JP2643000B2 - 溶接熱影響部の高温損傷評価方法 - Google Patents

溶接熱影響部の高温損傷評価方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フェライト系耐熱鋼溶接部を有する高温機
器の使用中の保守管理に好適な、溶接熱影響部の高温損
傷評価方法に関する。
〔従来の技術〕
従来からフェライト系耐熱鋼の高温損傷評価方法とし
ては、機械部品として使用されている耐熱鋼の一部を切
り出してクリープ試験等の破壊試験を行う方法が用いら
れており、また非破壊的に評価する方法としては、高温
損傷の結果生ずるき裂を磁粉探傷法,超音波探傷法等の
欠陥検査法によって検査する方法や、き裂が発生する以
前の微小欠陥,組織変化をレプリカ法等によって観察し
て高温損傷の程度を評価する方法が用いられている。
しかしながら、破壊試験に供する方法は、最も精度の
高い高温損傷評価方法として従来から多用されている
が、試験に供するために機械部品として使用されている
フェライト系耐熱鋼を切り取る必要があり、一般に大規
模な試験片採取,復旧工事が必要であるとともに、試験
に時間を要しており、非破壊的にかつ短時間で高温損傷
で評価する手法の確立が待たれている。
また高温損傷の蓄積によって生ずるき裂を非破壊的に
検出する方法は、簡便であるが、き裂はその構造物の寿
命末期にしか現われないことが多いために、計画的な保
守管理を行うためにはき裂発生以前の高温損傷の蓄積を
非破壊的に評価する手法の確立が待たれている。
更にき裂が発生する以前の微小欠陥,組織変化をレプ
リカ法等によって観察して高温損傷の程度を評価する方
法は、き裂が発生する以前の高温損傷を評価する方法と
して実用化されているが、この方法では、機械部品の調
査対象位置を鏡面研磨及びエッチングしてレプリカを採
取し、その後このレプリカを顕微鏡,電子顕微鏡等の分
析機器に装着して調査する必要があり、非破壊的ではあ
るが調査対象位置の高温損傷の程度をその場で評価する
ことはできず、調査及び評価に時間を要する不具合があ
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明は、このような事情に鑑みて提案されたもの
で、その場で簡便かつ適確にフェライト系耐熱鋼の溶接
熱影響部の高温損傷を評価できるとともに、その後の試
験等が全く不要であり、従ってフェライト系耐熱鋼から
なる高温機器の使用中検査に要する時間及び費用を大巾
に低減できるとともに、その後の補修,取替等の迅速な
対応が可能となり、ひいては高温機器の信頼性の向上及
び稼働費の軽減をもたらすことができる溶接熱影響部の
高温損傷評価方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
そのために本発明は、フェライト系耐熱鋼の溶接熱影
響部3を大きくまたぐ2点の電流入力端子4,4に正弦波
交流電流を流し、同2点4,4間を結ぶ線分上で溶接熱影
響部3を小さくまたぐ2点5,5間及び母材の同線分上の
2点6,6間の各電位差を測定し、同交流電流と同じ周波
数及び位相の交流成分の電位差比又は電位差の差を予め
作成してなる電位差比又は電位差の差と高温損傷度との
関係を示す損傷評価線図に当てはめることによって、溶
接熱影響部3の高温損傷の程度を評価することを特徴と
する。
〔作用〕
本発明方法においては、フェライト系耐熱鋼の溶接熱
影響部の高温損傷の程度を、調査対象位置の外表面に電
流入力用2端子,電位差出力用4端子の6本の端子を配
置接続するだけで評価することができ、従ってサンプル
採取及び補修工事が必要な破壊試験法や、調査対象位置
の研磨,エッチング及びレプリカ採取が必要な非破壊検
査法に比較して調査が簡便であるとともに、サンプル採
取後の長時間にわたる破壊試験や組織調査試験を必要と
せず、その場で寿命評価を行うことができる。
またノイズ電流の除去が不可能な直流法に代わって交
流法によって測定し、ノイズ電流による測定の誤差を生
ずることなく、高精度の寿命評価が可能である。
更に顕著な高温損傷の蓄積が認められる溶接熱影響部
の電気抵抗値の絶対値ではなく、高温損傷の蓄積が軽微
である母材の電気抵抗値との比又は差によって高温損傷
を評価し、温度等による測定値のばらつきの影響を取り
除くことができ、高精度の寿命評価を行うことができ
る。
〔実施例〕
本発明溶接熱影響部の高温損傷評価方法をフェライト
系耐熱鋼管の溶接部に適用した一実施例を図面について
説明すると、第1図は測定端子を配置したフェライト系
耐熱鋼管の正面図、第2図は第1図のII部分の詳細断面
図、第3図は電位差測定回路の系統図、第4図は具体的
実験例の説明図である。
まず実施例を説明するに先立ち、本発明方法の成立過
程及び原理を説明する。
本発明方法は、従来のレプリカ法よりも簡便にき裂発
生以前の高温損傷を評価する方法について検討し、電位
差法に着目したものである。電位差法は表面き裂の深さ
を非破壊的に検出する方法として既に実用化されてお
り、この方法は、き裂をまたぐ2点間に一定電流を流し
て、同2点を結ぶ線分上のき裂をまたぐ2点間の電位差
を測定し、き裂が深くなればなる程き裂を含む2点間の
電位差が大きくなることを利用して、予め既知の深さの
き裂により測定した電位差とき裂深さとの関係を示すき
裂深さ評価基準線図を用いて評価するのであるが、この
場合、き裂部をまたぐ2点間の電位差の絶対値を用いる
ため、端子の接触状態,測定位置の温度等の影響を受け
ることからき裂発生以前の微小空孔,粗大析出物等によ
る電位差変化を有効に検出することはできない。
そこで本発明方法においては、フェライト系耐熱鋼に
おけるクリープ損傷は、そのほとんどが溶接熱影響部に
位置することに着目して、電流入力を溶接熱影響部をま
たぐ2点間に流し、この2点間を結ぶ線分上の溶接熱影
響部をまたぐ2点間すなわち損傷部の電位差を測定する
とともに、同線分上の母材部すなわち非損傷部の電位差
を同時に測定し、両電位差の比又は両電位差の差を測定
する。
また実際の構造部品での電位差測定時には、多くのノ
イズ電流が流れておりノイズを除去しないままではき裂
発生以前の損傷による電位の微弱な変化を検出すること
は困難である。
そこで本発明方法においては、印加電流を交流正弦波
電流とするとともに、電位差検出用の端子間の電流波形
を入力電流の交流正弦波と同一位相に同期させて検波を
行い、入力波形以外の電流成分すなわちノイズ電流成分
を除去した波形の電流のみの電位差を測定する。
このような原理に基づく本発明方法により、高温機器
の部品として供用されているフェライト系耐熱鋼管溶接
部における高温損傷評価を行う態様を以下に説明する。
まず第1図において、フェライト系耐熱鋼管1の母材
部1a,溶接部2及び溶接熱影響部3における測定端子の
配置要領は、1対の電流入力端子4,4を、溶接熱影響部
3を大きくまたいで母材部1aと溶接部2とに配置し、ま
た損傷部である溶接熱影響部3を測定する1対の電位差
測定端子5,5を、上記端子4,4を結ぶ線分上の溶接部2と
溶接熱影響部3との境界を小さくまたぐ2点に配置し、
更に非損傷部である母材部1aを測定する1対の電位差測
定端子6,6を、同じく上記端子4,4を結ぶ線分上の母材部
1aに配置する。
しかしてこれら各端子4,5,6は、第2図に示すよう
に、各配置部材に明けられた直径1.0mm,深さ0.5mmの取
付穴7内に0.5mmの白金線8をスポット溶接付けし、周
囲に酸化防止のためのセラミックス系絶縁接着材9を充
填して形成されている。
そこでこの2端子4,4間に交流電流を流し、他の4端
子5,5及び6,6を用いて各対端子配置2点間の電位差を測
定するにあたっては、第3図において、ロックインアン
プ10内に内蔵された交流発振器11から任意の周波数の正
弦波の交流信号を発生させ、電力増巾器12によって増巾
し、電流入力端子4,4から第1図の母材部1a,溶接部2間
に流す。このとき定電流化を図るため、上記印加対象部
よりも十分大きい基準抵抗13が入力回路に接続されてい
る。
しかして電位差測定端子5,5及び電位差測定端子6,6か
らの電気信号は、それぞれ信号切替回路14を介して別々
に電力増巾器15によって増巾され、ロックインアンプ10
内で交流発振器11からの信号を参照信号として検波さ
れ、発振信号と同じ周波数及び位相の電気信号以外は除
去されて、発振信号と同一周波数及び同位相の信号のみ
の端子間電位差が測定される。
次いでこの測定により得られた溶接熱影響部3の電位
差測定端子5−5電位差と母材部1aの電位差測定端子6
−6の電位差比又は電位差の差を、予め作成した電位差
比又は電位差の差と高温損傷度との関係を示す損傷評価
線図にあてはめると、溶接熱影響部3の高温損傷の程度
が判明する。
次に第4図について具体的実験例を説明する。
同図鎖線内に示すような、2 1/4Cr−1Mo鋼溶接継手で
溶接熱影響部3bに切欠き3b′を設けた切欠きクリープ破
断試験片1bを、600℃×8kg f/mm2,650℃×5kg f/mm2
条件下でクリープ破断試験を行い、破断までの種々の時
間で試験を中断した試験片の電位差測定を行った。
その結果を示すと同図線図の通りである。図中横軸は
第(1)式に示すクリープ破断寿命消費率であり、縦軸
は第(2)式に示す初期値で規格化した母材部に対する
溶接熱影響部の電位差比である。
第4図に示したように、規格化した母材部に対する溶
接熱影響部の電位差比は、クリープ破断寿命小比率30%
程度からクリープ破断寿命消費率に対して単調増加して
おり、寿命中期から寿命末期までの寿命消費率を本発明
方法によって簡便にかつ精度良く評価できることが判
る。
〔発明の効果〕 要するに本発明によれば、フェライト系耐熱鋼の溶接
熱影響部3を大きくまたぐ2点の電流入力端子4,4に正
弦波交流電流を流し、同2点4,4間を結ぶ線分上で溶接
熱影響部3を小さくまたぐ2点5,5間及び母材の同線分
上の2点6,6間の各電位差を測定し、同交流電流と同じ
周波数及び位相の交流成分の電位差比又は電位差の差を
予め作成してなる電位差比又は電位差の差と高温損傷度
との関係を示す損傷評価線図に当てはめることによっ
て、溶接熱影響部3の高温損傷の程度を評価することに
より、その場で簡便かつ適確にフェライト系耐熱鋼の溶
接熱影響部の高温損傷を評価できるとともに、その後の
試験等が全く不要であり、従ってフェライト系耐熱鋼か
らなる高温機器の供用中検査に要する時間及び費用を大
巾に低減できるとともに、その後の補修,取替等の迅速
な対応が可能となり、ひいては高温機器の信頼性の向上
及び稼働費の軽減をもたらすことができる溶接熱影響部
の高温損傷評価方法を得るから、本発明は産業上極めて
有益なものである。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明溶接熱影響部の高温損傷評価方法をフェ
ライト系耐熱鋼管の溶接部に適用した一実施例における
測定端子を配置したフェライト系耐熱鋼管の正面図、第
2図は第1図のII部分の詳細断面図、第3図は電位差測
定回路の系統図、第4図は具体的実験例の説明図であ
る。 1……フェライト系耐熱鋼管、1a……母材部、2……溶
接部、3……溶接熱影響部、4……電流入力端子、5…
…電位差測定端子、6……電位差測定端子、7……取付
穴、8……白金線、9……絶縁接着材、10……ロックイ
ンアンプ、11……交流発振器、12……電力増巾器、13…
…基準抵抗、14……信号切替回路、15……電力増巾器。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フェライト系耐熱鋼の溶接熱影響部3を大
    きくまたぐ2点の電流入力端子4,4に正弦波交流電流を
    流し、同2点4,4間を結ぶ線分上で溶接熱影響部3を小
    さくまたぐ2点5,5間及び母材の同線分上の2点6,6間の
    各電位差を測定し、同交流電流と同じ周波数及び位相の
    交流成分の電位差比又は電位差の差を予め作成してなる
    電位差比又は電位差の差と高温損傷度との関係を示す損
    傷評価線図に当てはめることによって、溶接熱影響部3
    の高温損傷の程度を評価することを特徴とする溶接熱影
    響部3の高温損傷評価方法。
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