JP2012202740A

JP2012202740A - 非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法

Info

Publication number: JP2012202740A
Application number: JP2011065676A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Matsumoto; 正浩松本
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2011-03-24
Filing date: 2011-03-24
Publication date: 2012-10-22

Abstract

【課題】特殊な接合装置を必要とすることなく、簡単に亀裂状の内部欠陥を有する非破壊検査用有欠陥試験体を製作する。
【解決手段】金属材料同士１，２をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部Ａを多層溶接によって溶接する途中の段階で、曲げ試験機により溶接部を折り曲げ、溶接部に長手方向に沿って亀裂３を生じさせた後、折り曲げる前の形状に戻し、残りの開先部Ａを多層溶接によって埋めることによって内部亀裂３を有する試験体を得る。
【選択図】図１

Description

本発明は、非破壊試験装置の校正や感度調整のために使用される非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法に関する。

鋼構造物や機械の鋼部品に亀裂が生じると、安全性に及ぼす影響が大きく、これらの欠陥を検出するために非破壊試験が従来より実施されている。非破壊試験は、試験体の形状や機能に変化を及ぼすことなく欠陥を検出したり、品質や形状を調べるものであるが、表面欠陥の場合は、磁粉探傷試験、浸透探傷試験、電磁誘導試験などによって検査することが可能であるが、内部欠陥の場合は放射線透過試験、超音波探傷試験などの方法を採用することになる。

これらの放射線透過試験、超音波探傷試験では、装置の校正や感度調整のために人為的に内部欠陥を設けた試験体が使用されている。

例えば、JIS Z2345では、放電加工により非貫通孔を形成した後、鋼栓で蓋をし内部に空間を形成したり、薄溝を形成して内部欠陥としたものを標準試験体とすることが掲載されている。

また、下記特許文献１では、試験体本体となる複数個に分割された金属材料間の所定の位置に前記金属材料とは異なる材料からなる擬似欠陥体（箔、セラミック、雲母等）を配置し、これらの分割された金属材料を一体化し金属材料を固相接合する擬似欠陥試験体の製造方法が提案されている。

下記特許文献２では、非破壊検査で欠陥寸法を推定するにあたって比較対象となる標準欠陥を内在させた非破壊検査用標準試験体であって、金属製標準試験体を構成する各部材の接合面のいずれか一方に、内在する欠陥の広さに相当する広さに水や有機溶剤で混練したセラミックスの粉末を塗布するとともに、接合面の周囲を電子ビーム溶接によってシールし、かつ、このシールした標準試験体を熱間静水圧プレスまたはホットプレスにより拡散接合し、前記セラミックスの粉末を塗布した部分に人工欠陥を内在させるようにした非破壊検査用標準試験体が提案されている。

特開平２−６２９３３号公報特開平９−６１３１３号公報

しかしながら、前記JIS Z2345による試験体は、形成される空隙や溝の寸法が大きく、実際に起こりうる亀裂が０．１mm〜数ミクロンであることを考えると、欠陥の寸法に大きな違いがあり過ぎる。

また、前記特許文献１による試験体は、箔、セラミック又は雲母などの擬似欠陥体を内部に配置するものであるが、金属材料同士を固相接合するに当り、熱間等方圧加工法や一軸又は二軸の拡散接合を採用するものであり、特殊な接合装置を必要とする。

更に、前記特許文献２による試験体は、内部欠陥を接合面にセラミックスの粉末を塗布することによって形成するものであるが、金属材料同士を熱間静水圧プレスまたはホットプレスにより拡散接合するものであり、この場合も特殊な接合装置を必要とする。

そこで本発明の主たる課題は、特殊な接合装置を必要とすることなく、簡単に亀裂状の内部欠陥を有する非破壊検査用有欠陥試験体を製作する方法を提供することにある。

前記課題を解決するために請求項１に係る本第１発明として、金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、曲げ試験機により溶接部を折り曲げ、溶接部に長手方向に沿って亀裂を生じさせた後、折り曲げる前の形状に戻し、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂を有する試験体を得ることを特徴とする非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法が提供される。

上記請求項１記載の発明は、熱間等方圧加工法や一軸又は二軸の拡散接合などの特殊な接合方法ではなく、一般的なアーク溶接法を用いた方法によって有欠陥試験体を得るようにしたものである。手順は、多層溶接の途中段階で曲げ試験機に掛けて人工的に亀裂を導入した後、残りの多層溶接によって開先部を埋めるようにするものである。

請求項２に係る本発明として、金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、曲げ試験機により溶接部を折り曲げ、溶接部に長手方向に沿って亀裂を生じさせた後、残りの開先部を多層溶接によって埋めた後、折り曲げる前の形状に戻すことによって内部亀裂を有する試験体を得ることを特徴とする非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法が提供される。

上記請求項２記載の発明は、折り曲げた試験体を元に戻す手順が異なるだけで、基本的には請求項１記載の発明と同様である。

請求項３に係る本発明として、前記曲げ試験機による亀裂発生に際して、溶接部を冷却した状態で行う請求項１，２いずれかに記載の非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法が提供される。

上記請求項３記載の発明は、溶接材料の延性が高い場合は、直線的な亀裂が生じないことも予想されるため、この場合は溶接部を冷却した状態で曲げ試験機に掛けることにより、直線的な亀裂を発生し易くするのが望ましい。

請求項４に係る本発明として、試験体に繰返し載荷試験によって疲労亀裂を導入し、得られた試験体の疲労亀裂部分を切り出して小片亀裂モジュールを作製しておき、
金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、前記小片亀裂モジュールを開先内に設置した後、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂を有する試験体を得ることを特徴とする非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法が提供される。

上記請求項４記載の発明（第２発明）は、一般的なアーク溶接法を用いた方法によって有欠陥試験体を得るに当り、多層溶接の途中段階で、別途製作しておいた小片亀裂モジュールを開先内に設置し、残りの開先部を多層溶接によって埋めるようにするものである。この第２発明によれば、前記小片亀裂モジュールの配向方向を変えることによって、縦向きの亀裂又は横向きの亀裂を任意に形成することが可能となる利点を有する。

以上詳説のとおり本発明によれば、特殊な接合装置を必要とすることなく、簡単に亀裂状の内部欠陥を有する非破壊検査用有欠陥試験体を製作することが可能となる。

本第１発明に係る有欠陥試験体の製作手順図である。その変形例を示す製作手順図である。本第２発明に係る有欠陥試験体の製作手順図である。その変形例（その１）を示す横断面図である。その変形例（その２）を示す横断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

《第１発明》
本第１発明に係る非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法は、金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、曲げ試験機により溶接部を折り曲げ、溶接部に長手方向に沿って亀裂を生じさせた後、折り曲げる前の形状に戻し、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂を有する試験体を得るものである。

以下、図１に従って手順に従いながら詳述する。

先ず、図１(A)に示されるように、金属材料同士１，２をＶ字状の開先形状１ａ、２ａで突合わせて配置する。次に、図１(B)に示されるように、この開先部Ａをアーク溶接法による多層溶接（二層以上の複数の層の溶接ビードを重ねて置いていく溶接）によって溶接し途中段階で止めたならば、図１(C)に示されるように、折り曲げ試験機に掛けて、溶接部を折り曲げ溶接部に長手方向（溶接線方向）に沿って亀裂３を生じさせるようにする。前記折り曲げ試験機としては、溶接継手曲げ試験などを好適に使用することができる。この際、溶接材料の延性が高い場合は、直線的な亀裂が生じないことがあるが、この場合は、ドライアイスや液体窒素などにより当接部を冷却することで、直線的な亀裂を発生させることが容易となる。

溶接部に亀裂３を発生させたならば、図１(D)に示されるように、折り曲げる前の形状（平板形状）に戻し、図１(E)に示されるように、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂３を有する試験体を得るようにする。なお、亀裂を生じさせた後の再溶接に当たって、必要ならば、ガウジングによって亀裂３の寸法、形状等を調整するようにしてもよい。

前記亀裂３は、概ね長さは２〜５０mm、亀裂の深さは２〜２０mm、亀裂幅は１mm〜数十マイクロの範囲で形成するのが望ましい。

次に、図２に示された本第１発明の変形例について述べる。図１の第１形態例と対比すると、若干手順が異なるだけである。

図２(A)に示されるように、金属材料同士１，２をＶ字状の開先形状１ａ、２ａで突合わせて配置したならば、図２(B)に示されるように、この開先部Ａをアーク溶接法による多層溶接によって溶接する途中段階で止めたならば、図２(C)に示されるように、折り曲げ試験機に掛けて、溶接部を折り曲げ溶接部に長手方向に沿って亀裂３を生じさせるようにする。次に、この折り曲げ状態のまま、図２(D)に示されるように、残りの開先部を多層溶接によって埋めた後、図２(E)に示されるように、折り曲げる前の平板形状に戻すことによって内部亀裂３を有する試験体を得るようにする。

《第２発明》
本第２発明は、試験体に繰返し載荷試験によって疲労亀裂を導入し、得られた試験体の疲労亀裂部分を切り出して小片亀裂モジュールを作製しておき、
金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、前記小片亀裂モジュールを開先内に設置した後、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂を有する試験体を得るようにしたものである。

以下、図３に基づき具体的に詳述する。

先ず、試験体に繰返し載荷試験によって疲労亀裂３を導入し、得られた試験体の疲労亀裂部分を切り出して小片亀裂モジュール４を作製しておく。前記繰り返し載荷試験機としては、「平面ひずみ破壊靱性試験,K1c試験」、「き裂開口変位試験,COD試験,CTOD試験」や引張疲労試験（CT試験）のように、繰り返し荷重を載荷できる載荷試験機を用いることができる。

次に、図３(A)に示されるように、金属材料同士１，２をＶ字状の開先形状１ａ、２ａで突合わせて配置したならば、図３(B)に示されるように、この開先部Ａをアーク溶接法による多層溶接によって溶接し途中段階で止める。そして、図３(C)に示されるように、前記小片亀裂モジュール４を開先内に設置したならば、図３(D)に示されるように、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂３を有する試験体を得るようにする。

図３の例では、前記小片亀裂モジュール４の亀裂３を上側に向けた状態で設置したが、図４に示されるように、亀裂３を下向きにした状態で設置することもできる。この場合は、残りの開先部を多層溶接によって埋める際、亀裂３に溶融金属が浸入することがなく、小片亀裂モジュール４に生じた亀裂３の形状をそのまま維持し易くなる。また、上記例では、小片亀裂モジュール４の亀裂３を縦向きとして設置したが、図５に示されるように、小片亀裂モジュール４を横向きにした状態で設置することもできる。この場合は、部材厚方向に垂直な面方向に拡がる亀裂３を形成することができる。

１・２…金属材料、３…亀裂、４…小片亀裂モジュール、Ａ…開先部

Claims

金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、曲げ試験機により溶接部を折り曲げ、溶接部に長手方向に沿って亀裂を生じさせた後、折り曲げる前の形状に戻し、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂を有する試験体を得ることを特徴とする非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法。
金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、曲げ試験機により溶接部を折り曲げ、溶接部に長手方向に沿って亀裂を生じさせた後、残りの開先部を多層溶接によって埋めた後、折り曲げる前の形状に戻すことによって内部亀裂を有する試験体を得ることを特徴とする非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法。
前記曲げ試験機による亀裂発生に際して、溶接部を冷却した状態で行う請求項１，２いずれかに記載の非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法。
試験体に繰返し載荷試験によって疲労亀裂を導入し、得られた試験体の疲労亀裂部分を切り出して小片亀裂モジュールを作製しておき、
金属材料同士をＶ字状の開先形状で突合わせ、この開先部を多層溶接によって溶接する途中の段階で、前記小片亀裂モジュールを開先内に設置した後、残りの開先部を多層溶接によって埋めることによって内部亀裂を有する試験体を得ることを特徴とする非破壊検査用有欠陥試験体の製作方法。