JPS63115046A - 溶接部の損傷検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、金属材料の損傷検出方法に係り、特に局部的
な溶接部の損傷を検出するのに好適な検出方法に関する
。

〔従来技術とその問題点〕

各種発電プラント或いは化学プラント等においては、多
数の機器が高温で使用されている。この種のプラントで
、４００〜５００℃以上の高温で使用される機器は、ク
リープによる損傷が問題となり、機器によっては一定期
間毎に補修又は交換して使用されている。しかし、現実
には技術的。

経済的な理由から、この補修又は交換の時期は正確には
解りにくく、破壊事故に到るおそれがあった。そこで、
一定期間使用した部材の残余寿命を非破壊的に推定する
ため１種々の損傷検出方法が研究されてきた。その−手
法として「硬さ法」又は「電気抵抗法」は、検出装置が
比較的簡単なことから、有力視されている。以下、「硬
さ法」による損傷検出方法について述べる。

一般に、フェライト系の金属材料では、高温で長時間時
効すると硬さが低下することが知られている。さらにそ
の材料に引張応力が作用している場合、すなわちクリー
プ損傷を受ける場合には、硬度低下が加速される。第１
１図はこれらの現象を比較して示したものである。長時
間側になるほどすなわちクリープ損傷が大きくなるほど
時効材（応力をかけずに単に加熱を行っただけの材料）
とクリープ損傷材の硬さの差すなわち硬度低下量ΔＨｖ
は増大する。ここでクリープ損傷率は次式で定義される
。

φｃ＝　− ｒ ｔ　：ある温度Ｔ、応力での使用時間 ｔｒ：同−同慶温度応力でのクリープ破断時間φＣとΔ
Ｈｖの関係は第１２図に示すようにほぼ直線関係となる
ので、実際の機器の部材でのΔＨＶを求めることにより
、φＣを求めることができる０以上が硬さ法の原理であ
る。

ところで実際の機器において、損傷の大きい溶接部につ
いては、溶接金属や熱影響部の硬さが溶接方法或いは溶
接条件により大きくばらつくため、従来の手法では評価
できず、もっばら内圧又は均一な荷重による損傷が支配
的で応力勾配のない母材−股部（溶接部以外の部分）に
のみ適用されていた。

その測定方法は以下のとおりである。（１）対象部材の
表面硬度を測定する。（２）次にその部材と同一温度、
同一時間の履歴を受けた時効材の硬度を推定する６（３
）両者の差を求めてΔＨｖとする。

というものである６本来同−鋼種といえどもチャージ、
ｉ１作時の熱処理の差によって硬度が異なるし、その製
作当時の未使用残材は入手不可能なため、時効材硬さは
一般の時効材硬さデータバンドから前記（２）の如く推
定する。従って、部材の温度、時間履歴はプラントの運
転記録に頼るしかなく、推定誤差は避けられなかった。

以上のように従来の方法では、（１）チャージ、熱処理
の差、（２）正確な使用履歴（温度、時面）の推定につ
いて配慮されていないため、正確性に劣ると共に、（３
）溶接部については溶接金属及び熱影響部の硬度が溶接
方法、溶接条件によって大きく変化するため、実際の機
器の部材の硬度をどんなに正確に測定しても、その評価
上の理由から損傷推定精度に限界があり、溶接部での損
傷評価は困難であるという問題があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、溶
接部でのクリープ損傷率を正確に検出することのできる
損傷検出方法を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、金属材料のクリープ損傷による硬度低下量又
は電気抵抗率低下量を測定し、この低下量からクリープ
損傷率を検出する損傷検出方法において、金属材料の溶
接部端部から非溶接部側にかけて硬度変化又は電気抵抗
率変化を測定し、その測定値の最小値と最大値の差から
溶接部の硬度低下量又は電気抵抗率低下量を測定するも
のである。

〔作用〕

非溶接部である母材部の最大値すなわち硬度が一定値に
飽和した飽和値と、熱影響部近傍の最小値との差はクリ
ープ損傷による硬度低下量ΔＨｖに相当する。このΔＨ
ｖ値で評価することにより。

別に時効材のデータ推定が不要となるので、チャージの
差、製作時の熱処理の差に影響されることがなく、溶接
部の損傷を正確に検出することができる。

また、電気抵抗率低下量Δρを同様に測定することによ
り溶接部の損傷を検出できる。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。第１
図は１本発明を適用するための装置の構成例を示すもの
で、金属材料の硬さを測定するための硬さ計２、その結
果を記憶し処理する演算装置３．さらに測定結果等をプ
リントする出力装置４からなり、各々は接続コード５で
接続されている。１は被測定物を示す。第２図は、本装
置の硬さ計２の詳細構造を示す、また第３図は、第２図
■−■断面から見た構造を示す、硬さ計２は治具１０、
ガイドレール１１及びマグネット６によって被測定物１
に垂直に固定されている。ガイドレール１１には平行に
２本の穴があり１片方の穴の中を治具１０と一体で突起
状のガイド９がスライドする。また他方の穴縁にはラッ
ク（抜歯）１７が加工してあり、ピニオンギア７と同軸
上のっまみ８を回すことにより、治具１０及び硬さ計２
を第２図中左右に移動させ、任意の位置で硬さを測定す
ることができる。

次に、第４図及び第５図を用いて１本発明による測定方
法を説明する。第４図は配管Ｔ継手部に測定装置をセッ
トした状態を示す。このように溶接部１３に装置をセッ
トし、溶接部端部１８から配管１２の母材部すなわち非
溶接部にかけて０．５〜１ｍピッチで連続的に硬さを測
定する。

第５図は、第４図をｖ−■断面から見たもので。

硬さ測定位置の例をＸ印で示す。

ところで、一般に厚肉大径配管の場合、内圧や温度が十
分コントロールされているため、内圧による母材−股部
のクリープ損傷よりも、第６図中矢印（Ａ）に示すよう
に配管系の変形に起因する曲げ応力が生じた場合のクリ
ープ損傷の方が大きい。その場合、表面での軸方向引張
応力の分布は第６図下方の対応グラフに示すように、母
材−股部から溶接部１３に近づくにつれ増加し、溶接部
端部１８で最大となる。したがって損傷の程度もこの応
力分布と同じ傾向となる。

第７図は、溶接部端部１８付近の断面拡大図及び硬度分
布図を示す。製作直後（運転前）の硬度分布は図中実線
（Ｂ）のように、母材１４又は溶接金属１６の中ではほ
ぼ一定値を示し、熱影響部１５で最大値を示す。

ところで、第６図を用いて説明したように止端部１８付
近の応力すなわち損傷の程度は、止端部１８に近いほど
大きくなるので、クリープ損傷による硬度低下量も止端
部１８に近いほど大きくなる。その結果、長時間使用し
て損傷を受けた溶接部１３の硬度分布は、第７図中破ａ
Ｃに示すようになる。

この硬度分布を以下詳細に説明する１本来、溶接金属１
６、熱影響部１５、母材１４のいずれも運転中の時効の
みによっても硬さが低下する（第７図のΔＨｖ　）　ｍ
一方、止端部１８付近では損傷のため低下量が他よりも
大きくなるが、熱影響部１５ではもともと硬さが高いの
で、結果として熱影部１５の外側で極小値りを示すこと
になる。

熱影響部１５の幅は溶接方法、溶接条件により異なるが
、たかだか数■であり、最小値りを示す位置の損傷量は
止端部１８の損傷量に等しいとみなすことができる。そ
こで、この最小値から母材１４−股部での硬さを差引い
た値がクリープ損傷による硬さ低下量ΔＨｖとなる。こ
こで、母材１４の一般部での硬さは、母材部での最大値
すなわち熱影響部外側で最小値を示した後に増加し、一
定の値に飽和した飽和値として得られる。溶接の熱影響
を受けない母材−股部の本来の硬さのばらつきは、実用
鋼の場合、ビッカース硬さくＨｖ）で５程度の幅に納ま
るので、母材硬さの測定値がＨｖＳ以内に納まる位置で
の平均硬さを母材−股部の値とすればよい。このように
して、ΔＨｖが求まれば、第１２図に示した従来の検出
方法でクリープ損傷を求めることができる。

以上では、硬度の変化を利用した検出方法についての実
施例を示したが、他の物理量変化を利用しても同様の手
法で損傷を検出することができる。

第８図は、第７図と同位置の電気抵抗率ρの分布を示し
たものである。金属材料のρも硬度Ｈｖと同様、第９図
、第１０図に示す関係が成立することが知られているで
、溶接部のρを連続測定することにより、最ｔＪ１値と
最大値（飽和値）を求めてクリープ損傷を検出すること
ができる。

〔発明の効果〕

本発明は、同一チャージ材の同一の熱履歴（製作時の熱
処理、運転条件）を受けた材料で、負荷応力に差のある
部分（溶接部近傍の熱影響部と非溶接部）の硬度或いは
電気抵抗を比較するものであり、別に推定した時効材デ
ータを必要としないため、クリープ損傷率の検出精度が
大幅に向上する。さらに実際の機器で損傷を受は易い溶
接部の評価に適用できるので、実用上大きな効果がある
。

また、測定の際、溶接部を連続的に測定して行き、最小
値を評価すればよく、熱影響部と母材の境界を識別する
ための鏡面研摩、エツチング、Ｍ微鏡ｉ察といった一連
の作業も不要で５実際の機器への適用も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するための装置の構成図、第
２図は硬さ計の正面図、第３図は第２図のｍ−ｍｇ断面
図、第４図は配管継手部の測定状態を示す正面図、第５
図は第４図の■−ｖ線断面図、第６図は配管とその引張
応力の分布を示す図、第７図は同硬度分布を示す図、第
８図は電気抵抗率の分布図、第９図は電気抵抗率と時間
との関係図、第１０図は電気抵抗率低下量とクリープ損
傷率との関係図、第１１図は硬度と時間との関係図、第
１２図は硬度低下量とクリープ損傷率との関係図を示す
。 １・・・被測定物（金属材料）。 １３・・・溶接部、１８・・・止端部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 金属材料のクリープ損傷による硬度低下量又は電気抵抗
   率低下量を測定し、この低下量からクリープ損傷率を検
   出する損傷検出方法において、金属材料の溶接部端部か
   ら非溶接部側にかけて硬度変化又は電気抵抗率変化を測
   定し、その測定値の最小値と最大値の差から溶接部の硬
   度低下量又は電気抵抗率低下量を測定することを特徴と
   する溶接部の損傷検出方法。