．７×ｔ２／ａ） ……式（４）
ｔ：配管の厚さ（ｍｍ）
ａは材料の熱拡散率（ｍｍ２／sec）
なお、３００℃を超える温度領域での高周波加熱による累積加熱時間は、３時間以内（３時間を超えると脆化が発生）とする。
【００４３】
また、配管１の内外面温度差、すなわち配管１の厚さ方向に発生させる温度差ΔＴについては、以下の式（５）の条件を満たすものとする。
ΔＴ≧４（１−ν）σy ／Ｅα ……式（５）
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（材料の降伏点強さ）（ＭＰａ）
【００４４】
このような第１の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（３ｔ／８）［ｍｍ］以下としたので、特に前記確認事項（５）〜（７）及びそれぞれの［評価］に示したように、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、従来ではき裂があるため使用できずに取り替えていた配管１の溶接継手部２を、ＩＨＳＩを施工することでそのまま有効利用することができ、これにより、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００４５】
また、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合には、ＩＨＳＩを施工する配管のき裂について、以下のように規定する。
すなわち、第２の高周波誘導加熱残留応力改善法では、特に図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、かつ、対象となる配管１の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．１１７９倍以下、すなわち（０．１１７９ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部２を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００４６】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τ、配管１の内外面温度差ΔＴについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００４７】
このような第２の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．１１７９ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００４８】
また、第３の高周波誘導加熱残留応力改善法では、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合において、対象となる配管１の外径が３００Ａを超え６００Ａである場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．１５９０倍以下、すなわち（０．１５９０ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管１の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００４９】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００５０】
このような第３の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．１５９０ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００５１】
また、第４の高周波誘導加熱残留応力改善法では、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合において、対象となる配管１の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．２１００倍以下、すなわち（０．２１００ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部２を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００５２】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τ、配管１の内外面温度差ΔＴについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００５３】
このような第４の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．２１００ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００５４】
また、第５の高周波誘導加熱残留応力改善法では、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合において、対象となる配管１の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．２７３８倍以下、すなわち（０．２７３８ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管１の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００５５】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００５６】
このような第５の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．２７３８ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…配管、２…溶接継手部、３…高周波誘導コイル、４…高周波誘導加熱電源、５…外面、６…内面、７…溶接材部（デポ部）、８…母材部、Ｃ…き裂、ｄ…き裂の深さ、Ｌ…き裂の長さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の溶接継手部の内面の残留応力を改善する、高周波誘導加熱残留応力改善法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントにおける配管は、オーステナイト系ステンレス鋼にて構成されている。オーステナイト系ステンレス鋼の配管継手部の溶接においては、継手部内面に残留引張応力が残り、応力腐食割れ（Stress Corrosion Cracking：以下、ＳＣＣと称する）が発生することがある。
【０００３】
そこで、原子力プラントにおいては、ＳＣＣを防止するために、高周波誘導加熱残留応力改善法（Induction Heating Stress Improvement：ＩＨＳＩ）が行われている。この高周波誘導加熱残留応力改善法は、配管の溶接継手部の内面に生じた残留引張応力を除去するために、溶接継手部外周に高周波誘導コイルを配置し、配管内に冷却水を流しながら、高周波誘導コイルに高周波電流を流して溶接継手部及びその近傍を加熱し、応力改善に必要な内外面温度差を発生させた後、溶接継手部を常温に戻すことにより、配管内面の残留引張応力を低減する工法である。
【０００４】
この高周波誘導加熱残留応力改善法では、非特許文献１に示されているように、溶接中心から軸方向に１０ｍｍの位置で、残留引張応力が１００ＭＰａ以下になるように改善することが要求されている。
【０００５】
この要求を満たすためには、配置する高周波誘導コイルのコイル幅をＬ（ｍｍ）とし、配管の内外面温度差ΔＴとすると、以下の式（１）、式（２）の条件を満たせばよいことが非特許文献１に規定されている。
ΔＴ＝４（１−ν）σy ／Ｅα ……式（１）
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ｋｇ／ｍｍ２）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点強さ（材料の降伏点応力）（ｋｇ／ｍｍ２）
（継手双方の材料の大きい方の値）
【０００６】
Ｌ＝２．７√（ＲＴ） ……式（２）
Ｒ：配管の公称厚さ中心における曲率半径（ｍｍ）
ｔ：配管の厚さ（ｍｍ）
【０００７】
また、従来、配管に用いられていたオーステナイト系ステンレス鋼は、例えばＳＵＳ３０４であり、その鋭敏化を防止するためには最高加熱温度を一律５５０℃以下にすることが決められている。なお、低炭素オーステナイト系ステンレス鋼（Ｃ％≦０．０２０）及び溶接部（Ｃ％≦０．０３０）では、最高加熱温度は６５０℃以下まで許容される。
【０００８】
従来の高周波誘導加熱残留応力改善法においては、溶接中心から軸方向に１０ｍｍの位置の残留応力が１００ＭＰａ以下であればよいとされていた。しかし、この値では、溶接継手部に引張応力が残存するため、その位置では問題が発生しないものの、実際には、溶接材部（デポ部）と母材部との境界に引張応力が作用し、これと配管溶接部近傍の内面加工層の存在することも関連して、ＳＣＣが発生する可能性は否定できないとの意見もあった。なお、出願人としては当該母材の耐力以下の引張応力であれば、ＳＣＣは発生せず、従来のＩＨＳＩでもＳＣＣに対する予防保全上、問題はないとの認識である。
【０００９】
しかしながら、業界の要望も有り、デポ部と母材部との境界に残る残留応力に着目し、その境界での残留応力が、少なくとも引張応力ではなく圧縮応力となる、すなわちデポ部と母材の境界での残留応力を０ＭＰａ以下とすることができる高周波誘導加熱残留応力改善法及び高周波誘導コイルが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−２２６１１２号公報
【特許文献２】特開２００６−８２１１６号公報
【特許文献３】特開２００６−８３４３８号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】予防保全工法ガイドライン[外面からの入熱による応力改善方法]、有限責任中間法人 日本原子力技術協会、 添付１ 予防保全工法ガイドライン[高周波誘導加熱応力改善工法] p.1-10
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
ところで、このような高周波誘導加熱残留応力改善法は、従来ではき裂等の欠陥がある配管の溶接継手部に対しては適用することができなかった。したがって、例えばき裂がある配管については、その溶接継手部をそのまま使用することができず、取り替える必要があるため、原子力プラントでは配管のコストが非常に高くなり、また、プラントが長期間停止することで安定的な運転に支障を来すおそれがある。
【００１３】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、き裂がある配管の溶接継手部についても高周波誘導加熱残留応力改善法を適用するべく、この高周波誘導加熱残留応力改善法が適用可能なき裂の寸法等を明確にした、高周波誘導加熱残留応力改善法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の第１の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、ティグ溶接（ＧＴＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって前記配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの３／８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、実施することを特徴としている。
【００１５】
本発明の第２の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１１７９倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴としている。
【００１６】
本発明の第３の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１５９０倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴としている。
【００１７】
本発明の第４の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２１００倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴としている。
【００１８】
本発明の第５の高周波誘導加熱残留応力改善法は、オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２７３８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、この高周波誘導加熱残留応力改善法が適用可能なき裂の寸法等を明確にしているので、この高周波誘導加熱残留応力改善法をき裂がある配管の溶接継手部にも十分に適用することが可能になる。よって、従来では使用できずに取り替えていた配管の溶接継手部をそのまま有効利用することが可能になり、したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明に係る高周波誘導加熱残留応力改善法を説明するための、配管及び高周波誘導コイルの一部破断図、（ｂ）は高周波誘導コイルの具体的構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）はき裂の深さを説明するための模式図、（ｂ）はき裂の長さを説明するための模式図である。
【図３】（ａ）はＩＨＳＩ施工後の試験体の、断面観察を行った結果を示す図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図４】（ａ）は再ＭｇＣｌ２浸漬後の試験体について断面観察を行った結果を示す図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図、（ｃ）は（ａ）の別の箇所の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の高周波誘導加熱残留応力改善法について詳しく説明する。
高周波誘導加熱残留応力改善法（ＩＨＳＩ）は、既設原子力発電所のオーステナイト系ステンレス鋼製配管のＳＣＣ対策工法の一つとして開発された手法であり、溶接線近傍内面熱影響部における残留引張応力を改善する工法である。
【００２２】
高周波誘導加熱残留応力改善法は、図１（ａ）に示すように配管（オーステナイト系ステンレス鋼製配管）１の溶接継手部２の外周に、該溶接継手部２を中心にして高周波誘導コイル３を所定幅で配置し、かつ前記配管１内に冷却水を流しながら高周波誘導コイル３に高周波加熱電源４から高周波電流を流して前記溶接継手部２を加熱し、配管１の厚さ方向に大きな温度差を発生させる。なお、溶接継手部の形成には、ティグ（ＴＩＧ）溶接やサブマージ溶接（ＳＡＷ）、被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）が採用される。
このとき、配管１の加熱部の外面５では圧縮の降伏が生じ、内面６では引張りの降伏が生じる。なお、図１（ａ）中において符号７は溶接材部（デポ部）、８は母材部である。
ここで、図１（ａ）では、高周波誘導コイル３を一体的な模式図で示したが、実際には、例えば図１（ｂ）に示すように、導線１０を複数周巻き付けて構成されている。
【００２３】
次に、加熱を停止すると、配管１の内外面６、５の温度差はなくなり、配管１の外面５の圧縮降伏した所では引張りの残留応力が生じ、配管１の内面６の引張降伏した所では圧縮の残留応力が生じる。
高周波誘導加熱残留応力改善法は、前述の原理を溶接継手部２に適用して、配管１の内面の残留引張応力を軽減あるいは圧縮側にするものである。
【００２４】
このような高周波誘導加熱残留応力改善法は、前述したように従来ではき裂（欠陥）がある配管の溶接継手部に対しては適用することができなかった。すなわち、高周波誘導加熱残留応力改善法を施工する前に例えば超音波探傷試験を行い、その結果、溶接継手部の母材（配管）に欠陥（き裂）の存在が確認された場合には、高周波誘導加熱残留応力改善法の施工を実施しないのが原則であった。
【００２５】
ところが、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、内面にき裂がある配管（オーステナイト系ステンレス鋼製配管）に対しても、高周波誘導加熱残留応力改善法が有効であるとの知見を得た。そこで、後述するように高周波誘導加熱残留応力改善法が適用可能なき裂の寸法等を明確にし、本発明を完成させた。
すなわち、内面にき裂が存在する配管の溶接継手部について、財団法人発電設備技術検査協会に委託して確性試験を行った結果に基づき、高周波誘導加熱残留応力改善法（ＩＨＳＩ）が適用可能なき裂の寸法等を、後述するように規定した。
【００２６】
ここで、前記確性試験を行う前に、従来のＩＨＳＩ（き裂が無い配管に対するＩＨＳＩ）において超音波探傷試験の検出限界以下の微小インディケーションが存在する場合を想定して、すなわち超音波探傷試験では検出できないようなき裂が存在している場合を仮定して、特に以下の４点を主な確認項目とした検証（確性試験）を行っている。その結果を以下に記す。なお、各確認項目における判定基準を、各確認項目毎に併記する。
（１）ＩＨＳＩがき裂に対して悪影響を及ぼさないこと。
［判定基準］微小インディケーションを付与した配管において、ＩＨＳＩを施工中に、微小インディケーションが有意に進展していないことを、解析にて検証する。
（２）ＩＨＳＩが溶接継手部の機械的性質に悪影響を及ぼさないこと。
［判定基準］溶接継手部の機械的性質として、継手引張試験、継手側曲試験、継手表曲試験を実施し、ＩＨＳＩ前後で有意な差が無いことを確認する。
（３）き裂先端部での応力が低減され、き裂の進展性が低減されること。
［判定基準］欠陥を付与した配管にＩＨＳＩを施工し、施工後ＭｇＣｌ２浸漬により、欠陥の先端部からＳＣＣによるき裂の新たな進展、発生がないことを目視により確認する。ＩＨＳＩ施工後のＭｇＣｌ２浸漬前後での超音波探傷試験サイジング（き裂深さの計測）、内面目視確認も実施する。なお、配管内表面は目視可能であるものの、き裂の先端部は目視できない（見えない）ため、そこは非破壊検査である超音波探傷試験で確認する。
また、ＩＨＳＩ未施工試験体では、ＭｇＣｌ２浸漬後に割れたりき裂が進展するため、ＩＨＳＩ施工試験体では、「新たに割れない」、「進展しない」という事象が確認されれば、応力が改善（応力低減、進展性低減）されていると判定する。
（４）新たなき裂の発生が抑制されること。
［判定基準］欠陥を付与した配管にＩＨＳＩを施工し、施工後ＭｇＣｌ２浸漬により、微小インディケーション近傍からＳＣＣによるき裂の新たな進展、発生がないことを目視により確認する。
【００２７】
このような検証（確性試験）より、その対象とする欠陥が超音波探傷試験の検出限界以下の微小インディケーションではあるものの、有限寸法の欠陥を付与した溶接継手部に対するＩＨＳＩ施工により、以下の項目が確認されている。すなわち、有限寸法の比較的浅い欠陥が存在する溶接継手部にＩＨＳＩを施工することで、
（ア）き裂に対して悪影響を及ぼさないこと。
（イ）溶接継手部の機械的性質に悪影響を及ぼさないこと。
（ウ）き裂先端部での応力が低減され、き裂の進展性が抑制されること。
（エ）新たなき裂の発生が抑制されること。
がそれぞれ確認されている。
【００２８】
このような従来のＩＨＳＩに基づく検証（確性試験）を踏まえ、前記した財団法人発電設備技術検査協会への委託による確性試験では、特に以下の（５）〜（８）に示す４点を主な確認項目とした。
なお、以下に示すき裂の深さは、図２（ａ）に示すように配管１の内面側に形成されたき裂Ｃの、配管１の内面６から先端までの長さ（深さ）ｄをいう。また、き裂Ｃの長さは、図２（ｂ）に示すように配管１の内面６の、周方向における長さ（円弧の長さ）Ｌをいい、配管１の中心（中心軸）に対する周方向での角度で示すこともある。
【００２９】
確認事項（５）〜（８）と、確認を行うための確性試験の内容、及び確性試験によって得られた結果に基づく評価を以下に示す。
（５）ＩＨＳＩがき裂に対して悪影響を及ぼさないこと
［確性試験の内容］
欠陥を有する配管にＩＨＳＩを施工することで、欠陥がＩＨＳＩ加熱中に有意に進展しないこと、材料の機械的性質に悪影響が生じていないことを、以下のようにして確認した。
放電加工によるき裂（ＥＤＭノッチ）を形成し、その先端に疲労き裂を付与することで、き裂深さが３ｔ／８［ｍｍ］（ただし、ｔは配管［母材］の厚さとし、１８ｍｍ〜４８ｍｍとする。）であり、き裂長さが９０°範囲程度のき裂を形成した試験体を作製した。この試験体に対し、最高加熱温度として６５０℃を超える温度でのＩＨＳＩを３回施工した。
そして、得られたＩＨＳＩ施工後の試験体の、断面観察を行った。
また、断面の硬さを、ビッカース硬さ試験で計測した。
【００３０】
［評価］
図３（ａ）の試験体の断面写真（断面図）、及び（ａ）の要部拡大写真である（ｂ）の断面写真（要部拡大断面図）に示すように、き裂先端の延性破壊は観察されず、したがって疲労き裂先端での延性破壊兆候は確認されなかった。
また、ビッカース硬さ試験結果より、き裂先端部での極端な硬さの上昇も確認されなかった。
したがって、ＩＨＳＩは、き裂及び継手に悪影響を及ぼさないことが、試験的に確認された。
また、有限要素法（ＦＥＭ）による解析によっても、溶接部、熱影響部及び母材については、き裂深さが３ｔ／８、き裂長さが母材（配管）の全周であるき裂が存在していても、材料の破壊靱性値（ＪＩＣ値）を超えないことが確認された。
【００３１】
（６）き裂先端部での応力が改善（低減）され、き裂の進展性が抑制されること
［確性試験の内容］
ＭｇＣｌ２浸漬によりＳＣＣを模擬した深いき裂を強制的に付与し、ＩＨＳＩ施工した試験体に対して再度ＭｇＣｌ２浸漬を行い、き裂が有意に進展しないことを、以下のようにして確認した。
ＭｇＣｌ２浸漬によりＳＣＣを模擬した深さ３ｔ／８のき裂を試験体に強制的に付与し、さらにこの試験体に対してＩＨＳＩを施工した後、再度、ＭｇＣｌ２浸漬を行った。なお、ＩＨＳＩについては、ΔＴｒｅｑの約１．５倍の温度差でのＩＨＳＩを１回施工した。
そして、得られた再ＭｇＣｌ２浸漬後の試験体について、断面観察を行った。
また、再度ＭｇＣｌ２浸漬を行う前と行った後の、超音波探傷試験サイジング（き裂深さの計測）を行った。
【００３２】
［評価］
再度ＭｇＣｌ２浸漬を行う前と行った後の、超音波探傷試験サイジングの結果より、再度ＭｇＣｌ２浸漬を行う前と行った後では、き裂深さに有意な差は確認できなかった。
また、再ＭｇＣｌ２浸漬後の試験体について断面観察を行った結果を、図４（ａ）〜（ｃ）の断面写真（断面図）に示す。図４（ａ）の要部拡大写真（要部拡大断面図）である（ｂ）に示すように、深いき裂（主き裂）で、明確なき裂の拡幅が確認された。また、図４（ａ）の別の箇所の要部拡大写真（要部拡大断面図）である（ｃ）に示すように、主き裂回りに発生した浅いき裂（副次き裂）等に、き裂の拡幅が明確に観察されないものがあった。
【００３３】
ここで、き裂先端部での応力低減効果の確認は、前記（３）、（ウ）に示したように超音波探傷試験サイジング結果に基づいて確認されている。一方で本事象を断面観察結果から把握する場合、ＩＨＳＩ施工によってき裂に生じる変化・影響を把握・考慮した上で、断面観察結果から効果を推測する必要がある。
ＦＥＭ解析（有限要素法解析）の結果から、き裂を有する配管へＩＨＳＩを施工すると、その加熱ピーク時においてき裂先端部が拡幅され、引張側で塑性変形することが分かっている。き裂先端部はＩＨＳＩ加熱終了後では圧縮応力場が残存し、き裂の進展性を抑制する効果が期待される。
その結果、断面観察では応力低減効果が得られた徴候として、き裂幅の拡幅（図４（ｂ））や、き裂先端部での鈍化事象（図４（ｃ））として観察されると考えられる。
したがって、主き裂は先端の応力が低減され、き裂の進展性が抑止されることが確認された。
【００３４】
（７）き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力改善（低減）効果の確認
［確性試験の内容］
管内表面のき裂近傍のＩＨＳＩ効果を、以下のようにして確認した。
放電加工により深さ３ｔ／８のき裂を付与した試験体にＩＨＳＩ施工したものと、同じくき裂を付与した試験体にＩＨＳＩ施工をしていないもの（As Welded）とを用意した。そして、これら試験体をＭｇＣｌ２浸漬し、新たなき裂の発生の有無を確認した。なお、ＩＨＳＩについては、ΔＴｒｅｑの約１．５倍の温度差でのＩＨＳＩを１回施工した。
そして、得られたＭｇＣｌ２浸漬後のそれぞれの試験体について、目視による内面観察、及び写真による断面観察を行った。
【００３５】
［評価］
ＭｇＣｌ２浸漬後のそれぞれの試験体内面を目視によって観察した結果、ＩＨＳＩ施工していないものではほぼ全周に新たなひびが発生していたのに対し、ＩＨＳＩ施工したものでは、き裂の近傍にのみひびが発生していた。
また、ＭｇＣｌ２浸漬後のそれぞれの試験体について、その断面観察を写真撮影で行った結果、ＩＨＳＩ施工なしのものでは、き裂先端においても微細なひびが発生していたのに対し、ＩＨＳＩ施工したものでは、き裂前端にひびの発生が認められなかった。
したがって、き裂近傍でのＩＨＳＩ効果は減少傾向となり、新たなき裂の発生はＩＨＳＩ施工をしていないもの（As Welded）より改善することが分かった。
よって、き裂近傍における新たなき裂発生の可能性は、ＩＨＳＩを施工しない場合に比べて低いと判断される。
【００３６】
（８）き裂が存在しない健全部においては、従来のき裂が無い溶接継手部にＩＨＳＩを適用した場合（予防保全工法ＩＨＳＩ）と同等の効果があることの確認
［確性試験の内容］
管内表面のき裂以外のＩＨＳＩ効果を、以下のようにして確認した。
放電加工により深さ３ｔ／８のき裂と深さ５ｔ／８のき裂とを付与した試験体に、ＩＨＳＩを施工した。なお、ＩＨＳＩについては、ΔＴｒｅｑの約１．５倍の温度差でのＩＨＳＩを１回施工した。
そして、これら試験体をＭｇＣｌ２浸漬し、配管内表面の放電加工き裂付与部以外の新たなき裂発生の有無を、目視で確認した。
また、歪みゲージによって残留応力を計測した。
【００３７】
［評価］
き裂がない部位の目視観察では、新たなひびは確認されなかった。なお、き裂がある部位では、目視観察によって新たなひびが確認された。
また、歪みゲージによる残留応力計測結果より、き裂なし部は十分に圧縮側へ改善されており、予防保全効果があることが確認された。
したがって、き裂の存在しない健全部においては、従来のＩＨＳＩ（予防保全工法ＩＨＳＩ）と同等の効果があることが確認された。
【００３８】
以上の評価より、き裂を有する配管にＩＨＳＩを施工することで、既に発生している深いき裂（主き裂）の進展性が抑制されることが分かった。
また、き裂の存在しない健全部での応力改善効果は、従来のＩＨＳＩと同等の効果が得られることも分かった。さらに、ＩＨＳＩの施工により、き裂先端に延性き裂が発生することがないこと、新たなき裂の発生もＩＨＳＩ未施工の場合に比べて増加することはない（継手部に悪影響を及ぼさない）ことも確認された。
よって、き裂を有する実機配管へのＩＨＳＩ施工は、技術的には問題が無く、その有効性（深いき裂の進展性を抑制すること、すなわちＳＣＣの発生及び進展のポテンシャルを下げること）が確認された。
【００３９】
以上より、本実施形態の高周波誘導加熱残留応力改善法は、以下のように、高周波誘導加熱残留応力改善法（ＩＨＳＩ）が適用可能なき裂の寸法等を規定している。なお、配管にき裂が存在すること以外については、高周波誘導加熱残留応力改善法の基本的な施工条件は、従来の配管にき裂が存在しない場合と同様である。
【００４０】
すなわち、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法では、特に図１に示した溶接継手部２をティグ（ＴＩＧ）溶接で形成する場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの３／８倍以下、すなわち（３ｔ／８）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の内側の全周の長さ以下であることが確認された場合に、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。また、き裂Ｃの長さＬが配管１の全周の長さ以下とは、図２（ｂ）に示すＬが角度で３６０°以下であることを意味する。したがって、き裂Ｃの長さＬについては、本実施形態では実質的に制限されないことになる。
【００４１】
ただし、配管（母材）１の外径は２５０Ａ〜７００Ａとされ、配管１の厚さｔは１８ｍｍ〜４８ｍｍとされる。
また、図１（ａ）に示した溶接継手部２を加熱した際の最高加熱温度は６５０℃以下とされ、さらに、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌは、以下の式（３）を満たす長さとされる。
Ｌ≧２．７√（ＲＴ） ……式（３）
Ｒ：配管の公称厚さ中心における曲率半径（ｍｍ）
ｔ：配管の厚さ（ｍｍ）
【００４２】
また、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τについては、以下の式（４）を満たす時間とされる。
τ≧（０．７×ｔ２／ａ） ……式（４）
ｔ：配管の厚さ（ｍｍ）
ａは材料の熱拡散率（ｍｍ２／sec）
なお、３００℃を超える温度領域での高周波加熱による累積加熱時間は、３時間以内（３時間を超えると脆化が発生）とする。
【００４３】
また、配管１の内外面温度差、すなわち配管１の厚さ方向に発生させる温度差ΔＴについては、以下の式（５）の条件を満たすものとする。
ΔＴ≧４（１−ν）σy ／Ｅα ……式（５）
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（材料の降伏点強さ）（ＭＰａ）
【００４４】
このような第１の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（３ｔ／８）［ｍｍ］以下としたので、特に前記確認事項（５）〜（７）及びそれぞれの［評価］に示したように、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、従来ではき裂があるため使用できずに取り替えていた配管１の溶接継手部２を、ＩＨＳＩを施工することでそのまま有効利用することができ、これにより、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００４５】
また、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合には、ＩＨＳＩを施工する配管のき裂について、以下のように規定する。
すなわち、第２の高周波誘導加熱残留応力改善法では、特に図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、かつ、対象となる配管１の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．１１７９倍以下、すなわち（０．１１７９ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部２を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００４６】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τ、配管１の内外面温度差ΔＴについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００４７】
このような第２の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．１１７９ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００４８】
また、第３の高周波誘導加熱残留応力改善法では、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合において、対象となる配管１の外径が３００Ａを超え６００Ａである場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．１５９０倍以下、すなわち（０．１５９０ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管１の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００４９】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００５０】
このような第３の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．１５９０ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００５１】
また、第４の高周波誘導加熱残留応力改善法では、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合において、対象となる配管１の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．２１００倍以下、すなわち（０．２１００ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部２を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００５２】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τ、配管１の内外面温度差ΔＴについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００５３】
このような第４の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．２１００ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【００５４】
また、第５の高周波誘導加熱残留応力改善法では、図１に示した溶接継手部２をサブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）で形成する場合で、特にき裂の先端が図１（ａ）に示した溶接材部７に達している可能性がある場合において、対象となる配管１の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、まず、配管１の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べる。そして、超音波探傷試験によって図２（ａ）に示したように配管１の内面にき裂Ｃがあり、該き裂Ｃの深さｄが、配管１の厚さをｔ［ｍｍ］とすると、この厚さｔの０．２７３８倍以下、すなわち（０．２７３８ｔ）［ｍｍ］以下であり、かつ、該き裂Ｃの長さＬが、配管１の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管１の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、本改善法を実施する。なお、き裂Ｃの深さｄの下限については特に制限されないものの、例えば超音波探傷試験の検出限界を超える深さとされる。
【００５５】
また、配管１の厚さｔ、高周波誘導加熱コイルのコイル幅Ｌ、高周波誘導コイル３による溶接継手部２の加熱時間τについては、第１の高周波誘導加熱残留応力改善法と同様とする。
【００５６】
このような第５の高周波誘導加熱残留応力改善法によれば、配管１の内面にき裂Ｃがあり、このき裂Ｃの深さｄを（０．２７３８ｔ）［ｍｍ］以下としたので、前記第１の改善法と同様に、き裂に対して悪影響を及ぼすことがなく、また、き裂先端部での応力を低減してき裂の進展性を抑制することができ、さらに、き裂の近傍におけるＩＨＳＩによる残留応力低減効果を得ることができる。
したがって、配管のコストの低減化を図り、さらに、プラントを長期間停止させることなく、その安定的な運転を可能にすることができる。
【符号の説明】
【００５７】
１…配管、２…溶接継手部、３…高周波誘導コイル、４…高周波誘導加熱電源、５…外面、６…内面、７…溶接材部（デポ部）、８…母材部、Ｃ…き裂、ｄ…き裂の深さ、Ｌ…き裂の長さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、ティグ溶接（ＧＴＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって前記配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの３／８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項２】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１１７９倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項３】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１５９０倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項４】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２１００倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項５】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２７３８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項１】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、ティグ溶接（ＧＴＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって前記配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの３／８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項２】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１１７９倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項３】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が３００Ａを超え６００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．１５９０倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項４】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２１００倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記溶接継手部を加熱する際の最高加熱温度を６５０℃以下として、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【請求項５】
オーステナイト系ステンレス鋼製配管の、サブマージ溶接（ＳＡＷ）又は被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）によって形成された溶接継手部の内面の残留応力を改善すべく、該溶接継手部の外周に、該溶接継手部を中心にして高周波誘導コイルを所定幅で配置し、かつ前記配管内に冷却水を流しながら前記高周波誘導コイルに高周波電流を流して前記溶接継手部を加熱する高周波誘導加熱残留応力改善法であって、
前記配管の外径が２５０Ａ以上３００Ａ以下である場合に、
前記配管の内面にき裂があるか否かを超音波探傷試験で調べ、前記超音波探傷試験によって該配管の内面にき裂があり、該き裂の深さが、前記配管の厚さをｔとするとこの厚さｔの０．２７３８倍以下であり、かつ、該き裂の長さが前記配管の全周の長さ以下であることが確認された場合に、前記配管の内外面温度差をΔＴとし、
ΔＴ＝ＢΔＴreq
(ただし、ΔＴreq ＝４（１−ν）σy ／Ｅα
ν；ポアソン比
Ｅ；縦弾性係数（ＭＰａ）
α；線膨張係数（ｍｍ／ｍｍ℃）
σy；材料の降伏点応力（ＭＰａ） とする）
としたとき、前記Ｂが１．４以下となるようにして、実施することを特徴とする高周波誘導加熱残留応力改善法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２４８２２（Ｐ２０１２−２４８２２Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６７２４８（Ｐ２０１０−１６７２４８）
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２６日（２０１０．７．２６）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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