JP2003207489A - 金属材料の損傷評価方法及び装置 - Google Patents
金属材料の損傷評価方法及び装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 余寿命をより正確に予測することができる金
属材料の損傷評価方法および装置を提供すること。 【解決手段】 金属材料の傷を評価する方法であって、
前記金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を求
め、該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状を推
定し、さらに前記金属材料内部を粒界モデルで表すとと
もに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部
形状に基づいて算出される応力を与えることにより、前
記各粒界モデルの破壊進行過程を計算する。
属材料の損傷評価方法および装置を提供すること。 【解決手段】 金属材料の傷を評価する方法であって、
前記金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を求
め、該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状を推
定し、さらに前記金属材料内部を粒界モデルで表すとと
もに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部
形状に基づいて算出される応力を与えることにより、前
記各粒界モデルの破壊進行過程を計算する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、金属材料の損傷評
価方法および装置に係り、特に、火力発電プラントや原
子力発電プラント等の高温耐圧金属部材を用いた各種配
管として使用される低合金鋼の溶接部に発生する脆性的
なクリープ損傷等の微視損傷の進展度合いを評価し、該
金属材料の寿命を診断する際に用いて好適な金属材料の
損傷評価方法および装置に関するものである。
価方法および装置に係り、特に、火力発電プラントや原
子力発電プラント等の高温耐圧金属部材を用いた各種配
管として使用される低合金鋼の溶接部に発生する脆性的
なクリープ損傷等の微視損傷の進展度合いを評価し、該
金属材料の寿命を診断する際に用いて好適な金属材料の
損傷評価方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、火力発電プラントにおいては、運
転時間が長時間に及ぶのに従い長時間使用による設備の
劣化、頻繁な起動停止や急速な負荷変動等による熱疲労
等を十分に考慮した保守管理が益々重要になってきてい
る。例えば、高温耐圧金属部材が用いられる大口径厚肉
配管では、き裂等の傷は、多くの場合溶接部の内部で発
生しているが、この傷は外表面の検査だけでは検出する
ことができないために、この傷の早期検出及び、その寸
法の正確な測定によるき裂のモニタリング手法の開発が
求められている。従来、余寿命（破断するまでの時間）
を推定するために、表面損傷を直接検査することで余寿
命を推定するＭＬＡＳ法と、内部損傷を検査するＴＯＦ
Ｄ法（Time Of Flight Diffraction）とがとられてい
る。
転時間が長時間に及ぶのに従い長時間使用による設備の
劣化、頻繁な起動停止や急速な負荷変動等による熱疲労
等を十分に考慮した保守管理が益々重要になってきてい
る。例えば、高温耐圧金属部材が用いられる大口径厚肉
配管では、き裂等の傷は、多くの場合溶接部の内部で発
生しているが、この傷は外表面の検査だけでは検出する
ことができないために、この傷の早期検出及び、その寸
法の正確な測定によるき裂のモニタリング手法の開発が
求められている。従来、余寿命（破断するまでの時間）
を推定するために、表面損傷を直接検査することで余寿
命を推定するＭＬＡＳ法と、内部損傷を検査するＴＯＦ
Ｄ法（Time Of Flight Diffraction）とがとられてい
る。
【０００３】ＭＬＡＳ法とは、配管の表面をプラスチッ
ク膜に転写して表面のレプリカを採取し、このレプリカ
を光学顕微鏡を用いて観察することで、クリープ損傷に
よる空孔（クリープボイド）や析出物等の有無及びその
分布状態を調べ、これらと寿命との関係の参照データと
照らし合わせて寿命を診断する方法である。
ク膜に転写して表面のレプリカを採取し、このレプリカ
を光学顕微鏡を用いて観察することで、クリープ損傷に
よる空孔（クリープボイド）や析出物等の有無及びその
分布状態を調べ、これらと寿命との関係の参照データと
照らし合わせて寿命を診断する方法である。
【０００４】また、ＴＯＦＤ法は以下のような測定原理
である。図１４はＴＯＦＤ法の測定原理を説明するため
の説明図であり、超音波を発信する送信探触子１と、超
音波を受信する受信探触子２とを、金属材料３の表面
に、該金属材料３の内部に生じたき裂（欠陥）４を挟ん
で等距離に載置し、送信探触子１により金属材料３内に
超音波５を発信させ、受信探触子２によりき裂４の上端
及び下端からの回折波６を検出してその伝搬時間を測定
し、き裂４の高さを式（１）により求めるものである。
なお、図中、７は表面波、８は底面反射波である。
である。図１４はＴＯＦＤ法の測定原理を説明するため
の説明図であり、超音波を発信する送信探触子１と、超
音波を受信する受信探触子２とを、金属材料３の表面
に、該金属材料３の内部に生じたき裂（欠陥）４を挟ん
で等距離に載置し、送信探触子１により金属材料３内に
超音波５を発信させ、受信探触子２によりき裂４の上端
及び下端からの回折波６を検出してその伝搬時間を測定
し、き裂４の高さを式（１）により求めるものである。
なお、図中、７は表面波、８は底面反射波である。
【０００５】
Ｌ＝Ｚｂ−Ｚｔ
＝√（ｔｂ2・Ｖ2／４−Ｓ2）−√（ｔｔ2・Ｖ2／４−Ｓ2） ……（１）
ただし、Ｌ ：き裂高さ
Ｚｂ ：き裂先端の深さ
Ｚｔ ：き裂底の深さ
Ｄ ：送信探触子１と受信探触子２との間の距離
Ｓ ：Ｄ／２
Ｖ ：回折波の速度
ｔｔ ：き裂先端からの回折波伝播時間
ｔｂ ：き裂底からの回折波伝播時間
上述したＴＯＦＤ法は、欠陥からの回折波を利用して探
傷するために、従来の超音波探傷法と比べて欠陥の傾き
の影響を受け難く、方向性のある欠陥を見落とす可能性
が減少し、欠陥の検出性能が向上するという優れた点が
ある。
傷するために、従来の超音波探傷法と比べて欠陥の傾き
の影響を受け難く、方向性のある欠陥を見落とす可能性
が減少し、欠陥の検出性能が向上するという優れた点が
ある。
【０００６】しかしながら、き裂伝播計算では、単一の
き裂が成長、進展することを前提としているために、例
えば、複数の微視的なき裂が発生と合体を繰り返しなが
ら成長する損傷のような場合においては、上記の方法に
よる余寿命の診断が実際の損傷の状態と対応しなくなっ
てしまうおそれがあり、その結果、余寿命の診断が正確
さを欠いてしまうおそれがあるという問題点があった。
そこで、特願２０００−３６７０１７においては、内部
に複数の微視的なき裂が発生と合体を繰り返しながら成
長するような損傷が生じる金属材料においても、余寿命
を予測することができる評価方法が提案されている。
き裂が成長、進展することを前提としているために、例
えば、複数の微視的なき裂が発生と合体を繰り返しなが
ら成長する損傷のような場合においては、上記の方法に
よる余寿命の診断が実際の損傷の状態と対応しなくなっ
てしまうおそれがあり、その結果、余寿命の診断が正確
さを欠いてしまうおそれがあるという問題点があった。
そこで、特願２０００−３６７０１７においては、内部
に複数の微視的なき裂が発生と合体を繰り返しながら成
長するような損傷が生じる金属材料においても、余寿命
を予測することができる評価方法が提案されている。
【０００７】この評価方法では、まずレプリカ法および
ＴＯＦＤ法の測定結果に基づいて初期損傷を推定し、こ
の初期損傷から応力分布を推定する。次に、高温配管１
１の溶接部における粒界モデルを作成し、図１５及び図
１６に基づき微視損傷進展シミュレーションを実施す
る。この解析モデルでは、粒界長さの集団を［Ｌ］、そ
の平均をＬm、標準偏差をＬS、粒界の破壊抵抗値をＲ、
その平均をＲm、標準偏差をＲSとする。
ＴＯＦＤ法の測定結果に基づいて初期損傷を推定し、こ
の初期損傷から応力分布を推定する。次に、高温配管１
１の溶接部における粒界モデルを作成し、図１５及び図
１６に基づき微視損傷進展シミュレーションを実施す
る。この解析モデルでは、粒界長さの集団を［Ｌ］、そ
の平均をＬm、標準偏差をＬS、粒界の破壊抵抗値をＲ、
その平均をＲm、標準偏差をＲSとする。
【０００８】各粒界モデルには、応力σによって定めら
れるき裂発生駆動力Ｆが作用しており、き裂が生じてい
ない段階では、粒界破壊駆動力をＤとすると、損傷の進
行速度ｄＲ／ｄｔ＝−Ｄ＝−Ｆである。時間が経過する
につれ損傷が進行し、粒界の破壊抵抗値Ｒが負（Ｒ＜
０）になると、粒界が破壊しき裂が発生する。このき裂
に隣接する粒界では、粒界破壊駆動力Ｄは、き裂発生駆
動力Ｆと、き裂伝播駆動力Ｋと粒界に隣接するき裂長さ
ａとの積との和に等しい（Ｄ＝Ｆ＋ａ・Ｋ）。
れるき裂発生駆動力Ｆが作用しており、き裂が生じてい
ない段階では、粒界破壊駆動力をＤとすると、損傷の進
行速度ｄＲ／ｄｔ＝−Ｄ＝−Ｆである。時間が経過する
につれ損傷が進行し、粒界の破壊抵抗値Ｒが負（Ｒ＜
０）になると、粒界が破壊しき裂が発生する。このき裂
に隣接する粒界では、粒界破壊駆動力Ｄは、き裂発生駆
動力Ｆと、き裂伝播駆動力Ｋと粒界に隣接するき裂長さ
ａとの積との和に等しい（Ｄ＝Ｆ＋ａ・Ｋ）。
【０００９】時間を進めていくと、徐々にき裂数が増加
したり、個々のき裂の長さが長くなったりする。
したり、個々のき裂の長さが長くなったりする。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
評価方法においては、改良すべき点も多い。問題点の一
つは、応力分布の時刻変化に関する点である。余寿命診
断の対象となる配管溶接部は、溶接ビード形状によっ
て、応力が大きい部位と小さい部位とを持つ（応力分布
を有する）。微視損傷の進展速度は応力に依存し、応力
が大きい部位ほど損傷の進展が速い。損傷が進展した部
位は見かけの剛性が低下し、その結果、応力が下がる。
下がった分の応力は、まだ損傷の小さい部位が受け持つ
ことになり、この部位の応力が上がる。したがって、こ
の部位の損傷が進展する。これを繰り返すため、損傷の
進展とともに応力分布は時々刻々変化する。しかし、従
来の微視損傷進展計算では、応力分布は初期状態から破
断まで変化しないとしているため、応力分布が初期と異
なる寿命後半（約８０％以後）においては、損傷の進展
を正確に予測できず、このため、破断時刻も正確に推定
することができなかった。このため、これ以後の破断に
至るまでの寿命診断は精度が不十分であった。
評価方法においては、改良すべき点も多い。問題点の一
つは、応力分布の時刻変化に関する点である。余寿命診
断の対象となる配管溶接部は、溶接ビード形状によっ
て、応力が大きい部位と小さい部位とを持つ（応力分布
を有する）。微視損傷の進展速度は応力に依存し、応力
が大きい部位ほど損傷の進展が速い。損傷が進展した部
位は見かけの剛性が低下し、その結果、応力が下がる。
下がった分の応力は、まだ損傷の小さい部位が受け持つ
ことになり、この部位の応力が上がる。したがって、こ
の部位の損傷が進展する。これを繰り返すため、損傷の
進展とともに応力分布は時々刻々変化する。しかし、従
来の微視損傷進展計算では、応力分布は初期状態から破
断まで変化しないとしているため、応力分布が初期と異
なる寿命後半（約８０％以後）においては、損傷の進展
を正確に予測できず、このため、破断時刻も正確に推定
することができなかった。このため、これ以後の破断に
至るまでの寿命診断は精度が不十分であった。
【００１１】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
のであって、余寿命をより正確に予測することができる
金属材料の損傷評価方法および装置を提供することを目
的とする。
のであって、余寿命をより正確に予測することができる
金属材料の損傷評価方法および装置を提供することを目
的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の金属材
料の損傷評価方法は、金属材料の傷を評価する方法であ
って、前記金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布
を求め、該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状
を推定し、さらに前記金属材料内部を粒界モデルで表す
とともに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の
内部形状に基づいて算出される応力を与えることによ
り、前記各粒界モデルの破壊進行過程を計算することを
特徴とする。
料の損傷評価方法は、金属材料の傷を評価する方法であ
って、前記金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布
を求め、該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状
を推定し、さらに前記金属材料内部を粒界モデルで表す
とともに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の
内部形状に基づいて算出される応力を与えることによ
り、前記各粒界モデルの破壊進行過程を計算することを
特徴とする。
【００１３】この発明においては、金属材料内部の形状
を考慮して応力を粒界モデルに与えることにより、より
正確な破壊進行過程を計算可能である。
を考慮して応力を粒界モデルに与えることにより、より
正確な破壊進行過程を計算可能である。
【００１４】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の推
定内部形状を種々に変え、該形状の推定確率と、前記各
粒界モデルの破壊進行過程の計算によって得られた余寿
命とを対応させて前記金属材料の余寿命確率を算出する
ことを特徴とする。
の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の推
定内部形状を種々に変え、該形状の推定確率と、前記各
粒界モデルの破壊進行過程の計算によって得られた余寿
命とを対応させて前記金属材料の余寿命確率を算出する
ことを特徴とする。
【００１５】この発明においては、金属材料の内部を種
々に推定し、その蓋然性と解析結果の余寿命とを対照さ
せることにより、金属材料の余寿命を確率論的に評価す
ることができる。
々に推定し、その蓋然性と解析結果の余寿命とを対照さ
せることにより、金属材料の余寿命を確率論的に評価す
ることができる。
【００１６】請求項３に記載の発明は、金属材料の傷を
評価する方法であって、前記金属材料の内部形状の粒界
モデルを作成し、これら各粒界モデルに作用する初期応
力を設定した後に所定時間経過後における破壊進行過程
を計算し、さらに、その結果得られた前記粒界モデルの
損傷に基づいて前記各粒界モデルに作用する応力を再計
算し、該再計算後の応力に基づいてさらに所定時間経過
後における破壊進行過程を計算することを特徴とする。
評価する方法であって、前記金属材料の内部形状の粒界
モデルを作成し、これら各粒界モデルに作用する初期応
力を設定した後に所定時間経過後における破壊進行過程
を計算し、さらに、その結果得られた前記粒界モデルの
損傷に基づいて前記各粒界モデルに作用する応力を再計
算し、該再計算後の応力に基づいてさらに所定時間経過
後における破壊進行過程を計算することを特徴とする。
【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属
材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら各粒界モ
デルに作用する初期応力を設定した後に所定時間経過後
における破壊進行過程を計算し、さらに、その結果得ら
れた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒界モデル
に作用する応力を再計算し、該再計算後の応力に基づい
てさらに所定時間経過後における破壊進行過程を計算す
ることを特徴とする。
２に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属
材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら各粒界モ
デルに作用する初期応力を設定した後に所定時間経過後
における破壊進行過程を計算し、さらに、その結果得ら
れた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒界モデル
に作用する応力を再計算し、該再計算後の応力に基づい
てさらに所定時間経過後における破壊進行過程を計算す
ることを特徴とする。
【００１８】これら請求項３及び４に記載の発明におい
ては、損傷によって変化する応力を考慮に入れたシミュ
レーションが可能である。
ては、損傷によって変化する応力を考慮に入れたシミュ
レーションが可能である。
【００１９】請求項５に記載の発明は、請求項３または
４に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記破壊
進行過程の計算を前記金属材料の破断まで繰り返すこと
を特徴とする。
４に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記破壊
進行過程の計算を前記金属材料の破断まで繰り返すこと
を特徴とする。
【００２０】この発明においては、粒界モデルに作用す
る応力を逐次再計算することにより、破断時まで計算を
続けることが可能となる。
る応力を逐次再計算することにより、破断時まで計算を
続けることが可能となる。
【００２１】請求項６に記載の発明は、請求項１から５
に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記粒界モ
デルの破壊進行過程の計算によって求められた粒界モデ
ルの損傷部位を、前記粒界モデルと重ね合わせて画面表
示または印字することを特徴とする。
に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記粒界モ
デルの破壊進行過程の計算によって求められた粒界モデ
ルの損傷部位を、前記粒界モデルと重ね合わせて画面表
示または印字することを特徴とする。
【００２２】この発明においては、粒界モデルと、該粒
界モデルに発生したボイドとを合わせて表示すること
で、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことが
できる。粒界モデルの次元は特に限定されない。例え
ば、コンピュータが作った粒界モデルを画面に表示させ
ると共に、該粒界モデルに、損傷部位を太線で示す等が
考えられる。
界モデルに発生したボイドとを合わせて表示すること
で、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことが
できる。粒界モデルの次元は特に限定されない。例え
ば、コンピュータが作った粒界モデルを画面に表示させ
ると共に、該粒界モデルに、損傷部位を太線で示す等が
考えられる。
【００２３】請求項７に記載の発明は、請求項１から６
に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材
料の内部形状を画面表示または印字するとともに、前記
粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求められた粒
界の損傷の度合いを前記金属材料の内部形状に重ね合わ
せて示すことを特徴とする。
に記載の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材
料の内部形状を画面表示または印字するとともに、前記
粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求められた粒
界の損傷の度合いを前記金属材料の内部形状に重ね合わ
せて示すことを特徴とする。
【００２４】この発明においては、例えば金属内部の構
造を画面に表示し、その構造中において、解析によって
得られた損傷の度合いが大きい部位を色彩や濃度を変え
て示す。このようにすることで、解析結果を視覚的に理
解しやすい状態で表すことができる。
造を画面に表示し、その構造中において、解析によって
得られた損傷の度合いが大きい部位を色彩や濃度を変え
て示す。このようにすることで、解析結果を視覚的に理
解しやすい状態で表すことができる。
【００２５】請求項８に記載の発明は、請求項７に記載
の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の損
傷状態を実際に検査した結果も同時に画面表示または印
字することを特徴とする。
の金属材料の損傷評価方法において、前記金属材料の損
傷状態を実際に検査した結果も同時に画面表示または印
字することを特徴とする。
【００２６】この発明においては、解析結果と実際の検
査結果とを照らし合わせることで、解析結果の妥当性を
判断することができるとともに、解析結果と実際の検査
結果とを総合して損傷の程度を判断することができる。
査結果とを照らし合わせることで、解析結果の妥当性を
判断することができるとともに、解析結果と実際の検査
結果とを総合して損傷の程度を判断することができる。
【００２７】請求項９に記載の発明は、金属材料の傷を
評価する装置であって、前記金属材料の内部損傷分布に
基づいて前記金属材料の内部形状を推定する内部形状推
定手段と、前記金属材料内部を粒界モデルで表すととも
に、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部形
状に基づいて算出される応力を与えることにより、前記
各粒界モデルの破壊進行過程を計算する解析手段とを備
えていることを特徴とする。
評価する装置であって、前記金属材料の内部損傷分布に
基づいて前記金属材料の内部形状を推定する内部形状推
定手段と、前記金属材料内部を粒界モデルで表すととも
に、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部形
状に基づいて算出される応力を与えることにより、前記
各粒界モデルの破壊進行過程を計算する解析手段とを備
えていることを特徴とする。
【００２８】この発明においては、金属材料内部の形状
を考慮して応力を粒界モデルに与えることにより、より
正確な破壊進行過程を計算可能である。
を考慮して応力を粒界モデルに与えることにより、より
正確な破壊進行過程を計算可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】本発明の金属材料の損傷評価方法
及び装置の各実施形態について、図面に基づき説明す
る。図１は本発明の一実施形態として示した金属材料の
損傷評価装置を示すブロック図である。図において、符
号１０は金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を
求める内部検査手段、１１は該損傷分布に基づいて前記
金属材料の内部平均応力を算出する応力推定手段、１２
は推定された平均応力に基づいて前記金属材料の内部形
状を推定するビード形状推定手段（内部形状推定手段）
である。また、符号１３は金属材料の内部形状に基づい
て粒界モデルを作成するとともに前記金属材料の内部形
状から該粒界モデルに作用する粒界平均応力を算出する
ことにより、各粒界モデルの破壊進行過程を計算する解
析手段である。符号１４はビード形状推定手段１２によ
って推定されたビード形状と解析手段１３の解析結果と
を評価する評価手段である。内部検査手段１０として
は、図１４に示したＴＯＦＤ法を用いた検査装置を採用
することができるが、これに限らず、フェーズドアレイ
法等も採用可能である。
及び装置の各実施形態について、図面に基づき説明す
る。図１は本発明の一実施形態として示した金属材料の
損傷評価装置を示すブロック図である。図において、符
号１０は金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を
求める内部検査手段、１１は該損傷分布に基づいて前記
金属材料の内部平均応力を算出する応力推定手段、１２
は推定された平均応力に基づいて前記金属材料の内部形
状を推定するビード形状推定手段（内部形状推定手段）
である。また、符号１３は金属材料の内部形状に基づい
て粒界モデルを作成するとともに前記金属材料の内部形
状から該粒界モデルに作用する粒界平均応力を算出する
ことにより、各粒界モデルの破壊進行過程を計算する解
析手段である。符号１４はビード形状推定手段１２によ
って推定されたビード形状と解析手段１３の解析結果と
を評価する評価手段である。内部検査手段１０として
は、図１４に示したＴＯＦＤ法を用いた検査装置を採用
することができるが、これに限らず、フェーズドアレイ
法等も採用可能である。
【００３０】図２(a)は金属材料３の一例である高温配
管の溶接部を示す断面図であり、図において、符号２１
は低合金鋼管等からなる高温配管であり、低合金鋼板２
２が円筒状に曲げ加工され、その長手方向に沿った端面
２２ａ、２２ｂ同士が溶接部２３で接合されている。溶
接部２３内には検出の対象となるＨＡＺ部（weld heat
affected zone；溶接熱影響部）２４が生じている。な
お、２５は金属材料３の表面のレプリカを示す。
管の溶接部を示す断面図であり、図において、符号２１
は低合金鋼管等からなる高温配管であり、低合金鋼板２
２が円筒状に曲げ加工され、その長手方向に沿った端面
２２ａ、２２ｂ同士が溶接部２３で接合されている。溶
接部２３内には検出の対象となるＨＡＺ部（weld heat
affected zone；溶接熱影響部）２４が生じている。な
お、２５は金属材料３の表面のレプリカを示す。
【００３１】この溶接部２３組成は、例えば２．２％Ｃ
ｒ−１％Ｍｏ−０．１２％Ｃ−残部Ｆｅからなり、この
溶接部２３のクリープ損傷の進展速度と大きく関連する
不純物は、例えば、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｎ
（スズ）、Ｓｂ（アンチモン）である。この溶接部２３
のクリープ損傷度（寿命消費率）は、図２(b)の図に示
すように略正規分布を呈しており、これは溶接部２３の
不純物分析により得られた不純物Ｓｂの濃度分布に略一
致している。
ｒ−１％Ｍｏ−０．１２％Ｃ−残部Ｆｅからなり、この
溶接部２３のクリープ損傷の進展速度と大きく関連する
不純物は、例えば、Ｐ（リン）、Ａｓ（ヒ素）、Ｓｎ
（スズ）、Ｓｂ（アンチモン）である。この溶接部２３
のクリープ損傷度（寿命消費率）は、図２(b)の図に示
すように略正規分布を呈しており、これは溶接部２３の
不純物分析により得られた不純物Ｓｂの濃度分布に略一
致している。
【００３２】次に、本実施形態の金属材料の損傷評価方
法について、図２に示す高温配管２１を例に取り、図３
に基づき説明する。 １．ＴＯＦＤ法による超音波探傷及び傷の分類 （１） ＴＯＦＤ法による超音波探傷 図１４に示した送信探触子１と受信探触子２とを、高温
配管２１表面の周方向に沿った溶接部２３を挟む位置
に、該高温配管２１の内部に生じたＨＡＺ部２４を挟ん
で等距離に載置し、送信探触子１により高温配管２１内
に超音波５を発信させ、受信探触子２によりＨＡＺ部２
４からの回折波１４を検出することによりＨＡＺ部２４
内の損傷の有無を検出する。ここで、損傷が検出された
場合には、損傷の位置、高さ及び長さの各値を求める。
損傷位置の同定は、送信探触子１及び受信探触子２の双
方を溶接線に沿って走査することにより行う。
法について、図２に示す高温配管２１を例に取り、図３
に基づき説明する。 １．ＴＯＦＤ法による超音波探傷及び傷の分類 （１） ＴＯＦＤ法による超音波探傷 図１４に示した送信探触子１と受信探触子２とを、高温
配管２１表面の周方向に沿った溶接部２３を挟む位置
に、該高温配管２１の内部に生じたＨＡＺ部２４を挟ん
で等距離に載置し、送信探触子１により高温配管２１内
に超音波５を発信させ、受信探触子２によりＨＡＺ部２
４からの回折波１４を検出することによりＨＡＺ部２４
内の損傷の有無を検出する。ここで、損傷が検出された
場合には、損傷の位置、高さ及び長さの各値を求める。
損傷位置の同定は、送信探触子１及び受信探触子２の双
方を溶接線に沿って走査することにより行う。
【００３３】（２） 検出された傷の分類
損傷位置の位置、高さ、長さの各値から、この損傷を３
種類のうちのいずれか１種に分類する。ＴＯＦＤ法によ
り検出された傷は、次の３種類に分類される。 Ａ傷（密集傷） 複数の小さな損傷が密集したと推定されるもの。例え
ば、同じ深さにあると推定される２つの損傷が隣接し、
かつ損傷間の間隔が大きい方の損傷の長さより短い場合
が該当する。 Ｂ傷（面状傷） 厚さ方向に面状に広がる損傷と推定されるもの。 Ｃ傷（体積状傷） スラグ巻き込み等の３次元に広がる損傷と推定されるも
の。
種類のうちのいずれか１種に分類する。ＴＯＦＤ法によ
り検出された傷は、次の３種類に分類される。 Ａ傷（密集傷） 複数の小さな損傷が密集したと推定されるもの。例え
ば、同じ深さにあると推定される２つの損傷が隣接し、
かつ損傷間の間隔が大きい方の損傷の長さより短い場合
が該当する。 Ｂ傷（面状傷） 厚さ方向に面状に広がる損傷と推定されるもの。 Ｃ傷（体積状傷） スラグ巻き込み等の３次元に広がる損傷と推定されるも
の。
【００３４】２．ＭＬＡＳ法による判定
（１） レプリカの採取
高温配管２１の表面をプラスチック膜に転写する方法に
より、この高温配管２１の表面のレプリカ２５を採取す
る。例えば、表面に粗研磨、細研磨を順次施し、該表面
を鏡面に仕上げ、この鏡面の検査対象部分をエッチング
により選択除去し、このエッチングした部分にレプリカ
用プラスチック膜を押貼し、このエッチングした面の凹
凸をプラスチック膜に転写する。
より、この高温配管２１の表面のレプリカ２５を採取す
る。例えば、表面に粗研磨、細研磨を順次施し、該表面
を鏡面に仕上げ、この鏡面の検査対象部分をエッチング
により選択除去し、このエッチングした部分にレプリカ
用プラスチック膜を押貼し、このエッチングした面の凹
凸をプラスチック膜に転写する。
【００３５】（２） レプリカの観察及び判定
光学顕微鏡を用いてレプリカ２５を観察し、クリープ損
傷による空孔（クリープボイド）の有無及びその分布状
態を調べる。ここでは、損傷がクリープ損傷によるもの
か否かを大まかに判定する。次いで、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）を用いてクリープボイドの有無及びその分布
状態を精密に観察する。例えば、クリープボイドの生成
数を計測し、この計測値に基づきクリープボイド面密度
を求め、予め求められた寿命評価線図（クリープボイド
面密度とクリープ損傷度（寿命消費率）との関係を示す
グラフ）からクリープ損傷度を推定し、このクリープ損
傷度により損傷がクリープ損傷によるものか否かを判定
する。
傷による空孔（クリープボイド）の有無及びその分布状
態を調べる。ここでは、損傷がクリープ損傷によるもの
か否かを大まかに判定する。次いで、走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）を用いてクリープボイドの有無及びその分布
状態を精密に観察する。例えば、クリープボイドの生成
数を計測し、この計測値に基づきクリープボイド面密度
を求め、予め求められた寿命評価線図（クリープボイド
面密度とクリープ損傷度（寿命消費率）との関係を示す
グラフ）からクリープ損傷度を推定し、このクリープ損
傷度により損傷がクリープ損傷によるものか否かを判定
する。
【００３６】このように、レプリカ２５にクリープ損傷
が認められた場合は、検出された損傷がクリープ損傷に
よる傷であると判定し、レプリカ２５にクリープによる
損傷が認められない場合は、検出された損傷はクリープ
損傷によらない傷（製造時の傷）であると判定すること
ができる。
が認められた場合は、検出された損傷がクリープ損傷に
よる傷であると判定し、レプリカ２５にクリープによる
損傷が認められない場合は、検出された損傷はクリープ
損傷によらない傷（製造時の傷）であると判定すること
ができる。
【００３７】３．化学成分分析による判定
（１） 不純物の分析
溶接部２３の試料採取領域の表面の酸化皮膜を、金属光
沢が得られるまで研削して除去し、この露出した金属部
分をさらに研削して切粉を採取する。次いで、この切粉
を用いて、Ｐ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂの含有量を分析する。
各元素の分析方法は下記のとおりである。 Ｐ：原子吸光法（日本工業規格；ＪＩＳ Ｇ １２５
７） Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ：水素化物発生ＩＣＰ発光分析法
沢が得られるまで研削して除去し、この露出した金属部
分をさらに研削して切粉を採取する。次いで、この切粉
を用いて、Ｐ、Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂの含有量を分析する。
各元素の分析方法は下記のとおりである。 Ｐ：原子吸光法（日本工業規格；ＪＩＳ Ｇ １２５
７） Ａｓ、Ｓｎ、Ｓｂ：水素化物発生ＩＣＰ発光分析法
【００３８】（２） クリープ特性評価
次いで、これらの不純物分析結果から、下記の式（２）
に基づきクリープ脆化係数（ＣＥＦ）を求める。 ＣＥＦ＝Ｐ（ｗｔ．％）＋２．４Ａｓ（ｗｔ．％）＋３．６Ｓｎ（ｗｔ．％） ＋８．２Ｓｂ（ｗｔ．％） ……（２） このＣＥＦ値と、別途行った配管応力計算結果から、ク
リープ損傷度（寿命消費率）を推定し、このクリープ損
傷度により検出された損傷がクリープ損傷によるものか
否かを判定する。
に基づきクリープ脆化係数（ＣＥＦ）を求める。 ＣＥＦ＝Ｐ（ｗｔ．％）＋２．４Ａｓ（ｗｔ．％）＋３．６Ｓｎ（ｗｔ．％） ＋８．２Ｓｂ（ｗｔ．％） ……（２） このＣＥＦ値と、別途行った配管応力計算結果から、ク
リープ損傷度（寿命消費率）を推定し、このクリープ損
傷度により検出された損傷がクリープ損傷によるものか
否かを判定する。
【００３９】さて、上記のように検出されたクリープ損
傷や、ＴＯＦＤ法により検出された損傷に基づき、応力
推定手段１１が実機の内部平均応力を推定する。具体的
には、応力推定手段１１は損傷が多い部位を応力が大き
い部位であると推定し、さらに、使用条件、使用時間、
内圧と板厚、配管曲げ応力等をも考慮して平均応力を推
定する。次に、ビード形状推定手段１２が応力をもとに
ビード形状（溶接金属２３の形状）を推定する。例え
ば、応力の大きい部位は図２(a)の符号１８で示したよ
うな凹部となっており、このために応力が集中している
と推定することができる。但し、必ずしも正確にビード
形状がわかるわけではないため、ビードのサイズと形状
のばらつきを確率論的に推定し、種々に変えて以下の微
視損傷進展シミュレーションを行う。
傷や、ＴＯＦＤ法により検出された損傷に基づき、応力
推定手段１１が実機の内部平均応力を推定する。具体的
には、応力推定手段１１は損傷が多い部位を応力が大き
い部位であると推定し、さらに、使用条件、使用時間、
内圧と板厚、配管曲げ応力等をも考慮して平均応力を推
定する。次に、ビード形状推定手段１２が応力をもとに
ビード形状（溶接金属２３の形状）を推定する。例え
ば、応力の大きい部位は図２(a)の符号１８で示したよ
うな凹部となっており、このために応力が集中している
と推定することができる。但し、必ずしも正確にビード
形状がわかるわけではないため、ビードのサイズと形状
のばらつきを確率論的に推定し、種々に変えて以下の微
視損傷進展シミュレーションを行う。
【００４０】次に、解析手段１３がビード形状に基づい
て微視損傷進展シミュレーションを行う。まず、図４、
図５に示すようにＦＥＭ要素Ｍiからなる高温配管２１
のＨＡＺ部２４における粒界モデルを作成する。本例で
は１次元のモデルである。この解析モデルでは、粒界長
さの集合を［Ｌ］、その平均をＬm、標準偏差をＬS、粒
界の破壊抵抗値の集合を［Ｒ］、その平均をＲm、標準
偏差をＲSとする。各ＦＥＭ要素Ｍiに対して作用する応
力（粒界平均応力）σiを決定する。これは上記ビード
形状に基づくＦＥＭ解析などの解析によって定められ
る。例えば、ビードの凹部には応力が集中するため、応
力σiは大きい値となる。つづいて、一つの分割要素、
例えばｉ番目の分割要素として記号ｉで表すＭiにおけ
るパラメータである、き裂発生駆動力Ｆiと、き裂伝播
駆動力Ｋiを決定する。Ｆi、Ｋiは、図６に示すように
ともに温度と応力σiとによって定まる値である。さら
に、シミュレーションにあたって、高温配管２１の材料
特性、負荷特性等のデータも用いる。これらのデータに
ついては、不純物の影響を考慮するために、化学成分分
析による不純物の含有量の定量結果に基づき高温配管２
１の材料特性及び負荷特性を修正する。
て微視損傷進展シミュレーションを行う。まず、図４、
図５に示すようにＦＥＭ要素Ｍiからなる高温配管２１
のＨＡＺ部２４における粒界モデルを作成する。本例で
は１次元のモデルである。この解析モデルでは、粒界長
さの集合を［Ｌ］、その平均をＬm、標準偏差をＬS、粒
界の破壊抵抗値の集合を［Ｒ］、その平均をＲm、標準
偏差をＲSとする。各ＦＥＭ要素Ｍiに対して作用する応
力（粒界平均応力）σiを決定する。これは上記ビード
形状に基づくＦＥＭ解析などの解析によって定められ
る。例えば、ビードの凹部には応力が集中するため、応
力σiは大きい値となる。つづいて、一つの分割要素、
例えばｉ番目の分割要素として記号ｉで表すＭiにおけ
るパラメータである、き裂発生駆動力Ｆiと、き裂伝播
駆動力Ｋiを決定する。Ｆi、Ｋiは、図６に示すように
ともに温度と応力σiとによって定まる値である。さら
に、シミュレーションにあたって、高温配管２１の材料
特性、負荷特性等のデータも用いる。これらのデータに
ついては、不純物の影響を考慮するために、化学成分分
析による不純物の含有量の定量結果に基づき高温配管２
１の材料特性及び負荷特性を修正する。
【００４１】この応力負荷に対応した高温配管２１の負
荷モデルを作成する。ＦＥＭ要素Ｍｉ内の各粒界は、応
力σiによってき裂発生駆動力Ｆiを受けている。シミュ
レーションを開始すると、時間とともに内部にき裂が発
生する。図５において、各粒界は粒界破壊駆動力Ｄiを
受けることにより、破壊抵抗値Ｒiは時間とともに減少
し、負（Ｒi＜０）になると、粒界が破壊してき裂が発
生する。このき裂に隣接する粒界では、粒界破壊駆動力
Ｄiは、き裂発生駆動力Ｆiと、き裂伝播駆動力Ｋiと粒
界に隣接するき裂長さａiとの積との和に等しい（Ｄi＝
Ｆi＋ａi・Ｋi）。つまり、き裂に隣接する粒界におい
ては、損傷の進行速度ｄＲi／ｄｔ＝−Ｄi＝Ｆi＋ａi・
Ｋiであり、き裂に隣接しない粒界においては、損傷の
進行速度ｄＲi／ｄｔ＝−Ｄi＝Ｆiである。
荷モデルを作成する。ＦＥＭ要素Ｍｉ内の各粒界は、応
力σiによってき裂発生駆動力Ｆiを受けている。シミュ
レーションを開始すると、時間とともに内部にき裂が発
生する。図５において、各粒界は粒界破壊駆動力Ｄiを
受けることにより、破壊抵抗値Ｒiは時間とともに減少
し、負（Ｒi＜０）になると、粒界が破壊してき裂が発
生する。このき裂に隣接する粒界では、粒界破壊駆動力
Ｄiは、き裂発生駆動力Ｆiと、き裂伝播駆動力Ｋiと粒
界に隣接するき裂長さａiとの積との和に等しい（Ｄi＝
Ｆi＋ａi・Ｋi）。つまり、き裂に隣接する粒界におい
ては、損傷の進行速度ｄＲi／ｄｔ＝−Ｄi＝Ｆi＋ａi・
Ｋiであり、き裂に隣接しない粒界においては、損傷の
進行速度ｄＲi／ｄｔ＝−Ｄi＝Ｆiである。
【００４２】このように、ある時間経過後の各分割要素
に対する損傷（クリープボイド）が求められる。なお、
実機使用時間までシミュレーションを行い、実際の検査
と上記解析結果とを比較して解析条件を確認する。実際
の検査と解析結果とが大きく違った場合、解析条件を異
ならせて再計算を行う。以上のことを所定時間（例えば
クリープボイドの数に基づいて従来の方法で想定される
寿命の６割）行い、破断判定処理を行う。
に対する損傷（クリープボイド）が求められる。なお、
実機使用時間までシミュレーションを行い、実際の検査
と上記解析結果とを比較して解析条件を確認する。実際
の検査と解析結果とが大きく違った場合、解析条件を異
ならせて再計算を行う。以上のことを所定時間（例えば
クリープボイドの数に基づいて従来の方法で想定される
寿命の６割）行い、破断判定処理を行う。
【００４３】破断に至ったか否かは溶接部全体での全き
裂の長さの総和Σａがある閾値に達したかどうかで決め
られる。この閾値は以下のようにして決められる。 （１）有効応力σeffが引張限界、降伏応力等の値を超
えた場合 クリープボイドが形成されていない粒界が支持する応力
が有効応力である。ＨＡＺ部２４の高さをｈ、ＨＡＺ部
に作用する荷重をＰとすると、有効応力σeffは、σeff
＝Ｐ／（ｈ−Σａ）となる。この有効応力がある値（例
えば材料の降伏応力や引張限界、弾性限界）を超える場
合のΣａを閾値と判断する。 （２）有効応力σeffが所与のクリープ破断寿命に相当
する値を超えた場合 図７に示す有効応力σeffとクリープ破断時間との既知
の対応に基づき、例えばクリープ破断寿命が、残り１０
０時間となるσeffを与えるΣａとなった時点で破断と
判断する。になった時点で破断と判断する。 （３）き裂の長さの合計がある値を超えた場合 き裂が一つだけある場合にはＣ*を用いたき裂伝播計算
により、余寿命を求めることができる。仮想的に長さΣ
ａの一つのき裂がある場合を想定し、Ｃ*によるき裂伝
播計算を行い、その余寿命が１００ｈｒとなる場合のΣ
ａを閾値とする。なお、Ｃ*は応力と材料のクリープ特
性に依存する破壊力学パラメータである。その他、Σａ
に関わらず破断を判定する条件や、上記３つ以外の方法
から破断Σａを定めることも考えられる。なお、これら
の条件を一つでも満たしていれば破断と判断してもよい
し、組み合わせて複数の条件を満たしている場合に破断
と判断してもよい。
裂の長さの総和Σａがある閾値に達したかどうかで決め
られる。この閾値は以下のようにして決められる。 （１）有効応力σeffが引張限界、降伏応力等の値を超
えた場合 クリープボイドが形成されていない粒界が支持する応力
が有効応力である。ＨＡＺ部２４の高さをｈ、ＨＡＺ部
に作用する荷重をＰとすると、有効応力σeffは、σeff
＝Ｐ／（ｈ−Σａ）となる。この有効応力がある値（例
えば材料の降伏応力や引張限界、弾性限界）を超える場
合のΣａを閾値と判断する。 （２）有効応力σeffが所与のクリープ破断寿命に相当
する値を超えた場合 図７に示す有効応力σeffとクリープ破断時間との既知
の対応に基づき、例えばクリープ破断寿命が、残り１０
０時間となるσeffを与えるΣａとなった時点で破断と
判断する。になった時点で破断と判断する。 （３）き裂の長さの合計がある値を超えた場合 き裂が一つだけある場合にはＣ*を用いたき裂伝播計算
により、余寿命を求めることができる。仮想的に長さΣ
ａの一つのき裂がある場合を想定し、Ｃ*によるき裂伝
播計算を行い、その余寿命が１００ｈｒとなる場合のΣ
ａを閾値とする。なお、Ｃ*は応力と材料のクリープ特
性に依存する破壊力学パラメータである。その他、Σａ
に関わらず破断を判定する条件や、上記３つ以外の方法
から破断Σａを定めることも考えられる。なお、これら
の条件を一つでも満たしていれば破断と判断してもよい
し、組み合わせて複数の条件を満たしている場合に破断
と判断してもよい。
【００４４】破断に至っていない場合にはシミュレーシ
ョンを続行するが、上記のように各粒界モデル要素Ｍi
にはクリープボイドが発生している。ボイドが発生した
部分は応力を支持することができなくなり、その分、ボ
イドが発生していない他の粒界モデル要素Ｍi'が応力を
支持するため、その要素内粒界平均応力は大きくなる。
このため、ボイド発生により生ずる応力分布の変化をシ
ミュレーション条件に付加する。具体的には、図９に示
すように、ボイド個数密度と「損傷材のヤング率／未損
傷材のヤング率」との関係を用いる。損傷材においては
ボイド個数密度の増加に伴って剛性が低下する。この剛
性を用いて、ＦＥＭ解析などにより応力を求める。この
新たな応力σiに基づいて再びき裂発生駆動力Ｆi、き裂
伝播駆動力Ｋiを求め、再度シミュレーションを行う。
これを想定寿命の６割、７割、８割……と続けて行き、
最終的に破断に至るまで逐次応力σiを更新しながらシ
ミュレーションを行う。
ョンを続行するが、上記のように各粒界モデル要素Ｍi
にはクリープボイドが発生している。ボイドが発生した
部分は応力を支持することができなくなり、その分、ボ
イドが発生していない他の粒界モデル要素Ｍi'が応力を
支持するため、その要素内粒界平均応力は大きくなる。
このため、ボイド発生により生ずる応力分布の変化をシ
ミュレーション条件に付加する。具体的には、図９に示
すように、ボイド個数密度と「損傷材のヤング率／未損
傷材のヤング率」との関係を用いる。損傷材においては
ボイド個数密度の増加に伴って剛性が低下する。この剛
性を用いて、ＦＥＭ解析などにより応力を求める。この
新たな応力σiに基づいて再びき裂発生駆動力Ｆi、き裂
伝播駆動力Ｋiを求め、再度シミュレーションを行う。
これを想定寿命の６割、７割、８割……と続けて行き、
最終的に破断に至るまで逐次応力σiを更新しながらシ
ミュレーションを行う。
【００４５】破断に至った場合には、種々に推定したビ
ードのサイズと形状のばらつきの確率（蓋然性）に対す
る、破断時間のシミュレーション結果とを評価手段１４
が多数集計し、図１０に示すように余寿命と累積破壊確
率との関係による確率論的寿命評価を算出する。
ードのサイズと形状のばらつきの確率（蓋然性）に対す
る、破断時間のシミュレーション結果とを評価手段１４
が多数集計し、図１０に示すように余寿命と累積破壊確
率との関係による確率論的寿命評価を算出する。
【００４６】このように、本実施形態においては、粒界
モデルに作用する応力を逐次再計算してシミュレーショ
ンを行うため、より正確な余寿命を算出することができ
る。なお、本実施形態において示した微視損傷進展シミ
ュレーションは、本発明を適用した一例であり、他の解
析に本発明を適用することができるのは言うまでもな
い。
モデルに作用する応力を逐次再計算してシミュレーショ
ンを行うため、より正確な余寿命を算出することができ
る。なお、本実施形態において示した微視損傷進展シミ
ュレーションは、本発明を適用した一例であり、他の解
析に本発明を適用することができるのは言うまでもな
い。
【００４７】また、以下のように画面表示を行っても良
い。図４、図５に示した粒界モデルを、例えば板厚方向
に３０列程度設定する。このときの粒界モデルは所定の
正規分布に基づいてランダムに設定する。ここでは、解
析が簡単な１次元粒界モデルを２次元的に配列すること
によって擬似的に２次元データを得る（このような処理
を行うことによって実際に起こる現象を容易にかつ正確
に把握することができる）。これを表したのが図１１で
ある。図において、符号２０は粒界を表し、符号２１で
示した太線はボイド（損傷）を表している。このよう
に、擬似的に構成した２次元粒界モデル２０と、該粒界
モデルに発生したボイド２１とを合わせて表示すること
で、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことが
できる。
い。図４、図５に示した粒界モデルを、例えば板厚方向
に３０列程度設定する。このときの粒界モデルは所定の
正規分布に基づいてランダムに設定する。ここでは、解
析が簡単な１次元粒界モデルを２次元的に配列すること
によって擬似的に２次元データを得る（このような処理
を行うことによって実際に起こる現象を容易にかつ正確
に把握することができる）。これを表したのが図１１で
ある。図において、符号２０は粒界を表し、符号２１で
示した太線はボイド（損傷）を表している。このよう
に、擬似的に構成した２次元粒界モデル２０と、該粒界
モデルに発生したボイド２１とを合わせて表示すること
で、解析結果を視覚的に理解しやすい状態で表すことが
できる。
【００４８】さらに、図１２に示したように表示するこ
ともできる。図１２において、符号２５はボイドの発生
状態を金属材料の内部形状全体について示したものであ
る。内部形状２５には、ボイド密度に合わせて色の濃
度、色彩を変えた損傷状態２５ａが重ね合わせて表示さ
れている。例えば、解析から推定された３ｍｍ以上のき
裂、損傷５０％以上の領域を赤く表示するなどして、わ
かりやすく表示する。符号２６は、一部を拡大したもの
であり、図１１と同じ粒界モデルである。カーソルを符
号２５の内部形状の任意の位置に合わせると、符号２６
の拡大状態を見ることができる。また、符号２７は推定
応力、符号２８は損傷の度合いである。これらを一つの
画面に表示させることができ、解析結果を視覚的に理解
しやすい状態で表すことができる。
ともできる。図１２において、符号２５はボイドの発生
状態を金属材料の内部形状全体について示したものであ
る。内部形状２５には、ボイド密度に合わせて色の濃
度、色彩を変えた損傷状態２５ａが重ね合わせて表示さ
れている。例えば、解析から推定された３ｍｍ以上のき
裂、損傷５０％以上の領域を赤く表示するなどして、わ
かりやすく表示する。符号２６は、一部を拡大したもの
であり、図１１と同じ粒界モデルである。カーソルを符
号２５の内部形状の任意の位置に合わせると、符号２６
の拡大状態を見ることができる。また、符号２７は推定
応力、符号２８は損傷の度合いである。これらを一つの
画面に表示させることができ、解析結果を視覚的に理解
しやすい状態で表すことができる。
【００４９】さらに、図１３のように表示しても良い。
図１３において、符号３０はボイドの発生状態を内部形
状全体について示したものであり、図１２の符号２５と
同じものである。符号３１はＭＬＡＳ法により採取され
たレプリカの写真、符号３２はＴＯＦＤ法による検査結
果、符号３３はフェーズドアレイ法による検査結果であ
る。これら、解析結果３０と非破壊検査結果３１〜３３
とを画面に表示させる。解析結果３０，ＴＯＦＤ法によ
る検査結果３２，フェーズドアレイ法による検査結果３
３とは、図のように別個に表示させても良いし、重ね合
わせて表示させても良い。このように表示させること
で、解析結果の妥当性を判断することができるととも
に、解析結果と実際の検査結果とを総合して損傷の程度
を判断することができる。なお、図１１〜図１３におい
ては、擬似的に構成した２次元粒界モデルについて示し
たが、１次元、３次元について同様の解析、表示を行っ
ても良い。また、上記では画面に表示させるようにして
いるが、プリントアウトを行うようにしても良い。
図１３において、符号３０はボイドの発生状態を内部形
状全体について示したものであり、図１２の符号２５と
同じものである。符号３１はＭＬＡＳ法により採取され
たレプリカの写真、符号３２はＴＯＦＤ法による検査結
果、符号３３はフェーズドアレイ法による検査結果であ
る。これら、解析結果３０と非破壊検査結果３１〜３３
とを画面に表示させる。解析結果３０，ＴＯＦＤ法によ
る検査結果３２，フェーズドアレイ法による検査結果３
３とは、図のように別個に表示させても良いし、重ね合
わせて表示させても良い。このように表示させること
で、解析結果の妥当性を判断することができるととも
に、解析結果と実際の検査結果とを総合して損傷の程度
を判断することができる。なお、図１１〜図１３におい
ては、擬似的に構成した２次元粒界モデルについて示し
たが、１次元、３次元について同様の解析、表示を行っ
ても良い。また、上記では画面に表示させるようにして
いるが、プリントアウトを行うようにしても良い。
【００５０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明においては
以下の効果を得ることができる。請求項１に記載の発明
によれば、応力分布と金属材料内部の形状を用いる事で
より正確な破壊進行過程を計算可能である。したがっ
て、余寿命をより正確に予測することができる。請求項
２に記載の発明によれば、金属材料の内部を種々に推定
し、その蓋然性と解析結果の余寿命とを対照させること
により、金属材料の余寿命を確率論的に評価することが
できる。請求項３及び４に記載の発明によれば、損傷に
よって変化する応力を考慮に入れたシミュレーションが
可能であるため、正確な余寿命を予測することができ
る。請求項５に記載の発明によれば、粒界モデルに作用
する応力を逐次再計算することにより、破断時まで計算
を続けることが可能となる。請求項６に記載の発明によ
れば、粒界モデルと、該粒界モデルに発生したボイドと
を合わせて表示することで、解析結果を視覚的に理解し
やすい状態で表すことができる。請求項７に記載の発明
によれば、金属材料の内部構造と損傷状態とを合わせて
表示することで、解析結果を視覚的に理解しやすい状態
で表すことができる。請求項８に記載の発明によれば、
解析結果と実際の検査結果とを照らし合わせることで、
解析結果の妥当性を判断することができるとともに、解
析結果と実際の検査結果とを総合して損傷の程度を判断
することができる。請求項９に記載の発明によれば、応
力分布と金属材料内部の形状を用いる事でより正確な破
壊進行過程を計算可能である。したがって、余寿命をよ
り正確に予測することができる。
以下の効果を得ることができる。請求項１に記載の発明
によれば、応力分布と金属材料内部の形状を用いる事で
より正確な破壊進行過程を計算可能である。したがっ
て、余寿命をより正確に予測することができる。請求項
２に記載の発明によれば、金属材料の内部を種々に推定
し、その蓋然性と解析結果の余寿命とを対照させること
により、金属材料の余寿命を確率論的に評価することが
できる。請求項３及び４に記載の発明によれば、損傷に
よって変化する応力を考慮に入れたシミュレーションが
可能であるため、正確な余寿命を予測することができ
る。請求項５に記載の発明によれば、粒界モデルに作用
する応力を逐次再計算することにより、破断時まで計算
を続けることが可能となる。請求項６に記載の発明によ
れば、粒界モデルと、該粒界モデルに発生したボイドと
を合わせて表示することで、解析結果を視覚的に理解し
やすい状態で表すことができる。請求項７に記載の発明
によれば、金属材料の内部構造と損傷状態とを合わせて
表示することで、解析結果を視覚的に理解しやすい状態
で表すことができる。請求項８に記載の発明によれば、
解析結果と実際の検査結果とを照らし合わせることで、
解析結果の妥当性を判断することができるとともに、解
析結果と実際の検査結果とを総合して損傷の程度を判断
することができる。請求項９に記載の発明によれば、応
力分布と金属材料内部の形状を用いる事でより正確な破
壊進行過程を計算可能である。したがって、余寿命をよ
り正確に予測することができる。
【図１】 本発明の一実施形態として示した金属材料の
損傷評価装置を示すブロック図である。
損傷評価装置を示すブロック図である。
【図２】 同損傷評価装置が適用される高温配管の溶接
部を示す断面図である。
部を示す断面図である。
【図３】 同損傷評価装置によって実現される損傷評価
方法の一部を示す流れ図である。
方法の一部を示す流れ図である。
【図４】 ＨＡＺ部を配管厚さ方向に粒界モデルで表し
た図である。
た図である。
【図５】 前記損傷評価装置による粒界破壊抵抗分布モ
デルを示した模式図である。
デルを示した模式図である。
【図６】 (a)は応力とき裂発生駆動力との関係、(b)は
応力とき裂伝播駆動力Ｋとの関係を示した図である。
応力とき裂伝播駆動力Ｋとの関係を示した図である。
【図７】 クリープ破断時間と有効応力との関係を示し
た図である。
た図である。
【図８】 余寿命と有効応力との関係を示した図であ
る。
る。
【図９】 ボイド個数密度とヤング率の低下とを示した
図である。
図である。
【図１０】 余寿命と累積破壊確率とを示した図であ
る。
る。
【図１１】 擬似的に構成した２次元粒界モデルと、損
傷部位とを重ねて表示した状態である。
傷部位とを重ねて表示した状態である。
【図１２】 ボイドの発生状態を内部形状全体につい
て、推定応力と損傷の度合いとを合わせて表示した状態
の図である。
て、推定応力と損傷の度合いとを合わせて表示した状態
の図である。
【図１３】 解析結果と非破壊検査とを共に表示した状
態の図である。
態の図である。
【図１４】 ＴＯＦＤ法の測定原理を説明するための説
明図である。
明図である。
【図１５】 微視損傷進展シミュレーションを示す流れ
図である。
図である。
【図１６】 微視損傷進展シミュレーションの粒界破壊
抵抗分布モデルを示す模式図である。
抵抗分布モデルを示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 内部検査手段
１１ 応力推定手段
１２ ビード形状推定手段（内部形状推定手段）
１３ 解析手段
１４ 評価手段
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 猪狩 敏秀
長崎県長崎市深堀町五丁目717番１号 三
菱重工業株式会社長崎研究所内
Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AB07 AC01 BC07 BC11
GB02 GG36 GG37 GH06 GH13
GH17
2G052 AA12 FD03 GA11 GA35 HB06
JA04 JA09
2G055 AA01 BA11 FA01
Claims (9)
- 【請求項１】 金属材料の傷を評価する方法であって、 前記金属材料の内部損傷状態を検査して損傷分布を求
め、該損傷分布に基づいて前記金属材料の内部形状を推
定し、さらに前記金属材料内部を粒界モデルで表すとと
もに、これら各粒界モデルに対して前記金属材料の内部
形状に基づいて算出される応力を与えることにより、前
記各粒界モデルの破壊進行過程を計算することを特徴と
する金属材料の損傷評価方法。 - 【請求項２】 請求項１に記載の金属材料の損傷評価方
法において、 前記金属材料の推定内部形状を種々に変え、該形状の推
定確率と、前記各粒界モデルの破壊進行過程の計算によ
って得られた余寿命とを対応させて前記金属材料の余寿
命確率を算出することを特徴とする金属材料の損傷評価
方法。 - 【請求項３】 金属材料の傷を評価する方法であって、 前記金属材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら
各粒界モデルに作用する初期応力を設定した後に所定時
間経過後における破壊進行過程を計算し、さらに、その
結果得られた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒
界モデルに作用する応力を再計算し、該再計算後の応力
に基づいてさらに所定時間経過後における破壊進行過程
を計算することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載の金属材料の損
傷評価方法において、 前記金属材料の内部形状の粒界モデルを作成し、これら
各粒界モデルに作用する初期応力を設定した後に所定時
間経過後における破壊進行過程を計算し、さらに、その
結果得られた前記粒界モデルの損傷に基づいて前記各粒
界モデルに作用する応力を再計算し、該再計算後の応力
に基づいてさらに所定時間経過後における破壊進行過程
を計算することを特徴とする金属材料の損傷評価方法。 - 【請求項５】 請求項３または４に記載の金属材料の損
傷評価方法において、 前記破壊進行過程の計算を前記金属材料の破断まで繰り
返すことを特徴とする金属材料の損傷評価方法。 - 【請求項６】 請求項１から５に記載の金属材料の損傷
評価方法において、 前記粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求められ
た粒界モデルの損傷部位を、前記粒界モデルと重ね合わ
せて画面表示または印字することを特徴とする金属材料
の損傷評価方法。 - 【請求項７】 請求項１から６に記載の金属材料の損傷
評価方法において、 前記金属材料の内部形状を画面表示または印字するとと
もに、前記粒界モデルの破壊進行過程の計算によって求
められた粒界の損傷の度合いを前記金属材料の内部形状
に重ね合わせて示すことを特徴とする金属材料の損傷評
価方法。 - 【請求項８】 請求項７に記載の金属材料の損傷評価方
法において、 前記金属材料の損傷状態を実際に検査した結果も同時に
画面表示または印字することを特徴とする金属材料の損
傷評価方法。 - 【請求項９】 金属材料の傷を評価する装置であって、 前記金属材料の内部損傷分布に基づいて前記金属材料の
内部形状を推定する内部形状推定手段と、前記金属材料
内部を粒界モデルで表すとともに、これら各粒界モデル
に対して前記金属材料の内部形状に基づいて算出される
応力を与えることにより、前記各粒界モデルの破壊進行
過程を計算する解析手段とを備えていることを特徴とす
る金属材料の損傷評価装置。
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|---|---|---|---|
| JP2002248960A JP3886865B2 (ja) | 2001-11-09 | 2002-08-28 | 金属材料の損傷評価方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
| JP2001-344905 | 2001-11-09 | ||
| JP2001344905 | 2001-11-09 | ||
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003207489A true JP2003207489A (ja) | 2003-07-25 |
| JP3886865B2 JP3886865B2 (ja) | 2007-02-28 |
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-
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- 2002-08-28 JP JP2002248960A patent/JP3886865B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| 時吉巧、山内雅文、西村宣彦、橋本貴雄、今本敏彦: ""ボイラ高温配管溶接部の寿命診断システム"", 三菱重工技報, vol. 第３８巻、第２号, JPNX006052130, 31 March 2001 (2001-03-31), JP, pages 84 - 86, ISSN: 0000787731 * |
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