JP2015219133A - Has reproduction device and has reproduction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶接部の試験に用いられる試験片において、熱影響部（Heat-Affected Zone、以下略してＨＡＺともいう）を再現するＨＡＺ再現装置及びＨＡＺ再現方法に関する。 The present invention relates to a HAZ reproduction apparatus and a HAZ reproduction method for reproducing a heat-affected zone (hereinafter also referred to as HAZ) in a test piece used for testing a welded portion.
溶接部を有する構造物において、溶接部、特に溶接金属周囲のＨＡＺの品質を確認する場合、現実の溶接構造物（実溶接継手）のＨＡＺの一部を試験片として採取して材料特性評価試験を行う手法がある。しかし、多くの場合ＨＡＺの範囲は非常に狭小であり、また溶接熱による最高到達温度が溶接金属から離れるにつれて徐々に低下するため、ＨＡＺ組織も連続的に変化しており、実施工・実機で問題となるＨＡＺ組織を評価するための試験片を実溶接継手から適切に採取するのは困難である。 When checking the quality of the HAZ around the welded part, especially around the weld metal, in the structure having a welded part, a part of the HAZ of the actual welded structure (actual welded joint) is taken as a test piece, and a material property evaluation test There is a technique to do. However, in many cases, the range of HAZ is very narrow, and since the maximum temperature achieved by welding heat gradually decreases as it moves away from the weld metal, the HAZ structure also changes continuously. It is difficult to appropriately extract a test piece for evaluating a problematic HAZ structure from an actual welded joint.
そこで、実溶接継手のＨＡＺ（以下、実溶接ＨＡＺという）における熱履歴を計測しておき、それと同じ熱履歴で試験片となる母材を加熱することでＨＡＺ再現材を作製し、当該ＨＡＺ再現材を試験に用いる方法がある。
ＨＡＺ再現材は種々の材料特性評価試験片として用いられており、例えば、主に発電プラントや化学プラント等を対象としたクリープ試験にも用いられている。クリープ強度にはＨＡＺの品質が影響することが分かっており、クリープ試験では、ＨＡＺ再現材に一定の温度環境で一定の荷重をかけて時間の経過とともに生じる変形量や損傷を計測する（特許文献１参照）。また、さらに変形が進行し破断するまでの寿命を計測するクリープ破断試験等もある（特許文献２参照）。
Therefore, the thermal history in the HAZ of the actual welded joint (hereinafter referred to as the actual weld HAZ) is measured, and the HAZ reproduction material is produced by heating the base material that becomes the test piece with the same thermal history, and the HAZ reproduction is performed. There are methods that use the material for testing.
The HAZ reproduction material is used as various material property evaluation test pieces, and is also used, for example, in a creep test mainly for a power plant or a chemical plant. It is known that the quality of HAZ has an effect on creep strength, and in a creep test, a constant load is applied to a HAZ reproduction material in a constant temperature environment, and the amount of deformation or damage that occurs over time is measured (Patent Document) 1). Further, there is a creep rupture test for measuring the life until the deformation further progresses and breaks (see Patent Document 2).
従来のＨＡＺ再現材の作製では、単に母材を高周波誘導加熱又はその他の方法により、実溶接の条件に合わせて、昇温温度、最高到達温度、冷却速度といった熱履歴に沿った熱処理のみを行っていた。
しかしながら、実溶接では溶接金属が母材に挟まれる形で拘束されながら熱処理がされている。このような拘束状態では材料は熱膨張又は熱収縮によるひずみを受け、ひずみ誘起の組織変化が生じているはずであるが、従来の方法ではこのような点を考慮されていなかった。上記特許文献１及び特許文献２においても、クリープ試験の段階においては試験片を拘束して熱処理を行っているが、ＨＡＺ再現材の作製については詳しく記載されていない。
In the production of the conventional HAZ reproduction material, the base material is simply subjected to heat treatment according to the thermal history such as the temperature rise temperature, the highest temperature reached, and the cooling rate according to the actual welding conditions by high frequency induction heating or other methods. It was.
However, in actual welding, heat treatment is performed while the weld metal is constrained in a form sandwiched between the base materials. In such a constrained state, the material should be strained by thermal expansion or contraction, and a strain-induced tissue change should have occurred. However, such a point has not been considered in the conventional method. In Patent Document 1 and Patent Document 2 described above, the heat treatment is performed while restraining the test piece in the creep test stage, but the production of the HAZ reproduction material is not described in detail.
したがって、ひずみ誘起の組織変化を考慮せずに作製されたＨＡＺ再現材は、実溶接ＨＡＺを正確に再現できておらず、試験の精度低下の要因となるおそれがあった。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、実溶接ＨＡＺをより正確に再現したＨＡＺ再現材を作製することができ、当該ＨＡＺ再現材を用いた試験の精度を向上させることのできるＨＡＺ再現装置及びＨＡＺ再現方法を提供することにある。
Therefore, the HAZ reproduction material produced without considering the strain-induced structural change cannot accurately reproduce the actual weld HAZ, which may cause a decrease in test accuracy.
The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is to produce a HAZ reproduction material that more accurately reproduces the actual welding HAZ, and the HAZ reproduction material was used. An object of the present invention is to provide a HAZ reproduction apparatus and a HAZ reproduction method capable of improving the accuracy of a test.
上記した目的を達成するために、請求項１のＨＡＺ再現装置では、ＨＡＺの再現材を作製するＨＡＺ再現装置であって、前記再現材となる母材の両端を拘束する拘束手段と、前記拘束手段により前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理する熱処理手段と、を備えたことを特徴としている。
請求項２のＨＡＺ再現装置では、請求項１において、前記拘束手段は、前記熱処理手段による熱処理により前記母材が変位しないように当該母材の膨張及び収縮に応じた荷重を付与するものであることを特徴としている。
In order to achieve the above-described object, the HAZ reproduction apparatus according to claim 1 is a HAZ reproduction apparatus for producing a HAZ reproduction material, the restriction means for restricting both ends of a base material to be the reproduction material, and the restriction Heat treatment means for heat-treating the base material along a predetermined thermal history in a state where the base material is constrained by the means.
According to a second aspect of the present invention, there is provided the HAZ reproducing apparatus according to the first aspect, wherein the restraining means applies a load corresponding to expansion and contraction of the base material so that the base material is not displaced by heat treatment by the heat treatment means. It is characterized by that.
請求項３のＨＡＺ再現方法では、ＨＡＺの再現材を作製するＨＡＺ再現方法であって、前記再現材となる母材の両端を拘束する工程と、前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理を行う工程と、を備えたことを特徴としている。
請求項４のＨＡＺ再現方法では、請求項３において、前記母材の両端を拘束する工程では、前記熱処理により前記母材が変位しないように当該母材の膨張及び収縮に応じた荷重を付与することを特徴としている。
The HAZ reproduction method according to claim 3 is a HAZ reproduction method for producing a HAZ reproduction material, the step of constraining both ends of the base material to be the reproduction material, and the base material in a state where the base material is constrained. And a step of heat-treating the material along a predetermined thermal history.
In the HAZ reproduction method according to claim 4, in the step of restraining both ends of the base material in claim 3, a load corresponding to expansion and contraction of the base material is applied so that the base material is not displaced by the heat treatment. It is characterized by that.
上記手段を用いる本発明によれば、母材の両端を拘束した状態で熱履歴に沿った熱処理を行うことでＨＡＺの再現材を作製する。
このように母材を拘束することで実溶接継手における溶接に近い状態となり、当該拘束状態で熱履歴に沿った熱処理を行うことで、拘束していない状態で作製されたＨＡＺ再現材よりも実溶接ＨＡＺに近い結晶分布を持つＨＡＺ再現材を作製することができる。そして、このような再現性の高いＨＡＺ再現材を試験片として試験を行えば、試験の精度を向上させることができる。
According to the present invention using the above means, a HAZ reproduction material is produced by performing heat treatment along the thermal history in a state where both ends of the base material are constrained.
By constraining the base material in this way, it becomes a state close to welding in an actual welded joint, and by performing heat treatment along the thermal history in the constrained state, it is more realistic than the HAZ reproduction material produced in an unconstrained state A HAZ reproduction material having a crystal distribution close to that of welded HAZ can be produced. If the test is performed using such a highly reproducible HAZ reproducing material as a test piece, the accuracy of the test can be improved.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には本発明の一実施形態に係るＨＡＺ再現装置で用いる母材の構成図が、図２には当該ＨＡＺ再現装置の概略構成図がそれぞれ示されており、以下これらの図に基づきＨＡＺ再現装置の構成について説明する。
試験評価対象（試験片）となる母材１は、実溶接の対象と同等の材料（例えば、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼）からなり、ＨＡＺ再現後の評価試験に適した形状に加工されている。例えば本実施形態では図１に示すように、母材１は、ひずみを均一に入れるために丸棒形状をなしている。また、母材１の両端にはそれぞれ拘束用のネジ溝が形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration diagram of a base material used in a HAZ reproduction apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a schematic configuration diagram of the HAZ reproduction apparatus. Based on these diagrams, HAZ is shown below. The configuration of the reproduction apparatus will be described.
A base material 1 to be a test evaluation target (test piece) is made of a material (for example, 9Cr-1Mo steel) equivalent to a target of actual welding, and is processed into a shape suitable for an evaluation test after HAZ reproduction. For example, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the base material 1 has a round bar shape in order to uniformly introduce strain. Further, constraining screw grooves are formed at both ends of the base material 1.
次に図２に示すように、ＨＡＺ再現装置１０は、母材１の両端を拘束する一対の拘束ジグ１２ａ、１２ｂ（拘束手段）を備えている。当該拘束ジグ１２ａ、１２ｂは前記母材１の両端のネジ溝と螺合することで母材１を拘束する。そして、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは、図示しないアクチュエータと接続されており、母材１に対し引っ張り方向及び圧縮方向に荷重を付与することが可能である。 Next, as shown in FIG. 2, the HAZ reproduction apparatus 10 includes a pair of restraining jigs 12 a and 12 b (constraining means) that restrain both ends of the base material 1. The restraining jigs 12 a and 12 b restrain the base material 1 by being screwed into the thread grooves at both ends of the base material 1. The restraining jigs 12 a and 12 b are connected to an actuator (not shown) and can apply a load to the base material 1 in the pulling direction and the compressing direction.
また、ＨＡＺ再現装置１０は、母材１を加熱する高周波誘導加熱装置１４（以下、単に加熱装置という）（熱処理手段）を備えており、当該加熱装置１４のコイル１４ａが母材１の中央外周を覆うように配置される。当該加熱装置１４は、予め昇温速度、最高到達温度、冷却速度等からなる熱履歴が設定されており、当該熱履歴に沿った熱処理を母材１に対して行うことが可能である。 The HAZ reproduction apparatus 10 also includes a high frequency induction heating device 14 (hereinafter simply referred to as a heating device) (heat treatment means) for heating the base material 1, and the coil 14 a of the heating device 14 has a central outer periphery of the base material 1. It is arranged so as to cover. The heating device 14 is preset with a heat history including a temperature increase rate, a maximum temperature reached, a cooling rate, and the like, and can perform heat treatment on the base material 1 along the heat history.
さらに、本実施形態におけるＨＡＺ再現装置１０は雰囲気制御チャンバ１６（以下、単にチャンバという）を備えており、当該チャンバ１６内に母材１、拘束ジグ１２ａ、１２ｂ、加熱装置１４のコイル１４ａが配設されている。当該チャンバ１６は、酸化防止のため、内部を真空状態としたり、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガス雰囲気としたりすることが可能である。また、チャンバ１６は、アルゴンガスを内部に噴射することで加熱された母材１を急速冷却することも可能であり、熱処理手段として用いることもできる。 Further, the HAZ reproduction apparatus 10 in this embodiment includes an atmosphere control chamber 16 (hereinafter simply referred to as a chamber), and the base material 1, the restraining jigs 12 a and 12 b, and the coil 14 a of the heating device 14 are arranged in the chamber 16. It is installed. The chamber 16 can be in a vacuum state or an inert gas atmosphere such as argon (Ar) gas to prevent oxidation. The chamber 16 can also rapidly cool the base material 1 heated by injecting argon gas into the interior, and can also be used as a heat treatment means.
以下、このように構成されたＨＡＺ再現装置１０を用いたＨＡＺ再現方法について説明する。
ＨＡＺ再現装置１０は、母材１を加熱装置１４のコイル１４ａ内に通して、両端を拘束ジグ１２ａ、１２ｂにより拘束する。そして、チャンバ１６内を真空又はアルゴンガス雰囲気として、加熱装置１４により予め定められた熱履歴に沿った熱処理を行う。
Hereinafter, a HAZ reproduction method using the HAZ reproduction apparatus 10 configured as described above will be described.
The HAZ reproduction device 10 passes the base material 1 through the coil 14a of the heating device 14, and restrains both ends by restraining jigs 12a and 12b. Then, the inside of the chamber 16 is set to a vacuum or an argon gas atmosphere, and a heat treatment is performed by the heating device 14 in accordance with a predetermined thermal history.
ここで図３を参照すると、本実施形態における熱処理条件が示されている。同図に示すように、本実施形態では、一定の昇温速度で加熱し、最高到達温度にて所定時間維持した後、自然冷却を行っている。
ＨＡＺ再現装置１０は、このような熱処理を行うと同時に、当該熱処理により母材１が変位しないよう、母材１の膨張及び縮小に応じて拘束ジグ１２ａ、１２ｂの荷重を変化させている。
Referring now to FIG. 3, the heat treatment conditions in this embodiment are shown. As shown in the figure, in the present embodiment, heating is performed at a constant rate of temperature increase, and the natural cooling is performed after maintaining the maximum temperature for a predetermined time.
The HAZ reproduction apparatus 10 performs such heat treatment, and at the same time, changes the loads of the restraining jigs 12a and 12b according to the expansion and contraction of the base material 1 so that the base material 1 is not displaced by the heat treatment.
ここで図４を参照すると、母材１に対する拘束ジグ１２ａ、１２ｂの荷重変化の様子が示されている。母材１は温度が上昇するのに従い膨張することから、これに対し拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ａ）で示すように母材１の膨張に応じて圧縮方向への荷重を大きくすることで膨張による変位を抑えている。そして、母材１の温度が比較的高温になると母材１の膨張が収まっていくことから、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｂ）で示すように圧縮方向への荷重を減少させている。 Referring now to FIG. 4, the load change of the restraining jigs 12 a and 12 b with respect to the base material 1 is shown. Since the base material 1 expands as the temperature rises, the restraining jigs 12a and 12b increase the load in the compression direction in accordance with the expansion of the base material 1 as shown by the arrow (a) in FIG. By doing so, displacement due to expansion is suppressed. Then, since the expansion of the base material 1 is stopped when the temperature of the base material 1 becomes relatively high, the restraining jigs 12a and 12b reduce the load in the compression direction as shown by the arrow (b) in FIG. ing.
次に母材１が冷却されていくと、母材１は徐々に収縮していくことから、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｃ）で示すように引っ張り方向の荷重を大きくすることで収縮による変位を抑えている。そして、母材１の温度が比較的低温になるとマルテンサイト変態に伴い材料が膨張することから、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｄ）で示すように引っ張り方向への荷重を減少させている。さらに母材１の温度が低温になると母材１は再び収縮し、これに応じ拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｅ）で示すように引っ張り方向の荷重を大きくして変位を抑えている。 Next, when the base material 1 is cooled, the base material 1 gradually contracts, so that the restraining jigs 12a and 12b increase the load in the pulling direction as indicated by the arrow (c) in FIG. To suppress displacement due to shrinkage. When the temperature of the base material 1 becomes relatively low, the material expands due to the martensitic transformation. Therefore, the restraining jigs 12a and 12b reduce the load in the pulling direction as shown by the arrow (d) in FIG. ing. Further, when the temperature of the base material 1 becomes low, the base material 1 contracts again, and accordingly, the restraining jigs 12a and 12b increase the load in the pulling direction to suppress the displacement as shown by the arrow (e) in FIG. Yes.
このようにして、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは母材１の変位を０に維持している。
次に図５を参照すると、実溶接ＨＡＺ（ａ）、本実施形態にように母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材（ｂ）のそれぞれの結晶粒分布図が示されている。
同図に示すように、図５（ｂ）で示されている母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材の結晶粒の分布は、図５（ａ）で示されている実溶接ＨＡＺの結晶粒の分布に近似している。つまり、母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材の方が、再現性が高いということが分かる。
In this way, the restraining jigs 12a and 12b maintain the displacement of the base material 1 at zero.
Next, referring to FIG. 5, there are shown respective crystal grain distribution diagrams of the actual weld HAZ (a) and the HAZ reproduction material (b) produced by constraining the base material 1 as in the present embodiment.
As shown in the figure, the distribution of crystal grains of the HAZ reproduction material produced by constraining the base material 1 shown in FIG. 5B is the same as that of the actual weld HAZ shown in FIG. It approximates the distribution of crystal grains. That is, it can be seen that the HAZ reproduction material produced by restraining the base material 1 has higher reproducibility.
さらに、図６を参照すると、実溶接ＨＡＺと本実施形態にように母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材のそれぞれの結晶方位を示す関係図が示されている。
同図に示すように、実溶接ＨＡＺと拘束して作製したＨＡＺ再現材の各方位回転角における割合はそれぞれほぼ同様の割合となっている。このことからも、本実施形態のように母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材は、実溶接ＨＡＺに近く再現性が高いものであることが分かる。
Further, referring to FIG. 6, there is shown a relational diagram showing the crystal orientations of the actual welding HAZ and the HAZ reproduction material produced by restraining the base material 1 as in the present embodiment.
As shown in the figure, the ratios of the HAZ reproduction material produced by restraining with the actual weld HAZ at each azimuth rotation angle are substantially the same. From this, it can be seen that the HAZ reproduction material produced by restraining the base material 1 as in this embodiment is close to the actual weld HAZ and has high reproducibility.
このように母材１を拘束することで実溶接継手における溶接に近い状態となり、当該拘束状態で熱履歴に沿った熱処理を行うことで、拘束していない状態で作製されたＨＡＺ再現材よりも実溶接ＨＡＺに近い結晶分布を持つＨＡＺ再現材を作製することができる。そして、このような再現性の高いＨＡＺ再現材を試験片としてクリープ試験等の材料特性評価試験を行えば、試験の精度を向上させることができる。 By constraining the base material 1 in this way, it becomes a state close to welding in an actual welded joint, and by performing heat treatment along the thermal history in the constrained state, the HAZ reproduction material produced in an unconstrained state is obtained. A HAZ reproducing material having a crystal distribution close to that of actual welding HAZ can be produced. If the material property evaluation test such as a creep test is performed using such a highly reproducible HAZ reproducing material as a test piece, the accuracy of the test can be improved.
以上で本発明に係るＨＡＺ再現装置及びＨＡＺ再現方法の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、母材１を丸棒形状としたが、母材の形状はこれに限られるものではなく、例えば平板状等、試験片として適した形状であれば他の形状であっても構わない。
また上記実施形態では、母材１を加熱する手段として高周波誘導装置を用いているが、母材を加熱する手段はこれに限られるものではなく、その他の加熱装置及び加熱方法を用いても構わない。
Although the description of the embodiments of the HAZ reproduction device and the HAZ reproduction method according to the present invention has been finished above, the embodiments are not limited to the above embodiments.
In the above embodiment, the base material 1 has a round bar shape, but the shape of the base material is not limited to this, and may be other shapes as long as the shape is suitable as a test piece, such as a flat plate shape. I do not care.
Moreover, in the said embodiment, although the high frequency induction device is used as a means to heat the base material 1, the means to heat a base material is not restricted to this, You may use another heating apparatus and a heating method. Absent.
また、上記実施形態では、ＨＡＺ再現装置１０は、熱処理を行うと同時に、当該熱処理により母材１が変位しないよう、母材１の膨張及び縮小に応じて拘束ジグ１２ａ、１２ｂの荷重を変化させているが、当該ＨＡＺ再現装置は熱処理中に予め定めた所定のひずみを与えるように荷重を変化させるものとしても構わない。 In the above embodiment, the HAZ reproduction apparatus 10 changes the loads of the restraining jigs 12a and 12b according to the expansion and contraction of the base material 1 so that the base material 1 is not displaced by the heat treatment at the same time. However, the HAZ reproduction apparatus may change the load so as to give a predetermined strain during the heat treatment.
１ 母材
１０ ＨＡＺ再現装置
１２ａ、１２ｂ 拘束ジグ（拘束手段）
１４ 高周波誘導加熱装置（熱処理手段）
１４ａ コイル
１６ 雰囲気制御チェンバ（熱処理手段）
1 Base material 10 HAZ reproduction device 12a, 12b Restraint jig (restraint means)
14 High frequency induction heating device (heat treatment means)
14a Coil 16 Atmosphere control chamber (heat treatment means)
Claims (4)
前記再現材となる母材の両端を拘束する拘束手段と、
前記拘束手段により前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理する熱処理手段と、
を備えたことを特徴とするＨＡＺ再現装置。 A HAZ reproduction apparatus for producing a HAZ reproduction material,
A restraining means for restraining both ends of the base material as the reproduction material;
Heat treatment means for heat-treating the base material along a predetermined thermal history in a state where the base material is restrained by the restraining means;
HAZ reproduction apparatus characterized by comprising:
前記再現材となる母材の両端を拘束する工程と、
前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理を行う工程と、
を備えたことを特徴とするＨＡＺ再現方法。 A HAZ reproduction method for producing a HAZ reproduction material,
A step of restraining both ends of the base material to be the reproduction material;
In a state where the base material is constrained, a step of performing heat treatment on the base material along a predetermined thermal history;
HAZ reproduction method characterized by comprising:
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