JP2000065707A

JP2000065707A - 硬さ評価方法および硬さ評価装置

Info

Publication number: JP2000065707A
Application number: JP10232449A
Authority: JP
Inventors: Seiji Kikuhara; 誠治菊原; Teruo Koyama; 輝夫小山; Yuji Fukuda; 祐治福田
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1998-08-19
Filing date: 1998-08-19
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】硬さ分布を簡便にかつ連続的に求める。【解決手段】装置本体１にレバー２を回動可能に取り
付け、レバー２の先端部におもり支持具（図示せず）を
取り付け、装置本体１に支持ロッド６を固定し、支持ロ
ッド６に昇降板７を昇降可能に支持し、昇降板７に案内
ロッド８を設け、案内ロッド８に台座９を移動可能に支
持し、台座９に圧子１０を固定し、昇降板７にモータ１
１を取り付け、モータ１１の出力軸にウォーム１２を取
り付け、昇降板７にウォームホイール１３を回転可能に
取り付け、ウォーム１２とウォームホイール１３とを噛
み合わせ、台座９にラック１４を取り付け、ウォームホ
イール１３とラック１４とを噛み合わせ、台座９の圧子
１０近傍にＣＣＤカメラ１５を取り付け、装置本体１に
ベルト（図示せず）を取り付ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高温機器等の溶接部
の硬さ分布を求める硬さ評価方法、硬さ評価装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】ボイラを有する発電プラントなどの溶接
部を多く持つ高温機器では、その保守管理においては溶
接部の損傷評価が重要である。このような高温機器の溶
接部の重要な損傷要因はクリープ損傷であり、損傷評価
においてはクリープ損傷の度合いを高温機器を破壊する
ことなく把握することが必要である。そして、溶接部の
クリープ損傷の度合いを非破壊的に把握するには、硬さ
の低下率を使用する方法が有効である。例えば、ボイラ
用の一般的な耐熱鋼であるＣｒ−Ｍｏ鋼では現在の硬さ
と初期硬さとの比すなわち硬さ低下率と損傷率とが図１
０に示すような関係になることが知られており、硬さを
評価することで損傷率を推定することができる。

【０００３】そして、部材の硬さを評価する方法として
は、ブリネル硬さ試験方法（ＪＩＳＺ２２４３）、ビッ
カース硬さ試験方法（ＪＩＳＺ２２４４）およびロック
ウェル硬さ試験方法（ＪＩＳＺ２２４５）がある。ブリ
ネル硬さ試験方法、ビッカース硬さ試験方法はそれぞれ
鋼製または超硬合金製の球圧子やダイヤモンド製の正四
角錐圧子を試験片にある一定荷重で押し付け、その時に
できた窪み（圧痕）の表面積と与えた荷重値とから硬さ
を求める方法である。また、ロックウェル硬さ試験方法
は前述のブリネル硬さ試験方法やビッカース硬さ試験方
法で用いる球圧子または正四角錐圧子を用いて、まず圧
子に初荷重を与え、つぎに圧子に試験荷重を与えたのち
に初荷重まで戻し、初荷重まで戻したときの圧子の進入
深さと最初に初荷重を与えたときの圧子の進入深さとの
差を用いて硬さを求める方法である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、溶接部におい
ては位置により損傷率が異なるから、対象とする部位に
おいてある測定間隔をとって多くの点で硬さを評価する
必要がある。たとえば、Ｍｏｄ．９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼のよ
うな焼き戻しマルテンサイト組織を有するフェライト系
耐熱鋼では、溶接熱影響部細粒域が最弱点部位となる
が、溶接熱影響部細粒域の幅が数ｍｍ程度と狭く、溶接
熱影響部細粒域の外観も母材部と差がないから、外観か
ら溶接熱影響部細粒域の位置を特定することは実質的に
不可能である。ここで、図１１にＭｏｄ．９Ｃｒ−１Ｍ
ｏ鋼溶接継手クリープ損傷材のビッカース硬さの評価結
果を示す。図１１から明らかなように、最も硬さが低下
している部位の位置は溶接金属ｃから少し母材ａによっ
た熱影響部（ＨＡＺ）ｂであるが、最も硬さが低下して
いる部位の幅はごくわずかであるから、被測定物の溶接
金属ｃ部すなわち溶接部において非常に多くの点で硬さ
を評価することが必要となってくる。しかし、上述のい
ずれの硬さ評価方法でも、評価点の一点一点に対して圧
子を一定荷重で打ち込み、できた窪みの大きさを顕微鏡
で測定する必要があるから、評価点の数が多い場合には
非常に多くの労力を必要とする。また、窪みの大きさ以
上の間隔をおいて測定する必要があるから、ある程度以
下に窪みのピッチを狭めて測定することは困難である。

【０００５】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、硬さ分布を簡便にかつ連続的に求めること
ができる硬さ評価方法、硬さ評価装置を提供することを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、硬さ評価方法において、圧子に
一定荷重を負荷した状態で上記圧子を溶接部上に移動さ
せることにより上記溶接部の表面に連続的な溝を形成
し、上記溝の幅の測定値およびあらかじめ求めておいた
溝の幅と硬さとの関係から上記溶接部の連続的な硬さ分
布を求める。

【０００７】また、硬さ評価装置において、装置本体
と、装置本体に移動可能に設けられた圧子と、上記圧子
に一定荷重を負荷する荷重負荷手段と、上記圧子を移動
させる圧子移動手段と、上記装置本体を被測定物に取り
付けるための取付手段とを設ける。

【０００８】この場合、上記荷重負荷手段として、上記
圧子に負荷した荷重を測定するロードセルと、上記ロー
ドセルにより測定された荷重値に応じて上記圧子の荷重
を設定された所定値になるように制御する荷重制御手段
とを有する電動荷重負荷手段を用いる。

【０００９】これらの場合、上記圧子の近傍に設置され
たカメラと、上記カメラの画像から上記圧子により形成
された溝の幅を画像処理により自動的に測定する溝幅測
定手段とを設ける。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る硬さ評価装置
を示す正面図、図２は図１に示した硬さ評価装置を示す
側面図である。図に示すように、装置本体１にレバー２
が回動可能に取り付けられ、レバー２の先端部におもり
支持具３が取り付けられ、おもり支持具３におもり４が
載置され、レバー２の下部に突起５が設けられている。
また、装置本体１に支持ロッド６が固定され、支持ロッ
ド６に昇降板７が昇降可能にすなわち図１紙面上下方向
に移動可能に支持され、昇降板７に案内ロッド８が設け
られ、案内ロッド８に台座９が図１紙面左右方向に移動
可能に支持され、台座９にダイヤモンド製の圧子１０が
固定され、圧子１０は装置本体１に図１紙面上下方向お
よび図１紙面左右方向に移動可能に設けられている。ま
た、昇降板７にモータ１１が取り付けられ、モータ１１
の出力軸にウォーム１２が取り付けられ、昇降板７にウ
ォームホイール１３が回転可能に取り付けられ、ウォー
ム１２とウォームホイール１３とが噛み合っており、台
座９にラック１４が取り付けられ、ウォームホイール１
３とラック１４とが噛み合っており、レバー２、おもり
支持具３、昇降板７等により圧子１０に一定荷重を負荷
するおもり荷重負荷手段が構成され、案内ロッド８、台
座９、モータ１１等により圧子１０を移動させる圧子移
動手段が構成されている。また、台座９の圧子１０近傍
の図１紙面左方部に顕微鏡を有するＣＣＤカメラ１５が
取り付けられ、ＣＣＤカメラ１５のケーブル１６はＣＣ
Ｄカメラ１５の画像から圧子１０により形成された溝の
幅を画像処理により自動的に測定する溝幅測定手段たと
えば電子計算機に接続されている。また、装置本体１に
脚１７が設けられ、装置本体１にベルト１８が巻き取り
可能に取り付けられている。

【００１１】つぎに、図１、図２に示した硬さ評価装置
を用いた硬さ評価方法すなわち本発明に係る硬さ評価方
法を説明する。まず、図３に示すように、ベルト１８を
使用してＭｏｄ．９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼からなる伝熱管２１
に硬さ評価装置１９の装置本体１を取り付ける。つぎ
に、おもり支持具３におもり４を載置すると、レバー２
が図１紙面時計方向に回転し、突起５が昇降板７を押す
から、圧子１０が伝熱管２１に押し付けられ、圧子１０
に一定荷重が負荷される。この状態で、モータ１１を作
動すると、ウォーム１２、ウォームホイール１３が回転
し、ラック１４、台座９が図１紙面右方（図３紙面直角
方向）に移動し、圧子１０が伝熱管２１の溶接部２２上
を移動する。すると、図４に示すように、溶接部２２の
表面に連続的な溝２３が形成される。この場合、圧子１
０の荷重が１ｋｇｆのときには、溝２３の幅は約１００
μｍ程度である。そして、ＣＣＤカメラ１５で溝２３を
４００倍程度の倍率で撮映し、溝幅測定手段によりＣＣ
Ｄカメラ１５の画像から溝２３の幅を画像処理により自
動的に測定する。すなわち、溝幅測定手段はＣＣＤカメ
ラ１５の画像を二値化したのち、溝２３の幅を測定す
る。つぎに、溝２３の幅の測定値およびあらかじめ求め
ておいた溝の幅とビッカース硬さとの関係から溶接部２
２の連続的なビッカース硬さ分布を求める。つぎに、伝
熱管２１への装置本体１の取付位置を変更し、溶接部２
２の表面に連続的な溝２３を形成し、溝２３の幅を測定
し、溶接部２２の連続的なビッカース硬さ分布を求め
る。以下、同様にして、溶接部２２の複数部位の連続的
なビッカース硬さ分布を求める。

【００１２】図５は図１、図２に示した硬さ評価装置に
より形成された溝の幅とビッカース硬さとの関係を示す
グラフであり、圧子１０の荷重を荷重１ｋｇｆとしてＭ
ｏｄ．９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼に溝２３を形成した場合を示
す。したがって、図１、図２に示した硬さ評価装置によ
り溶接部２２の表面に形成された溝２３の幅が図６に示
したように変化したときには、溶接部２２のビッカース
硬さ分布は図７に示すようになる。

【００１３】このような硬さ評価方法、硬さ評価装置に
おいては、評価点の一点一点に対して圧子を一定荷重で
打ち込む必要がないから、溶接部２２のビッカース硬さ
分布を簡便に求めることができ、また溶接部２２に溝２
３を形成するから、硬さが変化している部位である溶接
部２２のビッカース硬さ分布を連続的に求めることがで
きる。このため、溶接部２２の損傷率、特に溶接部２２
で最も損傷している位置やその損傷率を容易に求めるこ
とができる。また、圧子１０により形成された溝２３の
幅を画像処理により自動的に測定する溝幅測定手段を有
しているから、溶接部２２のビッカース硬さ分布を迅速
に求めることができる。

【００１４】図８は本発明に係る他の硬さ評価装置を示
す図である。図に示すように、装置本体１にモータ３１
が固定され、モータ３１の出力軸に歯車３２が取り付け
られ、装置本体１に歯車３３が回転可能に取り付けら
れ、歯車３２と歯車３３とが噛み合っており、昇降板７
に雄ネジ３４が取り付けられ、歯車３３に設けられた雌
ネジ（図示せず）と雄ネジ３４とが螺合し、台座９にロ
ードセル３６を介して圧子３５が取り付けられ、ロード
セル３６により測定された圧子３５に負荷した荷重値に
応じて圧子３５の荷重を設定された所定値になるように
モータ３１を制御する荷重制御手段（図示せず）が設け
られ、モータ３１、昇降板７、ロードセル３６、荷重制
御手段等により圧子３５に一定荷重を負荷する電動荷重
負荷手段が構成されている。

【００１５】この硬さ評価装置においては、モータ３１
を作動すると、歯車３２、３３が回転し、雄ネジ３４、
台座９が図８紙面上下方向に移動する。そして、ロード
セル３６により圧子３５に負荷した荷重値が測定され、
荷重制御手段がロードセル３６により測定された荷重値
に応じて圧子３５の荷重を設定された所定値になるよう
にモータ３１を制御するから、硬さ評価装置の装置本体
１を伝熱管２１に取り付けた状態で圧子移動手段により
圧子３５を移動したとしても、圧子３５に負荷した荷重
がほぼ一定に保持される。

【００１６】図９に図８に示した硬さ評価装置における
圧子に負荷した荷重と時間との関係を示すグラフであ
る。このグラフから明らかなように、圧子３５に負荷し
た荷重はほぼ一定に保持される。

【００１７】このような硬さ評価装置においては、圧子
３５に荷重を負荷するのに重力を利用していないから、
装置本体１を伝熱管２１に傾斜した状態で取り付けるこ
とができるので、伝熱管２１をボイラから取り外すこと
なく、溶接部２２のあらゆる部位の硬さ分布を求めるこ
とができる。

【００１８】なお、図１、図２に示した実施の形態にお
いては、装置本体１にレバー２を回動可能に取り付け、
レバー２の先端部におもり支持具３を取り付け、おもり
支持具３におもり４が載置したが、おもりをレバーを介
することなく圧子の直上に置くことにより、圧子に荷重
を負荷するようにしてもよく、この場合にはレバーを省
略することができるから、装置本体を小さくすることが
可能である。また、上述実施の形態においては、装置本
体１を被測定物である伝熱管２１に取り付けるための取
付手段としてベルト１８を用いたが、取付手段として磁
石等を用いてもよい。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る硬さ評価方法、硬さ評価装
置においては、評価点の一点一点に対して圧子を一定荷
重で打ち込む必要がないから、溶接部の硬さ分布を簡便
に求めることができ、また溶接部に溝を形成するから、
溶接部の硬さ分布を連続的に求めることができる。

【００２０】また、荷重負荷手段として、圧子に負荷し
た荷重を測定するロードセルと、ロードセルにより評価
された荷重値に応じて圧子の荷重を設定された所定値に
なるように制御する荷重制御手段とを有する電動荷重負
荷手段を用いたときには、硬さ評価装置を被測定物に傾
斜した状態で取り付けることができるから、被測定物の
溶接部のあらゆる部位の硬さ分布を求めることができ
る。

【００２１】また、圧子の近傍に設置されたカメラと、
カメラの画像から圧子により形成された溝の幅を画像処
理により自動的に測定する溝幅測定手段とを設けたとき
には、硬さ分布を迅速に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る硬さ評価装置を示す正面図であ
る。

【図２】図１に示した硬さ評価装置を示す側面図であ
る。

【図３】本発明に係る硬さ評価方法の説明図である。

【図４】本発明に係る硬さ評価方法の説明図である。

【図５】図１、図２に示した硬さ評価装置により形成さ
れた溝の幅とビッカース硬さとの関係を示すグラフであ
る。

【図６】図１、図２に示した硬さ評価装置により形成さ
れた溝の幅の変化を示すグラフである。

【図７】図１、図２に示した硬さ評価装置により評価し
たビッカース硬さ分布を示すグラフである。

【図８】本発明に係る他の硬さ評価装置を示す図であ
る。

【図９】図８に示した硬さ評価装置における圧子に負荷
した荷重と時間との関係を示すグラフである。

【図１０】硬さ低下率と損傷率との関係を示すグラフで
ある。

【図１１】溶接継手クリープ損傷材のビッカース硬さの
評価結果を示すグラフである。

【符号の説明】

１…装置本体２…レバー７…昇降板９…台座１０…圧子１１…モータ１２…ウォーム１３…ウォームホイール１４…ラック１５…ＣＣＤカメラ１８…ベルト２１…伝熱管２２…溶接部２３…溝３１…モータ３２…歯車３３…歯車３４…雄ネジ３５…圧子３６…ロードセル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧子に一定荷重を負荷した状態で上記圧子
を溶接部上に移動させることにより上記溶接部の表面に
連続的な溝を形成し、上記溝の幅の測定値およびあらか
じめ求めておいた溝の幅と硬さとの関係から上記溶接部
の連続的な硬さ分布を求めることを特徴とする硬さ評価
方法。
【請求項２】装置本体と、装置本体に移動可能に設けら
れた圧子と、上記圧子に一定荷重を負荷する荷重負荷手
段と、上記圧子を移動させる圧子移動手段と、上記装置
本体を被測定物に取り付けるための取付手段とを具備す
ることを特徴とする硬さ評価装置。
【請求項３】上記荷重負荷手段として、上記圧子に負荷
した荷重を測定するロードセルと、上記ロードセルによ
り測定された荷重値に応じて上記圧子の荷重を設定され
た所定値になるように制御する荷重制御手段とを有する
電動荷重負荷手段を用いたことを特徴とする請求項２に
記載の硬さ評価装置。
【請求項４】上記圧子の近傍に設置されたカメラと、上
記カメラの画像から上記圧子により形成された溝の幅を
画像処理により自動的に測定する溝幅測定手段とを設け
たことを特徴とする請求項２または３に記載の硬さ評価
装置。