JP4929062B2 - 試験体及び試験体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接部に欠陥を付与する技術に関する。

特許文献１は、金属管の溶接部に人工的に応力腐食割れを導入する方法を開示している。応力腐食割れは、ＳＣＣと記載される場合がある。この方法では、金属管の外表面の一部分に金属管の中心に向けた外力を印可し、一部分の裏側にあたる金属管の内表面に引張応力を付与する。そして、引張応力が付与された内表面に腐食流体を接触させることで、内表面に応力腐食割れを導入する。この方法においては、内表面に腐食流体が接触した状態が長時間保持されることにより、応力腐食割れが発生し、時間の経過とともに成長する。内表面に腐食流体が接触した状態の保持を継続することにより、所望の大きさの応力腐食割れが導入される。

特許文献２は、隅肉溶接部に検査用欠陥を導入する技術を開示している。この技術においては、隅肉溶接部に残留応力を付与することで隅肉溶接部に応力腐食割れを発生させ、この応力腐食割れに基づく検査用欠陥を徐々に成長させる。

特許文献３は、不働態化によって耐触性を維持する試験体に対し、簡便な手段で粒界型応力腐食割れを発生、進展することのできる方法を開示している。粒界型応力腐食割れは、ＩＧＳＣＣと記載される場合がある。この方法においては、Ａｌｌｏｙ １８２のようなニッケル基合金の試験体に力を加えながら、処理液を接触させ、粒界型応力腐食割れを発生、進展させる。処理液は、０．３〜５重量％のテトラチオン酸カリウム水溶液であって、処理液の温度５〜５０℃、処理液のｐＨ値３〜６であることが好適であるとされている。また、ニッケル基合金では、結晶粒界近傍の鋭敏化（Ｃｒ炭化物析出に伴なうＣｒ枯渇現象）したところに応力が作用すると、粒界型応力腐食割れが発生、進展することが開示されている。Ａｌｌｏｙ １８２のようなニッケル基合金は、温度６００℃前後のでの応力除去焼鈍処理、温度２８８〜５５０℃での低温時効処理により、鋭敏化されることが開示されている。

特許文献４は、ニッケル基合金に粒界型応力腐食割れを発生、進展させるための処理液を開示している。処理液は、テトラチオン酸カリウム又はテトラチオン酸ナトリウムの水溶液で、テトラチオン酸カリウム又はテトラチオン酸ナトリウムの濃度が０．３〜６重量％、処理液の温度が５〜６０℃、処理液のｐＨ値が３〜６にそれぞれ規制される。また、処理液にＮａＣｌ又はＫＣｌを添加すると、粒界型応力腐食割れが発生するまでの時間が短縮されることが開示されている。この場合の処理液のＣｌ濃度は、０．０６〜６重量％が好ましいとされている。

また、特許文献４においては、原子力プラントを延命化するために、原子炉、炉内構造物及びそれらの溶接部位の機器構成材料の健全性を評価することの重要性が指摘されている。機器構成材料として、ニッケル基合金やステンレス鋼が多く用いられている。材質、応力、使用環境などの条件に依存して、機器構成材料に発生する粒界型応力腐食割れによるき裂の有無、その寸法、形状などを実機において非破壊検査により検出し評価するための手段として超音波探傷検査技術や渦電流探傷検査技術の適用が考えられている。これらの技術によるき裂の検出、評価のためには、実機において発生する様々な粒界型応力腐食割れを実験室的に再現した試験体を用いてき裂の検出、評価を積み重ねる必要があることが記載されている。粒界型応力腐食割れを発生、進展させる技術は、超音波探傷技術の高度化、超音波探傷以外の点検技術の開発、インコネル（登録商標）構造物の補修技術の開発に役立つことが記載されている。

なお、応力腐食割れのような破壊現象は、一般的に制御が難しい。特に、応力腐食割れの発生時点のような破壊の開始時点を制御することは難しい。したがって、応力腐食割れを形成するために試験体を処理液に浸漬する時間を一定にするだけでは、その結果得られる応力腐食割れの深さが大きくばらついてしまう。特に、浅い応力腐食割れを形成することは困難である。

特開平９−１３７２２９号公報 特開平１１−１７３９５８号公報 特開２００２−３３３３９７号公報 再表０３／０９１７０９号公報

本発明の目的は、所望の深さのき裂が付与される試験体及び試験体の製造方法を提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による試験体は、第１溶接金属（３、１４〜１６、３２、４５）と、前記第１溶接金属に結合された第２溶接金属（４、１７〜１９、３３、４６）とを具備する。前記第２溶接金属に第１き裂（６’、２３’〜２５’、３７’〜３９’、４８’）が設けられている。前記第１き裂の深さ方向の先端は、前記第１溶接金属と前記第２溶接金属の第１境界領域（３ａ、１４ａ〜１６ａ、３２ａ、４５ａ）に位置する。前記第１溶接金属は、第１重量濃度の炭素と、第２重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金である。前記第２溶接金属は、第３重量濃度の炭素と、第４重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金である。前記第３重量濃度は前記第１重量濃度より高い。前記第４重量濃度は前記第２重量濃度より低い。

第１溶接金属と第２溶接金属とは、第２溶接金属の割れ感受性が第１溶接金属の割れ感受性よりも高くなるように、炭素及びクロムの含有量が異なっている。したがって、第１き裂の形成過程において、第１き裂の先端は第１境界領域で停止する。ゆえに、第１き裂の深さを制御することが容易である。

前記第２溶接金属に第２き裂（３７’〜３９’）が設けられることが好ましい。前記第２き裂の深さ方向の先端は、前記第１境界領域に位置する。前記第１き裂及び前記第２き裂は、前記第２溶接金属の表面（３３ａ）に開口していることが好ましい。前記表面が前記第１境界領域に対して傾斜している。

したがって、深さが互いに異なる第１き裂と第２き裂とを同時に形成することが可能である。

本発明による試験体は、第１溶接金属（３、１４〜１６、３２、４５）と、前記第１溶接金属に結合された第２溶接金属（４、１７〜１９、３３、４６）とを具備する。前記第２溶接金属に応力腐食割れの第１き裂（６’、２３’〜２５’、３７’〜３９’、４８’）が設けられている。前記第１き裂の深さ方向の先端は、前記第１溶接金属と前記第２溶接金属の第１境界領域（３ａ、１４ａ〜１６ａ、３２ａ、４５ａ）に位置する。応力腐食割れに対する前記第２溶接金属の割れ感受性が前記第１溶接金属の割れ感受性よりも高くなる条件が存在する。

上記条件で第１き裂を形成すれば、第１き裂の先端は第１境界領域で停止する。ゆえに、第１き裂の深さを制御することが容易である。なお、割れ感受性は、例えば、応力腐食割れの発生までに要する時間や進展速度（応力腐食割れの先端の深さ方向への前進速度）で評価することが可能である。

本発明による試験体の製造方法は、第１溶加材を溶融凝固させて第１溶接金属（３、１４〜１６、３２、４５）を形成するステップと、第２溶加材を溶融凝固させて前記第１溶接金属に溶接された第２溶接金属（４、１７〜１９、３３、４６）を形成するステップと、前記第２溶接金属に応力腐食割れのき裂（６’、２３’〜２５’、３７’〜３９’、４８’）を形成するステップとを具備する。前記第１溶加材は、第１重量濃度の炭素と、第２重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金である。前記第２溶加材は、第３重量濃度の炭素と、第４重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金である。前記第３重量濃度は前記第１重量濃度より高い。前記第４重量濃度は前記第２重量濃度より低い。

第１溶接金属と第２溶接金属とは、第２溶接金属の割れ感受性が第１溶接金属の割れ感受性よりも高くなるように、炭素及びクロムの含有量が異なっている。したがって、き裂の形成過程において、き裂の先端は第１溶接金属と第２溶接金属の境界領域で停止する。ゆえに、き裂の深さを制御することが容易である。

前記き裂を形成する前記ステップは、前記第２溶接金属の表面にスタートノッチ（５、２０〜２２、３４〜３６、４７）を形成するステップと、前記スタートノッチを起点として前記き裂を形成するステップと、前記表面を削るステップとを具備することが好ましい。

スタートノッチの長さと位置とを調節することで、き裂の長さと位置とを制御することが可能である。また、表面を削ることでスタートノッチが除去され、応力腐食割れによるき裂だけが残る。

本発明による試験体の製造方法は、第１溶加材を溶融凝固させて第１溶接金属（３、１４〜１６、３２、４５）を形成するステップと、第２溶加材を溶融凝固させて前記第１溶接金属に溶接された第２溶接金属（４、１７〜１９、３３、４６）を形成するステップと、前記第２溶接金属の表面にスタートノッチ（５、２０〜２２、３４〜３６、４７）を形成するステップと、前記第２溶接金属に応力を付加しながら前記第２溶接金属を処理液に浸漬するステップと、前記表面を削るステップとを具備する。前記第１溶加材は、第１ニッケル基合金である。前記第２溶加材は、第１ニッケル基合金とは異なる第２ニッケル基合金である。前記処理液に浸漬される条件における前記第２ニッケル基合金の応力腐食割れに対する割れ感受性は、前記条件における前記第１ニッケル基合金の応力腐食割れに対する割れ感受性より高い。

したがって、処理液中における第２溶接金属の割れ感受性は、処理液中における第１溶接金属の割れ感受性より高い。したがって、浸漬するステップにおいて、スタートノッチを起点として応力腐食割れが進展し、応力腐食割れの先端が第１溶接金属と第２溶接金属の境界領域に達したときに応力腐食割れの進展が停止する。ゆえに、応力腐食割れの深さを制御することが容易である。

本発明によれば、所望の深さのき裂が付与される試験体及び試験体の製造方法が提供される。

添付図面を参照して、本発明による試験体及び試験体の製造方法を実施するための最良の形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る試験体の上面図及び断面図を示す。本実施形態に係る試験体は、母材１と、第１溶接金属３と、第２溶接金属４とを備えている。母材１は、上面１ａ’と、上面１ａ’に開口する開先が形成された開先部２とを備えている。第１溶接金属３は、開先部２に結合している。第１溶接金属３は、境界領域３ａを備えている。第２溶接金属４は、境界領域３ａに結合している。境界領域３ａは、第１溶接金属３と第２溶接金属４の境界に沿って膜状に形成されている。第２溶接金属４は、第１溶接金属３の反対側に上面４ａを備えている。上面４ａ及び上面１ａ’は、同一平面を形成している。第２溶接金属４には、き裂６’が形成されている。き裂６’は、上面４ａに開口し、深さ方向の先端が境界領域３ａに位置している。

次に、図２（ａ）〜（ｄ）を用いて、本実施形態に係る試験体の製造方法を説明する。

はじめに、図２（ａ）を参照して、母材１に開先部２を形成する工程と、開先部２に第１溶接金属３を溶接する工程を説明する。母材１としては、例えば、ステンレス鋼の平板が用いられる。母材１は、上面１ａを備えている。上面１ａは、上面１ａに開口する開先部２を母材１に形成する。開先部２に第１溶加材を溶接して第１溶接金属３を形成する。第１溶接金属３は、開先部２の底部分に位置している。ここで、第１溶加材は、第１重量濃度の炭素と、第２重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金（例示：インコネル）である。したがって、第１溶接金属３は、炭素とクロムとを第１溶加材と同様に含む。

次に、図２（ｂ）を参照して、第１溶接金属３に第２溶接金属４を溶接する工程と、第２溶接金属４にスタートノッチ５を形成する工程を説明する。第１溶接金属３（開先部２）に第２溶加材を溶接して高さＨ１の第２溶接金属４を形成する。ここで、第２溶加材は、第３重量濃度の炭素と、第４重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金（例示：インコネル）である。したがって、第２溶接金属４は、炭素とクロムとを第２溶加材と同様に含む。第３重量濃度は第１重量濃度より高く、第４重量濃度は第２重量濃度より低いため、第２溶加材及び第２溶接金属４は、第１溶加材及び第１溶接金属３よりも割れ感受性が高い。第２溶接金属４は、第１溶接金属３の上に溶接され、開先部２の開口部分に位置している。第２溶接金属４と結合している第１溶接金属３の部分としての境界領域３ａは、第２溶接金属４の下に位置し、膜状である。第２溶接金属４の上面に深さＨ２のスタートノッチ５を形成する。ここで、スタートノッチ５を形成する位置は、き裂６’を形成しようとする位置に対応する。スタートノッチ５の開口の長さは、き裂６’の開口の長さに対応する。き裂６’の目標深さがＨ４の場合、高さＨ１の値は、目標深さＨ４の値と深さＨ２の値の和に等しいことが好ましい。なお、高さＨ１の値を、目標深さＨ４の値と深さＨ２の値の和より大きくすることも可能である。

次に、図２（ｃ）を参照して、スタートノッチ５を進展させてき裂６を形成する工程を説明する。第２溶接金属４に応力を付与しながら、第２溶接金属４を処理液に浸漬する。すると、スタートノッチ５が深さ方向に進展してき裂６が形成される。き裂６の浅い部分は、スタートノッチ５として形成された部分である。き裂６の深い部分は、応力腐食割れにより形成された部分である。き裂６の深さ方向の先端は、境界領域３ａで停止する。

次に、図２（ｄ）を参照して、き裂６の浅い部分を除去する工程を説明する。き裂６の深い部分を深さＨ４のき裂６’として残すように、上面１ａ及び第２溶接金属４の上面を高さＨ３だけ削る。ここで、高さＨ３の値は、深さＨ２の値より大きいか等しい。したがって、き裂６の浅い部分が除去される。

第２溶接金属４の割れ感受性が高く、第１溶接金属３の割れ感受性が低いため、き裂６を形成する工程においてき裂６の先端が境界領域３ａに達すると、き裂６の進展が止まる。したがって、本実施形態においては、き裂６’の深さＨ４を正確に制御することが容易である。

（第２の実施形態）
図３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第２の実施形態に係る試験体の上面図及び断面図を示す。本実施形態に係る試験体は、母材１０と、第１溶接金属１４〜１６と、第２溶接金属１７〜１９とを備えている。母材１０は、上面１０ａ’と、上面１０ａ’に開口する第１開先が形成された開先部１１と、上面１０ａ’に開口する第２開先が形成された開先部１２と、上面１０ａ’に開口する第３開先が形成された開先部１３とを備えている。第１溶接金属１４は、開先部１１に結合している。第１溶接金属１４は、境界領域１４ａを備えている。第２溶接金属１７は、境界領域１４ａに結合している。境界領域１４ａは、第１溶接金属１４と第２溶接金属１７の境界に沿って膜状に形成されている。第２溶接金属１７は、第１溶接金属１４の反対側に上面１７ａを備えている。第２溶接金属１７には、き裂２３’が形成されている。き裂２３’は、上面１７ａに開口し、深さ方向の先端が境界領域１４ａに位置している。第１溶接金属１５は、開先部１２に結合している。第１溶接金属１５は、境界領域１５ａを備えている。第２溶接金属１８は、境界領域１５ａに結合している。境界領域１５ａは、第１溶接金属１５と第２溶接金属１８の境界に沿って膜状に形成されている。第２溶接金属１８は、第１溶接金属１５の反対側に上面１８ａを備えている。第２溶接金属１８には、き裂２４’が形成されている。き裂２４’は、上面１８ａに開口し、深さ方向の先端が境界領域１５ａに位置している。第１溶接金属１６は、開先部１３に結合している。第１溶接金属１６は、境界領域１６ａを備えている。第２溶接金属１９は、境界領域１６ａに結合している。境界領域１６ａは、第１溶接金属１６と第２溶接金属１９の境界に沿って膜状に形成されている。第２溶接金属１９は、第１溶接金属１６の反対側に上面１９ａを備えている。第２溶接金属１９には、き裂２５’が形成されている。き裂２５’は、上面１９ａに開口し、深さ方向の先端が境界領域１６ａに位置している。上面１７ａ、上面１８ａ、上面１９ａ及び上面１０ａ’は、同一平面を形成している。

次に、図４（ａ）〜（ｄ）を用いて、本実施形態に係る試験体の製造方法を説明する。

はじめに、図４（ａ）を参照して、母材１０に開先部１１〜１３を形成する工程と、開先部１１に第１溶接金属１４を溶接し、開先部１２に第１溶接金属１５を溶接し、開先部１３に第１溶接金属１６を溶接する工程を説明する。母材１０としては、例えば、ステンレス鋼の平板が用いられる。母材１０は、上面１０ａを備えている。上面１０ａに開口する開先部１１〜１３を母材１０に形成する。まず、開先部１１に第１溶加材を溶接して第１溶接金属１４を形成する。第１溶接金属１４は、開先部１１の底部分に位置している。次に、開先部１２に第１溶加材を溶接して第１溶接金属１５を形成する。第１溶接金属１５は、開先部１２の底部分に位置している。更に、開先部１３に第１溶加材を溶接して第１溶接金属１６を形成する。第１溶接金属１６は、開先部１３の底部分に位置している。ここで、第１溶加材は、第１の実施形態に係る第１溶加材と同様である。したがって、第１溶接金属１４〜１６の各々は、炭素とクロムとを第１溶加材と同様に含む。

次に、図４（ｂ）を参照して、第１溶接金属１４に第２溶接金属１７を溶接し、第１溶接金属１５に第２溶接金属１８を溶接し、第１溶接金属１６に第２溶接金属１９を溶接する工程と、第２溶接金属１７にスタートノッチ２０を形成し、第２溶接金属１８にスタートノッチ２１を形成し、第２溶接金属１９にスタートノッチ２２を形成する工程を説明する。まず、第１溶接金属１４（開先部１１）に第２溶加材を溶接して高さＨ５の第２溶接金属１７を形成する。次に、第１溶接金属１５（開先部１２）に第２溶加材を溶接して高さＨ６の第２溶接金属１８を形成する。更に、第１溶接金属１６（開先部１３）に第２溶加材を溶接して高さＨ７の第２溶接金属１９を形成する。ここで、第２溶加材は、第１の実施形態に係る第２溶加材と同様である。したがって、第２溶接金属１７〜１９は、炭素とクロムとを第２溶加材と同様に含む。第２溶加材及び第２溶接金属１７〜１９は、第１溶加材及び第１溶接金属１４〜１６よりも割れ感受性が高い。第２溶接金属１７は、第１溶接金属１４の上に溶接され、開先部１１の開口部分に位置している。第２溶接金属１７と結合している第１溶接金属１４の部分としての境界領域１４ａは、第２溶接金属１７の下に位置し、膜状である。同様に、第２溶接金属１８は、第１溶接金属１５の上に溶接され、開先部１２の開口部分に位置している。第２溶接金属１８と結合している第１溶接金属１５の部分としての境界領域１５ａは、第２溶接金属１８の下に位置し、膜状である。また、同様に、第２溶接金属１９は、第１溶接金属１６の上に溶接され、開先部１３の開口部分に位置している。第２溶接金属１９と結合している第１溶接金属１６の部分としての境界領域１６ａは、第２溶接金属１９の下に位置し、膜状である。次に、第２溶接金属１７の上面に深さＨ８のスタートノッチ２０を形成する。ここで、スタートノッチ２０を形成する位置は、き裂２３’を形成しようとする位置に対応する。スタートノッチ２０の開口の長さは、き裂２３’の開口の長さに対応する。き裂２３’の目標深さがＨ１０の場合、高さＨ５の値は、目標深さＨ１０の値と深さＨ８の値の和に等しいことが好ましい。なお、高さＨ５の値を、目標深さＨ１０の値と深さＨ８の和より大きくすることも可能である。同様に、第２溶接金属１８の上面に深さＨ８のスタートノッチ２１を形成する。ここで、スタートノッチ２１を形成する位置は、き裂２４’を形成しようとする位置に対応する。スタートノッチ２１の開口の長さは、き裂２４’の開口の長さに対応する。き裂２４’の目標深さがＨ１１の場合、高さＨ６の値は、目標深さＨ１１の値と深さＨ８の値の和に等しいことが好ましい。なお、高さＨ６の値を、目標深さＨ１１の値と深さＨ８の値の和より大きくすることも可能である。更に同様に、第２溶接金属１９の上面に深さＨ８のスタートノッチ２２を形成する。ここで、スタートノッチ２２を形成する位置は、き裂２５’を形成しようとする位置に対応する。スタートノッチ２２の開口の長さは、き裂２５’の開口の長さに対応する。き裂２５’の目標深さがＨ１２の場合、高さＨ７の値は、目標深さＨ１２の値と深さＨ８の値の和に等しいことが好ましい。なお、高さＨ７の値を目標深さＨ１２の値と深さＨ８の値の和より大きくすることも可能である。高さＨ５〜Ｈ７は、互いに異なっている。

次に、図４（ｃ）を参照して、スタートノッチ２０を進展させてき裂２３を形成し、スタートノッチ２１を進展させてき裂２４を形成し、スタートノッチ２２を進展させてき裂２５を形成する工程を説明する。第２溶接金属１７〜１９の各々に応力を付与しながら、第２溶接金属１７〜１９の各々を処理液に浸漬する。すると、スタートノッチ２０が深さ方向に進展してき裂２３が形成され、スタートノッチ２１が深さ方向に進展してき裂２４が形成され、スタートノッチ２２が深さ方向に進展してき裂２５が形成される。き裂２３〜２５の各々の浅い部分は、スタートノッチ２０〜２２の各々として形成された部分である。き裂２３〜２５の各々の深い部分は、応力腐食割れにより形成された部分である。き裂２３〜２５の各々の深さ方向の先端は、境界領域１４ａ〜１６ａの各々で停止する。

次に、図４（ｄ）を参照して、き裂２３の浅い部分、き裂２４の浅い部分、き裂２５の浅い部分を除去する工程を説明する。き裂２３の深い部分を深さＨ１０のき裂２３’として残し、き裂２４の深い部分を深さＨ１１のき裂２４’として残し、き裂２５の深い部分を深さＨ１２のき裂２５’として残すように、上面１０ａ、第２溶接金属１７の上面、第２溶接金属１８の上面、第２溶接金属１９の上面を高さＨ９だけ削る。ここで、高さＨ９の値は、深さＨ８の値より大きいか等しい。したがって、き裂２３の浅い部分、き裂２４の浅い部分、き裂２５の浅い部分が除去される。

第２溶接金属１７〜１９の割れ感受性が高く、第１溶接金属１４〜１６の割れ感受性が低いため、き裂２３〜２５を形成する工程においてき裂２３〜２５の先端が境界領域１４ａ〜１６ａに達したときに、き裂２３〜２５の進展が止まる。したがって、本実施形態においては、目標深さが異なるき裂２３’〜２５’を一度に形成することが可能である。

（第３の実施形態）
図５（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係る試験体の上面図及び断面図を示す。本実施形態に係る試験体は、母材３０と、第１溶接金属３２と、第２溶接金属３３とを備えている。母材３０は、上面３０ａ’と、上面３０ａ’に開口する開先が形成された開先部３１とを備えている。第１溶接金属３２は、開先部３１に結合している。第１溶接金属３２は、境界領域３２ａを備えている。第２溶接金属３３は、境界領域３２ａに結合している。境界領域３２ａは、第１溶接金属３２と第２溶接金属３３の境界に沿って膜状に形成されている。第２溶接金属３３は、第１溶接金属３２の反対側に上面３３ａを備えている。上面３３ａ及び上面３０ａ’は、同一平面を形成している。第２溶接金属３３には、き裂３７’〜き裂３９’が形成されている。き裂３７’〜き裂３９’の各々は、上面３３ａに開口し、深さ方向の先端が境界領域３２ａに位置している。き裂３７’の開口の長さＬ１と、き裂３８’の開口の長さＬ２と、き裂３９’の開口の長さＬ３とは、互いに異なっている。また、上面３３ａが境界領域３２ａに対して傾斜し、き裂３７’〜き裂３９’が傾斜方向に沿って配列されているため、き裂３７’の深さ、き裂３８’の深さ、き裂３９’の深さは、互いに異なっている。

次に、図６（ａ）〜（ｄ）を用いて、本実施形態に係る試験体の製造方法を説明する。

はじめに、図６（ａ）を参照して、母材３０に開先部３１を形成する工程と、開先部３１に第１溶接金属３２を溶接する工程を説明する。母材３０としては、例えば、ステンレス鋼の平板が用いられる。母材３０は、上面３０ａを備えている。上面３０ａに開口する開先部３１を母材３０に形成する。開先部３１に第１溶加材を溶接して第１溶接金属３２を形成する。このとき、第１溶接金属３２の上面３２ａが上面３０ａに対して傾斜するように形成する。第１溶接金属３２は、開先部３１の底部分に位置している。ここで、第１溶加材は、第１の実施形態に係る第１溶加材と同様である。したがって、第１溶接金属３２は、炭素とクロムとを第１溶加材と同様に含む。

次に、図６（ｂ）を参照して、第１溶接金属３２に第２溶接金属３３を溶接する工程と、第２溶接金属３３にスタートノッチ３４〜３６を形成する工程について説明する。第１溶接金属３２（開先部３１）に第２溶加材を溶接して第２溶接金属３３を形成する。第２溶接金属３３の高さは、高さＨ１３である最大高さの部分と高さＨ１４である最小高さの部分との間で連続的に変化している。ここで、第２溶加材は、第１の実施形態に係る第２溶加材と同様である。したがって、第２溶接金属３３は、炭素とクロムとを第２溶加材と同様に含む。第２溶加材及び第２溶接金属３３は、第１溶加材及び第１溶接金属３２よりも割れ感受性が高い。第２溶接金属３３は、第１溶接金属３２の上に溶接され、開先部３１の開口部分に位置している。第２溶接金属３３と結合している第１溶接金属３２の部分としての境界領域３２ａは、第２溶接金属３３の下に位置し、膜状である。境界領域３２ａは、上面３２ａに対応している。第２溶接金属３３の上面に深さＨ１５のスタートノッチ３４〜３６を形成する。ここで、スタートノッチ３４〜３６を形成する位置は、き裂３７’〜３９’を形成しようとする位置に対応する。スタートノッチ３４〜３６の開口の長さは、き裂３７’〜３９’の開口の長さＬ１〜Ｌ３に対応する。

次に、図６（ｃ）を参照して、スタートノッチ３４〜３６を進展させてき裂３７〜３９を形成する工程を説明する。第２溶接金属３３に応力を付与しながら、第２溶接金属３３を処理液に浸漬する。すると、スタートノッチ３４が深さ方向に進展してき裂３７が形成され、スタートノッチ３５が深さ方向に進展してき裂３８が形成され、スタートノッチ３６が深さ方向に進展してき裂３９が形成される。き裂３７〜３９の各々の浅い部分は、スタートノッチ３４〜３６の各々として形成された部分である。き裂３７〜３９の各々の深い部分は、応力腐食割れにより形成された部分である。き裂３７〜３９の各々の深さ方向の先端は、境界領域３２ａで停止する。

次に、図６（ｄ）を参照して、き裂３７〜３９の浅い部分を除去する工程を説明する。き裂３７の深い部分をき裂３７’として残し、き裂３８の深い部分をき裂３８’として残し、き裂３９の深い部分をき裂３９’として残すように、上面３０ａ及び第２溶接金属３３の上面を高さＨ１６だけ削る。ここで、高さＨ１６の値は、深さＨ１５の値より大きいか等しい。したがって、き裂３７〜３９の浅い部分が除去される。第２溶接金属３３の高さ（境界領域３２ａと上面３３ａとの間隔）は、高さＨ１７である最大高さの部分と高さＨ１８である最小高さの部分との間で連続的に変化している。

第２溶接金属３３の割れ感受性が高く、第１溶接金属３２の割れ感受性が低いため、き裂３７〜３９を形成する工程においてき裂３７〜３９の先端が境界領域３２ａに達したときに、き裂３７〜裂３９の進展が止まる。したがって、本実施形態においては、目標深さが異なるき裂３７’〜き裂３９’を一度に形成することが可能である。

なお、長さＬ１〜Ｌ３は、値が同じであってもよい。また、第３の実施形態に係る第１溶接金属３２及び第２溶接金属３３を、第２の実施形態に係る第１溶接金属１４〜１６及び第２溶接金属１７〜１９に適用してもよい。

（第４の実施形態）
図７（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係る配管試験体の正面図及び断面図を示す。図７（ａ）は、本実施形態に係る配管試験体を軸方向から見た形状を示している。配管試験体は、金属管部材４０と、第１溶接金属４５と、第２溶接金属４６とを備えている。金属管部材４０は、第１金属管部材４１と、第２金属管部材４２と、溶接部４３とを備えている。第１金属管部材４１と第２金属管部材４２とは、軸方向に配列され、溶接部４３を介して結合されている。金属管部材４０は、中心軸を向く内側面４０ａを備えている。溶接部４３は、内側面４０ａに開口する開先が形成された開先部４４を備えている。第１溶接金属４５は、開先部４４に結合している。境界領域４５ａは、第１溶接金属４５と第２溶接金属４６の境界に沿って膜状に形成されている。第２溶接金属４６は、第１溶接金属４５の反対側に上面４６ａを備えている。上面４６ａ及び内側面４０ａは、同一の内側円筒面を形成している。第２溶接金属４６には、き裂４８’が形成されている。き裂４８’は、上面４６ａに開口し、深さ方向の先端が境界領域４５ａに位置している。き裂４８’の開口は、上面４６ａに沿って軸方向に延びている。

図８は、本発明の第４の実施形態に係る試験体の製造方法の流れ図を示す。本実施形態に係る試験体の製造方法は、ステップＳ１〜Ｓ１２を含む。図９（ａ）〜（ｆ）及び図１０を用いて、ステップＳ１〜Ｓ１２を説明する。

はじめに、図９（ａ）を参照して、ステップＳ１を説明する。ステップＳ１においては、第１金属管部材４１及び第２金属管部材４２の各々に機械加工を施し、第１金属管部材４１と第２金属管部材４２とを溶接部４３を介して溶接して金属管部材４０を形成する。金属管部材４０は、中心軸を向く内側面４０ａを備えている。

次に、図９（ｂ）を参照して、ステップＳ２を説明する。ステップＳ２においては、内側面４０ａに開口する開先部４４を溶接部４３に掘削する。開先部４４は、応力腐食割れによるき裂を形成しようとする部分にのみ形成する。

次に、図９（ｃ）を参照して、ステップＳ３を説明する。ステップＳ３においては、開先部４４に第１溶接金属４５を溶接し、第１溶接金属４５に第２溶接金属４６を溶接する。すなわち、開先部４４に第１溶加材を溶接して第１溶接金属４５を形成し、第１溶接金属４５に第２溶加材を溶接して第２溶接金属４６を形成する。第１溶接金属４５は、開先部４４の底部分に位置している。第２溶接金属４６は、開先部４４の開口部分に位置している。第２溶接金属４６の開先部４４内にある部分（第２溶接金属４６の内側面４０ａより半径方向外側にある部分）の高さがＨ１８で示され、第２溶接金属４６の余盛部（第２溶接金属４６の内側面４０ａより半径方向内側にある部分）の高さがＨ１９で示されている。き裂４８’の目標深さがＨ２１である場合、高さＨ１８の値は目標深さＨ２１の値に等しいことが好ましい。ここで、第１溶加材は、第１の実施形態に係る第１溶加材と同様である。したがって、第１溶接金属４５は、炭素とクロムとを第１溶加材と同様に含む。ここで、第２溶加材は、第２の実施形態に係る第２溶加材と同様である。したがって、第２溶接金属４６は、炭素とクロムとを第２溶加材と同様に含む。第２溶加材及び第２溶接金属４６は、第１溶加材及び第１溶接金属４５よりも割れ感受性が高い。第２溶接金属４６と結合している第１溶接金属４５の部分としての境界領域４５ａは、第２溶接金属４６の下（半径方向外側）に位置し、膜状である。

次にステップＳ４において、第２溶接金属４６に鋭敏化熱処理を施して第２溶接金属４６を鋭敏化する。鋭敏化熱処理としては、例えば、温度６００℃前後での応力除去焼鈍処理や、温度２８８〜５５０℃での低温時効処理を適用することができる。第２溶接金属４６を鋭敏化することで、第２溶接金属４６に応力腐食割れが発生、進展しやすくなる。

次にステップＳ５において、溶接部４３、第１溶接金属４５及び第２溶接金属４６に欠陥がないかどうか非破壊検査を行う。

次に、図９（ｄ）を参照して、ステップＳ６について説明する。ステップＳ６において、放電機械加工法（ＥＤＭ）により、第２溶接金属４６の内側面（余盛部の頂上面）に深さＨ２０のスタートノッチ４７を付与する。スタートノッチ４７は、軸方向に延びるように付与される。深さＨ２０の値は、高さＨ１９の値より小さいか等しいことが好ましい。

次に、図１０を参照して、ステップＳ７について説明する。ステップＳ７において、金属管部材４０に対して荷重５０を付与し、第２溶接金属４６に周方向の引張応力５１を付加する。引張応力５１を付加する方法として、３点／４点曲げを用いることが可能である。そして、第２溶接金属４６に引張応力５１を作用させながら、第２溶接金属４６を処理液に浸漬する。処理液には、ポリチオン酸溶液を用いる。例えば、テトラチオン酸カリウム又はテトラチオン酸ナトリウムの水溶液で、テトラチオン酸カリウム又はテトラチオン酸ナトリウムの濃度が０．３〜６重量％、処理液の温度が５〜６０℃、処理液のｐＨ値が３〜６のものを用いることが可能である。ここで、処理液が０．０６〜６重量％の塩素を含んでいると、応力腐食割れの発生、進展が加速される。

図９（ｅ）は、ステップＳ７の後の配管試験体を示している。ステップＳ７の結果、スタートノッチ４７が進展して、き裂４８が形成される。き裂４８の浅い部分は、スタートノッチ４７として形成された部分である。き裂４８の深い部分は、応力腐食割れにより形成された部分である。き裂４８の深さ方向の先端は、境界領域４５ａで停止する。

次に、図９（ｆ）を参照して、ステップＳ８について説明する。ステップＳ８においては、余盛部（第２溶接金属４６の内側面４０ａより半径方向内側にある部分）を削除する。このとき、き裂４８の浅い部分も除去される。ステップＳ８の結果、き裂４８の深い部分がき裂４８’として残される。

次にステップＳ９において、き裂４８’の深さＨ２１と、長さＬ４とを調査する。深さＨ２１は、超音波探傷技術により調査する。長さＬ４は、き裂４８’の開口の軸方向の長さである。

深さＨ２１の値が目標値より小さい場合、深さＨ２１の値が目標値となるようにステップＳ７を追加実施する。追加のステップＳ７を実施するときは、き裂４８’の部分以外の配管試験体の部分をシリコンゴムやフッ素ゴムで被覆し、き裂４８’の部分だけが処理液に浸漬されるようにする。

次にステップＳ１０において、溶接部４３及び第２溶接金属４６の表面仕上げを行う。

次にステップＳ１１において、き裂４８’の深さＨ２１と、長さＬ４とを測定する。

次にステップＳ１２において、配管試験体が完成する。

第２溶接金属４６の割れ感受性が高く、第１溶接金属４５の割れ感受性が低いため、ステップＳ７において、き裂４８の先端が境界領域４５ａに達するとき裂４８の進展が止まる。したがって、本実施形態においては、き裂４８’の深さＨ２１を正確に制御することが可能である。

上記実施形態１乃至４によれば、浅い応力腐食割れが形成された試験体や、段階的に異なる深さの応力腐食割れが形成された試験体が提供される。上記実施形態１乃至４に係る試験体を用いて超音波探傷装置のような非破壊探傷装置のキャリブレーションを行えば、実機に発生した浅い応力腐食割れを検出することが可能である。また、実機に発生した応力腐食割れの深さを精度良く測定することが可能である。

図１（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る試験体の上面図を示し、図１（ｂ）は第１の実施形態に係る試験体の断面図を示す。 図２（ａ）乃至（ｄ）は、第１の実施形態に係る試験体の製造方法を説明するための試験体の断面図を示す。 図３（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る試験体の上面図を示し、図３（ｂ）は第２の実施形態に係る試験体の断面図を示す。 図４（ａ）乃至（ｄ）は、第２の実施形態に係る試験体の製造方法を説明するための試験体の断面図を示す。 図５（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る試験体の上面図を示し、図５（ｂ）は第２の実施形態に係る試験体の断面図を示す。 図６（ａ）乃至（ｄ）は、第３の実施形態に係る試験体の製造方法を説明するための試験体の断面図を示す。 図７（ａ）は第４の実施形態に係る試験体の正面図を示し、図７（ｂ）は第４の実施形態に係る試験体の断面図を示す。 図８は、本発明の第４の実施形態に係る試験体の製造方法の流れ図を示す。 図９（ａ）乃至（ｆ）は、第４の実施形態に係る試験体の製造方法を説明するための試験体の断面図を示す。 図１０は、第４の実施形態に係る応力付加方法を説明するための試験体の正面図を示す。

符号の説明

１…母材
１ａ、１ａ’…上面
２…開先部
３…第１溶接金属
３ａ…境界領域
４…第２溶接金属
４ａ…上面
５…スタートノッチ
６…き裂
６’…き裂（ＳＣＣ）
１０…母材
１０ａ、１０ａ’…上面
１１〜１３…開先部
１４〜１６…第１溶接金属
１４ａ〜１６ａ…境界領域
１７〜１９…第２溶接金属
１７ａ〜１９ａ…上面
２０〜２２…スタートノッチ
２３〜２５、２３’〜２５’…き裂（ＳＣＣ）
３０…母材
３０ａ、３０ａ’…上面
３１…開先部
３２…第１溶接金属
３２ａ…境界領域
３３…第２溶接金属
３３ａ…上面
３４〜３６…スタートノッチ
３７〜３９、３７’〜３９’…き裂（ＳＣＣ）
４０…金属管部材
４０ａ…内側面
４１…第１金属管部材
４２…第２金属管部材
４３…溶接部
４４…開先部
４５…第１溶接金属
４５ａ…境界領域
４６…第２溶接金属
４６ａ…上面
４７…スタートノッチ
４８、４８’…き裂（ＳＣＣ）
５０…荷重
５１…引張応力

Claims (6)

1. 第１溶接金属と、
   前記第１溶接金属に結合された第２溶接金属と
   を具備し、
   前記第２溶接金属に第１き裂が設けられ、
   前記第１き裂の深さ方向の先端は、前記第１溶接金属と前記第２溶接金属の第１境界領域に位置し、
   前記第１溶接金属は、第１重量濃度の炭素と、第２重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金であり、
   前記第２溶接金属は、第３重量濃度の炭素と、第４重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金であり、
   前記第３重量濃度は前記第１重量濃度より高く、
   前記第４重量濃度は前記第２重量濃度より低い
   試験体。
2. 前記第２溶接金属に第２き裂が設けられ、
   前記第２き裂の深さ方向の先端は、前記第１境界領域に位置し、
   前記第１き裂及び前記第２き裂は、前記第２溶接金属の表面に開口し、
   前記表面が前記第１境界領域に対して傾斜した
   請求項１の試験体。
3. 第１溶接金属と、
   前記第１溶接金属に結合された第２溶接金属と
   を具備し、
   前記第２溶接金属に応力腐食割れの第１き裂が設けられ、
   前記第１き裂の深さ方向の先端は、前記第１溶接金属と前記第２溶接金属の第１境界領域に位置し、
   応力腐食割れに対する前記第２溶接金属の割れ感受性が前記第１溶接金属の割れ感受性よりも高くなる条件が存在する
   試験体。
4. 第１溶加材を溶融凝固させて第１溶接金属を形成するステップと、
   第２溶加材を溶融凝固させて前記第１溶接金属に溶接された第２溶接金属を形成するステップと、
   前記第２溶接金属に応力腐食割れのき裂を形成するステップと
   を具備し、
   前記第１溶加材は、第１重量濃度の炭素と、第２重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金であり、
   前記第２溶加材は、第３重量濃度の炭素と、第４重量濃度のクロムとを含むニッケル基合金であり、
   前記第３重量濃度は前記第１重量濃度より高く、
   前記第４重量濃度は前記第２重量濃度より低い
   試験体の製造方法。
5. 前記き裂を形成する前記ステップは、
   前記第２溶接金属の表面にスタートノッチを形成するステップと、
   前記スタートノッチを起点として前記き裂を形成するステップと、
   前記表面を削るステップと
   を具備する
   請求項４の試験体の製造方法。
6. 第１溶加材を溶融凝固させて第１溶接金属を形成するステップと、
   第２溶加材を溶融凝固させて前記第１溶接金属に溶接された第２溶接金属を形成するステップと、
   前記第２溶接金属の表面にスタートノッチを形成するステップと、
   前記第２溶接金属に応力を付加しながら前記第２溶接金属を処理液に浸漬するステップと、
   前記表面を削るステップと
   を具備し、
   前記第１溶加材は、第１ニッケル基合金であり、
   前記第２溶加材は、第１ニッケル基合金とは異なる第２ニッケル基合金であり、
   前記処理液に浸漬される条件における前記第２ニッケル基合金の応力腐食割れに対する割れ感受性は、前記条件における前記第１ニッケル基合金の応力腐食割れに対する割れ感受性より高い
   試験体の製造方法。

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