JP2018169253A - 溶接継手の破壊再現方法、溶接継手の寿命予測方法、溶接継手の破壊再現装置及び溶接継手の寿命予測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接継手の寿命の予測精度の低下を抑制することができること。【解決手段】溶接継手の寿命予測方法は、第１の配管と、第１の配管と異なる金属により構成された第２の配管と、第１の配管と第２の配管とを接合した溶接材とを備える溶接継手の寿命を予測する方法である。溶接継手の寿命予測方法は、溶接継手に第１の配管と第２の配管とが互いに離れる方向の軸力を付与した状態で、溶接継手を常温よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップＳＴ２１と、溶接継手を高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップＳＴ２３とを、溶接継手が破壊されるまで交互に実施する破壊再現工程ＳＴ２と、溶接継手が破壊されるまでの高温負荷温度の累積時間に基づいて、溶接継手の設置される環境下での温度における寿命を算出する寿命算出工程ＳＴ１０とを含む。【選択図】図５

Description

本発明は、異なる金属同士を接続した溶接継手の破壊再現方法、溶接継手の寿命予測方法、溶接継手の破壊再現装置及び溶接継手の寿命予測装置に関する。

火力発電用のボイラを備える発電設備は、ステンレス鋼、又は高クロム鋼等の高温な環境下で使用可能であるが高コストな配管と、低合金鋼等の高温な環境下では使用不可能であるが低コストな配管とを使用している。このために、前述した発電設備は、異なる金属により構成された配管同士を接続した溶接継手を備える。異なる金属により構成された配管同士を接続した溶接継手は、異なる金属同士の界面における元素の移行による材料の劣化、及び、異なる金属同士の線膨張係数及びヤング率の差などを原因とする内部応力により、寿命が低下することが知られている。

一般的には直径数ｍｍの丸棒試験片を取り出し、高温に加熱して軸力を付与し、溶接継手の寿命を予測する方法が用いられている。異なる金属同士の溶接方法として、特許文献１に記載の溶接方法がある。また、異なる金属により構成された配管同士を接続した溶接継手の寿命を予測する方法として、特許文献２に記載の方法がある。

特開平５−５７４５０号公報 特開２０１５−１８８９２８号公報

従来から用いられてきた溶接継手の寿命を予測する方法は、いずれか一方の配管の母材部が破壊されてしまう。一方、前述した発電設備に用いられる溶接継手は、いずれか一方の配管と配管同士を接続する溶接材との界面が破壊することが知られている。界面において溶接継手が破壊されることは、異なる金属同士の線膨張係数及びヤング率の差などを原因とする内部応力が界面に集中することが原因と推測される。このために、従来から用いられてきた溶接継手の寿命を予測する方法は、溶接継手が破壊される位置が実際に発電設備に用いられる際に溶接継手が破壊される位置と異なるために、溶接継手の寿命の予測精度が低下していることが考えられる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、溶接継手の寿命の予測精度の低下を抑制することができる溶接継手の破壊再現方法、溶接継手の寿命予測方法、溶接継手の破壊再現装置及び溶接継手の寿命予測装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、第１の発明の溶接継手の破壊再現方法は、第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の破壊再現方法であって、前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与した状態で、前記溶接継手を常温よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施することを特徴とする。

この溶接継手の破壊再現方法は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップと冷却ステップとを溶接継手が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が低下するまでに冷却ステップに移行することとなり、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が、破壊されるまで高温負荷ステップを維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、溶接継手の破壊再現方法は、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面で、溶接継手を破壊させることができる。

また、第２の発明の溶接継手の破壊再現方法は、第１の発明において、互いに材料の異なる溶接材を備える複数の溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、前記溶接材の材料を評価することを特徴とする。

この溶接継手の破壊再現方法は、互いに材料の異なる溶接材を備える複数の溶接継手が破壊されるまでの高温負荷温度の累積時間に基づいて溶接材の材料を評価するので、発電設備に実際に用いられる溶接継手の溶接材の材料を適切なものとすることができる。

第３の発明の溶接継手の寿命予測方法は、第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の寿命予測方法であって、前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与した状態で、前記溶接継手を常温よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施する破壊再現工程と、前記溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、前記溶接継手の設置される環境下での温度における寿命を算出する寿命算出工程と、を含むことを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測方法は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップと冷却ステップとを溶接継手が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が低下するまでに冷却ステップに移行することとなり、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が、破壊されるまで高温負荷ステップを維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、溶接継手の寿命予測方法は、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面で、溶接継手を破壊させることができる。また、溶接継手の寿命予測方法は、高温負荷温度の累積時間に基づいて、溶接継手が実際に設置される環境下での寿命を算出する。

また、第４の発明の溶接継手の寿命予測方法は、第３の発明において、前記寿命算出工程は、前記累積時間と前記高温負荷温度とからラーソンミラーパラメータ法を用いて、前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測方法は、ラーソンミラーパラメータ法を用いるので、溶接継手が実際に設置される環境下での寿命を正確に算出することができる。

また、第５の発明の溶接継手の寿命予測方法は、第３の発明において、前記破壊再現工程は、前記高温負荷ステップの前記高温負荷温度を溶接継手毎に異ならせて、複数の溶接継手を破壊し、前記寿命算出工程は、複数の溶接継手の前記累積時間と前記高温負荷温度とから前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測方法は、溶接継手毎に異なる高温負荷温度で高温負荷ステップを実施して複数の溶接継手を破壊した時の累積時間と高温負荷温度とを用いるので、溶接継手が実際に設置される環境下での寿命を正確に算出することができる。

また、第６の発明の溶接継手の寿命予測方法は、第３の発明において、前記破壊再現工程は、前記溶接材と前記金属部材との界面における欠陥の大きさの異なる複数の溶接継手を破壊し、前記寿命算出工程は、複数の溶接継手の前記累積時間に基づいて算出した寿命と前記欠陥の大きさと予測対象の溶接継手の前記欠陥の大きさとから前記予測対象の溶接継手の寿命を算出することを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測方法は、溶接継手毎に異なる大きさの欠陥が界面に設けられた複数の溶接継手を破壊した時の累積時間に基づいて算出した寿命と欠陥の大きさとを用いるので、溶接継手の欠陥の大きさに応じた実際に設置される環境下での寿命を正確に算出することができる。

第７の発明の溶接継手の破壊再現装置は、第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の破壊再現装置であって、前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与する軸力付与部と、前記溶接継手を加熱する加熱部と、前記溶接継手の温度を測定する温度測定部と、前記溶接継手に前記軸力付与部が所定強さの前記軸力を付与した状態で、前記温度測定部の測定結果に基づいて、前記加熱部を制御して、前記溶接継手を常温よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施する加熱部制御部と、を備えることを特徴とする。

この溶接継手の破壊再現装置は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップと冷却ステップとを溶接継手が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が低下するまでに冷却ステップに移行することとなり、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が、破壊されるまで高温負荷ステップを維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、溶接継手の破壊再現装置は、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面で、溶接継手を破壊させることができる。

また、第８の発明の溶接継手の破壊再現装置は、第７の発明において、互いに材料の異なる溶接材を備える複数の溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、各溶接継手の溶接材を評価する評価部を備えることを特徴とする。

この溶接継手の破壊再現装置は、互いに材料の異なる溶接材を備える複数の溶接継手が破壊されるまでの高温負荷温度の累積時間に基づいて溶接材の材料を評価するので、発電設備に実際に用いられる溶接継手の溶接材の材料を適切なものとすることができる。

第９の発明の溶接継手の寿命予測装置は、第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の寿命予測装置であって、前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与する軸力付与部と、前記溶接継手を加熱する加熱部と、前記溶接継手の温度を測定する温度測定部と、前記溶接継手に前記軸力付与部が所定強さの前記軸力を付与した状態で、前記温度測定部の測定結果に基づいて、前記加熱部を制御して、前記溶接継手を前記溶接継手が設置される環境下での温度よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施する加熱部制御部と、前記溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出する寿命算出部と、を備えることを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測装置は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップと冷却ステップとを溶接継手が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が低下するまでに冷却ステップに移行することとなり、高温負荷ステップにおける溶接継手内の内部応力が、破壊されるまで高温負荷ステップを維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、溶接継手の寿命予測方法は、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の金属部材と溶接材との界面で、溶接継手を破壊させることができる。また、溶接継手の寿命予測装置は、高温負荷温度の累積時間に基づいて、溶接継手が実際に設置される環境下での寿命を算出する。

また、第１０の発明の溶接継手の寿命予測装置は、第９の発明において、前記寿命算出部は、前記累積時間と前記高温負荷温度とからラーソンミラーパラメータ法を用いて、前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測装置は、ラーソンミラーパラメータ法を用いるので、溶接継手が実際に設置される環境下での寿命を正確に算出することができる。

また、第１１の発明の溶接継手の寿命予測装置は、第９の発明において、前記加熱部制御部は、前記高温負荷ステップの前記高温負荷温度を溶接継手毎に異ならせて、複数の溶接継手を破壊し、前記寿命算出部は、複数の溶接継手の前記累積時間と前記高温負荷温度とから前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測装置は、溶接継手毎に異なる高温負荷温度で高温負荷ステップを実施して複数の溶接継手を破壊した時の累積時間と高温負荷温度とを用いるので、溶接継手が実際に設置される環境下での寿命を正確に算出することができる。

また、第１２の発明の溶接継手の寿命予測装置は、第９の発明において、前記溶接材と前記金属部材との界面における欠陥の大きさの測定する欠陥測定部を備え、前記加熱部制御部は、前記溶接材と前記金属部材との界面における欠陥の大きさの異なる複数の溶接継手を破壊し、前記寿命算出部は、複数の溶接継手の前記累積時間に基づいて算出した寿命と前記欠陥の大きさと予測対象の溶接継手の前記欠陥の大きさとから前記予測対象の溶接継手の寿命を算出することを特徴とする。

この溶接継手の寿命予測装置は、溶接継手毎に異なる大きさの欠陥が界面に設けられた複数の溶接継手を破壊した時の累積時間に基づいて算出した寿命と欠陥の大きさとを用いるので、溶接継手の欠陥の大きさに応じた実際に設置される環境下での寿命を正確に算出することができる。

本発明によれば、溶接継手の寿命の予測精度の低下を抑制することができる。

図１は、実施形態１に係る溶接継手の寿命予測装置の概略図である。 図２は、図１に示された溶接継手の寿命予測装置の寿命の予測対象の溶接継手の断面図である。 図３は、図１に示された溶接継手の寿命予測装置の破壊再現工程において溶接継手に付与する温度を示す図である。 図４は、図３に示された高温負荷温度を維持する所定時間の根拠を示す図である。 図５は、実施形態１に係る溶接継手の寿命予測方法の工程図である。 図６は、図５に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で算出された寿命の一例を示す図である。 図７は、図５に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で記憶された溶接材の材料毎の累積時間の一例を示す図である。 図８は、実施形態２に係る溶接継手の寿命予測方法の工程図である。 図９は、実施形態２に係る溶接継手の寿命予測装置の破壊再現工程において溶接継手に付与する温度を示す図である。 図１０は、図８に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で算出された寿命の一例を示す図である。 図１１は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測装置の概略図である。 図１２は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測方法の第１の試験体である溶接継手の界面の断面図である。 図１３は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測方法の第２の試験体である溶接継手の界面の断面図である。 図１４は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測方法の工程図である。 図１５は、図１４に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で算出された予測対象の溶接継手の寿命の一例を示す図である。 図１６は、図１４に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程内の工程図である。 図１７は、実施形態４に係る溶接継手の寿命予測装置の概略図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る溶接継手の寿命予測装置の概略図である。図２は、図１に示された溶接継手の寿命予測装置の寿命の予測対象の溶接継手の断面図である。図３は、図１に示された溶接継手の寿命予測装置の破壊再現工程において溶接継手に付与する温度を示す図である。図４は、図３に示された高温負荷温度を維持する所定時間の根拠を示す図である。

実施形態１に係る溶接継手の寿命予測装置（以下、寿命予測装置と記す）１は、図２に示す溶接継手２００を実際に設置された環境下で破壊される状態を再現して、溶接継手２００の寿命ＬＴ（図６に示す）を予測する装置である。

寿命予測装置１の寿命ＬＴの予測対象である溶接継手２００は、火力発電用のボイラを備える発電設備に用いられる。溶接継手２００は、図２に示すように、金属により構成された第１の金属部材である第１の配管２０１と、第１の配管２０１と異なる金属により構成された第２の金属部材である第２の配管２０２と、第１の配管２０１と第２の配管２０２とを接合した溶接材２０３とを備える。第１の配管２０１と第２の配管２０２とは、ステンレス鋼、低合金鋼、又は高クロム鋼のうちいずれかにより構成される。実施形態１において、第１の配管２０１は、ステンレス鋼であるＳＵＳ３４７により構成され、第２の配管２０２は、高クロム鋼であるＳＴＢＡ２８により構成されている。ＳＵＳ３４７及びＳＴＢＡ２８は、ＪＩＳ（日本工業規格）により規定されたものである。

溶接材２０３は、一旦溶解された後、固化して、第１の配管２０１と第２の配管２０２とを接合する。実施形態１において、溶接材２０３は、ニッケルをベースとし、鉄、クロム、ニオブ、モリブデン等を含んだ金属である。なお、実施形態１において、溶接継手２００は、配管２０１，２０２同士を接合したものであるが、本発明では、配管２０１，２０２に限らず金属により構成された各種の部材同士を接合したものでも良い。

溶接継手２００は、発電設備に設置された際に、配管２０１，２０２及び溶接材２０３の線膨張係数及びヤング率の差により内部応力が配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４に集中する。このために、溶接継手２００は、発電設備に設置された際に、経年劣化などにより、配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４が破断するなどの破壊が生じることがある。

実施形態１に係る寿命予測装置１は、溶接継手２００の界面２０４を破断させて、溶接継手２００を発電設備に設置された際の実際に破壊される状態を再現する破壊再現装置でもあり、溶接継手２００が破壊されるまでの寿命ＬＴを予測する装置である。寿命予測装置１は、図１に示すように、第１保持部１０と、第２保持部２０と、軸力付与部３０と、加熱部４０と、温度測定部５０と、制御装置１００とを備える。

第１保持部１０は、溶接継手２００の第１の配管２０１を保持する。第２保持部２０は、溶接継手２００の第２の配管２０２を保持する。軸力付与部３０は、溶接継手２００に第１の配管２０１と第２の配管２０２とが互いに離れる方向の軸力を付与するものである。実施形態１において、軸力付与部３０は、シリンダ３１と、シリンダ３１から伸縮自在なロッド３２とを備えた油圧シリンダである。シリンダ３１は、第１保持部１０とベース１１を介して固定されている。ロッド３２は、棒状に形成され、長手方向に沿ってシリンダ３１から伸縮する。ロッド３２は、溶接継手２００の配管２０１，２０２と平行に配置され、第２保持部２０に固定されている。軸力付与部３０は、シリンダ３１内に作動油が供給されることにより、ロッド３２を伸縮する。軸力付与部３０は、シリンダ３１内に供給される作動油の圧力が変更されることで、溶接継手２００に付与する軸力を変更する。

加熱部４０は、溶接継手２００を加熱するものである。実施形態１において、加熱部４０は、コイル４１と、交流電源４２とを備える。コイル４１は、内側に溶接継手２００を通し、溶接継手２００と平行に配置されている。また、溶接継手２００は、コイル４１の中央に配置される。交流電源４２は、コイル４１に交流電流に流す。加熱部４０は、交流電源４２からの交流電流をコイル４１に流すことで、誘導加熱により溶接継手２００を加熱する。

温度測定部５０は、溶接継手２００の温度を測定するものである。温度測定部５０は、少なくとも一つの温度センサ５１を備える。温度センサ５１は、測温抵抗体、熱電対、又は放射温度計である。温度測定部５０は、測定結果を制御装置１００に出力する。

また、寿命予測装置１は、第１保持部１０と第２保持部２０との相対位置を測定する図示しない変位センサを備える。変位センサは、第１保持部１０と第２保持部２０との相対位置を測定することで、溶接継手２００の軸方向の伸縮量を測定する。変位センサは、測定結果を制御装置１００に出力する。

制御装置１００は、温度測定部５０及び変位センサの測定結果に基づいて、軸力付与部３０及び加熱部４０を制御するコンピュータである。制御装置１００は、加熱部制御部１０１と、寿命算出部１０２と、評価部１０３とを備える。加熱部制御部１０１は、溶接継手２００に軸力付与部３０が所定強さの軸力を付与した状態で、温度測定部５０の測定結果に基づいて、加熱部４０を制御する。溶接継手２００に軸力付与部３０が付与する軸力の所定強さは、溶接継手２００が発電設備に設置された環境下での溶接継手２００に実際に作用する軸力と同じ強さである。実施形態１において、軸力は、１０ＭＰａ以上でかつ１００ＭＰａ以下程度である。

加熱部制御部１０１は、加熱部４０を制御して、図３に示すように、溶接継手２００を高温負荷温度ＴＭまで加熱して所定時間ｔ維持する高温負荷ステップＳＴ２１と、溶接継手２００を高温負荷温度ＴＭよりも低い冷却温度ＴＣまで冷ます冷却ステップＳＴ２３とを溶接継手２００が破壊されるまで交互に実施する。高温負荷温度ＴＭは、溶接継手２００の破壊を促進するために、発電設備に設置された溶接継手２００に作用する温度と同じか高い温度である。なお、図３の横軸は、時間を示し、縦軸は、温度測定部５０の測定結果である温度を示す。

なお、溶接継手２００を加熱すると、溶接継手２００の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４には、線膨張係数の差等に起因する内部応力が集中する。界面２０４に集中する内部応力は、図４に示すように、時間の経過とともに、低下する。なお、図４の横軸は、時間を示し、縦軸は、界面に集中する内部応力の強さを示す。

図４に示された内部応力は、高温負荷温度ＴＭを６００℃（図４中に四角で示す）とした場合と、高温負荷温度ＴＭを５５０℃（図４中に菱形で示す）とした場合とのそれぞれにおいて、加熱当初の強さσ_０を以下の式１を用いて算出した。

σ_０＝Ｅ（α_溶接材−α_{ＳＴＢＡ２８}）×ΔＴ・・・式１
なお、Ｅは、溶接材２０３又は第２の配管２０２を構成するＳＴＢＡ２８のヤング率である。α_溶接材は、溶接材２０３の線膨張係数である。α_{ＳＴＢＡ２８}は、第２の配管２０２を構成するＳＴＢＡ２８の線膨張係数である。ΔＴは、常温から６００℃又は５５０℃まで加熱した時の温度差である。また、図４に示された内部応力は、第２の配管２０２を構成するＳＴＢＡ２８のクリープ速度で低下するものとし、二次クリープ特性をＮｏｒｔｏｎ則で与えて算出した。

実施形態１において、高温負荷温度ＴＭと高温負荷温度ＴＭを維持する所定時間ｔの目安は、例えば界面２０４に集中する内部応力が、加熱当初の強さσ_０の８０％未満にならない値と考えることができる。図４によれば、高温負荷温度ＴＭが、６００℃である場合には、所定時間ｔは、１０時間未満にされている。実施形態１において、図３に示すように、高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭは、６００℃であり、高温負荷温度ＴＭを維持する所定時間ｔは、１０時間が目安となる。また、図中にダイヤ印で示す実機運転温度の応力と同等の応力が維持される時間も目安となる。

また、冷却ステップＳＴ２３の冷却温度ＴＣは、後の高温負荷ステップＳＴ２１において界面２０４に集中する内部応力の強さが加熱当初の強さσ_０と等しくなり、溶接継手２００が破壊されるまでの時間が長時間化しない値であるのが望ましい。実施形態１において、冷却温度ＴＣは、加熱部４０による溶接継手２００の加熱を停止して溶接継手２００が１時間程度の自然冷却により冷まされる温度であり、例えば、１００℃である。

寿命算出部１０２は、溶接継手２００が破壊されるまでの高温負荷温度ＴＭの累積時間ＡＴ（図６に示す）に基づいて、溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での温度Ｔ（図６に示す）における寿命ＬＴを算出する。実施形態１において、寿命算出部１０２は、高温負荷温度ＴＭの累積時間ＡＴと高温負荷温度ＴＭとからラーソンミラーパラメータ法を用いて、溶接継手２００の寿命ＬＴを算出する。

評価部１０３は、互いに材料の異なる溶接材２０３を備える複数の溶接継手２００が破壊されるまでの高温負荷温度ＴＭの累積時間ＡＴに基づいて、溶接継手２００の溶接材２０３を評価する。評価部１０３は、溶接継手２００の溶接材２０３を構成する材料と、累積時間ＡＴとを一対一で対応付けて記憶し、累積時間ＡＴに基づいて、各溶接継手２００の溶接材２０３を評価する。

制御装置１００は、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（read only memory）又はＲＡＭ（random access memory）のようなメモリを有する記憶装置と、入出力インタフェース装置とを有し、コンピュータプログラムを実行可能なコンピュータである。制御装置１００は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行することにより、寿命予測装置１の軸力付与部３０及び加熱部４０等の各構成要素を制御する。加熱部制御部１０１の機能は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行することにより実現される。寿命算出部１０２及び評価部１０３の機能は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムをＲＡＭ上で実行して、算出した寿命ＬＴ及び累積時間ＡＴを記憶装置に記憶することにより実現される。また、制御装置１００は、軸力の値、高温負荷温度ＴＭ、冷却温度ＴＣ、所定時間ｔ及び溶接材２０３を構成する材料名を入力するための図示しない入力装置、寿命算出部１０２が算出した溶接継手２００の寿命ＬＴ及び評価部１０３の評価結果を表示する図示しない表示装置を備える。

次に、実施形態１に係る溶接継手の寿命予測方法を説明する。図５は、実施形態１に係る溶接継手の寿命予測方法の工程図である。図６は、図５に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で算出された寿命の一例を示す図である。図７は、図５に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で記憶された溶接材の材料毎の累積時間の一例を示す図である。

実施形態１に係る溶接継手の寿命予測方法（以下、寿命予測方法と記す）は、溶接継手２００の界面２０４を破断させて、溶接継手２００を発電設備に設置された際の実際に破壊される状態を再現する破壊再現方法でもあり、溶接継手２００が破壊されるまでの寿命ＬＴを予測する方法である。寿命予測方法は、図５に示すように、破壊再現工程ＳＴ２と、寿命算出工程ＳＴ１０とを含む。

寿命予測方法では、まず、試験体である溶接継手２００を寿命予測装置１に取り付ける（ステップＳＴ１）。ステップＳＴ１では、溶接継手２００の第１の配管２０１を第１保持部１０に保持し、第２の配管２０２を第２保持部２０に保持し、温度測定部５０の温度センサ５１を溶接継手２００に取り付ける。寿命予測方法は、ステップＳＴ１の後、破壊再現工程ＳＴ２に進む。

破壊再現工程ＳＴ２は、溶接継手２００に所定強さの軸力を付与した状態で、溶接継手２００を高温負荷温度ＴＭまで加熱して所定時間ｔ維持する高温負荷ステップＳＴ２１と、溶接継手２００を冷却温度ＴＣまで冷ます冷却ステップＳＴ２３とを溶接継手２００が破壊されるまで交互に実施する工程である。破壊再現工程ＳＴ２では、寿命予測装置１の制御装置１００は、軸力付与部３０に所定強さの軸力を試験体である溶接継手２００に付与させる。

破壊再現工程ＳＴ２では、寿命予測装置１の制御装置１００の加熱部制御部１０１は、高温負荷ステップＳＴ２１を実施し、溶接継手２００が破壊されたか否かを判定する（ステップＳＴ２２）。高温負荷ステップＳＴ２１では、寿命予測装置１の制御装置１００の加熱部制御部１０１は、温度測定部５０の測定結果に基づいて、加熱部４０の交流電源４２に交流電流をコイル４１に供給させる。

実施形態１において、ステップＳＴ２２では、寿命予測装置１の制御装置１００の加熱部制御部１０１は、変位センサの測定結果に基づいて、溶接継手２００が破壊されたか否かを判定する。寿命予測装置１の制御装置１００の加熱部制御部１０１は、配管２０１，２０２が互いに所定距離以上離れると、溶接継手２００が破壊されたと判定し、配管２０１，２０２が互いに所定距離以上離れないと、溶接継手２００が破壊されていないと判定する。

寿命予測装置１の制御装置１００の加熱部制御部１０１は、溶接継手２００が破壊されていないと判定する（ステップＳＴ２２：Ｎｏ）と、冷却ステップＳＴ２３を実施して、高温負荷ステップＳＴ２１に戻る。なお、冷却ステップＳＴ２３では、実施形態１において、寿命予測装置１の制御装置１００の加熱部制御部１０１は、加熱部４０の交流電源４２に交流電流のコイル４１への供給を停止させ、温度測定部５０の測定結果が冷却温度ＴＣになると、加熱部４０の交流電源４２に交流電流のコイル４１への供給を再開して、高温負荷ステップＳＴ２１を実施する。寿命予測装置１の制御装置１００の加熱部制御部１０１は、溶接継手２００が破壊されたと判定する（ステップＳＴ２２：Ｙｅｓ）と、寿命算出工程ＳＴ１０に進む。

寿命算出工程ＳＴ１０は、溶接継手２００が破壊されるまでの高温負荷温度ＴＭの累積時間ＡＴに基づいて、溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での温度Ｔにおける寿命ＬＴを算出する工程である。寿命算出工程ＳＴ１０では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、累積時間ＡＴを算出する。実施形態１において、寿命算出部１０２が算出した累積時間ＡＴは、１０００時間である。寿命算出工程ＳＴ１０では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、累積時間ＡＴを高温負荷温度ＴＭである時の溶接継手２００の寿命として、ラーソンミラーパラメータ法を用いて、図６に示す温度と寿命との関係Ｒ１を求める。寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、図６に示す温度と寿命との関係Ｒ１から溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での温度Ｔにおける寿命ＬＴを算出する。実施形態１において、寿命算出部１０２は、発電設備に設置される環境下での温度Ｔが５５０℃であるので、溶接継手２００の寿命ＬＴを３５０００時間と算出する。

また、寿命算出工程ＳＴ１０では、寿命予測装置１の制御装置１００の評価部１０３は、図７に示すように、溶接材２０３の材料名と累積時間ＡＴとを一対一に対応付けて記憶する。また、寿命算出工程ＳＴ１０では、寿命予測装置１の制御装置１００の評価部１０３は、複数の溶接材２０３の材料名と累積時間ＡＴとを対応付けて記憶している場合には、溶接継手２００の溶接材２０３を評価する。

実施形態１に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップＳＴ２１と冷却ステップＳＴ２３とを溶接継手２００が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップＳＴ２１における溶接継手２００内の内部応力が低下するまでに冷却ステップＳＴ２３に移行することとなり、高温負荷ステップＳＴ２１における溶接継手２００内の内部応力が、破壊されるまで高温負荷ステップＳＴ２１を維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、寿命予測方法及び寿命予測装置１は、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４で、溶接継手２００を破壊させることができる。

また、寿命予測方法及び寿命予測装置１は、高温負荷温度ＴＭの累積時間ＡＴに基づいて、溶接継手２００が実際に設置される環境下での寿命ＬＴを算出する。この結果、寿命予測方法及び寿命予測装置１は、溶接継手２００の寿命ＬＴの予測精度の低下を抑制することができる。

また、寿命予測方法及び寿命予測装置１は、ラーソンミラーパラメータ法を用いるので、溶接継手２００が実際に設置される環境下での寿命ＬＴを正確に算出することができる。また、寿命予測方法及び寿命予測装置１は、互いに材料の異なる溶接材２０３を備える複数の溶接継手２００が破壊されるまでの高温負荷温度ＴＭの累積時間ＡＴに基づいて溶接材２０３の材料を評価するので、発電設備に実際に用いられる溶接継手２００の溶接材２０３の材料を適切なものとする。

［実施形態２］
次に、図８、図９及び図１０を参照して、実施形態２に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明を省略する。図８は、実施形態２に係る溶接継手の寿命予測方法の工程図である。図９は、実施形態２に係る溶接継手の寿命予測装置の破壊再現工程において溶接継手に付与する温度を示す図である。図１０は、図８に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で算出された寿命の一例を示す図である。実施形態２は、寿命予測装置１の構成が実施形態１と同じであるが、寿命予測方法が異なる。

実施形態２に係る寿命予測方法は、図８に示すように、第１の試験体である溶接継手２００を寿命予測装置１に取り付け（ステップＳＴ１Ａ）、制御装置１００の加熱部制御部１０１が第１の試験体である溶接継手２００に実施形態１と同様に破壊再現工程ＳＴ２Ａを実施した後、寿命算出部１０２が破壊再現工程ＳＴ２Ａの高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭ（以下、符号ＴＭ１で記す）の累積時間ＡＴ１（図１０に示す）を記憶する（ステップＳＴ３Ａ）。

その後、寿命予測方法は、第２の試験体である溶接継手２００を寿命予測装置１に取り付け（ステップＳＴ１Ｂ）、制御装置１００の加熱部制御部１０１が第２の試験体である溶接継手２００に実施形態１と同様に破壊再現工程ＳＴ２Ｂを実施した後、寿命算出部１０２が破壊再現工程ＳＴ２Ｂの高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭ（以下、符号ＴＭ２で記す）の累積時間ＡＴ２（図１０に示す）を記憶する（ステップＳＴ３Ｂ）。なお、第１の試験体である溶接継手２００と、第２の試験体である溶接継手２００とは、配管２０１，２０２及び溶接材２０３の構成、材料が互いに同じである。実施形態２に係る寿命予測方法では、加熱部制御部１０１が、二つの溶接継手２００に破壊再現工程ＳＴ２Ａ，２Ｂを実施して破壊するが、本発明では、三つ以上の溶接継手２００に破壊再現工程ＳＴ２Ａ，２Ｂを実施して破壊しても良い。

また、実施形態２に係る寿命予測方法の破壊再現工程ＳＴ２Ａ，２Ｂは、高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭ１，ＴＭ２を溶接継手２００毎に異ならせる。実施形態２において、寿命予測方法は、第１の試験体に対する破壊再現工程ＳＴ２Ａの高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭ１よりも第２の試験体に対する破壊再現工程ＳＴ２Ｂの高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭ２を高くしている。

実施形態２に係る寿命予測方法は、累積時間ＡＴ２を記憶した後（ステップＳＴ３Ｂ）、寿命算出工程ＳＴ１０−２を実施する。寿命算出工程ＳＴ１０−２は、複数の溶接継手２００の累積時間ＡＴ１，ＡＴ２と高温負荷温度ＴＭ１，ＴＭ２とから溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での温度Ｔにおける寿命ＬＴを算出する工程である。

寿命算出工程ＳＴ１０−２では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、各試験体の高温負荷温度ＴＭ１，ＴＭ２の累積時間ＡＴ１，ＡＴ２を寿命とし、第１の試験体の累積時間ＡＴ１及び高温負荷温度ＴＭ１と、第２の試験体の累積時間ＡＴ２及び高温負荷温度ＴＭ２とから図１０に点線で示す高温負荷温度ＴＭ１，ＴＭ２と、溶接継手２００の寿命との関係Ｒ２を求める。なお、図１０の横軸は、各試験体の高温負荷温度ＴＭ１，ＴＭ２を示し、縦軸は、溶接継手２００の寿命を示す。

寿命算出工程ＳＴ１０−２では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、図１０に示す関係Ｒ２から溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での温度Ｔにおける寿命ＬＴを算出する。

実施形態２に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップＳＴ２１と冷却ステップＳＴ２３とを溶接継手２００が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップＳＴ２１における溶接継手２００内の内部応力が破壊されるまで高温負荷ステップＳＴ２１を維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、寿命予測方法及び寿命予測装置１は、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４で、溶接継手２００を破壊させることができるので、実施形態１と同様に、溶接継手２００の寿命ＬＴの予測精度の低下を抑制することができる。

また、実施形態２に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１は、溶接継手２００毎に異なる高温負荷温度ＴＭ１，ＴＭ２で高温負荷ステップＳＴ２１を実施して複数の溶接継手２００を破壊した時の累積時間ＡＴ１，ＡＴ２と高温負荷温度ＴＭ１，ＴＭ２とを用いて寿命ＬＴを算出するので、溶接継手２００が実際に発電設備に設置される環境下での寿命ＬＴを正確に算出することができる。

［実施形態３］
次に、図１１、図１２、図１３、図１４、図１５及び図１６を参照して、実施形態３に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１−３について説明する。なお、実施形態３では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明を省略する。図１１は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測装置の概略図である。図１２は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測方法の第１の試験体である溶接継手の界面の断面図である。図１３は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測方法の第２の試験体である溶接継手の界面の断面図である。図１４は、実施形態３に係る溶接継手の寿命予測方法の工程図である。図１５は、図１４に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程で算出された予測対象の溶接継手の寿命の一例を示す図である。図１６は、図１４に示された溶接継手の寿命予測方法の寿命算出工程内の工程図である。

実施形態３に係る寿命予測装置１−３は、図１１に示すように、欠陥測定部６０を備える。欠陥測定部６０は、溶接材２０３と配管２０１，２０２との界面２０４における図１２及び図１３に示す欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の大きさＬ１，Ｌ２を測定し、測定結果を制御装置１００に出力する。実施形態３において、欠陥ＢＤ１，ＢＤ２は、界面２０４に生じる空間（ボイドともいう）である。実施形態３において、欠陥測定部６０は、溶接継手２００の界面２０４における欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の大きさＬ１，Ｌ２である欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の溶接継手２００の径方向の長さを制御装置１００に出力する。なお、実施形態３において、欠陥測定部６０は、超音波探傷装置であるが、超音波探傷装置に限定されない。

実施形態３に係る寿命予測方法は、図１４に示すように、第１の試験体である溶接継手２００を寿命予測装置１に取り付け、欠陥測定部６０で第１の試験体である溶接継手２００の界面２０４の欠陥ＢＤ１の大きさＬ１を測定し（ステップＳＴ１Ａ）、制御装置１００が欠陥ＢＤ１の大きさＬ１を記憶する。制御装置１００の加熱部制御部１０１が第１の試験体である溶接継手２００に実施形態１と同様に破壊再現工程ＳＴ２Ａを実施した後、寿命算出部１０２が破壊再現工程ＳＴ２Ａの高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭと累積時間ＡＴとに基づいて、実施形態１の寿命算出工程ＳＴ１０と同様に、溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での寿命ＬＴ１（図１５に示す）を算出し、記憶する（ステップＳＴ１０Ａ）。

その後、実施形態３に係る寿命予測方法は、第２の試験体である溶接継手２００を寿命予測装置１に取り付け、欠陥測定部６０で第２の試験体である溶接継手２００の界面２０４の欠陥ＢＤ２の大きさＬ２を測定し（ステップＳＴ１Ｂ）、制御装置１００が欠陥ＢＤ２の大きさＬ２を記憶する。制御装置１００の加熱部制御部１０１が第２の試験体である溶接継手２００に実施形態１と同様に破壊再現工程ＳＴ２Ｂを実施した後、寿命算出部１０２が破壊再現工程ＳＴ２Ｂの高温負荷ステップＳＴ２１の高温負荷温度ＴＭと累積時間ＡＴとに基づいて、実施形態１の寿命算出工程ＳＴ１０と同様に、溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での寿命ＬＴ２（図１５に示す）を算出し、記憶する（ステップＳＴ１０Ｂ）。なお、実施形態３において、ステップＳＴ１Ａ及びステップＳＴ１Ｂでは、制御装置１００が溶接材２０３の二つの界面２０４における欠陥ＢＤ１，ＢＤ２のうち最大の欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の大きさＬ１，Ｌ２を記憶する。実施形態３に係る寿命予測方法では、加熱部制御部１０１が、二つの溶接継手２００に破壊再現工程ＳＴ２Ａ，２Ｂを実施して破壊するが、本発明では、三つ以上の溶接継手２００に破壊再現工程ＳＴ２Ａ，２Ｂを実施して破壊しても良い。

第１の試験体である溶接継手２００と、第２の試験体である溶接継手２００とは、配管２０１，２０２及び溶接材２０３の構成、材料が互いに同じであるが、界面２０４における欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の大きさＬ１，Ｌ２が異なる。また、実施形態３において、寿命予測方法は、第１の試験体である溶接継手２００の界面２０４における欠陥ＢＤ１の大きさＬ１よりも第２の試験体である溶接継手２００の界面２０４における欠陥ＢＤ２の大きさＬ２が大きい。

実施形態３に係る寿命予測方法は、第２の試験体である溶接継手２００の寿命ＬＴ２を算出した後（ステップＳＴ１０Ｂ）、寿命算出工程ＳＴ１０−３を実施する。寿命算出工程ＳＴ１０−３は、複数の溶接継手２００の累積時間ＡＴに基づいて算出した寿命ＬＴ１，ＬＴ２と欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の大きさＬ１，Ｌ２と予測対象の溶接継手２００の欠陥の大きさＬ（図１５に示す）とから予測対象の溶接継手２００の寿命を算出する工程である。

寿命算出工程ＳＴ１０−３では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、第１の試験体の寿命ＬＴ１と欠陥ＢＤ１の大きさＬ１と、第２の試験体の寿命ＬＴ２と欠陥ＢＤ２の大きさＬ２とから図１５に点線で示す欠陥の大きさと溶接継手２００の寿命との関係Ｒ３を求める（図１６中のステップＳＴ１０−３Ａ）。なお、図１５の横軸は、溶接継手２００の寿命を示し、縦軸は、各試験体の欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の大きさＬ１，Ｌ２を示す。

寿命算出工程ＳＴ１０−３では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、溶接継手２００の定期検査時に予測対象の溶接継手２００の界面２０４における欠陥の大きさＬを入力する（ステップＳＴ１０−３Ｂ）と、図１５に示す関係Ｒ３と予測対象の溶接継手２００の界面２０４における欠陥の大きさＬとから溶接継手２００の発電設備に設置される環境下での温度Ｔにおける寿命ＬＴを算出する（ステップＳＴ１０−３Ｃ）。

寿命算出工程ＳＴ１０−３では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、算出した寿命ＬＴが、次回の定期検査まで担保可能であるか否か、即ち、寿命ＬＴが次回の定期検査までの時間よりも長いか否かを判定する（ステップＳＴ１０−３Ｄ）。寿命算出工程ＳＴ１０−３では、寿命予測装置１の制御装置１００の寿命算出部１０２は、算出した寿命ＬＴが次回の定期検査まで担保可能であると判定する（ステップＳＴ１０−３Ｄ：Ｙｅｓ）と、予測対象の溶接継手２００を継続して使用（ステップＳＴ１０−３Ｅ）し、算出した寿命が次回の定期検査まで担保可能ではないと判定する（ステップＳＴ１０−３Ｄ：Ｎｏ）と、予測対象の溶接継手２００を新しい溶接継手２００に交換する（ステップＳＴ１０−３Ｆ）。

実施形態３に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１−３は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップＳＴ２１と冷却ステップＳＴ２３とを溶接継手２００が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップＳＴ２１における溶接継手２００内の内部応力が破壊されるまで高温負荷ステップＳＴ２１を維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、寿命予測方法及び寿命予測装置１−３は、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４で、溶接継手２００を破壊させることができるので、実施形態１と同様に、溶接継手２００の寿命ＬＴの予測精度の低下を抑制することができる。

また、実施形態３に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１−３は、溶接継手２００毎に異なる大きさＬ１，Ｌ２の欠陥ＢＤ１，ＢＤ２が界面２０４に設けられた複数の溶接継手２００を破壊した時の累積時間ＡＴに基づいて算出した寿命ＬＴ１，ＬＴ２と欠陥ＢＤ１，ＢＤ２の大きさＬ１，Ｌ２とを用いて予測対象の溶接継手２００の寿命ＬＴを算出するので、溶接継手２００の欠陥の大きさＬに応じた実際に設置される環境下での寿命ＬＴを正確に算出することができる。

なお、実施形態３に係る寿命予測装置１−３は、制御装置１００に加え、保持部１０，２０及び軸力付与部３０、加熱部４０及び温度測定部５０を備えるが、本発明の寿命予測装置１−３は、保持部１０，２０及び軸力付与部３０、加熱部４０及び温度測定部５０を備えずに、図１５に示す関係Ｒ３を記憶し、欠陥測定部６０の測定結果を入力し、図１６のステップＳＴ１０−３ＢからステップＳＴ１０−３Ｆを実施するコンピュータであっても良い。

［実施形態４］
次に、図１７を参照して、実施形態４に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１−４について説明する。なお、実施形態４では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明を省略する。図１７は、実施形態４に係る溶接継手の寿命予測装置の概略図である。

実施形態４に係る寿命予測装置１−４は、図１７に示すように、冷却ステップＳＴ２３において、溶接材２０３を冷却する冷却装置７０を備える。実施形態４において、冷却装置７０は、気体を溶接材２０３に吹き付ける装置であるが、水等の液体を吹き付ける装置でも良い。実施形態４に係る寿命予測方法は、冷却ステップＳＴ２３において、冷却装置７０を用いて溶接材２０３を冷却すること以外、実施形態１の寿命予測方法と同じである。

実施形態４に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１−４は、軸力を付与した状態で高温負荷ステップＳＴ２１と冷却ステップＳＴ２３とを溶接継手２００が破壊されるまで交互に実施するので、高温負荷ステップＳＴ２１における溶接継手２００内の内部応力が破壊されるまで高温負荷ステップＳＴ２１を維持する場合よりも低下することを抑制することができる。この結果、寿命予測方法及び寿命予測装置１−４は、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４に内部応力を集中させることができ、いずれか一方の配管２０１，２０２と溶接材２０３との界面２０４で、溶接継手２００を破壊させることができるので、実施形態１と同様に、溶接継手２００の寿命ＬＴの予測精度の低下を抑制することができる。

また、実施形態４に係る寿命予測方法及び寿命予測装置１−４は、冷却ステップＳＴ２３において溶接材２０３を冷却する冷却装置７０を備えているので、高温負荷温度ＴＭから冷却温度ＴＣまで冷ますのにかかる所要時間を抑制でき、溶接継手２００の寿命ＬＴの予測にかかる所要時間を抑制することができる。

なお、実施形態１から実施形態４において、寿命予測装置１，１−３，１−４は、制御装置１００が各構成要素を制御して、破壊再現工程ＳＴ２，ＳＴ２Ａ，ＳＴ２Ｂにおいて高温負荷ステップＳＴ２１と冷却ステップＳＴ２３とを交互に実施し、寿命算出工程ＳＴ１０，ＳＴ１０−２，ＳＴ１０−３において、制御装置１００が寿命ＬＴを算出している。しかしながら、本発明の寿命予測方法は、作業員が入力装置を介して寿命予測装置１の各構成要素を制御して、破壊再現工程ＳＴ２，ＳＴ２Ａ，ＳＴ２Ｂにおいて高温負荷ステップＳＴ２１と冷却ステップＳＴ２３とを交互に実施しても良い。また、本発明の寿命予測方法は、寿命算出工程ＳＴ１０，ＳＴ１０−２，ＳＴ１０−３において、作業員が破壊再現工程ＳＴ２，ＳＴ２Ａ，ＳＴ２Ｂの結果に基づいて、溶接継手２００の寿命ＬＴを算出しても良い。

１，１−３，１−４ 溶接継手の寿命予測装置（溶接継手の破壊再現装置）
３０ 軸力付与部
４０ 加熱部
５０ 温度測定部
１０１ 加熱部制御部
１０２ 寿命算出部
１０３ 評価部
２００ 溶接継手
２０１ 第１の配管（第１の金属部材）
２０２ 第２の配管（第２の金属部材）
２０３ 溶接材
ＡＴ，ＡＴ１，ＡＴ２ 累積時間
ＢＤ１，ＢＤ２ 欠陥
ＴＭ，ＴＭ１，ＴＭ２ 高温負荷温度
ＴＣ 冷却温度
ｔ 所定時間
Ｔ 設置される環境下での温度
ＬＴ 寿命
ＬＴ１，ＬＴ２ 累積時間に基づいて算出した寿命
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２ 欠陥の大きさ
ＳＴ２，ＳＴ２Ａ，ＳＴ２Ｂ 破壊再現工程
ＳＴ１０，ＳＴ１０−２，ＳＴ１０−３ 寿命算出工程
ＳＴ２１ 高温負荷ステップ
ＳＴ２３ 冷却ステップ

Claims (12)

1. 第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の破壊再現方法であって、
   前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与した状態で、前記溶接継手を常温よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施することを特徴とする溶接継手の破壊再現方法。
2. 互いに材料の異なる溶接材を備える複数の溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、前記溶接材の材料を評価する請求項１に記載の溶接継手の破壊再現方法。
3. 第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の寿命予測方法であって、
   前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与した状態で、前記溶接継手を常温よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施する破壊再現工程と、
   前記溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、前記溶接継手の設置される環境下での温度における寿命を算出する寿命算出工程と、
   を含むことを特徴とする溶接継手の寿命予測方法。
4. 前記寿命算出工程は、前記累積時間と前記高温負荷温度とからラーソンミラーパラメータ法を用いて、前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする請求項３に記載の溶接継手の寿命予測方法。
5. 前記破壊再現工程は、前記高温負荷ステップの前記高温負荷温度を溶接継手毎に異ならせて、複数の溶接継手を破壊し、
   前記寿命算出工程は、複数の溶接継手の前記累積時間と前記高温負荷温度とから前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする請求項３に記載の溶接継手の寿命予測方法。
6. 前記破壊再現工程は、前記溶接材と前記金属部材との界面における欠陥の大きさの異なる複数の溶接継手を破壊し、
   前記寿命算出工程は、複数の溶接継手の前記累積時間に基づいて算出した寿命と前記欠陥の大きさと予測対象の溶接継手の前記欠陥の大きさとから前記予測対象の溶接継手の寿命を算出することを特徴とする請求項３に記載の溶接継手の寿命予測方法。
7. 第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の破壊再現装置であって、
   前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与する軸力付与部と、
   前記溶接継手を加熱する加熱部と、
   前記溶接継手の温度を測定する温度測定部と、
   前記溶接継手に前記軸力付与部が所定強さの前記軸力を付与した状態で、前記温度測定部の測定結果に基づいて、前記加熱部を制御して、前記溶接継手を常温よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施する加熱部制御部と、
   を備えることを特徴とする溶接継手の破壊再現装置。
8. 互いに材料の異なる溶接材を備える複数の溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、各溶接継手の溶接材を評価する評価部を備えることを特徴とする請求項７に記載の溶接継手の破壊再現装置。
9. 第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる金属により構成された第２の金属部材と、前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とを接合した溶接材とを備える溶接継手の寿命予測装置であって、
   前記溶接継手に前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが互いに離れる方向の軸力を付与する軸力付与部と、
   前記溶接継手を加熱する加熱部と、
   前記溶接継手の温度を測定する温度測定部と、
   前記溶接継手に前記軸力付与部が所定強さの前記軸力を付与した状態で、前記温度測定部の測定結果に基づいて、前記加熱部を制御して、前記溶接継手を前記溶接継手が設置される環境下での温度よりも高い高温負荷温度まで加熱して所定時間維持する高温負荷ステップと、前記溶接継手を前記高温負荷温度よりも低い冷却温度まで冷ます冷却ステップとを、前記溶接継手が破壊されるまで交互に実施する加熱部制御部と、
   前記溶接継手が破壊されるまでの前記高温負荷温度の累積時間に基づいて、前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出する寿命算出部と、
   を備えることを特徴とする溶接継手の寿命予測装置。
10. 前記寿命算出部は、前記累積時間と前記高温負荷温度とからラーソンミラーパラメータ法を用いて、前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする請求項９に記載の溶接継手の寿命予測装置。
11. 前記加熱部制御部は、前記高温負荷ステップの前記高温負荷温度を溶接継手毎に異ならせて、複数の溶接継手を破壊し、
    前記寿命算出部は、複数の溶接継手の前記累積時間と前記高温負荷温度とから前記溶接継手の前記設置される環境下での温度における寿命を算出することを特徴とする請求項９に記載の溶接継手の寿命予測装置。
12. 前記溶接材と前記金属部材との界面における欠陥の大きさの測定する欠陥測定部を備え、
    前記加熱部制御部は、前記溶接材と前記金属部材との界面における欠陥の大きさの異なる複数の溶接継手を破壊し、
    前記寿命算出部は、複数の溶接継手の前記累積時間に基づいて算出した寿命と前記欠陥の大きさと予測対象の溶接継手の前記欠陥の大きさとから前記予測対象の溶接継手の寿命を算出することを特徴とする請求項９に記載の溶接継手の寿命予測装置。

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