JP2013160729A

JP2013160729A - 溶接部の異材判定方法

Info

Publication number: JP2013160729A
Application number: JP2012025468A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fukumori; 健治福盛
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2012-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】多層盛溶接からなる溶接部に異材溶接層が存在するか否かを非破壊的、且つ簡便に判定することができる溶接部の異材判定方法を提供することができる。
【解決手段】テストピースＸの共材溶接部４に対してフェライトの含有量を計測する。また、テストピースＹ、Ｚの異材溶接部８に対して異材溶接層６の厚さと、フェライトの含有量との関係を含むデータを取得し、異材溶接層６の厚さとフェライトの含有量との関係を示す第１マップ１２を作成する。そして、点検対象溶接部に、異材溶接層６が含まれているか否かを判定する際のフェライトの含有量の閾値を設定する。その後、点検対象溶接部のフェライトの含有量を計測して、当該フェライトの含有量と閾値とを比較して、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在するか否かを判定する。
【選択図】図１Ｃ

Description

本発明は、同一種類の金属母材の端部同士を突き合わせたのち、当該端部に複数の溶接層からなる多層盛溶接を施して形成された溶接部に、金属母材と異なる他の金属材からなる溶接層が含まれるか否かを判定する溶接部の異材判定方法に関する。

火力発電プラントの過熱器等には、一般的に肉厚のステンレス管が用いられる。肉厚のステンレス管同士の溶接には、母材と同じ材料であるステンレス鋼溶材を使用した多層盛溶接が施工される。

しかし、溶接棒を間違える等のミスにより、多層盛溶接の溶接部の一部に、ステンレス鋼溶材と異なる炭素鋼溶材や低合金鋼溶材等の異材からなる異材溶接層が含まれている場合がある。異材溶接層が最外層に存在する場合には目視にて発見することができるが、最外層で覆われた内層側に異材溶接層が存在する場合には目視にて発見することができない。即ち、溶接完了後に異材溶接層を見つけ出すのは極めて困難である。

図９は、フェライトを含む低合金鋼の応力とクリープ寿命との関係を示す図であり、図１０は、オーステナイト系ステンレス鋼の応力とクリープ寿命との関係を示す図である。両図の横軸は、クリープ寿命（マンソン-ハファード、非特許文献１参照）を示しており、値が大きいほどクリープ寿命が長くなることを示している。
例えば、応力１００ＭＰａの引張力を作用させた場合に、フェライトを含む低合金鋼及びオーステナイト系ステンレス鋼のクリープ寿命は、それぞれ−２．７、−２．３となり、オーステナイト系ステンレス鋼のクリープ寿命がフェライトを含む低合金鋼のクリープ寿命よりも長いことがわかる。
したがって、多層盛溶接の溶接部の一部に、金属母材と異なる異材溶接層が存在すると、異材溶接層部分が弱部となり既定のクリープ寿命期間よりも早く破損してしまうおそれがある。即ち火力発電プラントの稼働時に溶接部が破損してしまうおそれがあるという問題点があった。

そこで、溶接部内に異材溶接層が存在するか否かを超音波探傷装置等を用いて確認している。

ところで、溶接部の欠陥を検出する装置として、特許文献１には、一対の通電針と、当該一対の通電針に接続される定電流源と、溶接部に配置される一対の検出針と、当該一対の検出針に接続される電圧検出回路と、一対の検出針の移動量を計測するためのスケールとを備えた検査装置が開示されている。この検査装置は、一対の検出針により検出される電圧値に基づいて溶接欠陥の有無を判定するとともに、検出針の移動量によって、欠陥原因となる溶接ワイヤのねらい位置を計測するものである。

特開昭５８−１０６４５２号公報

独立行政法人物質・材料研究機構、ＮＩＭＳ物質・材料データベース、クリープデータシートＮｏ．３Ｂ及びＮｏ．４Ｂ、インターネット、＜ＵＲＬ：http:／／ｓｍｄｓ．ｎｉｍｓ．ｇｏ．ｊｐ／ｏｐｅｎＴｅｓｔ／ｊａ／ｃｏｎｔｅｎｔ／ｃｒｅｅｐｌｉｓｔ．ｈｔｍｌ＞

しかしながら、上述した超音波探傷装置を用いて溶接部内に異材溶接層が存在するか否かを確認する作業は、高度な測定技術及び解析技術が必要なため、専門の作業員が必要なうえ、手間と時間がかかるという問題点があった。
また、特許文献１に記載の検査装置は、溶接部内の欠陥を検出することはできるが、異材溶接層の存在の有無を検出することはできない。

そこで本発明は、上述したような従来技術の状況の下になされた発明であって、多層盛溶接からなる溶接部に異材溶接層が存在するか否かを非破壊的、且つ簡便に判定することができる溶接部の異材判定方法を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題を解決するために発明されたものであって、本発明の異材判定方法は、同一種類の金属母材を突き合わせて多層盛溶接された溶接部に、前記金属母材と異なる他の金属材からなる異材溶接層が含まれるか否かを判定する溶接部の異材判定方法であって、
前記金属母材からなる共材溶接層のみから構成された共材溶接部の電磁的物性値と前記共材溶接層の厚さとの関係を含むデータを取得する共材物性値取得ステップと、
前記共材物性値取得ステップにて取得された前記電磁的物性値以上又は前記電磁的物性値以下の値を閾値とする閾値設定ステップと、
前記閾値設定ステップにより設定された閾値を閾値データベースに格納する閾値格納ステップと、
複数の溶接層からなり、前記他の金属材が存在するか否かを点検する点検対象溶接部の前記電磁的物性値を計測する電磁的物性値計測ステップと、
前記電磁的物性値計測ステップにより計測された前記電磁的物性値が、前記閾値データベースに格納されている前記閾値よりも大きい又は小さい場合に、前記異材溶接層が前記点検対象溶接部内に存在していると判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする。

上記異材判定方法によれば、金属母材と異なる他の金属材からなる異材溶接層が溶接部の多層盛溶接内に存在するか否かを当該溶接部を破壊すること無く容易に判定することができる。また、判定作業は簡便で容易なので、熟練者でなくとも一定の経験を積めば判定することができる。

また、上記発明において、前記共材溶接層と前記異材溶接層とから構成された異材溶接部の前記電磁的物性値と、当該異材溶接部を構成する前記異材溶接層の厚さとの関係を含むデータを取得する異材物性値取得ステップと、
前記共材物性値取得ステップによって取得された電磁的物性値及び前記異材物性値取得ステップによって取得された電磁的物性値と、前記異材溶接層の厚さとの関係を示す演算式及びマップ（以下、第１マップという）を作成する第１マップ作成ステップと、
前記第１マップ作成ステップにて作成された前記第１マップの前記電磁的物性値に、閾値設定ステップによって設定された前記閾値を関連付けて、前記第１マップ及び前記閾値を前記閾値データベースに格納する第１マップ格納ステップと、
前記第１マップ格納ステップにより格納された前記第１マップに基づいて、前記電磁的物性値計測ステップによって計測された前記点検対象部の前記電磁的物性値から、前記点検対象溶接部に含まれる前記異材溶接層の厚さを推定する異材溶接層厚さ推定ステップと、を備えてもよい。

このように、異材物性値取得ステップ及び第１マップ作成ステップにより作成された第１マップ（演算式及びマップ）に基づいて異材溶接厚さを推定する異材溶接厚さ推定ステップを備えているため、異材溶接層の厚さを推定することができる。また、異材溶接層の厚さを推定することにより、共材溶接層の厚さも推定することができる。

また、上記発明において、前記異材溶接部を構成する前記異材溶接層の厚さと、前記異材溶接部のクリープ破壊時間との関係を含むデータを取得するクリープ破断時間取得ステップと、
前記クリープ破断時間取得ステップによって取得された前記異材溶接層の厚さと、前記異材溶接部のクリープ破壊時間との関係を示す演算式及びマップ（以下、第２マップという）を作成する第２マップ作成ステップと、
前記第２マップ作成ステップによって作成された前記第２マップをクリープ破断時間用データベースに格納する第２マップ格納ステップと、
前記第２マップ格納ステップにより格納された前記第２マップに基づいて、前記異材溶接層厚さ推定ステップによって推定された前記点検対象溶接部の前記異材溶接層の厚さから前記点検対象溶接部のクリープ破壊時間を推定するクリープ寿命推定ステップと、備えてもよい。

このように、クリープ破断時間取得ステップ及びクリープ寿命推定ステップを更に備えているため、異材溶接部のクリープ寿命を推定することができる。これにより、次回のメンテナンス時期を設定することができる。

また、上記発明において、前記電磁的物性値は、前記異材溶接層に含まれるフェライトの含有量とする。

フェライトの含有量を計ることは、短時間で容易にできるため、異材溶接層が含まれているか否かを速やかに判定することができる。また、フェライトは非磁性材料には含まれていないので、他の金属材の存在の有無を正確に判定することができる。

また、上記発明において、前記電磁的物性値は、前記点検対象溶接部を通過する電流値に基づいて算出される電気抵抗率とする。

電気抵抗率を計ることは、短時間で容易にできるため、異材溶接層が含まれているか否かを速やかに判定することができる。また、電気抵抗率は、金属材によって値が大きく異なるため、他の金属材の存在の有無を正確に判定することができる。

本発明によれば、多層盛溶接からなる溶接部に異材溶接層が存在するか否かを非破壊的、且つ簡便に判定することができる溶接部の異材判定方法を提供することができる。

本発明の第一実施形態に係る第１マップ及び閾値を作成して保存するフロー図である。第２マップを作成して保存するフロー図である。点検対象溶接部の異材判定方法のフロー図である。ステンレス鋼溶材からなる共材溶接層のみから構成された共材溶接部付近を拡大して示すテストピースＸの断面図である。共材溶接層と炭素鋼溶材からなる異材溶接層とから構成された異材溶接部付近を拡大して示すテストピースＹの断面図である。共材溶接層と炭素鋼溶材からなる異材溶接層とから構成された異材溶接部付近を拡大して示すテストピースＺの断面図である。フェライトの含有量を測定する測定方法を示す図である。共材溶接層の厚さ及び異材溶接層の厚さと、フェライトの含有量との関係を示す第１マップである。共材溶接層の厚さ及び異材溶接層の厚さと、クリープ破断時間との関係を示す第２マップである。本発明の第二実施形態に係る電気抵抗率を測定する測定方法を示す図である。第３マップ及び閾値を作成して保存するフロー図である。第４マップを作成して保存するフロー図である。点検対象溶接部の異材判定方法のフロー図である。共材溶接層の厚さ及び異材溶接層の厚さと、電気抵抗率との関係を示す第３マップである。フェライトを含む低合金鋼のクリープマスターカーブである。オーステナイト系ステンレス鋼のクリープマスターカーブである。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

＜第一実施形態＞
本発明の第一実施形態に係る溶接部の異材判定方法は、オーステナイト系ステンレス鋼からなるステンレス管（例えば、直径４０〜５０ｍｍ、肉厚３〜５ｍｍ）の端部同士を突き合わせたのち、当該端部に沿って周方向に複数の溶接層からなる多層盛溶接を施して形成された溶接部に、ステンレス鋼溶材と異なる他の金属溶材からなる異材溶接層が含まれるか否かを判定するものである。本実施形態では、他の金属溶材として炭素鋼溶材が用いられた場合について説明する。

オーステナイト系ステンレス鋼は非磁性体で、炭素鋼は磁性体である。磁性の有無はフェライトやマルテンサイト等の体心立方格子の結晶構造からなる組織を有するか否かに起因しており、当該体心立方格子の結晶構造からなる組織を有する炭素鋼は磁性体である。本実施形態は、磁性の有無、即ちフェライトの有無を利用して、炭素鋼溶材からなる異材溶接層の存在の有無を検知するものである。

次に、点検対象溶接部の異材判定方法についてフロー図を用いながら説明する。なお、点検対象溶接部とは、多層盛溶接にて形成されており、この中に異材溶接層が存在するか否かが不明な溶接部である。

図１Ａは、本発明の第一実施形態に係る第１マップ及び閾値を作成して保存するフロー図である。また、図１Ｂは、第２マップを作成して保存するフロー図である。そして、図１Ｃは、点検対象溶接部の異材判定方法のフロー図である。

＜第１マップ及び閾値作成フロー＞
図１Ａに示すように、まず、ステンレス管１の端部同士を溶接して形成されるテストピースＸ、Ｙ、Ｚをそれぞれ作成するテストピース作成ステップＳ１を実施する。テストピースＸ、Ｙ、Ｚについて以下で説明する。

図２Ａは、ステンレス鋼溶材からなる共材溶接層のみから構成された共材溶接部付近を拡大して示すテストピースＸの断面図である。また、図２Ｂ及び図２Ｃは、それぞれ共材溶接層と炭素鋼溶材からなる異材溶接層とから構成された異材溶接部付近を拡大して示すテストピースＹ、テストピースＺの断面図である。

図２Ａに示すように、テストピースＸは、ステンレス鋼溶材からなる共材溶接層２のみから構成された共材溶接部４を有している。
また、図２Ｂ及び図２Ｃに示すように、テストピースＹ及びテストピースＺは、共材溶接層２と炭素鋼溶材からなる異材溶接層６とから構成された異材溶接部８を有している。
テストピースＹは、共材溶接層２の全体厚さ（以下、単に厚さＬ２という）と異材溶接層６の全体厚さ（以下、単に厚さＬ４という）を同じ長さとした。
テストピースＺは、共材溶接層２の全体厚さ（以下、単に厚さＬ３という）を異材溶接層６の全体厚さ（以下、単に厚さＬ５という）よりも薄くした。
そして、テストピースＺの共材溶接層２の厚さＬ３を、テストピースＹの共材溶接層２の厚さＬ２よりも短くした。
なお、テストピースＸの共材溶接部４の厚さＬ１と、テストピースＹ、Ｚのそれぞれの異材溶接部８の厚さＬｂ、Ｌｃを同じ長さとした。

次に、図１Ａに示すように、テストピースＸの共材溶接部４に対してフェライトの含有量を計測する共材物性値取得ステップを実施するとともに、テストピースＹ、Ｚの異材溶接部８に対して異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５とフェライトの含有量との関係を含むデータを取得する異材物性値取得ステップＳ３を実施する。
まず、フェライトの含有量は、図３に示すように、テストピースＸの共材溶接部４にフェライトスコープ１０のプローブ１０ａを当接させて計測する。フェライトスコープ１０は、板厚方向に発生する渦電流によりフェライト体積率に相当する値を表示するものであり、強磁性化するほど測定値が上昇する。
テストピースＸの共材溶接部４にフェライトは含まれていないが、わずかにフェライト含有量が検出される（３〜５％程度）。これは、共材溶接部４に含まれる不純物等の影響によって検出される値である。

次に、テストピースＸと同様に、テストピースＹ、Ｚのそれぞれの異材溶接部８にフェライトスコープ１０のプローブ１０ａを当接させてフェライトの含有量を計測する。
テストピースＹ、Ｚの異材溶接部８には、フェライトを含む異材溶接層６が存在しているため、フェライト含有量が検出される。テストピースＺは、テストピースＹよりも多くの含有量が検出される。これは、テストピースＺに含まれる異材溶接層Ｌ５の厚さが、テストピースＹに含まれる異材溶接層の厚さＬ４よりも厚いため、多くのフェライトを含むからである。

次に、図１Ａに示すように、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、フェライトの含有量との関係を示す第１マップ１２を作成する第１マップ作成ステップＳ５を実施する。

図４は、共材溶接層２の厚さＬ１、Ｌ２、Ｌ３及び異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、フェライトの含有量との関係を示す第１マップ１２である。
図４に示すように、共材溶接層２の厚さＬ１、Ｌ２、Ｌ３及び異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、フェライトの含有量との関係を示す第１マップ１２を作成する。
第１マップ１２では、共材溶接層２の厚さＬ１、Ｌ２、Ｌ３が短くなる、即ち異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５が長くなるにつれて、フェライトの含有量は増加する傾向を示す。したがって、テストピースＸのフェライト含有量が最も少なくなる。

続いて、共材物性値取得ステップ及び異材物性値取得ステップＳ３によって計測されたフェライトの含有量と、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５（共材溶接部４の場合、異材溶接層の厚さは０）との相関関係を算出する。具体的には、各厚さ間の不連続部分の厚さに対するフェライトの含有量を補完して演算式を算出する（図４中の右上がり点線部分に相当）。当該補完の方法としては、例えば、回帰分析方法を用いることができる。なお、回帰分析方法に限定されるものではなく、他の一般的な方法を用いることができる。

次に、図１Ａに示すように、閾値設定ステップＳ７を実施する。閾値設定ステップＳ７では、上記点検対象溶接部に、異材溶接層６が含まれているか否かを判定する際のフェライト含有量の閾値Ｆ_ｔｈを設定する。
本実施形態では、共材溶接層２のみからなるテストピースＸのフェライトの含有量を閾値Ｆ_ｔｈとした。即ち、テストピースＸのフェライトの含有量よりも多い値が検出された場合、異材溶接層６を含んでいると判定する。
なお、本実施形態では、テストピースＸのフェライトの含有量を閾値Ｆ_ｔｈとしたが、これに限定されるものではなく、テストピースＸのフェライトの含有量よりも大きい値を閾値Ｆ_ｔｈとしてもよい。

次に、第１マップ１２及び閾値Ｆ_ｔｈを閾値用データベースに格納する閾値保存ステップＳ９を実施する。

＜第２マップ作成フロー＞
次に、テストピースＹ、テストピースＺのクリープ破断時間を取得するフローについて説明する。

図１Ｂに示すように、まず、共材溶接層２と異材溶接層６とから構成された異材溶接部８を有するテストピースＹ、テストピースＺを作成するテストピース作成ステップＳ１１を実施する。なお、上述したテストピース作成ステップＳ１にて作成したテストピースＹ、テストピースＺを用いる場合には、新たに作成しなくてもよい。

次に、クリープ破断時間を計測する計測ステップＳ１３を実施して、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、クリープ破壊時間との関係を含むデータを取得する。クリープ破壊時間は、テストピースＹ、テストピースＺを予め設定された温度条件下に載置し、テストピースＹ、テストピースＺの両端部を把持して、その後、一定の引張力を連続して作用させて、異材溶接部８により破断する破断時間を計測する。

そして、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、クリープ破壊時間との関係を示す第２マップ１４を作成する第２マップ作成ステップＳ１５を実施する。

図５は、共材溶接層２の厚さＬ２、Ｌ３及び異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、クリープ破断時間との関係を示す第２マップ１４である。
図５に示すように、共材溶接層２の厚さＬ２、Ｌ３が短くなる、即ち異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５が長くなるにつれて、クリープ破断時間は短くなる傾向を示す。

続いて、計測ステップＳ１３によって計測されたクリープ破断時間と、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５との相関関係を算出する。具体的には、各厚さ間の不連続部分の厚さに対するクリープ破断時間を補完して演算式を算出する（図５中の右下がり点線部分に相当）。当該補完の方法としては、例えば、回帰分析方法を用いることができる。なお、回帰分析方法に限定されるものではなく、他の一般的な方法を用いることができる。

次に、第２マップ１４をクリープ破断時間用データベースに格納するクリープ破断時間保存ステップＳ１７を実施する。

＜点検対象溶接部の異材判定フロー＞
次に、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在しているか否かを判定する異材判定方法について説明する。

図１Ｃに示すように、まず、点検対象溶接部のフェライトの含有量を計測する電磁的物性値計測ステップＳ２１を実施する。
点検対象溶接部に異材溶接層６が存在するか否かを判定するために、まず、点検対象溶接部のフェライトの含有量Ｆｍを計測する。フェライトの含有量Ｆｍの計測は、上述したテストピースＸ、Ｙ、Ｚと同様に計測する。

次に、読出ステップＳ２３を実施して、閾値用データベースから第１マップ１２及び閾値Ｆ_ｔｈを読み出す。

次に、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在しているか否かを判定する判定ステップＳ２５を実施する。
判定ステップＳ２５では、電磁的物性値計測ステップＳ２１により計測されたフェライトの含有量Ｆｍと、閾値用データベースから読み出した閾値Ｆ_ｔｈとを比較して、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在しているか否かを判定する。
電磁的物性値計測ステップＳ２１により計測されたフェライトの含有量Ｆｍが閾値Ｆ_ｔｈよりも大きい場合に、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在していると判定する。
一方、電磁的物性値計測ステップＳ２１により計測されたフェライトの含有量Ｆｍが閾値Ｆ_ｔｈ以下の場合には、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在していないと判定し、異材判定作業を終了する（ステップＳ３５）。
また、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在していると判定した場合には、続いて、異材溶接層厚さ推定ステップＳ２７を実施する。

異材溶接層厚さ推定ステップＳ２７では、図４に示すように、第１マップ１２から、電磁的物性値取得ステップＳ２１によって計測されたフェライトの含有量Ｆｍに対応する異材溶接層６の厚さＬｍを推定する。また、同時に、共材溶接層２の厚さＬｎを推定してもよい。

続いて、読出ステップＳ２９を実施して、クリープ破断時間用データベースから第２マップ１４を読み出す。

次に、点検対象溶接部のクリープ破断時間を推定するクリープ寿命推定ステップＳ３１を実施する。
クリープ寿命推定ステップＳ３１では、図５に示すように、第２マップ１４から、異材溶接層厚さ推定ステップＳ２７により推定された異材溶接層６の厚さＬｍに対応するクリープ破断時間Ｔｍを推定する。

次に、残存稼働時間を推定する残存稼働時間推定ステップＳ３３を実施する。残存稼働時間は、クリープ寿命推定ステップＳ３１によって推定されたクリープ破断時間Ｔｍからプラント等の稼働時間を減算することにより算出される。
これにより、点検対象溶接部の寿命を予測することができる。したがって、点検対象溶接部の寿命となる前に定期点検等により、点検対象溶接部を補修して、プラントの稼働中に点検対象溶接部が破損することを防止できる。
その後、点検対象溶接部の異材判定作業を終了する（ステップＳ３５）。

上述した異材判定方法によれば、ステンレス管１の端部同士を多層盛溶接して形成された点検対象溶接部内に、異材溶接層６が存在するか否かを判定することができる。これにより、点検対象溶接部内に異材溶接層６が存在するか否かを点検対象溶接部を破壊すること無く短時間で容易に確認することができる。また、判定作業は簡便で容易なので、熟練者でなくとも一定の経験を積めば判定することができる。
また、異材判定方法は、異材溶接厚さ推定ステップＳ２７を備えているため、点検対象溶接部の異材溶接層６の厚さＬｍを推定することができる。そして、異材溶接層６の厚さＬｍを推定することにより、共材溶接層２の厚さＬｎも推定することができる。したがって、点検対象溶接部の強度を算出することが可能となる。
また、異材判定方法は、クリープ寿命推定ステップＳ３１を備えているため、異材溶接厚さ推定ステップＳ２７で推定した異材溶接層６の厚さＬｍに基づいて、点検対象溶接部のクリープ破断時間Ｔｍを推定することができる。これにより、異材溶接部８の補修を行う時期を設定することができる。
そして、フェライトスコープ１０でフェライトの含有量を計ることは、短時間で容易にできるため、異材溶接層６が点検対象溶接部に含まれているか否かを速やかに判定することができる。また、フェライトはステンレス管１には含まれていないので、異材溶接層６の存在の有無を正確に判定することができる。

なお、本実施形態では、炭素鋼溶材からなる異材溶接層６を検出する場合について説明したが、炭素鋼溶材に限定されるものではなく、低合金鋼溶材等でもよい。要は、磁性体を有する材質からなるものであればよい。

＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について説明する。以下の説明において、上述した第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。

図６は、本発明の第二実施形態に係る電気抵抗率を測定する測定方法を示す図である。
図６に示すように、電気抵抗率測定装置２５を用いて、上記テストピースＸ、Ｙ、Ｚの共材溶接部４及び異材溶接部８の電気抵抗率を計測する。具体的には、各溶接部４、８の両側で、且つ各溶接部４、８から離間した２地点に電流極２６を配置して当該２地点間に所定の電流を流す。このときの電流値は電流計２８にて確認する。そして、所定の電流を流した状態で、上記２地点間の内側に位置した別の２地点に電圧極３０を配置して当該２地点間の電圧を計測する。電圧は電圧計３２にて計測する。そして、電流計２８及び電圧計３２にて計測された電流値、電圧値から、上記別の２地点間の電気抵抗率を測定する。
例えば、常温におけるオーステナイト系ステンレス鋼、炭素鋼・低合金鋼の電気抵抗率は、それぞれ７０×１０^−８Ωｍ、１０〜３０×１０^−８Ωｍ程度である。したがって、溶接部に異材溶接層６が含まれている場合、共材溶接層２のみからなる溶接部よりも電気抵抗率は小さくなる。

＜第３マップ及び閾値作成フロー＞
図７Ａは、第３マップ及び閾値を作成して保存するフロー図である。
図７Ａに示すように、まず、第一実施形態と同様に、テストピース作成ステップＳ１を実施する。

続いて、テストピースＸの共材溶接部４に対して電気抵抗率を計測する共材物性値取得ステップ、及びテストピースＹ、Ｚの異材溶接部８に対して異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、電気抵抗率との関係を含むデータを取得する異材物性値取得ステップＳ４３を実施する。

次に、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、電気抵抗率との関係を示す第３マップ２２を作成する第３マップ作成ステップＳ４５を実施する。

図８は、共材溶接層２の厚さＬ１、Ｌ２、Ｌ３及び異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、電気抵抗率との関係を示す第３マップ２２である。
図８に示すように、共材溶接層２の厚さＬ１、Ｌ２、Ｌ３及び異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、電気抵抗率との関係を示す第３マップ２２を作成する。
第３マップ２２では、共材溶接層２の厚さＬ１、Ｌ２、Ｌ３が短くなる、即ち異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５が長くなるにつれて、電気抵抗率は減少する傾向を示す。したがって、テストピースＸの電気抵抗率が最も大きくなる。

続いて、共材物性値取得ステップ及び異材物性値取得ステップＳ４３によって計測された電気抵抗率と、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５（共材溶接部４の場合、異材溶接層の厚さは０）との相関関係を算出する。具体的には、各厚さ間の不連続部分の厚さに対する電気抵抗率を補完して演算式を算出する（図８中の右下がり点線部分に相当）。

次に、図７Ａに示すように、閾値設定ステップＳ４７を実施する。閾値設定ステップＳ４７では、点検対象溶接部に、異材溶接層６が含まれているか否かを判定する際の電気抵抗率の閾値Ｅ_ｔｈを設定する。
本実施形態では、共材溶接層２のみからなるテストピースＸの電気抵抗率を閾値Ｅ_ｔｈとした。即ち、テストピースＸの電気抵抗率よりも小さい値が検出された場合、異材溶接層６を含んでいると判定する。

次に、第３マップ２２及び閾値Ｅ_ｔｈを閾値用データベースに格納する閾値保存ステップＳ４９を実施する。

＜第２マップ作成フロー＞
次に、テストピースＹ、テストピースＺのクリープ破断時間を取得するフローについて説明する。
図７Ｂに示すように、まず、第一実施形態と同様に、テストピースＹ、Ｚを作成する（ステップＳ１１）。その後、テストピースＹ、Ｚのクリープ破断時間を計測する計測ステップＳ５３を実施して、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、クリープ破壊時間との関係を含むデータを取得する。

そして、異材溶接層６の厚さＬ４、Ｌ５と、クリープ破壊時間との関係を示す第４マップ（図示しない）を作成する第４マップ作成ステップＳ５５を実施する。

次に、第４マップをクリープ破断時間用データベースに格納するクリープ破断時間保存ステップＳ５７を実施する。

＜点検対象溶接部の異材判定フロー＞
次に、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在しているか否かを判定する異材判定方法について説明する。
図７Ｃに示すように、まず、点検対象溶接部の電気抵抗率を計測する電磁的物性値計測ステップＳ６１を実施する。
点検対象溶接部に異材溶接層６が存在するか否かを判定するために、まず、電気抵抗率Ｅｍを計測する。

次に、読出ステップＳ６３を実施して、閾値用データベースから第３マップ２２及び閾値Ｅ_ｔｈを読み出す。

次に、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在しているか否かを判定する判定ステップＳ６５を実施する。
判定ステップＳ６５では、電磁的物性値計測ステップＳ６１により計測された電気抵抗率Ｅｍと、閾値用データベースから読み出した閾値Ｅ_ｔｈとを比較して、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在しているか否かを判定する。
電磁的物性値計測ステップＳ６１により計測された電気抵抗率Ｅｍが閾値Ｅ_ｔｈよりも小さい場合に、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在していると判定する。
一方、電磁的物性値計測ステップＳ６１により計測された電気抵抗率Ｅｍが閾値Ｅ_ｔｈ以上の場合には、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在していないと判定し、異材判定作業を終了する（ステップＳ３５）。
また、点検対象溶接部に異材溶接層６が存在していると判定した場合には、続いて、第一実施形態と同様に、異材溶接層厚さ推定ステップＳ６７を実施する。

異材溶接層厚さ推定ステップＳ６７では、図８に示すように、第３マップ２２から、電磁的物性値取得ステップＳ６１によって計測された電気抵抗率Ｅｍに対応する異材溶接層６の厚さＬｍを推定する。

次に、読出ステップＳ６９を実施して、クリープ破断時間用データベースから第４マップを読み出す。

次に、第一実施形態と同様に、点検対象溶接部のクリープ破断時間を推定するクリープ寿命推定ステップＳ３１を実施する。
クリープ寿命推定ステップＳ３１では、第４マップから、異材溶接層厚さ推定ステップＳ６７により推定された異材溶接層６の厚さＬｍに対応するクリープ破断時間Ｔｍを推定する。

次に、第一実施形態と同様に、残存稼働時間推定ステップＳ３３を実施し、その後、点検対象溶接部の異材判定作業を終了する（ステップＳ３５）。

上述した異材判定方法によれば、第一実施形態で示した効果に加えて、電気抵抗率を計ることは、短時間で容易にできるため、異材溶接層６が点検対象溶接部に含まれているか否かを速やかに判定することができる。

１ステンレス管
２共材溶接層
４共材溶接部
６異材溶接層
８異材溶接部
１０フェライトスコープ
１０ａプローブ
１２第１マップ
１４第２マップ
２２第３マップ
２５電気抵抗率測定装置
２６電流極
２８電流計
３０電圧極
３２電圧計

Claims

同一種類の金属母材を突き合わせて多層盛溶接された溶接部に、前記金属母材と異なる他の金属材からなる異材溶接層が含まれるか否かを判定する溶接部の異材判定方法であって、
前記金属母材からなる共材溶接層のみから構成された共材溶接部の電磁的物性値と前記共材溶接層の厚さとの関係を含むデータを取得する共材物性値取得ステップと、
前記共材物性値取得ステップにて取得された前記電磁的物性値以上又は前記電磁的物性値以下の値を閾値とする閾値設定ステップと、
前記閾値設定ステップにより設定された閾値を閾値データベースに格納する閾値格納ステップと、
複数の溶接層からなり、前記他の金属材が存在するか否かを点検する点検対象溶接部の前記電磁的物性値を計測する電磁的物性値計測ステップと、
前記電磁的物性値計測ステップにより計測された前記電磁的物性値が、前記閾値データベースに格納されている前記閾値よりも大きい又は小さい場合に、前記異材溶接層が前記点検対象溶接部内に存在していると判定する判定ステップと、を備えることを特徴とする溶接部の異材判定方法。
前記共材溶接層と前記異材溶接層とから構成された異材溶接部の前記電磁的物性値と、当該異材溶接部を構成する前記異材溶接層の厚さとの関係を含むデータを取得する異材物性値取得ステップと、
前記共材物性値取得ステップによって取得された電磁的物性値及び前記異材物性値取得ステップによって取得された電磁的物性値と、前記異材溶接層の厚さとの関係を示す演算式及びマップ（以下、第１マップという）を作成する第１マップ作成ステップと、
前記第１マップ作成ステップにて作成された前記第１マップの前記電磁的物性値に、閾値設定ステップによって設定された前記閾値を関連付けて、前記第１マップ及び前記閾値を前記閾値データベースに格納する第１マップ格納ステップと、
前記第１マップ格納ステップにより格納された前記第１マップに基づいて、前記電磁的物性値計測ステップによって計測された前記点検対象部の前記電磁的物性値から、前記点検対象溶接部に含まれる前記異材溶接層の厚さを推定する異材溶接層厚さ推定ステップと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の溶接部の異材判定方法。
前記異材溶接部を構成する前記異材溶接層の厚さと、前記異材溶接部のクリープ破壊時間との関係を含むデータを取得するクリープ破断時間取得ステップと、
前記クリープ破断時間取得ステップによって取得された前記異材溶接層の厚さと、前記異材溶接部のクリープ破壊時間との関係を示す演算式及びマップ（以下、第２マップという）を作成する第２マップ作成ステップと、
前記第２マップ作成ステップによって作成された前記第２マップをクリープ破断時間用データベースに格納する第２マップ格納ステップと、
前記第２マップ格納ステップにより格納された前記第２マップに基づいて、前記異材溶接層厚さ推定ステップによって推定された前記点検対象溶接部の前記異材溶接層の厚さから前記点検対象溶接部のクリープ破壊時間を推定するクリープ寿命推定ステップと、備えることを特徴とする請求項２に記載の溶接部の異材判定方法。
前記電磁的物性値は、前記異材溶接層に含まれるフェライトの含有量であることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の溶接部の異材判定方法。
前記電磁的物性値は、前記点検対象溶接部を通過する電流値に基づいて算出される電気抵抗率であることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか一項に記載の溶接部の異材判定方法。