JPH03221855A - 溶接熱影響部の高温損傷評価方法 - 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、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２超音波深傷法等の欠
陥検査法によって検査する方法や、き裂が発生す為以前
の微小欠陥１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′／ＩＡ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、き裂をその構造物
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Ｍ
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９組織変化をレプリ
カ法等によって観察しで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ｒ！Ｆ磨及びエツ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
ることはてきす、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？ｉｌｉ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’ＪＪＪ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
部をまたく２点の端子に交流電流を流し、同２点間を結
ぶ線分上のｌ容接熱影響部をまたく２点間及び母材の２
点間の各電位差を測定し、その人力成分と同し周波数及
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ことによって、溶接熱影響
部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、エツ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Ｎ積が軽微な
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・うことかできる。

〔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Ｉ・
系耐熱鋼管の溶接部に遠州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■［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、き裂をまたく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く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が、この場合、き製部
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。

そこで本発明方性においては、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
く２点間に流し、この２点間を結ぶ線分上の溶接熱影響
部をまたく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側定時には、多くのノイ
ズ電流が流れておりノイス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
入力電流の交流正佐波と同期させて検波を行い、入力波
形以外の電流成分ず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エライＩ・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、熔接部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をまたく母＋Ａ部］ａ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とに配置し、更に非損傷部である母
材９１ｔ　１　ａ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ｌａ
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１．９ｍｍ、深さ０．
５ｍｍの取付穴７内に０．５田の白金線８をスポラ１〜
熔接付けし、周囲に酸化防止のためのセラく・７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から交流電流を印加し、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１１」
器１２によって増ｒｐ　ｌ、、電流人力αＲ１ｉ子４，
４から第１図の母材部ｌａ、溶接部２間に印加する。こ
のとき定電流化を図るため、」二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
て別々に電力増中器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−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
と母材部１ａの電位差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。

０ 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％Ｃｒ−ＩＭ。

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℃Ｘ　８ｋｇ
ｆ　７ｍ２．　５５　Ｑ℃Ｘ　５　ｋｇ　ｆ／關２の条
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。

中断時間 クリープ破断寿命消費率− 破断時間 ・・・（１） 初期値で規格化した電位差比 試験中の溶接熱影響部の電位差 試験中の母材部の電位差 試験前の母材部の電位差 ・・・（２） 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、クリープ破断寿命消費率３０％
程度からクリープ破断寿命消費率に対して単調土曽加し
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
影響部をまたぐ２点の端子に交流電流を流し、同２点間
を結ぶ線分上の溶接熱影響部をまたぐ２点間及び母材の
２点間の各電位差を測定し、その入力成分と同し周波数
及び位相の交流成分の電位差比又は電位差４゜ 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ことによっ
て、溶接熱影響部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ずことか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熱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Ｉ・系耐熱鋼管の正面図、
第２図は第３ １図の■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
・・・溶接熱、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、ｌＯ・・・ロンフィンアンプ、１１・・・交流
発振器、１２・・・電力増中器、１３・・・基準抵抗、
１４・・・信号切替回路、１５・・・電力上曽巾器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フェライト系耐熱鋼の溶接熱影響部をまたぐ２点の端子
   に交流電流を流し、同２点間を結ぶ線分上の溶接熱影響
   部をまたぐ２点間及び母材の２点間の各電位差を測定し
   、その入力成分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
   めることによって、溶接熱影響部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の高温損傷評価方
   法。