JP5893923B2 - 溶接部近傍の硬さ予測方法、及び溶接部近傍の保全方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、構造部材の応力分布・強度分布のいずれか一方、またはその両方を評価し、この評価結果に基づいて構造部材の応力腐食割れ性が必要な領域を判定する方法が提案されている。
しかしながら、板厚内部の硬さを測定するための試験を行うには、溶接部近傍を切断しない限り実施することはできない。また、構造部材を切断すると、保全に必要なコストが増加したり、所要時間が長くなったりする等の問題がある。
この場合には、溶接部近傍の硬さと、溶接部近傍の硬さに影響を及ぼす因子の測定値を用いて、重回帰分析を行うので、測定値に基づいて容易に溶接部近傍の硬さを予測する指標を作成することができる。
この場合、溶接部近傍の硬さに影響する溶接条件、化学成分、機械的特性を測定し、この測定に基づいて硬さを予測する指標を作成するので、予測精度の高い溶接部近傍の硬さを予測する指標を得ることができ、より正確な硬さを把握することが可能となる。
また、前記化学成分として、鋼種、C含有量、Si含有量、Mn含有量、P含有量、Cr含有量、Ni含有量、Mo含有量、のパラメータのうちから少なくとも一つ以上選択しても良い。
さらに、前記機械的特性として、0.2%耐力及び引張強さのパラメータのうちから少なくとも一つ以上選択しても良い。
溶接部近傍の硬さに影響を及ぼす因子として、このようなパラメータを選択することによって、より精度の高い溶接部近傍の硬さ予測方法とすることが可能となる。
この場合、相互関係が強い複数のパラメータの中から統計処理に用いるパラメータを選択するので、溶接部近傍の硬さの予測指標の精度をさらに向上させることが可能となる。
この場合、溶接部近傍の硬さを予測する指標に用いるパラメータを選択し、より精度の高い硬さの予測指標を得ることが可能となる。
この場合、溶接部近傍の硬さを予測する指標を上記のような数式で表すことができるので、容易に溶接部近傍の硬さを予測することが可能となる。
本発明の溶接部近傍の保全方法によれば、構造部材を破壊することなく溶接部近傍の硬さを予測し、所定の硬さを上回っている場合には、応力腐食割れが発生すると判定し、予め保全の時期を把握し効率的に保全を行うことが可能となる。
本実施形態は、ステンレス鋼で構成されたプラントの配管をはじめとする構造部材の溶接部近傍の硬さ予測方法、及び溶接部近傍の保全方法に関するものである。
配管10及び配管20は、原子力プラント等の配管であり、高温・高圧環境で使用される。これらの配管10、20は、高強度かつ耐食性が良好なステンレス鋼で構成されており、本実施形態では、SUS304、SUS316等のオーステナイト系ステンレス鋼とされている。なお、図1の配管10、20の下方側が配管の内面側、上方側が配管の外面側となっている。
まず、溶接された構造部材の溶接部近傍の硬さ、及び溶接部近傍の硬さに影響を及ぼす因子について測定を行う。本実施形態では、この溶接部近傍の硬さに影響を及ぼす因子は、溶接条件、化学成分、溶接前の機械的特性とされている。
本実施形態では、溶接部近傍の硬さに影響を及ぼす因子(条件)を種々変えて構造部材(ステンレス鋼)に溶接を行ったサンプルを30個作成した。そして、構造部材における溶接部近傍の硬さに影響を及ぼす因子を変更し、さらにサンプルの溶接部近傍における硬さについて測定を行った。
溶接量は、溶接時に溶接される溶接金属の量である。溶接量が多い場合には、溶接部近傍に入熱する熱量が大きく、溶接部近傍が特に硬化する。
溶接始終端有無は、測定箇所が溶接始終端であるかどうかの区分である。後述する統計処理を行う場合には、溶接始終端の場合と溶接始終端でない場合に対して数値で定義することによって統計処理を行えば良い。本実施形態では、溶接始終端である場合は0、溶接始終端でない場合は1と定義されている。
(溶接量/板厚)2は、溶接量を板厚で除したものを2乗したものである。
板厚×パス数は、板厚と溶接時のパス数の積である。パス数が多いほど、溶接時における溶接部近傍に負荷される応力が大きくなり、溶接部近傍が硬化する。
鋼種は、例えば、SUS304、SUS316等の配管の構成材料の区分であり、後述する統計処理を行う場合には、鋼種ごとに数値を定義すれば良い。本実施形態では、SUS304は1、SUS316は0と定義されている。
C含有量、Si含有量、Mn含有量、P含有量、Cr含有量、Ni含有量、Mo含有量は、配管を構成するステンレス鋼の成分含有量である。表1中の各元素の含有量は質量%で表されている。各成分の含有量は、例えば、蛍光X線分析やICP等の元素分析により測定すれば良い。
0.2%耐力、及び引張強さは、配管を構成するステンレス鋼の引張試験で得られる強度特性である。この引張試験はJIS規格に基づいて、適宜最適な方法で試験を行えば良い。
相関係数算出工程S12は、各パラメータ間(変数間)の相関係数を算出する工程である。相関係数とは、2つの変数の間の相関を示す統計学的な指標である。この相関係数の絶対値が大きいほど、2つの変数間に強い相関があることを意味する。
本実施形態では、各パラメータ間の従属・独立を調査するために、すべてのパラメータの組み合わせについて相関係数を算出した。この相関係数を算出した結果、総入熱量、板厚×パス数、(総入熱量/板厚)2、溶接量、(溶接量/板厚)2、について強い相関(相互関係)が確認された。
統計処理工程S14は、硬さと各パラメータを対応付けて統計処理を行う工程である。相関係数算出工程で相互関係が強いことが確認された総入熱量、板厚×パス数、(総入熱量/板厚)2、溶接量、及び(溶接量/板厚)2、については、このうちから一つのみを選択して統計処理を行う。
予測指標作成工程S14は、上述した統計処理工程S13で行った統計処理の解析結果に基づいて溶接部近傍の硬さの予測指標を作成する工程である。
統計処理工程S13の重回帰分析の解析結果に基づいて、切片、各パラメータの回帰係数を用いて予測指標(式)を導出すれば良い。本実施形態では、補正R2が大きいので、予測精度が良好な溶接部近傍の硬さの予測式を得ることが可能である。
また、パラメータとして、上述のようなパラメータを選択したが、硬さに影響を及ぼすものであれば他のパラメータを選択しても良い。
Claims (10)
- ステンレス鋼で構成され、溶接された構造部材の溶接部近傍の硬さ予測方法であって、
条件を変えて溶接された前記構造部材の溶接部近傍における硬さと、前記構造部材における少なくとも一つ以上の溶接部近傍の硬さに影響を及ぼす因子と、について測定を行い、
前記硬さと前記因子の測定値を用いて統計処理を行い、溶接部近傍の硬さを予測する指標を作成し、
作成した該指標に基づいて前記溶接部近傍の硬さを予測し、
前記因子のパラメータとして、鋼種、引張強さ、溶接方法、溶接始終端有無、及び板厚×パス数、を抽出することを特徴とする溶接部近傍の硬さ予測方法。 - 前記統計処理として、重回帰分析を行うことを特徴とする請求項1に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。
- 前記因子として、溶接条件、化学成分、及び機械的特性、のうちから少なくとも一つ以上選択することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。
- 前記溶接条件として、溶接方法、溶接量、溶接始終端有無、パス数、板厚、総入熱量、(総入熱量/板厚)2、(溶接量/板厚)2、及び板厚×パス数、のパラメータのうちから少なくとも一つ以上選択することを特徴とする請求項3に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。
- 前記化学成分として、鋼種、C含有量、Si含有量、Mn含有量、P含有量、Cr含有量、Ni含有量、及びMo含有量、のパラメータのうちから少なくとも一つ以上選択することを特徴とする請求項3または請求項4に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。
- 前記機械的特性として、0.2%耐力、及び引張強さ、のパラメータのうちから少なくとも一つ以上選択することを特徴とする請求項3から請求項5のいずれか一項に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。
- 前記統計処理を行う前に、前記因子のパラメータに対して相関係数を算出し、
該算出した相関係数に基づいて、前記統計処理で用いる前記因子のパラメータを抽出することを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。 - 前記因子のパラメータの測定値を用いて前記統計処理を行い、変数減少法を用いて溶接部近傍の硬さに及ぼす影響が大きい前記パラメータを抽出して、該抽出したパラメータの測定値を用いて前記統計処理をすることを少なくとも一回以上行った後に、前記溶接部近傍の硬さを予測する指標を作成することを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。
- 前記溶接部近傍の硬さを予測する指標は、(硬さ)=10Z(Z={A+(鋼種)a+(引張強さ)b+(溶接方法)c+(溶接始終端有無)d+(板厚×パス数)e}、A:定数、a、b、c、d、e:各因子の係数、鋼種:ステンレス鋼の種類ごとに定義される数値、溶接方法:溶接の方法ごとに定義される数値、溶接始終端有無:溶接始終端であるかどうかで定義される数値)であることを特徴とする請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法。
- 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の溶接部近傍の硬さ予測方法を、オーステナイト系ステンレス鋼で構成された配管の溶接部近傍に適用することで前記溶接部近傍の硬さを予測し、該予測した硬さが所定の硬さを上回っている場合には応力腐食割れが発生すると判定し、前記構造部材の保全の時期を把握することを特徴とする溶接部近傍の保全方法。
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