JP2015072170A - Method of evaluating life of weld member - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of evaluating a life of a weld member, which is used in an environment where it is a high temperature and stress is loaded, and is capable of accurately evaluating the life of a weld member damaged by creep.SOLUTION: A method of evaluating a life of a weld member includes first creep damage degree diagnosis S10 including: a hardness detection step S11 of detecting hardness of a specific point of a weld member; a temperature estimation step S12 of acquiring a metal temperature at the specific point from the hardness detected by the hardness detection step on the basis of a preliminarily obtained relation between hardness variation and a softening parameter; a fracture time estimation step S13 of acquiring an estimated fracture time from design stress of the weld member and the metal temperature acquired in the temperature estimation step on the basis of a preliminarily obtained relation between stress and a creep evaluation parameter; and a first damage rate calculation step of acquiring, as a first damage rate, a value obtained by dividing a cumulative use time by the estimated fracture time.

Description

本発明は、高温かつ応力が負荷された環境で使用される溶接部材の寿命評価方法に関するものである。   The present invention relates to a method for evaluating the life of a welded member used in a high temperature and stressed environment.

一般的に、例えば汽力発電プラントの配管やタービンなどの構造部材は、高温環境下(最高約600℃)で使用され、応力が作用していることから、長期運転に伴って、構造部材にはクリープ損傷が発生する。特に、クリープ損傷が進むと、構造部材の結晶粒界にクリープボイドや微小き裂が生成され、最終的にそれらが連結して、き裂が生じ、破損に至ることがある。そこで、発電プラントなどの安定運用のために高温で使用される構造部材の信頼性を確保する上で、クリープ損傷を精度良く評価し、正確な寿命(クリープ寿命)を知ることが重要である。   Generally, structural members such as piping and turbines of steam power plants are used in high temperature environments (up to about 600 ° C) and stress is applied. Creep damage occurs. In particular, when creep damage progresses, creep voids and microcracks are generated at the crystal grain boundaries of the structural member, and finally they are connected to form a crack, which may lead to damage. Therefore, in order to ensure the reliability of structural members used at high temperatures for stable operation of a power plant or the like, it is important to accurately evaluate creep damage and know the accurate life (creep life).

上述のようなクリープ損傷が生じた構造部材の寿命を評価する方法として、金属組織の変化、硬度変化などについて前述の構造部材の調査を行い、これらの変化量と、予め実験室での実験で把握した前述の金属組織の変化量や硬度変化量と寿命との関係に対応させて、寿命を評価する方法が知られている。   As a method of evaluating the life of a structural member in which creep damage has occurred as described above, the structural member is examined for changes in the metal structure, changes in hardness, and the like. There is known a method for evaluating the life in accordance with the relationship between the above-mentioned grasped change amount of the metal structure or hardness change amount and the life.

例えば特許文献1には、レプリカ法を用いて、評価対象となる構造部材の金属組織を観察し、クリープによって発生したボイドの個数密度(クリープボイド個数密度)を取得し、この評価対象となる構造部材のクリープボイド個数密度を、予め実験室などでの実験で把握したクリープボイド個数密度と構造部材の寿命との関係に対応させて、寿命を評価する方法が開示されている。   For example, in Patent Document 1, a replica method is used to observe a metal structure of a structural member to be evaluated, obtain a number density of voids (creep void number density) generated by creep, and a structure to be evaluated There is disclosed a method for evaluating the life of a member by evaluating the number of creep voids in association with the relationship between the number of creep voids previously determined by experiments in a laboratory or the like and the life of a structural member.

特開2003−315251号公報JP 2003-315251 A

ところで、上述した構造部材は、一対の母材とこれらを接続する溶接継手とを有する溶接部材とされることがある。溶接部材として、例えば、タービンロータでは、翼を有するロータ同士が溶接継手によって接合されることにより構成されている。また、配管等においても車室や弁体と溶接継手により接合された構造を有している。このような溶接接合部では、溶接継手の近傍の溶接熱影響部において寿命が低下するおそれがある。しかしながら、これまでに溶接部材の寿命を精度良く評価する手法は確立されていなかった。   By the way, the structural member mentioned above may be made into the welding member which has a pair of base material and the welded joint which connects these. As a welding member, for example, in a turbine rotor, rotors having blades are joined together by a welded joint. In addition, the piping and the like have a structure joined to the passenger compartment and the valve body by a welded joint. In such a welded joint, there is a risk that the life of the welded heat affected zone near the welded joint may be reduced. However, a method for accurately evaluating the life of the welded member has not been established so far.

また、特許文献1に記載された手法を用いて溶接部材の寿命を評価した場合や硬度変化によって溶接部材の寿命を評価した場合、溶接部材の材質や付与される応力等の違いにより、変化量が小さくなることがある。すなわち、溶接部材の寿命の末期にならないと、変化量を把握することができず、クリープ損傷が小さい時の寿命評価の精度が低下してしまうことがあった。   Further, when the life of the welded member is evaluated using the method described in Patent Document 1 or when the life of the welded member is evaluated by a change in hardness, the amount of change depends on the difference in the material of the welded member, applied stress, and the like. May become smaller. That is, unless the end of the life of the welded member is reached, the amount of change cannot be grasped, and the accuracy of the life evaluation when the creep damage is small may be reduced.

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、高温かつ応力が負荷された環境で使用され、クリープ損傷が生じた溶接部材の寿命を精度良く評価することが可能な溶接部材の寿命評価方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and is used in a high temperature and stressed environment, and the life of a welded member capable of accurately evaluating the life of a welded member in which creep damage has occurred. The purpose is to provide an evaluation method.

前述の課題を解決するために、本発明の溶接部材の寿命評価方法は、一対の母材とこれらを接続する溶接継手とを有し、高温かつ応力が負荷された状態で使用される溶接部材の寿命評価方法であって、前記溶接部材の特定箇所の硬度を検出する硬度検出工程と、予め求めた硬度変化と軟化パラメータとの関係に基づいて、前記硬度検出工程によって検出した硬度から前記特定箇所のメタル温度を取得する温度推定工程と、予め求めた応力とクリープ評価パラメータとの関係に基づいて、前記溶接部材の設計応力及び前記温度推定工程によって取得した前記メタル温度から推定破断時間を取得する破断時間推定工程と、累計使用時間を前記推定破断時間で除した値を第一損傷率として取得する第一損傷率算出工程と、を有する第一クリープ損傷度診断を備えることを特徴としている。   In order to solve the above-described problems, a welding member life evaluation method according to the present invention includes a pair of base materials and a welded joint connecting them, and is used in a state where high temperature and stress are applied. A method for evaluating the life of the welding member, the hardness detecting step for detecting the hardness of a specific portion of the welded member, and the specificity from the hardness detected by the hardness detecting step based on a relationship between a previously obtained hardness change and a softening parameter Based on the temperature estimation step for obtaining the metal temperature of the location and the relationship between the stress and the creep evaluation parameter obtained in advance, the estimated fracture time is obtained from the design stress of the welding member and the metal temperature obtained by the temperature estimation step. A first damage to damage, and a first damage rate calculation step for obtaining a value obtained by dividing the cumulative use time by the estimated break time as a first damage rate. It is characterized in that it comprises a diagnosis.

本発明の溶接部材の寿命評価方法によれば、第一クリープ損傷度診断は、溶接部材の特定箇所の硬度を検出する硬度検出工程と、予め求めた硬度変化と軟化パラメータとの関係に基づいて、前述の硬度検出工程によって検出した硬度から特定箇所のメタル温度を取得する温度推定工程と、を有しているので、溶接部材が使用されていた時のメタル温度を取得することができる。次いで、第一クリープ損傷度診断は、予め求めた溶接部材が破断するまでの応力とクリープ評価パラメータとの関係に基づいて、溶接部材の設計応力及び前述のメタル温度から推定破断時間を取得する破断時間推定工程と、を有しているので、精度の良い溶接部材の推定破断時間を取得することができる。そして、第一クリープ損傷度診断は、溶接部材の累計使用時間を前述のようにして求めた推定破断時間で除した値を第一損傷率として取得する第一損傷率算出工程を備えているので、第一損傷率を取得することができる。
このようにして、精度の良い損傷率を取得することによって、溶接部材の寿命を精度良く評価することが可能となる。また、本発明の溶接部材の寿命評価方法は、メタル温度を実測するのではなく、硬度の変化を評価することにより寿命を評価しているので、溶接部材を実測することが困難な場合でも適用することができる。
According to the weld member life evaluation method of the present invention, the first creep damage diagnosis is based on a hardness detection step of detecting the hardness of a specific portion of the weld member, and a relationship between a previously obtained hardness change and a softening parameter. The temperature estimation step of acquiring the metal temperature at a specific location from the hardness detected by the above-described hardness detection step can be obtained, so that the metal temperature when the welding member is used can be acquired. Next, the first creep damage level diagnosis is based on the relationship between the stress obtained until the weld member breaks in advance and the creep evaluation parameter, and the fracture time for obtaining the estimated break time from the design stress of the weld member and the aforementioned metal temperature. Therefore, it is possible to obtain the estimated fracture time of the welded member with high accuracy. The first creep damage degree diagnosis includes a first damage rate calculation step of acquiring a value obtained by dividing the cumulative use time of the welded member by the estimated fracture time obtained as described above as the first damage rate. The first damage rate can be obtained.
In this way, by obtaining a highly accurate damage rate, it is possible to accurately evaluate the life of the welded member. In addition, the method for evaluating the life of a welded member according to the present invention is applied to the case where it is difficult to actually measure the welded member because the life is evaluated by evaluating the change in hardness, not by actually measuring the metal temperature. can do.

ここで、設計応力とは、溶接部材が実際に使用される環境において設定された設計上の応力である。また、メタル温度とは、溶接部材の温度のことを意味している。
また、軟化パラメータは、温度と時間との関数であり、具体的には、溶接部材が高温環境に置かれる際の温度と、高温環境に置かれる時間との関数である。
また、クリープ評価パラメータも、温度と時間との関数であり、具体的には、溶接部材が高温環境に置かれる際の温度と、高温かつ所定の応力が負荷された状態において溶接部材が破断するまでの時間との関数である。
Here, the design stress is a design stress set in an environment where the welding member is actually used. The metal temperature means the temperature of the welding member.
The softening parameter is a function of temperature and time. Specifically, the softening parameter is a function of the temperature when the welding member is placed in a high temperature environment and the time when the welding member is placed in the high temperature environment.
The creep evaluation parameter is also a function of temperature and time. Specifically, the temperature at which the welding member is placed in a high-temperature environment, and the welding member breaks in a state where a high temperature and a predetermined stress are applied. Is a function of the time until.

また、本発明の溶接部材の寿命評価方法は、前記溶接部材における溶接熱影響部の組織調査を行い、ボイド量を検出するボイド量検出工程と、予め求めたボイド量と損傷率との関係に基づいて、前記ボイド量検出工程によって検出したボイド量から第二損傷率を取得する第二損傷率算出工程と、を有する第二クリープ損傷度診断を備えることが好ましい。
この場合、溶接部材の溶接熱影響部のボイド量を検出するボイド量検出工程と、予め求めたボイド量と損傷率との関係に基づいて、前記ボイド量検出工程によって検出したボイド量から第二損傷率を取得する第二損傷率算出工程と、を有する第二クリープ損傷度診断を備えているので、第一クリープ損傷度診断と併せて、複数の評価手法による損傷率を取得し、溶接部材の寿命を評価することができ、寿命評価の精度をさらに高めることができる。
Further, the life evaluation method for a welded member according to the present invention includes a void amount detection step for detecting a void amount by conducting a structural investigation of a weld heat affected zone in the weld member, and a relationship between a void amount and a damage rate obtained in advance. Based on this, it is preferable to include a second creep damage degree diagnosis having a second damage rate calculation step of obtaining a second damage rate from the void amount detected by the void amount detection step.
In this case, based on the relationship between the void amount detection step for detecting the void amount in the weld heat affected zone of the welded member and the void amount and the damage rate obtained in advance, the void amount detected by the void amount detection step is secondly calculated. A second creep damage degree diagnosis having a second damage rate calculation step for obtaining a damage rate, and in addition to the first creep damage degree diagnosis, acquiring damage rates by a plurality of evaluation methods, and welding members Thus, the life evaluation accuracy can be further improved.

また、本発明の溶接部材の寿命評価方法は、前記第一損傷率及び前記第二損傷率のうち、損傷率の大きい方を用いて寿命評価を行うことが好ましい。
溶接部材の寿命を評価する場合、溶接部材の材質や付与される応力等の違いにより、硬度の変化量又はボイドの変化量が小さくなり、低損傷領域での損傷評価の精度が低くなることがあるが、この場合、第一損傷率及び第二損傷率のうち、損傷率の大きい方を用いて寿命評価を行う構成とされているので、低損傷域における寿命評価の精度を向上させることができる。また、このように複数の評価による損傷率のうち損傷率の大きい方を用いて寿命評価を行うことにより、溶接部材を使用する上で、より安全側の判断をすることができる。
Moreover, it is preferable that the life evaluation method of the welding member of this invention performs life evaluation using the one with a larger damage rate among said 1st damage rate and said 2nd damage rate.
When evaluating the life of a welded member, the amount of change in hardness or the amount of change in voids may be reduced due to differences in the material of the welded member and applied stress, etc., and the accuracy of damage evaluation in low damage areas may be reduced. However, in this case, since the life evaluation is performed using the larger one of the first damage rate and the second damage rate, the accuracy of the life evaluation in the low damage region can be improved. it can. Further, by performing the life evaluation using the larger damage rate among the damage rates obtained by the plurality of evaluations as described above, a safer determination can be made when using the welded member.

また、本発明の溶接部材の寿命評価方法において、前記特定箇所は、溶接熱影響部であっても良い。
この場合、溶接部材が高温環境で使用されているときの溶接熱影響部における温度を取得することができる。また、溶接熱影響部は、高温環境における硬度の変化量が比較的大きいので、精度良く溶接部材のメタル温度を推定することが可能である。
In the welding member life evaluation method of the present invention, the specific portion may be a weld heat affected zone.
In this case, the temperature in the welding heat affected zone when the welding member is used in a high temperature environment can be acquired. Moreover, since the welding heat affected zone has a relatively large change in hardness in a high temperature environment, it is possible to accurately estimate the metal temperature of the welding member.

また、本発明の溶接部材の寿命評価方法において、前記特定箇所は、前記溶接継手の外表面に予め設けられた評価用溶接金属部であっても良い。
この溶接継手の外表面に予め設けられた評価用溶接金属部の初期硬度を、所定の硬度に予め調整しておくことによって、高温環境における溶接継手部の温度をより精度良く推定することができる。例えば、溶接継手は、焼きなましなどの処理をされて溶接時よりも硬度を低下させた上で使用されるが、評価用溶接金属部の強度を、焼きなましされた溶接継手よりも高めに設定することにより、高温環境に置ける硬度の変化量を大きくすることができ、メタル温度の推定精度を向上させることができる。
In the weld member life evaluation method of the present invention, the specific portion may be an evaluation weld metal portion provided in advance on the outer surface of the weld joint.
By adjusting the initial hardness of the weld metal portion for evaluation provided in advance on the outer surface of the weld joint to a predetermined hardness in advance, the temperature of the weld joint portion in a high temperature environment can be estimated more accurately. . For example, welded joints are used after being annealed, etc., with a lower hardness than during welding, but the strength of the weld metal part for evaluation should be set higher than that of the annealed welded joints. Thus, the amount of change in hardness that can be placed in a high-temperature environment can be increased, and the estimation accuracy of the metal temperature can be improved.

また、本発明の溶接部材の寿命評価方法において、前記溶接部材は、翼を有する複数のロータが溶接継手によって溶接されたタービンロータであり、前記特定箇所は、隣接する前記翼の間隙における前記ロータに設けられた硬度測定用の試験体であっても良い。
この場合、隣接する翼の間隙におけるロータに設けられた硬度測定用の試験体を上述の特定箇所として設定することにより、上述のようにして精度の良いメタル温度を取得することができる。
また、タービンロータは、低損傷領域において、硬度変化やボイド量の変化が小さくなる場合があるが、上述の第一損傷率及び第二損傷率を評価することによって、低損傷域における寿命評価の精度を向上させることができる。
In the welding member life evaluation method of the present invention, the welding member is a turbine rotor in which a plurality of rotors having blades are welded by weld joints, and the specific portion is the rotor in a gap between adjacent blades. It may be a specimen for hardness measurement provided on the surface.
In this case, an accurate metal temperature can be obtained as described above by setting the hardness measurement test body provided on the rotor in the gap between adjacent blades as the above-mentioned specific location.
In addition, in the turbine rotor, the change in hardness and the amount of voids may be small in the low damage region. By evaluating the above-mentioned first damage rate and second damage rate, the life evaluation in the low damage region can be performed. Accuracy can be improved.

本発明によれば、高温かつ応力が負荷された環境で使用され、クリープ損傷が生じた溶接部材の寿命を精度良く評価することが可能な溶接部材の寿命評価方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the lifetime evaluation method of the welding member which can be used in the environment where high temperature and stress were loaded, and can evaluate the lifetime of the welding member which the creep damage generate | occur | produced can be provided accurately.

本発明の第一実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法が評価の対象とするタービンロータ(溶接部材)の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the turbine rotor (welding member) which the evaluation method of the lifetime evaluation of the welding member which concerns on 1st embodiment of this invention makes the object of evaluation. 本発明の第一実施形態に係るタービンロータ(溶接部材)の寿命評価方法のフロー図である。It is a flowchart of the lifetime evaluation method of the turbine rotor (welding member) which concerns on 1st embodiment of this invention. 第一実施形態に係るタービンロータ(溶接部材)における硬度と測定位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hardness and measurement position in the turbine rotor (welding member) which concern on 1st embodiment. クリープ試験前後におけるHAZ部の硬度の比と、軟化パラメータとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the ratio of the hardness of the HAZ part before and after a creep test, and a softening parameter. クリープ試験において、タービンロータ(溶接部材)に負荷される応力と、クリープ評価パラメータとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the stress applied to a turbine rotor (welding member) in a creep test, and a creep evaluation parameter. クリープ試験におけるボイド個数密度と損傷率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the void number density and damage rate in a creep test. 本発明の第二実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法が評価の対象とするタービンロータ(溶接部材)の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the turbine rotor (welding member) made into the evaluation object by the lifetime evaluation method of the welding member which concerns on 2nd embodiment of this invention. 本発明の第二実施形態に係るタービンロータ(溶接部材)の寿命評価方法のフロー図である。It is a flowchart of the lifetime evaluation method of the turbine rotor (welding member) which concerns on 2nd embodiment of this invention. 第二実施形態に係るタービンロータ(溶接部材)における硬度と測定位置との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the hardness and measurement position in the turbine rotor (welding member) which concern on 2nd embodiment. 本発明の第三実施形態に係るタービンロータ(溶接部材)の寿命評価方法のフロー図である。It is a flowchart of the lifetime evaluation method of the turbine rotor (welding member) which concerns on 3rd embodiment of this invention.

(第一実施形態)
以下に、本発明の実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法について添付した図面を参照して説明する。
まず、本発明の実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法が評価の対象とするタービンロータ10(溶接部材)について説明する。タービンロータ10は、図1に示すように、翼(図示なし)を有する複数のロータ11(母材)が溶接継手12(溶接金属部)によって溶接されることによって構成されている。図1に示すように、一対のロータ11、11(母材)の溶接部においては、ロータ11と溶接継手12との接合界面において、ロータ11側に溶接熱影響部13(HAZ部)が形成されている。
(First embodiment)
Below, the lifetime evaluation method of the welding member which concerns on embodiment of this invention is demonstrated with reference to attached drawing.
First, the turbine rotor 10 (welding member) to be evaluated by the welding member life evaluation method according to the embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the turbine rotor 10 is configured by welding a plurality of rotors 11 (base materials) having blades (not shown) with welded joints 12 (welded metal portions). As shown in FIG. 1, in the welded portion of the pair of rotors 11 and 11 (base material), a welding heat affected zone 13 (HAZ portion) is formed on the rotor 11 side at the joint interface between the rotor 11 and the welded joint 12. Has been.

上述のロータ11の材質は、例えば低合金鋼、高クロム鋼、Ni基超合金などで構成されている。本実施形態においては、一対のロータ11のうち、一方のロータ11は低合金鋼で構成され、他方のロータ11は高クロム鋼で構成されている。
また、溶接継手12(溶接金属部)の材質は、母材と同様の素材であり、例えば低合金鋼、高クロム鋼、Ni基超合金などで構成されている。
The material of the rotor 11 is made of, for example, low alloy steel, high chromium steel, Ni-base superalloy, or the like. In the present embodiment, of the pair of rotors 11, one rotor 11 is made of low alloy steel, and the other rotor 11 is made of high chromium steel.
The material of the welded joint 12 (welded metal part) is the same material as the base material, and is composed of, for example, low alloy steel, high chromium steel, Ni-base superalloy, or the like.

上述のタービンロータ10は、例えば蒸気タービンに用いられるタービンロータ10であって、現状最高約600℃の高温環境で使用される。また、タービンロータ10は、高温環境において回転して使用されるため、遠心力が作用し、タービンロータ10に応力が負荷されることになる。
このように、高温かつ応力が負荷された状態で使用されるタービンロータ10には、クリープによる損傷が生じる。本実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法は、このクリープによる損傷が生じたタービンロータ10(溶接部材)の寿命を評価するためのものである。
The above-described turbine rotor 10 is a turbine rotor 10 used for, for example, a steam turbine, and is currently used in a high temperature environment of about 600 ° C. at the maximum. Further, since the turbine rotor 10 is rotated and used in a high temperature environment, centrifugal force acts and stress is applied to the turbine rotor 10.
Thus, the turbine rotor 10 that is used in a state of being loaded with high temperature and stress is damaged by creep. The weld member life evaluation method according to the present embodiment is for evaluating the life of the turbine rotor 10 (weld member) in which damage due to creep has occurred.

次に、本発明の第一実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法について、図2から図6を参照して説明する。
第一実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法は、第一クリープ損傷度診断S10と、第二クリープ損傷度診断S20とを備え、これらの結果によって、タービンロータ10(溶接部材)の寿命を把握するものである。
Next, the welding member life evaluation method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The weld member life evaluation method according to the first embodiment includes a first creep damage degree diagnosis S10 and a second creep damage degree diagnosis S20, and the life of the turbine rotor 10 (welding member) is grasped based on these results. To do.

まず、第一クリープ損傷度診断S10について説明する。この第一クリープ損傷度診断S10は、硬度検出工程S11と、温度推定工程S12と、破断時間推定工程S13と、第一損傷率算出工程S14とを有している。以下に、各工程の詳細を説明する。   First, the first creep damage diagnosis S10 will be described. The first creep damage degree diagnosis S10 includes a hardness detection step S11, a temperature estimation step S12, a fracture time estimation step S13, and a first damage rate calculation step S14. Details of each step will be described below.

(硬度検出工程S11)
第一クリープ損傷度診断S10において、まず、硬度検出工程S11が行われる。硬度検出工程S11は、タービンロータ10の運転前後の硬度を測定して、硬度を検出(把握)する工程であり、本実施形態では、図1のAに示す破線上におけるビッカース硬度を測定している。ここで、タービンロータ10の運転前後の硬度とは、タービンロータ10が使用される前の硬度と、タービンロータ10が運転されてクリープ損傷が生じた後の硬度とを意味している。
(Hardness detection step S11)
In the first creep damage degree diagnosis S10, first, a hardness detection step S11 is performed. The hardness detection step S11 is a step of detecting (obtaining) the hardness by measuring the hardness of the turbine rotor 10 before and after operation. In this embodiment, the Vickers hardness on the broken line shown in FIG. Yes. Here, the hardness before and after the operation of the turbine rotor 10 means the hardness before the turbine rotor 10 is used and the hardness after the turbine rotor 10 is operated and creep damage occurs.

この測定結果の一例を図3に示す。なお、図3に示される硬度の測定結果は、タービンロータ10の運転前における硬度の測定結果である。本実施形態では、後述する温度推定工程S12において、図3の矢印Bに示される位置における硬度を用いて温度推定を行う。この矢印Bで示される箇所は、溶接熱影響部13(HAZ部)における最も硬度が高い位置である。   An example of the measurement result is shown in FIG. Note that the hardness measurement results shown in FIG. 3 are the hardness measurement results before the turbine rotor 10 is operated. In the present embodiment, temperature estimation is performed using the hardness at the position indicated by the arrow B in FIG. The location indicated by the arrow B is the position with the highest hardness in the welding heat affected zone 13 (HAZ portion).

(温度推定工程S12)
次いで、温度推定工程S12が行われる。この温度推定工程S12は、タービンロータ10が運転されているときのタービンロータ10のメタル温度を把握する工程である。ここで、メタル温度とは、雰囲気温度ではなく、タービンロータ10の温度のことを意味している。
具体的には、温度推定工程S12は、予め求めた硬度変化と、温度と時間の関数である軟化パラメータとの関係(図4において曲線C)に基づいて、前述の硬度検出工程S11によって検出した硬度から前記特定箇所のメタル温度を取得する工程である。なお、軟化パラメータは、LMP(Larson−Miller Parameter)にて表現され、一般的に、LMP=T*(logt+α)(T:温度、t:時間、α:定数)、によって表される。ここで、定数αは、例えば20とすれば良い。
(Temperature estimation step S12)
Next, a temperature estimation step S12 is performed. This temperature estimation step S12 is a step of grasping the metal temperature of the turbine rotor 10 when the turbine rotor 10 is operated. Here, the metal temperature means not the atmospheric temperature but the temperature of the turbine rotor 10.
Specifically, the temperature estimation step S12 is detected by the hardness detection step S11 described above based on the relationship between the hardness change obtained in advance and the softening parameter that is a function of temperature and time (curve C in FIG. 4). In this step, the metal temperature at the specific location is obtained from the hardness. The softening parameter is expressed by LMP (Larson-Miller Parameter) and is generally represented by LMP = T * (logt + α) (T: temperature, t: time, α: constant). Here, the constant α may be set to 20, for example.

ここで、予め求めた硬度変化と、軟化パラメータとの関係は、予め実験室での実験によって得られるものであり、例えば、実験室にて、寿命評価の対象となるタービンロータ10と同様の溶接部を有するものを試験片としてクリープ試験や長時間加熱試験を行い、硬度の変化と、当該試験における温度と時間との関数である軟化パラメータと、の関係により得ることができる。図4においては、縦軸は硬度変化として、加熱後の試験片(溶接部材)の硬度HVと、加熱前の硬度HV0との比とされている。また、横軸は、加熱の温度と時間の関数である軟化パラメータとされている。   Here, the relationship between the hardness change obtained in advance and the softening parameter is obtained in advance by an experiment in a laboratory. For example, in the laboratory, welding similar to that of the turbine rotor 10 to be subjected to life evaluation is performed. A creep test or a long-time heating test is performed using a test piece having a part as a test piece, and can be obtained by a relationship between a change in hardness and a softening parameter that is a function of temperature and time in the test. In FIG. 4, the vertical axis represents the change in hardness, which is the ratio between the hardness HV of the test piece (welded member) after heating and the hardness HV0 before heating. The horizontal axis is a softening parameter that is a function of heating temperature and time.

メタル温度の推定方法を具体的に説明すると、矢印Bで示される位置におけるタービンロータ10のHV/HV0(Y1)を求め、このY1を曲線Cに対応させることにより、X1の値を求める。そして、X1の値と軟化パラメータとの関係、及びタービンロータ10の運転時間から、タービンロータ10のメタル温度T1を算出する。   The method for estimating the metal temperature will be described in detail. HV / HV0 (Y1) of the turbine rotor 10 at the position indicated by the arrow B is obtained, and the value of X1 is obtained by making Y1 correspond to the curve C. Then, the metal temperature T1 of the turbine rotor 10 is calculated from the relationship between the value of X1 and the softening parameter and the operation time of the turbine rotor 10.

(破断時間推定工程S13)
次に、破断時間推定工程S13が行われる。破断時間推定工程S13では、予め求めた応力と、クリープ評価パラメータとして時間と温度との関数であるLMP(Larson−Miller Parameter)との関係(図5において曲線D)に基づいて、前記溶接部材の設計応力及び前記温度推定工程S12によって取得したメタル温度から推定破断時間を取得する工程である。
(Breaking time estimation step S13)
Next, a fracture time estimation step S13 is performed. In the fracture time estimation step S13, based on the relationship between the stress obtained in advance and LMP (Larson-Miller Parameter) which is a function of time and temperature as a creep evaluation parameter (curve D in FIG. 5), In this step, an estimated fracture time is obtained from the design stress and the metal temperature obtained in the temperature estimation step S12.

ここで、図5の曲線Dは、寿命評価の対象となるタービンロータ10と同様の溶接部を有するものを試験片として、種々の応力を負荷した状態で、クリープ試験を行い、破断が生じるまでの時間を求めることによって得ることができる。また、クリープ評価パラメータは、前述の試験片がクリープ試験される際の温度と、試験片が破断するまでの温度との関数である。
破断時間の推定方法を具体的に説明すると、タービンロータ10の設計応力Y2を、曲線Dに対応させて、クリープ評価パラメータの値X2を求め、このX2の値とクリープ評価パラメータとの関係、温度推定工程S12で得られたメタル温度T1の関係から推定破断時間を取得する。
Here, curve D in FIG. 5 shows a test piece having a welded portion similar to that of turbine rotor 10 that is the object of life evaluation, until a fracture occurs when a creep test is performed under various stresses. It can be obtained by calculating the time. The creep evaluation parameter is a function of the temperature at which the aforementioned test piece is subjected to a creep test and the temperature until the test piece breaks.
The method for estimating the fracture time will be described in detail. The design stress Y2 of the turbine rotor 10 is made to correspond to the curve D to obtain the creep evaluation parameter value X2, the relationship between the value of X2 and the creep evaluation parameter, the temperature An estimated fracture time is obtained from the relationship of the metal temperature T1 obtained in the estimation step S12.

(第一損傷率算出工程S14)
次に、第一損傷率算出工程S14が行われる。この第一損傷率算出工程S14は、累計使用時間を前記推定破断時間で除した値を第一損傷率として取得する工程である。この第一損傷率は、タービンロータ10が運転されたことによって損傷を受けたときのタービンロータ10のクリープ損傷率である。
以上のようにして、第一損傷率が算出される。
(First damage rate calculation step S14)
Next, a first damage rate calculation step S14 is performed. The first damage rate calculation step S14 is a step of acquiring a value obtained by dividing the cumulative use time by the estimated break time as the first damage rate. The first damage rate is a creep damage rate of the turbine rotor 10 when the turbine rotor 10 is damaged by operating.
The first damage rate is calculated as described above.

次に、第二クリープ損傷度診断S20について説明する。第二クリープ損傷度診断S20は、ボイド量検出工程S21と、第二損傷率算出工程S22とを有している。以下に、各工程について詳細を説明する。   Next, the second creep damage degree diagnosis S20 will be described. The second creep damage level diagnosis S20 includes a void amount detection step S21 and a second damage rate calculation step S22. Details of each step will be described below.

(ボイド量検出工程S21)
第二クリープ損傷度診断S20では、まずボイド量検出工程S21が行われる。このボイド量検出工程S21は、タービンロータ10の溶接熱影響部13の組織調査を行い、ボイド量を検出する工程である。ボイド量として具体的には、例えばボイドの個数密度やボイドの面積率などが挙げられ、本実施形態では、ボイド量として、ボイドの個数密度を検出する。
ボイドの評価方法は、例えばレプリカ法を用いることができる。レプリカ法は、所定の処理を施して現出させた測定対象箇所の表面の金属組織に対応する凹凸をフィルムに転写し、この転写した凹凸を光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡などを用いて組織観察する方法であり、例えば観察されたクリープボイドを所定の面積当たりのボイドの個数として測定できる。
(Void amount detection step S21)
In the second creep damage level diagnosis S20, a void amount detection step S21 is first performed. This void amount detection step S21 is a step of detecting the void amount by conducting a structural investigation of the welding heat affected zone 13 of the turbine rotor 10. Specific examples of the void amount include, for example, the number density of voids and the area ratio of voids. In this embodiment, the number density of voids is detected as the void amount.
As the void evaluation method, for example, a replica method can be used. In the replica method, the irregularities corresponding to the metal structure of the surface of the measurement target area that has been exposed after a predetermined treatment are transferred to a film, and the transferred irregularities are observed with a microscope using an optical microscope or a scanning electron microscope. For example, the observed creep voids can be measured as the number of voids per predetermined area.

(第二損傷率算出工程S22)
次に、第二損傷率算出工程S22が行われる。この第二損傷率算出工程S22は、予め求めたボイド量と損傷率(図6において示す曲線E)との関係に基づいて、ボイド量検出工程S21によって検出したボイド量から第二損傷率を取得する工程である。
曲線Eは、例えば実験室において、寿命評価の対象となるタービンロータ10と同様の溶接部を有するものを試験片として、クリープ試験を行い、ボイド個数密度を測定することによって予め取得しておけばよい。
第二損傷率の算出方法を具体的に説明すると、ボイド量検出工程S21で求められたボイドの個数密度Y3を、曲線Eに対応させることによって第二損傷率X3が算出される。
(Second damage rate calculation step S22)
Next, a second damage rate calculation step S22 is performed. In the second damage rate calculation step S22, the second damage rate is acquired from the void amount detected in the void amount detection step S21 based on the relationship between the void amount and the damage rate (curve E shown in FIG. 6) obtained in advance. It is a process to do.
If the curve E is acquired in advance in a laboratory, for example, by performing a creep test using a specimen having a welded portion similar to that of the turbine rotor 10 to be evaluated for life evaluation, and measuring the void number density. Good.
The calculation method of the second damage rate will be specifically described. The second damage rate X3 is calculated by causing the void number density Y3 obtained in the void amount detection step S21 to correspond to the curve E.

上述のようにして、第一損傷率及び第二損傷率を取得することができる。本実施形態では、第一損傷率及び第二損傷率のうち、大きい方を選択して、タービンロータ10の寿命を把握する構成とされている。
上述のようにして、本実施形態であるタービンロータ10(溶接部材)の寿命評価方法が完了する。
As described above, the first damage rate and the second damage rate can be acquired. In this embodiment, it is set as the structure which selects the larger one among a 1st damage rate and a 2nd damage rate, and grasps | ascertains the lifetime of the turbine rotor 10. FIG.
As described above, the life evaluation method for the turbine rotor 10 (welding member) according to the present embodiment is completed.

以上のような構成とされた本実施形態に係る溶接部材(タービンロータ)の寿命評価方法によれば、第一クリープ損傷度診断S10は、硬度検出工程S11と、温度推定工程S12とを有しているので、タービンロータ10が使用されていた時のメタル温度を取得することができる。
さらに、第一クリープ損傷度診断S10は、予め求めた応力と軟化パラメータとの関係に基づいて、タービンロータ10の設計応力及び前述のメタル温度から推定破断時間を取得する破断時間推定工程S13とを有しているので、精度の良い推定破断時間を取得することができる。そして、第一クリープ損傷度診断S10は、タービンロータ10の累計使用時間を前述のようにして求めた推定破断時間で除し、この値を第一損傷率として取得する第一損傷率算出工程S14を有しているので、クリープ損傷率である第一損傷率を取得することができる。
このようにして、精度の良い損傷率を取得することによって、タービンロータ10(溶接部材)の寿命を精度良く評価することが可能となる。
According to the method for evaluating the life of the welded member (turbine rotor) according to the present embodiment configured as described above, the first creep damage degree diagnosis S10 includes a hardness detection step S11 and a temperature estimation step S12. Therefore, the metal temperature when the turbine rotor 10 is used can be acquired.
Further, the first creep damage diagnosis S10 includes a rupture time estimation step S13 for obtaining an estimated rupture time from the design stress of the turbine rotor 10 and the above-described metal temperature based on the relationship between the stress obtained in advance and the softening parameter. Therefore, it is possible to obtain an accurate estimated break time. Then, the first creep damage degree diagnosis S10 divides the accumulated usage time of the turbine rotor 10 by the estimated break time obtained as described above, and obtains this value as the first damage rate in a first damage rate calculation step S14. Therefore, the first damage rate which is the creep damage rate can be acquired.
In this way, it is possible to accurately evaluate the life of the turbine rotor 10 (welding member) by acquiring an accurate damage rate.

また、本実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法は、タービンロータ10の溶接部における溶接熱影響部13のボイド量を検出するボイド量検出工程S21と、予め求めたボイド量と損傷率との関係に基づいて、ボイド量検出工程S21によって検出したボイド量から第二損傷率を取得する第二損傷率算出工程S22とを有する第二クリープ損傷度診断S20を備えているので、第一クリープ損傷度診断S10と併せて、複数の評価手法による損傷率を取得し、溶接部材の寿命を評価することができ、寿命評価の精度をさらに高めることができる。   Moreover, the lifetime evaluation method of the welding member which concerns on this embodiment is the void amount detection process S21 which detects the void amount of the welding heat affected zone 13 in the welding part of the turbine rotor 10, and the void amount and damage rate which were calculated | required previously. Since the second creep damage degree diagnosis S20 having the second damage rate calculation step S22 for obtaining the second damage rate from the void amount detected by the void amount detection step S21 based on the relationship is provided, the first creep damage is provided. In combination with the degree diagnosis S10, it is possible to acquire damage rates by a plurality of evaluation methods, evaluate the life of the welded member, and further improve the accuracy of the life evaluation.

タービンロータ10の寿命を評価する場合、ロータ11及び溶接継手12の材質や付与される応力等の違いにより、硬度変化量又はボイド量の変化量が小さくなり、低損傷領域での損傷評価の精度が低くなることがある。しかしながら、本実実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法は、前記第一損傷率及び前記第二損傷率のうち、損傷率の大きい方を用いて寿命評価を行う構成とされているので、低損傷域における寿命評価の精度を向上させることができる。   When evaluating the life of the turbine rotor 10, the amount of change in hardness or the amount of void becomes small due to the difference in the material of the rotor 11 and the welded joint 12, the applied stress, etc., and the accuracy of damage evaluation in a low damage region May be low. However, the life evaluation method for the welded member according to the present embodiment is configured to perform the life evaluation using the larger damage rate of the first damage rate and the second damage rate. The accuracy of life evaluation in the damaged area can be improved.

また、本実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法において、硬度試験が溶接熱影響部13に行われる構成とされているので、タービンロータ10が高温環境で使用されているときの溶接熱影響部13におけるメタル温度を取得することができる。また、溶接熱影響部13は、高温環境における硬度の変化量が比較的大きいので、精度良くタービンロータ10のメタル温度を推定することが可能である。さらに、本実施形態においては、溶接熱影響部13において、図3のBで示される硬度の高い位置の硬度変化を測定する構成とされているので、比較的大きな硬度変化を得ることができ、メタル温度の推定精度が向上する。   Moreover, in the lifetime evaluation method of the welding member which concerns on this embodiment, since it is set as the structure in which a hardness test is performed to the welding heat influence part 13, the welding heat influence part when the turbine rotor 10 is used in a high temperature environment. The metal temperature at 13 can be obtained. Further, since the welding heat affected zone 13 has a relatively large amount of change in hardness in a high temperature environment, the metal temperature of the turbine rotor 10 can be accurately estimated. Furthermore, in the present embodiment, the welding heat-affected zone 13 is configured to measure the hardness change at the high hardness position shown by B in FIG. 3, so that a relatively large hardness change can be obtained. Metal temperature estimation accuracy is improved.

(第二実施形態)
次に、本発明の第二実施形態に係る溶接部材の評価方法について説明する。第二実施形態において、第一実施形態で説明した溶接部材の評価方法と同様の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, the welding member evaluation method according to the second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, the same components as those of the welding member evaluation method described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この第二実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法が評価の対象とするタービンロータ110(溶接部材)は、図7に示すように、複数のロータ11(母材)が溶接継手12(溶接金属部)によって溶接されることによって構成されている。図7に示すように、一対のロータ11(母材)の溶接部においては、ロータ11と溶接継手12との接合界面において、ロータ11側に溶接熱影響部13が形成されている。そして、本実施形態においては、溶接継手12の外周面の一部分に、予め評価用溶接金属部114が形成されている。溶接継手12は、溶接後においては、硬度が高いため焼きなましがされた上で使用されるが、評価用溶接金属部114は、溶接継手12よりも硬度が高く設定されている。   As shown in FIG. 7, the turbine rotor 110 (welding member) to be evaluated by the welding member life evaluation method according to the second embodiment includes a plurality of rotors 11 (base materials) including welded joints 12 (welded metal). Part). As shown in FIG. 7, in the welded portion of the pair of rotors 11 (base material), a welding heat affected zone 13 is formed on the rotor 11 side at the joint interface between the rotor 11 and the welded joint 12. In the present embodiment, the weld metal portion 114 for evaluation is formed in advance on a part of the outer peripheral surface of the weld joint 12. The welded joint 12 is used after being annealed because of its high hardness after welding, but the evaluation weld metal part 114 is set to have a higher hardness than the welded joint 12.

次に、本発明の第二実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法について、図8及び図9を参照して説明する。
第二実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法は、第一クリープ損傷度診断S110と、第二クリープ損傷度診断S20とを備え、これらの結果によって、タービンロータ110(溶接部材)の寿命を把握するものである。なお、第二クリープ損傷度診断S20は、第一実施形態で説明したものと同様の構成であるため詳細な説明を省略する。
Next, a method for evaluating the life of a welded member according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The weld member life evaluation method according to the second embodiment includes a first creep damage degree diagnosis S110 and a second creep damage degree diagnosis S20, and the life of the turbine rotor 110 (welding member) is grasped based on these results. To do. The second creep damage level diagnosis S20 has the same configuration as that described in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

第二実施形態において、第一クリープ損傷度診断S110は、硬度検出工程S111と、温度推定工程S12と、破断時間推定工程S13と、第一損傷率算出工程S14とを有している。なお、硬度検出工程S111以外の工程は、第一実施形態と同様の構成である。   In the second embodiment, the first creep damage degree diagnosis S110 includes a hardness detection step S111, a temperature estimation step S12, a fracture time estimation step S13, and a first damage rate calculation step S14. In addition, processes other than hardness detection process S111 are the structures similar to 1st embodiment.

(硬度検出工程S111)
第一クリープ損傷度診断S110において、まず、硬度検出工程S111が行われる。硬度検出工程S111は、タービンロータ110の運転前後の硬度を測定して、硬度を検出(把握)する工程であり、本実施形態では、図7のFに示す破線上におけるビッカース硬度を測定している。
この測定結果の一例を図9に示す。なお、図9に示される硬度の測定結果は、タービンロータ110の運転前における硬度の測定結果である。第二実施形態では、温度推定工程S12において、タービンロータ110の評価用溶接金属部114の硬度を用いて温度推定を行う。図9に示されるように、評価用溶接金属部114においては、溶接継手12よりも硬度が高くなっている。
(Hardness detection step S111)
In the first creep damage degree diagnosis S110, first, a hardness detection step S111 is performed. The hardness detection step S111 is a step of measuring the hardness before and after the operation of the turbine rotor 110 to detect (obtain) the hardness. In the present embodiment, the Vickers hardness on the broken line shown in F of FIG. 7 is measured. Yes.
An example of the measurement result is shown in FIG. The hardness measurement results shown in FIG. 9 are the hardness measurement results before the turbine rotor 110 is operated. In the second embodiment, temperature estimation is performed using the hardness of the weld metal part 114 for evaluation of the turbine rotor 110 in the temperature estimation step S12. As shown in FIG. 9, the evaluation weld metal portion 114 has a higher hardness than the weld joint 12.

次いで、温度推定工程S12、破断時間推定工程S13、第一損傷率算出工程S14が順に行われ、第一損傷率が算出される。   Next, a temperature estimation step S12, a rupture time estimation step S13, and a first damage rate calculation step S14 are sequentially performed to calculate a first damage rate.

第二実施形態おいても、第一実施形態と同様に、第一損傷率及び第二損傷率を取得し、第一損傷率及び第二損傷率のうち、大きい方を選択して、タービンロータ110の寿命を把握する。
上述のようにして、本実施形態である溶接部材(タービンロータ110)の寿命評価方法が完了する。
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the first damage rate and the second damage rate are acquired, and the larger one of the first damage rate and the second damage rate is selected, and the turbine rotor is selected. Know the life of 110.
As described above, the life evaluation method for the welded member (turbine rotor 110) according to the present embodiment is completed.

以上のような構成とされた第二実施形態に係る溶接部材(タービンロータ110)の寿命評価方法によれば、溶接継手12の外表面に予め設けられた評価用溶接金属部114の硬度を、溶接継手12よりも硬度が高く設定されているので、クリープによる硬度変化を大きくすることができ、タービンロータ110のメタル温度をより精度良く推定することができる。このように、メタル温度の推定精度が向上することにより、精度良く寿命を評価することができる。   According to the life evaluation method of the welding member (turbine rotor 110) according to the second embodiment configured as described above, the hardness of the weld metal portion 114 for evaluation provided in advance on the outer surface of the weld joint 12 is Since the hardness is set to be higher than that of the welded joint 12, the hardness change due to creep can be increased, and the metal temperature of the turbine rotor 110 can be estimated with higher accuracy. As described above, the estimation accuracy of the metal temperature is improved, so that the lifetime can be evaluated with high accuracy.

(第三実施形態)
次に、本発明の第三実施形態に係る溶接部材の評価方法について説明する。第三実施形態において、第一実施形態で説明した溶接部材の評価方法と同様の構成のものについては、同一の符号を付して記載し、詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a method for evaluating a welded member according to the third embodiment of the present invention will be described. In the third embodiment, the same components as those of the welding member evaluation method described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

この第三実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法が評価の対象とするタービンロータ(溶接部材)は、翼を有する複数のロータ(母材)が溶接継手(溶接金属部)によって溶接されることによって構成されている。一対のロータ(母材)の溶接部においては、ロータと溶接継手との接合界面において、ロータ側に溶接熱影響部が形成されている。そして、第三実施形態においては、隣接する翼の間隙におけるロータ(溶接継手の近傍)に硬度測定用の試験体が予め設けられている。   In the turbine rotor (welding member) to be evaluated by the weld member life evaluation method according to the third embodiment, a plurality of rotors (base materials) having blades are welded by a welded joint (welded metal part). It is constituted by. In the welded portion of the pair of rotors (base materials), a weld heat affected zone is formed on the rotor side at the joint interface between the rotor and the welded joint. And in 3rd embodiment, the test body for hardness measurement is previously provided in the rotor (near the welded joint) in the gap | interval of an adjacent blade | wing.

次に、本発明の第三実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法について、図10を参照して説明する。
第三実施形態に係る溶接部材の寿命評価方法は、第一クリープ損傷度診断S210と、第二クリープ損傷度診断S20とを備え、これらの結果によって、タービンロータ(溶接部材)の寿命を把握するものである。なお、第二クリープ損傷度診断S20は、第一実施形態で説明したものと同様の構成であるため詳細な説明を省略する。
Next, a method for evaluating the life of a welded member according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The weld member life evaluation method according to the third embodiment includes a first creep damage degree diagnosis S210 and a second creep damage degree diagnosis S20. Based on these results, the life of the turbine rotor (welding member) is grasped. Is. The second creep damage level diagnosis S20 has the same configuration as that described in the first embodiment, and thus detailed description thereof is omitted.

第三実施形態において、第一クリープ損傷度診断S210は、硬度検出工程S211と、温度推定工程S12と、破断時間推定工程S13と、第一損傷率算出工程S14とを有している。以下に、硬度検出工程S211の詳細を説明する。   In the third embodiment, the first creep damage degree diagnosis S210 includes a hardness detection step S211, a temperature estimation step S12, a fracture time estimation step S13, and a first damage rate calculation step S14. Details of the hardness detection step S211 will be described below.

(硬度検出工程S211)
第一クリープ損傷度診断S210において、まず、硬度検出工程S211が行われる。硬度検出工程S211は、運転前後のタービンロータの硬度を測定して、硬度を検出(把握)する工程であり、第三実施形態では、予め設けられた硬度測定用の試験体の硬度変化を取得する。
次いで、温度推定工程S12、破断時間推定工程S13、第一損傷率算出工程S14が順に行われ、第一損傷率が算出される。
(Hardness detection step S211)
In the first creep damage level diagnosis S210, first, a hardness detection step S211 is performed. The hardness detection step S211 is a step of measuring the hardness of the turbine rotor before and after operation and detecting (obtaining) the hardness. In the third embodiment, the hardness change of a specimen for hardness measurement provided in advance is acquired. To do.
Next, a temperature estimation step S12, a rupture time estimation step S13, and a first damage rate calculation step S14 are sequentially performed to calculate a first damage rate.

第三実施形態においても、第一実施形態と同様に、第一損傷率及び第二損傷率を取得し、第一損傷率及び第二損傷率のうち、大きい方を選択して、タービンロータの寿命を把握する。
上述のようにして、本実施形態である溶接部材(タービンロータ)の寿命評価方法が完了する。
In the third embodiment, as in the first embodiment, the first damage rate and the second damage rate are acquired, and the larger one of the first damage rate and the second damage rate is selected, and the turbine rotor Know life.
As described above, the life evaluation method for the welding member (turbine rotor) according to the present embodiment is completed.

以上のような構成とされた第三実施形態に係る溶接部材(タービンロータ)の寿命評価方法によれば、硬度測定用の試験体が予めロータに設けられているので、この試験体の硬度を測定することにより、精度の良いメタル温度を取得することができる。   According to the method for evaluating the life of the welded member (turbine rotor) according to the third embodiment having the above-described configuration, the hardness measurement specimen is provided in advance in the rotor. By measuring, a precise metal temperature can be obtained.

以上、本発明の実施形態である、溶接部材の寿命評価方法について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、この発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   As mentioned above, although the lifetime evaluation method of the welding member which is embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limited to this, In the range which does not deviate from the technical idea of this invention, it can change suitably.

上記実施の形態では、溶接部材の寿命評価方法は、第一クリープ損傷度診断と、第二クリープ損傷度診断とを備える構成について説明したが、これに限定されるものではなく、溶接部材の寿命評価方法は、第一クリープ損傷度診断のみを備える構成とされても良い。
また、溶接部材の寿命評価方法は、第一損傷率及び第二損傷率を算出し、損傷率の大きい方を用いて寿命を評価する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、所定の基準に応じて、どちらかの損傷率を選択して寿命を評価する構成としても良い。
In the said embodiment, although the lifetime evaluation method of the welding member demonstrated the structure provided with a 1st creep damage degree diagnosis and a 2nd creep damage degree diagnosis, it is not limited to this, The life of a welding member The evaluation method may be configured to include only the first creep damage degree diagnosis.
In addition, the life evaluation method of the welded member has been described for the case where the first damage rate and the second damage rate are calculated and the life is evaluated using the one with the larger damage rate, but is not limited thereto. For example, according to a predetermined standard, it is good also as a structure which selects either damage rate and evaluates a lifetime.

10、110 タービンロータ
11 ロータ
12 溶接継手(溶接金属部)
13 溶接熱影響部
114 評価用溶接金属部
S10、S110、S210 第一クリープ損傷度診断
S11、S111、S211 硬度検出工程
S12 温度推定工程
S13 破断時間推定工程
S14 第一損傷率算出工程
S20 第二クリープ損傷度診断
S21 ボイド量検出工程
S22 第二損傷率算出工程
10, 110 Turbine rotor 11 Rotor 12 Welded joint (welded metal part)
13 Welding heat affected zone 114 Weld metal parts for evaluation S10, S110, S210 First creep damage degree diagnosis S11, S111, S211 Hardness detection step S12 Temperature estimation step S13 Break time estimation step S14 First damage rate calculation step S20 Second creep Damage degree diagnosis S21 Void amount detection step S22 Second damage rate calculation step

Claims (6)

一対の母材とこれらを接続する溶接継手とを有し、高温かつ応力が負荷された状態で使用される溶接部材の寿命評価方法であって、
前記溶接部材の特定箇所の硬度を検出する硬度検出工程と、
予め求めた硬度変化と軟化パラメータとの関係に基づいて、前記硬度検出工程によって検出した硬度から前記特定箇所のメタル温度を取得する温度推定工程と、
予め求めた応力とクリープ評価パラメータとの関係に基づいて、前記溶接部材の設計応力及び前記温度推定工程によって取得した前記メタル温度から推定破断時間を取得する破断時間推定工程と、
累計使用時間を前記推定破断時間で除した値を第一損傷率として取得する第一損傷率算出工程と、を有する第一クリープ損傷度診断を備えることを特徴とする溶接部材の寿命評価方法。
It has a pair of base materials and a welded joint that connects them, and is a life evaluation method for a welded member that is used in a state in which high temperature and stress are applied,
A hardness detection step of detecting the hardness of the specific location of the weld member;
Based on the relationship between the hardness change obtained in advance and the softening parameter, a temperature estimation step of obtaining the metal temperature of the specific location from the hardness detected by the hardness detection step;
Based on the relationship between the stress obtained in advance and the creep evaluation parameter, a fracture time estimation step for obtaining an estimated fracture time from the design temperature of the weld member and the metal temperature obtained by the temperature estimation step;
A first creep damage degree diagnosis method comprising: a first damage rate calculation step of acquiring a value obtained by dividing a cumulative use time by the estimated breakage time as a first damage rate.
前記溶接部材における溶接熱影響部の組織調査を行い、ボイド量を検出するボイド量検出工程と、
予め求めたボイド量と損傷率との関係に基づいて、前記ボイド量検出工程によって検出したボイド量から第二損傷率を取得する第二損傷率算出工程と、を有する第二クリープ損傷度診断を備えることを特徴とする請求項1に記載の溶接部材の寿命評価方法。
Conducting a structure survey of the weld heat affected zone in the welded member, and detecting a void amount,
A second damage rate calculation step of acquiring a second damage rate from the void amount detected by the void amount detection step based on a relationship between a void amount and a damage rate obtained in advance, and a second creep damage degree diagnosis having The life evaluation method of the welding member according to claim 1, comprising:
前記第一損傷率及び前記第二損傷率のうち、損傷率の大きい方を用いて寿命評価を行うことを特徴とする請求項2に記載の溶接部材の寿命評価方法。   The life evaluation method for a welded member according to claim 2, wherein the life evaluation is performed using the larger one of the first damage rate and the second damage rate. 前記特定箇所は、溶接熱影響部であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の溶接部材の寿命評価方法。   The said specific location is a welding heat affected zone, The lifetime evaluation method of the welding member as described in any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. 前記特定箇所は、前記溶接継手の外表面に予め設けられた評価用溶接金属部であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の溶接部材の寿命評価方法。   The method for evaluating the life of a welded member according to any one of claims 1 to 3, wherein the specific location is an evaluation weld metal portion provided in advance on an outer surface of the weld joint. 前記溶接部材は、翼を有する複数のロータが溶接継手によって溶接されたタービンロータであり、
前記特定箇所は、隣接する前記翼の間隙における前記ロータに設けられた硬度測定用の試験体であることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の溶接部材の寿命評価方法。


The welding member is a turbine rotor in which a plurality of rotors having blades are welded by weld joints,
The lifetime of the welding member according to any one of claims 1 to 3, wherein the specific location is a hardness measurement specimen provided in the rotor in a gap between adjacent blades. Evaluation method.


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