Study on weld residual stress and crack propagation evaluations for a saddle-shaped weld joint

鞍型管台溶接部における溶接残留応力及び亀裂進展評価に関する研究

勝山 仁哉  ; 眞崎 浩一*; 鬼沢 邦雄 

Katsuyama, Jinya; Masaki, Koichi*; Onizawa, Kunio

圧力バウンダリ配管系で応力腐食割れ(SCC)が顕在化している。供用期間中検査等でSCCが見つかった場合、日本機械学会維持規格を参考に配管の健全性評価が行われる。しかしながら、その規格には単純な形状の機器類に対するき裂進展及び破損の評価法しか記載されておらず、現状では、鞍型管台のように複雑な形状の配管に対するSCC進展評価方法は整備されていない。これは、鞍型管台のような複雑形状溶接部における溶接残留応力評価を行うことが困難であることが一つの原因である。そこで本研究では、鞍型管台溶接部を対象に有限要素解析モデルを作成し、移動熱源モデル及び同時入熱熱源モデルを用いて残留応力解析を行った。得られた解析結果は複雑な残留応力分布を呈した。すなわち、ノズルコーナー付近の内表面において径方向及び周方向とも引張残留応力となるような分布が求められた。求められた残留応力を用いて、鞍型管台溶接部に対するSバージョン有限要素法解析(S-FEM,亀裂進展解析)の有用性についても検討を行った。

Stress corrosion cracking (SCC) have been observed in pressure boundary piping system. When an SCC is found, the structural integrity of piping should be assessed according to a fitness-for-service rule. However, the rule stipulates the assessment procedures for crack growth and failure only for a simple structure. This may be because analyses on the weld residual stress at geometrically complicated piping are difficult to conduct. In this study, we established a finite element analysis model for a saddle-shaped weld joint of pipes. The residual stress distributions were calculated with moving and simultaneous heat source models. Analysis results showed complicated weld residual stress distributions, i.e., residual stresses in both hoop and radial directions were tensile at the inner surface near the nozzle corner. We also confirmed an applicability and the accuracy of S-version finite element method saddle-shaped weld joint considering the weld residual stress distributions.