JP2013079917A - Remaining life diagnosis apparatus for metal in which creep damage develops - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命診断装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for diagnosing the remaining life of a metal that is subject to creep damage.
発電施設が有するボイラーやタービンといったプラント機器では、動力用蒸気などの高温高圧流体が扱われている。年単位の長時間に亘って使用されると、ボイラーやタービンを構成する金属(例えばクロムモリブデン鋼やステンレス鋼)には、クリープ損傷などの経年劣化損傷が生じる。過度な損傷は機器の破損につながるため、プラント機器を長期間に亘って安全に使用するには、金属の余寿命を診断して適切な時期にメンテナンスを行うことが求められる。 In plant equipment such as boilers and turbines in power generation facilities, high-temperature and high-pressure fluid such as power steam is handled. When used for a long time in units of years, the metals (for example, chromium molybdenum steel and stainless steel) constituting the boiler and turbine are subject to aging damage such as creep damage. Excessive damage leads to breakage of the equipment. Therefore, in order to use the plant equipment safely for a long period of time, it is required to diagnose the remaining life of the metal and perform maintenance at an appropriate time.
ここで、メンテナンスサイクルを短く設定すると安全率が高まるものの、メンテナンス回数が増えるのでコストが嵩んでしまう。反対に、メンテナンスサイクルを長く設定すると、メンテナンス回数が減ってコストを抑制できるものの、安全率が低くなってしまう。このため、余寿命の診断精度を向上させ、メンテナンスサイクルを適切に定めることが重要になっている。 Here, if the maintenance cycle is set short, the safety factor increases, but the number of maintenance increases, so the cost increases. On the contrary, if the maintenance cycle is set to be long, the number of maintenance can be reduced and the cost can be suppressed, but the safety factor is lowered. For this reason, it is important to improve the diagnosis accuracy of the remaining life and to appropriately determine the maintenance cycle.
診断精度を向上させるため、種々の余寿命診断方法が開発されている。その診断手法の一つにDパラメータ法がある。非特許文献1に示すように、Dパラメータ法では、粒界を撮影した顕微鏡写真を用い、応力方向と垂直な方向の垂直粒界及び損傷程度の高い損傷粒界を判定し、垂直粒界の全数と損傷粒界の全数の比率を指標として余寿命を求めている。
In order to improve diagnosis accuracy, various remaining life diagnosis methods have been developed. One of the diagnostic methods is the D parameter method. As shown in
Dパラメータ法では、応力方向と垂直な垂直粒界の損傷度合いに着目しているため、精度の高い診断を行えるという利点がある。一方で、垂直粒界であるか否かを多数の粒界について判定することは、作業者の熟練が必要となってしまう。 Since the D parameter method focuses on the degree of damage at the vertical grain boundaries perpendicular to the stress direction, there is an advantage that a highly accurate diagnosis can be performed. On the other hand, it is necessary for an operator to determine whether or not the grain boundary is a vertical grain boundary for many grain boundaries.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、Dパラメータ法による余寿命診断を容易に行うことのできる余寿命診断装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a remaining life diagnosis apparatus capable of easily performing a remaining life diagnosis by the D parameter method.
前記目的を達成するため、本発明は、クリープ損傷を受ける金属の余寿命をコンピュータによって診断する余寿命診断装置であって、前記コンピュータに、前記金属のレプリカを顕微鏡撮影することで得られた、前記金属表面における複数の粒界に対応する粒界画像データを取得させる粒界画像データ取得ステップと、前記粒界画像データから、前記各粒界の始点座標と終点座標を含む粒界データを取得させる粒界データ取得ステップと、前記金属の応力方向に垂直な参照方向を示す参照方向データを、前記粒界画像データに設定させる参照方向データ設定ステップと、前記参照方向データに基づいて、前記複数の粒界データの中から、前記参照方向を中心とする所定の角度範囲に属する垂直粒界データを抽出させる垂直粒界データ抽出ステップと、前記垂直粒界データに対応する粒界上のボイド形成状態に基づいて、当該垂直粒界データが損傷粒界に対応する損傷粒界データか否かを判断させる損傷粒界判断ステップと、前記垂直粒界データに対応する粒界の数、及び、前記損傷粒界データに対応する粒界の数に基づき、Dパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断させる余寿命診断ステップとを行わせることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention is a remaining life diagnostic apparatus for diagnosing the remaining life of a metal subject to creep damage by a computer, and obtained by taking a microscope image of a replica of the metal on the computer. Grain boundary image data obtaining step for obtaining grain boundary image data corresponding to a plurality of grain boundaries on the metal surface, and obtaining grain boundary data including start point coordinates and end point coordinates of each grain boundary from the grain boundary image data. Based on the reference direction data, the reference direction data setting step for setting the grain boundary image acquisition step, the reference direction data indicating the reference direction perpendicular to the stress direction of the metal to the grain boundary image data, and the plurality of the reference direction data. Vertical grain boundary data extraction step for extracting vertical grain boundary data belonging to a predetermined angle range centered on the reference direction from the grain boundary data of And a damaged grain boundary determining step for determining whether the vertical grain boundary data is damaged grain boundary data corresponding to the damaged grain boundary based on a void formation state on the grain boundary corresponding to the vertical grain boundary data; A remaining life diagnosis step of diagnosing the remaining life of the metal using a D-parameter method based on the number of grain boundaries corresponding to the vertical grain boundary data and the number of grain boundaries corresponding to the damaged grain boundary data; It is characterized by making it carry out.
この発明によれば、参照方向データ設定ステップで設定された参照方向データと粒界データ取得ステップで取得された粒界データとの比較から、垂直粒界データ抽出ステップにおいて垂直粒界データの抽出を容易に行うことができる。また、抽出された垂直粒界データとボイドの情報とに基づいて、損傷粒界判断ステップにおける判断を容易化することができる。その結果、垂直粒界データに対応する粒界の数と損傷粒界データに対応する粒界の数とを用いるDパラメータ法を行うに際し、余寿命診断処理の容易化が図れる。 According to the present invention, the vertical grain boundary data is extracted in the vertical grain boundary data extraction step by comparing the reference direction data set in the reference direction data setting step and the grain boundary data obtained in the grain boundary data obtaining step. It can be done easily. Further, the determination in the damaged grain boundary determination step can be facilitated based on the extracted vertical grain boundary data and void information. As a result, when performing the D parameter method using the number of grain boundaries corresponding to the vertical grain boundary data and the number of grain boundaries corresponding to the damaged grain boundary data, the remaining life diagnosis process can be facilitated.
前述の余寿命診断装置において、前記参照方向データ設定ステップでは、前記応力方向の位置を変えながら前記参照方向データを繰り返し設定させることが好ましい。これにより、複数の粒界データの中から垂直粒界データを確実に抽出することができる。 In the above remaining life diagnosis apparatus, it is preferable that the reference direction data is repeatedly set while changing the position in the stress direction in the reference direction data setting step. Thereby, vertical grain boundary data can be reliably extracted from a plurality of grain boundary data.
前述の余寿命診断装置において、前記損傷粒界判断ステップでは、前記垂直粒界データに対応する粒界の長さとボイド長さの比率に基づいて、前記垂直粒界データが前記損傷粒界データか否かを判断させることが好ましい。これにより、損傷粒界データか否かを確実に判断させることができる。 In the above-mentioned remaining life diagnosis device, in the damaged grain boundary determination step, whether the vertical grain boundary data is the damaged grain boundary data based on a ratio between the grain boundary length and the void length corresponding to the vertical grain boundary data. It is preferable to determine whether or not. Thereby, it can be judged reliably whether it is damage grain boundary data.
前述の余寿命診断装置において、前記粒界画像データ取得ステップでは、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影することで、複数の粒界画像データを取得させ、前記参照方向データ設定ステップでは、前記複数の粒界画像データのそれぞれについて前記参照方向データを設定させ、前記垂直粒界データ抽出ステップでは、前記複数の粒界画像データのそれぞれについて前記垂直粒界データを抽出させることが好ましい。これにより、顕微鏡で撮影された画像を敷き詰めてつなぎ合わせるタイリングを行わずに済み、作業効率を高めることができる。 In the aforementioned remaining life diagnostic apparatus, in the grain boundary image data acquisition step, a plurality of grain boundary image data is acquired by performing microscopic imaging while changing the imaging target position, and in the reference direction data setting step, Preferably, the reference direction data is set for each of a plurality of grain boundary image data, and the vertical grain boundary data is extracted for each of the plurality of grain boundary image data in the vertical grain boundary data extraction step. Thereby, it is not necessary to perform tiling for laying and joining images taken with a microscope, and work efficiency can be improved.
前述の余寿命診断装置において、前記余寿命診断ステップでは、Dパラメータと時間分数との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、前記垂直粒界データに対応する粒界の数、及び、前記損傷粒界データに対応する粒界の数に基づくDパラメータを前記マスターカーブにあてはめることで、前記金属の余寿命を診断することが好ましい。これにより、余寿命を容易に診断することができる。 In the above-mentioned remaining life diagnosis apparatus, in the remaining life diagnosis step, a master curve indicating a correlation between the D parameter and the time fraction is acquired in advance, the number of grain boundaries corresponding to the vertical grain boundary data, and It is preferable to diagnose the remaining life of the metal by applying a D parameter based on the number of grain boundaries corresponding to the damaged grain boundary data to the master curve. Thereby, the remaining life can be easily diagnosed.
本発明によれば、クリープ損傷を受ける金属の余寿命をDパラメータ法で診断するに際し、余寿命診断処理の容易化が図れる。 According to the present invention, the remaining life diagnosis process can be facilitated when diagnosing the remaining life of a metal that is damaged by creep by the D parameter method.
以下、本発明の実施形態について説明する。まず、余寿命診断装置としての余寿命診断システムについて説明する。図1に示すように、本実施形態の余寿命診断システム1は、走査型電子顕微鏡2(以下単にSEM2という)と診断用コンピュータ3とを有する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. First, a remaining life diagnosis system as a remaining life diagnosis apparatus will be described. As shown in FIG. 1, the remaining
SEM2は、電子線を絞って電子ビームとして測定対象(後述するレプリカ)に照射し、この測定対象から放出される二次電子を検出することで測定対象の画像データを得る装置である。SEM2は、例えば図2に示すように、電子銃21と、磁界レンズ22と、試料ステージ23と、二次電子検出器24とを備えている。
The
電子銃21は電子線を放出する部分であり、例えば熱電子を電位差によって加速させて放出する。磁界レンズ22は電子線を集束させる部分であり、例えば磁界を発生させるコイルを備えている。このコイルに流す電流を調整することで発生される磁界の強さを変えることができ、電子銃21から放出された電子線の集束度合いを調整できる。試料ステージ23は測定対象となる試料(レプリカ)が載置される部分であり、測定対象の向きや高さを調整することができる。これにより、測定対象における所望の位置に電子線を照射することができる。二次電子検出器24は、電子線の照射によって測定対象から放出された二次電子を検出する部分である。検出された二次電子の量に応じた画像信号が診断用コンピュータ3に送信される。
The
診断用コンピュータ3は、SEM2と通信してSEM2の動作制御を行うとともに、SEM2から受信した画像信号からSEM画像データを得る装置である。そして、得られたSEM画像データに基づいて余寿命診断を行う。診断用コンピュータ3は、例えば図2に示すように、コンピュータ本体31と、表示部32と、入力部33とを有する。
The
コンピュータ本体31は、診断用コンピュータ3による各種制御を行う部分であり、CPU34と、メモリ35と、データ記憶部36とを有している。CPU34は、制御の中心となる部分であり、メモリ35に記憶された動作プログラムに従って動作する。メモリ35は、SRAMやハードディスクといった各種の記憶デバイスによって構成され、動作プログラムを記憶する他、ワークエリアを確保する。データ記憶部36もまた、SRAMやハードディスクといった各種の記憶デバイスによって構成され、各種の画像データや診断用のマスターカーブ(図13を参照)の基となるデータなどが記憶される。表示部32は、SEM画像やSEM2に対する操作画像といった各種の画像を表示する部分であり、例えば液晶ディスプレイによって構成される。入力部33は作業者の各種操作を受け付ける部分であり、例えばキーボード33aやマウス33bによって構成される。
The computer
この余寿命診断システム1では、SEM2の動作が診断用コンピュータ3を通じて制御される。そして、診断用コンピュータ3では、SEM2から送信された画像信号に基づいてサンプルのSEM画像データを取得し、余寿命を診断する。以下、余寿命の診断処理について説明する。
In the remaining
図3は、余寿命の診断処理を説明するフローチャートである。この診断処理では、レプリカ採取処理(S1)、SEM観察処理(S2)、観察画像取得処理(S3)、画像調整処理(S4)、参照線描画・垂直粒界抽出処理(S5)、損傷粒界認識処理(S6)、Dパラメータ算出処理(S7)、及び、余寿命診断評価(S8)を順に行う。 FIG. 3 is a flowchart for explaining the remaining life diagnosis processing. In this diagnosis processing, replica collection processing (S1), SEM observation processing (S2), observation image acquisition processing (S3), image adjustment processing (S4), reference line drawing / vertical grain boundary extraction processing (S5), damaged grain boundary The recognition process (S6), the D parameter calculation process (S7), and the remaining life diagnosis evaluation (S8) are sequentially performed.
以下、各処理について説明する。なお、本実施形態では、ボイラー機器に広く使用されている2.25%Cr−1%Mo鋼といった低合金鋼配管の溶接熱影響部(HAZ部)の余寿命を診断する場合について説明する。 Hereinafter, each process will be described. In this embodiment, a case will be described in which the remaining life of a weld heat affected zone (HAZ zone) of a low alloy steel pipe such as 2.25% Cr-1% Mo steel widely used in boiler equipment is diagnosed.
レプリカ採取処理(S1)は、測定対象物(本実施形態では鋼管)における損傷が予測されるHAZ部について、組織をプラスチックフィルムに転写し、測定対象としてのレプリカを採取する処理である。このレプリカ採取処理では、HAZ部をグラインダー等で鏡面に研磨した後にエッチングを行う。次に、プラスチックフィルムをHAZ部に張り付けて組織を転写することで、レプリカ(組織が転写されたプラスチックフィルム)を採取する。 The replica collection process (S1) is a process for transferring a tissue to a plastic film and collecting a replica as a measurement object for a HAZ portion where damage to a measurement object (in this embodiment, a steel pipe) is predicted. In this replica collection processing, the HAZ portion is polished to a mirror surface with a grinder or the like and then etched. Next, a plastic film is attached to the HAZ portion to transfer the tissue, thereby collecting a replica (plastic film to which the tissue has been transferred).
SEM観察処理(S2)は、採取されたレプリカをSEM2で観察する処理である。このSEM観察処理では、前処理として金又は白金の蒸着処理を行い、レプリカの表面に金などの蒸着膜を形成する。蒸着膜を形成したならば、SEM2による観察を行う。例えば、試料ステージ23の上に蒸着膜が形成されたレプリカを載置し、診断用コンピュータ3を操作してレプリカの表面形状を観察する。
The SEM observation process (S2) is a process of observing the collected replica with the SEM2. In this SEM observation process, gold or platinum is vapor-deposited as a pretreatment, and a vapor deposition film such as gold is formed on the surface of the replica. If a vapor deposition film is formed, observation by SEM2 is performed. For example, a replica on which a deposited film is formed is placed on the
この場合において、診断用コンピュータ3は、SEM2から送信された画像信号に基づいてレプリカのSEM画像データを生成し、表示部32に表示させる。作業者は、入力部33を操作することで、粒界が表示部32で視認できるように表示倍率を定める。また、作業者は、入力部33を操作することで試料ステージ23を動作させ、レプリカの観察方向を定める。具体的には、測定対象物としての鋼管に作用する応力方向(応力方向と推定される方向)が所定方向になるように、レプリカの観察方向を定める。本実施形態では、応力方向が表示部32の表示画面において縦方向(矩形状画面の側縁と平行な方向)となるように観察方向を定める。
In this case, the
観察画像取得処理(S3)では、診断用コンピュータ3が、SEM2で撮影された観察画像に対応するSEM画像データを取得する。例えば、作業者からの入力部33への操作によって撮影が指示されると、診断用コンピュータ3は、生成したSEM画像データをデータ記憶部36に記憶させる。このとき、診断用コンピュータ3はSEM2を制御し、平面方向に対してマトリクス状(行列状)に複数のSEM画像データを撮影させる。すなわち、撮影対象位置を変えながら、レプリカを複数回顕微鏡撮影させることで、複数の画像を取得する。これにより、Dパラメータの算出に必要な平面範囲に亘って、複数のSEM画像データが取得される。このSEM画像データは、表示部32での表示画面に対応した横長矩形状範囲の画像データである。このため、表示画像と同様に、縦方向が応力方向(応力方向と推定される方向)に相当する。
In the observation image acquisition process (S3), the
なお、本実施形態では、図4に示すように、A列〜G列、及び、第1行〜第6行からなる42枚の画像データGRを取得した場合を例に挙げて説明する。便宜上、以下の説明では、A列第1行のSEM画像データを画像データGR(A1)と、B列第1行のSEM画像データを画像データGR(B1)と表し、以下同様に、G列第6行のSEM画像データを画像データGR(G6)と表す。 In the present embodiment, as illustrated in FIG. 4, a case where 42 pieces of image data GR including the A column to the G column and the first row to the sixth row are acquired will be described as an example. For convenience, in the following description, the SEM image data in the first row of the A column is represented as image data GR (A1), the SEM image data in the first row of the B column is represented as image data GR (B1), and so on. The SEM image data in the sixth row is represented as image data GR (G6).
各画像データGR(A1)〜GR(G6)には、粒界の画像データL、ボイドの画像データV、及び、ゴミの画像データNが含まれている。これらの画像データのうち、粒界の画像データLは、例えば、始点座標と終点座標とを有する直線の画像データとして取得される。また、ボイドの画像データVやゴミの画像データNは、例えば、ボイドやゴミの外周に添った円、楕円、多角形の画像データとして取得される。すなわち、中心と半径、長軸と短軸、多角形の頂点座標と短い直線の組み合わせからなる画像データとして取得される。 Each of the image data GR (A1) to GR (G6) includes grain boundary image data L, void image data V, and dust image data N. Among these image data, the grain boundary image data L is acquired as, for example, straight line image data having start point coordinates and end point coordinates. The void image data V and the dust image data N are acquired as, for example, circle, ellipse, and polygon image data along the outer periphery of the void and dust. That is, the image data is acquired as a combination of a center and radius, a major axis and a minor axis, a vertex coordinate of a polygon and a short straight line.
また、図5及び図6に一部を示すように、各画像データGR(A1)〜GR(G6)は、隣接する他の画像データGRとの間で、ハッチングで示す縁部分EDのデータを共有している。これにより、Dパラメータの算出に必要とされる平面範囲を隈無く網羅している。 Further, as partly shown in FIGS. 5 and 6, each of the image data GR (A1) to GR (G6) is the data of the edge portion ED indicated by hatching with the other adjacent image data GR. Sharing. As a result, the plane range required for calculating the D parameter is fully covered.
画像調整処理(S4)では、診断用コンピュータ3が、取得した各画像データGR(A1)〜GR(G6)に対して各種の調整を行う。例えば、図4に示すように、SEM2から得られた画像データGRには、ゴミ画像Nや余分な粒界画像LXが存在する。また、符号LYで示すように、粒界画像同士の間が欠けていたりする。このような画像データGRをそのまま用いて処理を進めると、求められたAパラメータの精度が損なわれ、ひいては余寿命の診断結果にまで影響が及んでしまう。そこで、画像調整処理では、ゴミ画像Nの除去、余分な粒界画像LXの除去、欠けている粒界画像LY同士の補間などが行われる。
In the image adjustment process (S4), the
図4に示すゴミ画像Nは、粒界画像Lの上に位置していないことから、ボイド画像Vとは異なるものとして区別できる。なお、ゴミ画像Nについては、形状が細長い場合やボイド画像Vよりも有意に大きい場合にも、ボイド画像Vとは異なるものとして区別できる。 Since the dust image N shown in FIG. 4 is not located on the grain boundary image L, it can be distinguished as being different from the void image V. Note that the dust image N can be distinguished from the void image V even when the shape is elongated or significantly larger than the void image V.
また、図4の画像データGR(D3),GR(E4),GR(F5)において、余分な粒界画像LXが存在する。これらの粒界画像LXは、その延長線上に対応する粒界画像が存在しない。このため、余分な粒界画像であると判断できる。一方、画像データGR(D1)〜(E1),GR(D2),GR(E3),GR(E5)において、途中で途切れている粒界画像LYが存在する。これらの粒界画像LYについては、その延長線上に対応する粒界画像LYが存在したり、他の粒界画像Lの端点PLが存在したりするため、画像を補間することにより1つの粒界として扱うことができる。 Further, in the image data GR (D3), GR (E4), and GR (F5) in FIG. 4, an extra grain boundary image LX exists. These grain boundary images LX have no corresponding grain boundary image on the extension line. For this reason, it can be judged that it is an extra grain boundary image. On the other hand, in the image data GR (D1) to (E1), GR (D2), GR (E3), GR (E5), there are grain boundary images LY that are interrupted in the middle. For these grain boundary images LY, there is a corresponding grain boundary image LY on the extension line, or there is an end point PL of another grain boundary image L. Therefore, one grain boundary can be obtained by interpolating the image. Can be treated as
これらのゴミ除去処理、余分な粒界画像LXの除去処理、及び、途切れた粒界画像LYの補間処理を、各画像データGR(A1)〜GR(G6)に対して行うと、図7に示すように、各画像データGRにおいてゴミ画像Nや余分な粒界画像LXが除去され、かつ、途切れた粒界画像LYが補間される。これにより、診断に適したクリアな画像データが得られる。そして、診断用コンピュータ3は、各処理がなされたSEM画像データについて、各粒界の始点座標と終点座標を含む粒界データを、観察対象となる平面範囲に存在する全ての粒界について取得する。
When the dust removal process, the removal process of the excess grain boundary image LX, and the interpolation process of the broken grain boundary image LY are performed on each of the image data GR (A1) to GR (G6), FIG. As shown, the dust image N and the excess grain boundary image LX are removed from each image data GR, and the broken grain boundary image LY is interpolated. Thereby, clear image data suitable for diagnosis is obtained. The
このように本実施形態では、この画像調整処理(S4)が、鋼管(金属)のレプリカを顕微鏡撮影することで得られた、金属表面における複数の粒界に対応するSEM画像データ(粒界画像データ)を診断用コンピュータ3に取得させる、粒界画像データ取得ステップに相当する。また、粒界画像データから、各粒界の始点座標と終点座標を含む粒界データを診断用コンピュータ3に取得させる、粒界データ取得ステップにも相当する。
Thus, in this embodiment, this image adjustment process (S4) is SEM image data (grain boundary image) corresponding to a plurality of grain boundaries on the metal surface, which is obtained by microscopic imaging of a steel pipe (metal) replica. This corresponds to a grain boundary image data acquisition step in which the
この画像調整処理(S4)で取得された粒界画像データや全ての粒界の粒界データは、データ記憶部36に記憶され、その後の処理で参照される。また、ボイドの画像データVについても同様に、データ記憶部36に記憶される。ボイドの画像データVとしては円形データと楕円形データの2種類が用意されている。円形データの場合、中心座標のデータ及び半径のデータ等、円の位置と大きさを特定できるデータが記憶される。楕円形データの場合、焦点の座標データ、長軸長さのデータ、短軸長さのデータ等、楕円の位置と大きさと傾きを特定できるデータが記憶される。
The grain boundary image data acquired by this image adjustment process (S4) and the grain boundary data of all the grain boundaries are stored in the
前述したように、各画像データGR(A1)〜GR(G6)は、隣接する画像データGRとの間で、ハッチングで示す縁部分EDのデータを共有している(図5を参照)。この縁部分ED(重複部分)のデータを複数の画像データGRに割り当ててしまうと、同一の粒界画像Lやボイド画像Vであるにも拘わらず、別の粒界画像Lやボイド画像Vとしてカウントされてしまう虞がある。そこで、画像調整処理では、各画像データGRの縁部分EDについて1つの画像データGRに割り振るようにし、他の画像データGRについては対象外領域として設定している。 As described above, the image data GR (A1) to GR (G6) share the data of the edge portion ED indicated by hatching with the adjacent image data GR (see FIG. 5). If the data of the edge portion ED (overlapping portion) is assigned to a plurality of image data GR, it is a different grain boundary image L or void image V even though it is the same grain boundary image L or void image V. There is a risk of being counted. Therefore, in the image adjustment process, the edge portion ED of each image data GR is assigned to one image data GR, and the other image data GR is set as a non-target region.
例えば、図6に示すように、各画像データGRにおける右端部から下端部に亘って倒L状の対象外領域EXを設定する。これにより、画像データGR(A1)、画像データGR(B1)、画像データGR(A2)及び画像データGR(B2)の4つが重なっている重複部分ED1については画像データGR(B2)に割り振られる。また、重複部分ED1から横方向(長辺方向)に延びる重複部分ED2については画像データGR(A2)に割り振られ、重複部分X5から縦方向(短辺方向)に延びる重複部分X7については画像データGR(B1)に割り振られる。その結果、異なる画像データGRに存在する同一の粒界画像Lやボイド画像Vを、重複してカウントしてしまう不具合を防止できる。 For example, as shown in FIG. 6, an inverted L-shaped non-target region EX is set from the right end portion to the lower end portion in each image data GR. As a result, the overlapping portion ED1 in which the four of the image data GR (A1), the image data GR (B1), the image data GR (A2), and the image data GR (B2) overlap is allocated to the image data GR (B2). . The overlapping portion ED2 extending in the horizontal direction (long side direction) from the overlapping portion ED1 is assigned to the image data GR (A2), and the overlapping portion X7 extending in the vertical direction (short side direction) from the overlapping portion X5 is image data. Assigned to GR (B1). As a result, it is possible to prevent a problem that the same grain boundary image L and void image V existing in different image data GR are counted repeatedly.
加えて、1つの粒界が複数の画像データGRに跨って存在する場合、診断用コンピュータ3は、各画像データGRに存在する粒界データ同士をリンクさせ、1つの粒界として扱えるようにしている。
In addition, when one grain boundary exists across a plurality of image data GR, the
図6の例では、粒界データLAが画像データGR(A1)と画像データGR(B1)に跨って存在する。そこで、診断用コンピュータ3は、粒界データLAの画像データGR(A1)に属する部分のデータLA1と、粒界データLAの画像データGR(B1)に属する部分のデータLA2とを個別に記憶し、データLA1とデータLA2とが同じ粒界のデータであることを示す属性データを付与する。診断用コンピュータ3は、属性データに基づいてデータLA1とデータLA2とが同じ粒界LAのデータであることを認識する。
In the example of FIG. 6, the grain boundary data LA exists across the image data GR (A1) and the image data GR (B1). Therefore, the
同様に、粒界データLBが画像データGR(A1)と画像データGR(A2)に跨って存在する。そこで、診断用コンピュータ3は、粒界データLBの画像データGR(A1)に属する部分のデータLB1と、粒界データLBの画像データGR(A2)に属する部分のデータLB2とを個別に記憶し、データLB1とデータLB2とが同じ粒界のデータであることを示す属性データを付与する。診断用コンピュータ3は、属性データに基づいてデータLB1とデータLB2とが同じ粒界LBのデータであることを認識する。
Similarly, the grain boundary data LB exists across the image data GR (A1) and the image data GR (A2). Therefore, the
以上の画像調整処理が終了したならば、参照線描画・垂直粒界抽出処理(S5)が行われる。この参照線描画処理において、診断用コンピュータ3は、鋼管(金属)の応力方向に垂直な参照方向を示す参照線を表示部32に描画する。言い換えれば、参照方向を示す参照方向データを画像データGRに設定する。本実施形態では、図8に示すように、応力方向が画像データGRの短辺方向に定められている。このため、診断用コンピュータ3は、参照方向データRLを画像データGRの長辺方向に設定する。この参照方向データRLは、垂直粒界抽出処理において、画像データGRに含まれる粒界データのうち、判断対象となる粒界データを特定するために用いられる。すなわち、この参照方向データRLで描かれる参照線と交差する位置に形成された粒界の粒界データLが判断対象になる。
When the above image adjustment processing is completed, reference line drawing / vertical grain boundary extraction processing (S5) is performed. In this reference line drawing process, the
この場合において、診断用コンピュータ3は、応力方向の位置を所定ピッチで変えながら参照方向データRLを繰り返し設定する。これは、画像データGRに含まれる粒界データLを、診断用コンピュータ3によってもれなく認識するためである。図8の例では、画像データGR(A1)に5つの粒界データLA〜LEが含まれている。仮に、短辺方向のほぼ中心に位置する参照方向データRLAだけを設定した場合、このデータRLAの参照線と交差する粒界の粒界データLC,LA,LEのみが判断対象とされる。そして、粒界データLB,LDについては、他の画像データGRで判断対象とされなければ、判断対象から漏れてしまう。このような不具合を防止するため、参照方向データRLを繰り返し設定している。
In this case, the
垂直粒界抽出処理において、診断用コンピュータ3は、画像データGRに含まれる各粒界データLについて、応力方向とほぼ垂直方向に形成された垂直粒界の粒界データであるか否かを判断し、垂直粒界の粒界データを垂直粒界データL´として抽出する。このため、診断用コンピュータ3は、参照線と交差する粒界の粒界データLを抽出し、抽出した粒界データLの始点座標及び終点座標から粒界の角度を求め、求めた角度を参照線の角度と比較することで、抽出した粒界データLが垂直粒界データL´であるか否かを判断する。本実施形態では、参照線の角度を中心(0°)として±30°の角度範囲に存在する粒界の粒界データLを、垂直粒界データL´としている。
In the vertical grain boundary extraction process, the
この垂直粒界抽出処理は、参照方向データRLが切り換えられる毎に行われる。すなわち、参照線描画処理と垂直粒界抽出処理とが交互に行われる。そして、垂直粒界抽出処理では、既に判断された粒界については判断を行わないようにしている。このため、データ記憶部36には、垂直粒界データL´であるか否かの情報が粒界データLのそれぞれについて記憶される。これらの処理を画像データGR(A1)から画像データGR(G6)までの各データについて行ったならば、参照線描画・垂直粒界抽出処理(S5)を終了する。これにより、例えば図9や図10に示すように、複数の粒界データL(点線)のうちの一部が、垂直粒界データL´(実線)として抽出される。なお、これらの図において、ボイドの画像Vは図示を省略している。
This vertical grain boundary extraction process is performed every time the reference direction data RL is switched. That is, the reference line drawing process and the vertical grain boundary extraction process are alternately performed. In the vertical grain boundary extraction process, no judgment is made on grain boundaries that have already been judged. For this reason, the
このように本実施形態では、参照線描画・垂直粒界抽出処理(S5)が、配管(金属)の応力方向に垂直な参照方向を示す参照方向データRLを、診断用コンピュータ3によってSEM画像データ(粒界画像データ)に設定する参照方向データ設定ステップに相当する。また、参照方向データに基づいて、複数の粒界データLの中から、参照方向を中心とする所定の角度範囲に属する垂直粒界データL´を抽出させる垂直粒界データ抽出ステップに相当する。
As described above, in the present embodiment, the reference line drawing / vertical grain boundary extraction process (S5) uses the
垂直粒界データL´が抽出されたならば、損傷粒界認識処理(S6)が行われる。この損傷粒界認識処理において、診断用コンピュータ3は、データ記憶部36に記憶された垂直粒界データL´と、この垂直粒界データL´に対応する垂直粒界に形成されたボイドの画像データVを読み出す。そして、この垂直粒界におけるボイドの占める比率を求め、損傷粒界に対応する損傷粒界データL″(図11,図12参照)か否かを判断する。
If the vertical grain boundary data L ′ is extracted, damaged grain boundary recognition processing (S6) is performed. In this damaged grain boundary recognition process, the
図11(a)〜(e)は、粒界とボイドの関係を損傷の度合い毎に示す図である。すなわち、図11(a)はボイドが発生していない状態を示し、図11(b)は径が0.5μm以上のボイドが発生した状態を示す。図11(c)は径が0.5μm以上のボイドが飽和した状態を示し、図11(d)はボイドが成長している状態を示し、図11(e)はボイドが連結した状態を示す。 FIGS. 11A to 11E are diagrams showing the relationship between grain boundaries and voids for each degree of damage. That is, FIG. 11A shows a state where no void is generated, and FIG. 11B shows a state where a void having a diameter of 0.5 μm or more is generated. FIG. 11C shows a state where a void having a diameter of 0.5 μm or more is saturated, FIG. 11D shows a state where the void is growing, and FIG. 11E shows a state where the void is connected. .
これらの図に示すように、粒界のボイドによる損傷は、極めて小さなボイドが粒界上に発生することから始まる(図11(b)の状態)。そして、粒界上のボイド数が飽和すると(図11(c)の状態)、各ボイドが成長して大きくなり(図11(d)の状態)、隣接するボイド同士が合体する(図11(d)の状態)。本実施形態では、ボイド数が飽和したことをもって、当該粒界が損傷していると判断する。この判断を行うため、診断用コンピュータ3は、垂直粒界データL´から垂直粒界の長さLLを取得する。また、ボイドの画像データVからボイドの幅Wを取得する。ここで、複数のボイドが粒界上に存在する場合は、各ボイドの幅W1〜Wn(図11の例ではn=4)を合算することでボイドの幅Wを求める。そして、垂直粒界の長さLLにおけるボイドの幅Wの占める比率を算出し、この比率が判断基準値以上(図11の例では50%以上)であれば、その垂直粒界は損傷粒界と判定する。この場合、データ記憶部36には、損傷粒界データL″である旨を示す情報が、対応する粒界データLに記憶される。
As shown in these figures, the damage due to the voids at the grain boundaries starts from the occurrence of extremely small voids on the grain boundaries (state shown in FIG. 11B). When the number of voids on the grain boundary is saturated (the state shown in FIG. 11 (c)), each void grows and becomes large (the state shown in FIG. 11 (d)), and adjacent voids are united (FIG. 11 ( d) state). In this embodiment, it is determined that the grain boundary is damaged when the number of voids is saturated. In order to make this determination, the
この処理を、抽出された全ての垂直粒界データL´について行ったならば、損傷粒界認識処理(S6)を終了する。これにより、例えば図12に示すように、複数の垂直粒界データL´(実線・細線)のうちの一部が、損傷粒界データL″(実線・太線)として抽出される。 If this process is performed for all the extracted vertical grain boundary data L ′, the damaged grain boundary recognition process (S6) is terminated. Thereby, for example, as shown in FIG. 12, a part of the plurality of vertical grain boundary data L ′ (solid line / thin line) is extracted as damaged grain boundary data L ″ (solid line / thick line).
このように本実施形態では、損傷粒界認識処理(S6)が、垂直粒界データに対応する粒界上のボイド形成状態に基づいて、当該垂直粒界データが損傷粒界に対応する損傷粒界データか否かを、診断用コンピュータ3が判断する損傷粒界判断ステップに相当する。
Thus, in this embodiment, the damaged grain boundary recognition process (S6) is based on the void formation state on the grain boundary corresponding to the vertical grain boundary data, and the vertical grain boundary data corresponds to the damaged grain boundary. This corresponds to a damaged grain boundary determination step in which the
続くDパラメータ算出処理(S7)において、診断用コンピュータ3は、垂直粒界データに対応する垂直粒界の数、及び、損傷粒界データに対応する損傷粒界の数に基づいてDパラメータを算出する。ここで、Dパラメータは、次式(1)に基づいて算出される。すなわち、観察領域(観察画像の範囲)における損傷粒界の数を、観察領域における損傷粒界の全数で除することにより、算出される。そして、診断用コンピュータ3は、算出したDパラメータの値をデータ記憶部36に記憶させ、この処理を終了する。
余寿命診断評価(S8)において、診断用コンピュータ3は、マスターカーブをデータ記憶部36から読み出し、算出したDパラメータの値をあてはめることで、鋼管(金属)の時間分数(すなわち余寿命)を取得する。ここで、マスターカーブは、例えば図13に示すように、横軸を時間分数とし、縦軸をDパラメータとした場合の相関関係を示すグラフであり、鋼管のクリープ促進試験によって予め取得されたものである。そして、時間分数は、破断時での経過時間を値「1」とした場合の経過時間を比率で示すものである。このため、鋼管の余寿命を表す指標でもある。従って、このマスターカーブは、Dパラメータと鋼管の余寿命との相関関係を示しているといえる。
In the remaining life diagnosis evaluation (S8), the
このように、診断用コンピュータ3は、算出したDパラメータの値をマスターカーブにあてはめることで鋼管の余寿命を診断する。従って、この余寿命診断評価は、Dパラメータ法を用いて鋼管(金属)の余寿命を、診断用コンピュータ3に診断させる余寿命診断ステップに相当する。そして、余寿命に基づいて交換時期と判断された場合には、その旨を表示部32で表示することで作業者に報知する。また、十分に余寿命がある場合にも、その余寿命を表示部32で表示することで作業者に報知する。
Thus, the
この余寿命診断評価が終了すると一連の診断処理が終了し、次のレプリカに対する診断が前述した手順に則って繰り返し行われる。 When this remaining life diagnosis evaluation is completed, a series of diagnosis processing is completed, and the diagnosis for the next replica is repeatedly performed according to the above-described procedure.
以上説明したように、本実施形態によれば、参照線描画・垂直粒界抽出処理(S5)にて、配管の応力方向に垂直な参照方向を示す参照方向データを、粒界画像データに設定させるとともに、この参照方向データに基づいて、複数の粒界データの中から、参照方向を中心とする所定の角度範囲に属する垂直粒界データを抽出させているので、手作業では困難な垂直粒界データの抽出を迅速かつ確実に行うことができる。また、損傷粒界認識処理(S6)にて、抽出された垂直粒界データとボイドの情報とに基づいて損傷粒界データか否かを判断する際に、その判断処理を容易化することができる。その結果、クリープ損傷を受ける配管の余寿命をDパラメータ法で診断するに際し、余寿命診断処理の容易化が図れる。 As described above, according to this embodiment, the reference direction data indicating the reference direction perpendicular to the stress direction of the pipe is set in the grain boundary image data in the reference line drawing / vertical grain boundary extraction process (S5). In addition, vertical grain boundary data belonging to a predetermined angle range centered on the reference direction is extracted from a plurality of grain boundary data based on the reference direction data. Field data can be extracted quickly and reliably. In the damaged grain boundary recognition process (S6), when determining whether the grain boundary data is damaged based on the extracted vertical grain boundary data and void information, the determination process can be facilitated. it can. As a result, the remaining life diagnosis process can be facilitated when diagnosing the remaining life of a pipe that is subject to creep damage by the D-parameter method.
また、参照方向データを設定するに際し、応力方向の位置を変えながら前記参照方向データを繰り返し設定させているので、複数の粒界データの中から垂直粒界データをもれなく確実に抽出することができる。 Further, when setting the reference direction data, the reference direction data is repeatedly set while changing the position of the stress direction, so that the vertical grain boundary data can be reliably extracted from the plurality of grain boundary data. .
また、損傷粒界データか否かを判断するに際し、垂直粒界データに対応する粒界の長さLLとボイドの幅(長さ)Wの比率を用いているので、診断用コンピュータによる判断の確実性を高めることができる。 Further, when determining whether or not the data is damaged grain boundary data, the ratio between the grain boundary length LL and the void width (length) W corresponding to the vertical grain boundary data is used. Certainty can be increased.
また、SEM画像データ(粒界画像データ)を取得するに際し、撮影対象位置を変えながら複数回顕微鏡撮影させており、参照方向データを設定するに際し、各SEM画像データのそれぞれを対象にしており、かつ、垂直粒界データを抽出するに際しても、各SEM画像データのそれぞれを対象にしているので、顕微鏡で撮影された画像を敷き詰めてつなぎ合わせるタイリングを行わずに済み、作業効率を高めることができる。 Further, when acquiring SEM image data (grain boundary image data), the microscope is imaged a plurality of times while changing the imaging target position, and when setting the reference direction data, each SEM image data is targeted, In addition, when extracting the vertical grain boundary data, each SEM image data is targeted, so that it is not necessary to perform tiling for laying and joining images taken with a microscope, thereby improving work efficiency. it can.
また、余寿命を診断するに際し、Dパラメータと時間分数との相関関係を示すマスターカーブを予め取得しておき、Dパラメータをマスターカーブにあてはめているので、余寿命を容易に診断することができる。 Further, when diagnosing the remaining life, a master curve indicating the correlation between the D parameter and the time fraction is acquired in advance, and the D parameter is applied to the master curve, so that the remaining life can be easily diagnosed. .
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。 The above description of the embodiment is for facilitating the understanding of the present invention, and does not limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof. For example, you may comprise as follows.
本発明に係る余寿命診断装置に関し、前述の実施形態では、SEM2が診断用コンピュータ3と一体に設けられた余寿命診断システム1を例示したが、診断用コンピュータ3だけで構成してもよい。この場合、SEM2で得られたSEM画像データを診断用コンピュータ3に入力すればよい。
With regard to the remaining life diagnosis apparatus according to the present invention, in the above-described embodiment, the remaining
また、撮影に用いる顕微鏡に関し、前述の実施形態ではSEM2を例示したが、他の型式の電子顕微鏡(例えば透過型電子顕微鏡)であってもよいし、光学顕微鏡であってもよい。要するに、レプリカに転写された組織(粒界やボイド)を確認できる性能を有するものであれば用いることができる。 Moreover, regarding the microscope used for imaging | photography, although SEM2 was illustrated in the above-mentioned embodiment, another type of electron microscope (for example, a transmission electron microscope) may be sufficient, and an optical microscope may be sufficient. In short, any material can be used as long as it has the ability to confirm the structure (grain boundaries and voids) transferred to the replica.
診断対象に関し、前述の実施形態では、動力用配管等に用いられる鋼管を例示したが、これに限定されない。例えば、ボイラーやタービンの隔壁であってもよい。要するに、高温高圧環境下に曝され、その余寿命をDパラメータによって診断できる金属であれば、本発明を適用できる。 Regarding the object to be diagnosed, in the above-described embodiment, the steel pipe used for the power pipe or the like is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, a partition wall of a boiler or a turbine may be used. In short, the present invention can be applied to any metal that is exposed to a high temperature and high pressure environment and whose remaining life can be diagnosed by the D parameter.
1…余寿命診断システム
2…走査型電子顕微鏡(SEM)
21…電子銃
22…磁界レンズ
23…試料ステージ
24…二次電子検出器
3…診断用コンピュータ
31…コンピュータ本体
32…表示部
33…入力部
34…CPU
35…メモリ
36…データ記憶部
GR…1枚の画像データ
L…粒界データ
L´…垂直粒界データ
L″…損傷粒界データ
LL…垂直粒界の長さ
V…ボイドの画像データ
W…ボイドの幅(ボイドの長さ)
N…ゴミの画像データ
ED…画像データの縁部分
EX…画像データの対象外領域
RL…参照方向データ(参照線画像)
1 ... Remaining
DESCRIPTION OF
35 ...
N: Dust image data ED: Edge portion EX of image data EX: Non-target region RL of image data Reference direction data (reference line image)
Claims (5)
前記コンピュータに、
前記金属のレプリカを顕微鏡撮影することで得られた、前記金属表面における複数の粒界に対応する粒界画像データを取得させる粒界画像データ取得ステップと、
前記粒界画像データから、前記各粒界の始点座標と終点座標を含む粒界データを取得させる粒界データ取得ステップと、
前記金属の応力方向に垂直な参照方向を示す参照方向データを、前記粒界画像データに設定させる参照方向データ設定ステップと、
前記参照方向データに基づいて、前記複数の粒界データの中から、前記参照方向を中心とする所定の角度範囲に属する垂直粒界データを抽出させる垂直粒界データ抽出ステップと、
前記垂直粒界データに対応する粒界上のボイド形成状態に基づいて、当該垂直粒界データが損傷粒界に対応する損傷粒界データか否かを判断させる損傷粒界判断ステップと、
前記垂直粒界データに対応する粒界の数、及び、前記損傷粒界データに対応する粒界の数に基づき、Dパラメータ法を用いて前記金属の余寿命を診断させる余寿命診断ステップと
を行わせることを特徴とする余寿命診断装置。 A remaining life diagnostic device for diagnosing the remaining life of a metal subject to creep damage by a computer,
In the computer,
Grain boundary image data acquisition step for acquiring grain boundary image data corresponding to a plurality of grain boundaries on the metal surface, obtained by microscopic imaging of the metal replica,
From the grain boundary image data, a grain boundary data acquisition step for acquiring grain boundary data including start point coordinates and end point coordinates of each grain boundary,
Reference direction data setting step for setting reference direction data indicating a reference direction perpendicular to the stress direction of the metal in the grain boundary image data,
A vertical grain boundary data extraction step for extracting vertical grain boundary data belonging to a predetermined angle range centered on the reference direction from the plurality of grain boundary data based on the reference direction data;
A damaged grain boundary determination step for determining whether the vertical grain boundary data is damaged grain boundary data corresponding to the damaged grain boundary based on a void formation state on the grain boundary corresponding to the vertical grain boundary data;
A remaining life diagnosis step of diagnosing the remaining life of the metal using a D parameter method based on the number of grain boundaries corresponding to the vertical grain boundary data and the number of grain boundaries corresponding to the damaged grain boundary data; A remaining life diagnosis apparatus characterized by being performed.
前記参照方向データ設定ステップでは、前記複数の粒界画像データのそれぞれについて前記参照方向データを設定させ、
前記垂直粒界データ抽出ステップでは、前記複数の粒界画像データのそれぞれについて前記垂直粒界データを抽出させることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の余寿命診断装置。 In the grain boundary image data acquisition step, a plurality of grain boundary image data is acquired by performing microscopic imaging while changing the imaging target position,
In the reference direction data setting step, the reference direction data is set for each of the plurality of grain boundary image data,
4. The remaining life diagnosis apparatus according to claim 1, wherein in the vertical grain boundary data extraction step, the vertical grain boundary data is extracted for each of the plurality of grain boundary image data. 5.
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