JPH0792038A - 応力評価方法およびその装置 - Google Patents

応力評価方法およびその装置

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JPH0792038A
JPH0792038A JP5240936A JP24093693A JPH0792038A JP H0792038 A JPH0792038 A JP H0792038A JP 5240936 A JP5240936 A JP 5240936A JP 24093693 A JP24093693 A JP 24093693A JP H0792038 A JPH0792038 A JP H0792038A
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Hideki Inoue
秀樹 井上
Yoshinori Takesute
義則 武捨
Shuji Kamimoto
修司 神本
Shinji Naito
紳司 内藤
Tsukasa Sasaki
典 佐々木
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】被検体の負荷部と無負荷部に、表面波，縦波及
び横波を送受信して（ステップ１０１）各波の音速を求
める。予め求めておいた応力と音速変化との関係に基づ
いて、負荷部と無負荷部での表面音速差から被検体表層
部の応力を、縦波音速を用いて測定した横波音速から被
検体の内部平均応力を評価する(ステップ１０２)。仮定
した被検体の内部応力分布を、該表層部応力と該内部平
均応力値を用いて補正して内部応力分布を評価する（ス
テップ１０３）。該評価応力を用いて被検体の診断を下
す。 【効果】被検体の表層部及び内部応力を非破壊で精度良
く評価でき、被検体の存在する機器やプラントの信頼性
を向上できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は音波を用いて被検体に作
用している応力を評価する方法及びその装置に利用され
る。
【０００２】
【従来の技術】被検体に作用する応力の大きさを超音波
の音速変化から求める方法は従来より知られている方法
である。
【０００３】すなわち、予め求めておいた音速変化率と
応力値との関係を用いて、音速の測定値から音速測定位
置に作用している応力の大きさを求める方法である。
【０００４】表面波を用いて、被検体表層部の応力を評
価する方法は、例えば、特開昭61−254849号公報に記さ
れている。
【０００５】また、応力と平行方向に振動する横波と応
力と直角方向に振動する横波との音速差から、被検体中
の内部応力を平均値として求める方法は、例えば、特開
昭56−90228 号公報に記されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、超音波の音速が被検体の組織の方向によって変化す
る点を考慮していない。
【０００７】また、被検体の板厚が未知の場合には、振
動方向を変えた２種類の横波の音速を求め、微小な両者
の音速差から応力を求める必要があり、精度を高めにく
い上に、求まる応力値は肉厚方向の平均応力であるに過
ぎず、応力分布までも示すものではなかった。
【０００８】本発明の主目的は、音速変化に基づく被検
体の応力評価の精度を高めることである。
【０００９】また本発明の他の目的は、精度の高い応力
評価の利用を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の主目的を達成す
るための第１手段は、被検体に作用する応力の評価を前
記被検体を伝播する音波の音速変化から求める方法にお
いて、被検体の無負荷部位と負荷部位とで、前記被検体
の表層部を伝播する表面音波の伝播方向を変化させて前
記表面音波の音速を測定し、前記被検体の無負荷部位と
負荷部位との両部位での前記表面音波の音速の差から前
記被検体の負荷部位の応力を評価することを特徴とした
応力評価方法であり、同じく第２手段は、被検体の負荷
部で肉厚方向に縦波音波及び横波音波を伝播させ、前記
肉厚方向の前記被検体底面からの反射音波を受信して前
記被検体の縦波音波及び横波音波の各伝播時間を求め、
肉厚と伝播時間との比で求めた無負荷部での縦波音速を
用いて前記負荷部での肉厚を評価し、前記評価した肉厚
と前記負荷部での横波伝播時間とから横波音速を評価
し、予め求めておいた横波音速と応力との関係に基づい
て、前記評価した横波音速から前記負荷部の内部に作用
する前記肉厚方向の平均応力の大きさを評価する応力評
価方法であり、同じく第３手段は、予め仮定した被検体
の肉厚方向の応力分布の内、被検体の表面応力を第１手
段で評価した表層部の応力値とし、同じく肉厚方向の応
力分布の平均応力を第２手段で評価した内部平均応力値
となるように、仮定した被検体の肉厚方向の応力分布を
補正して、前記被検体の肉厚方向の応力分布を確定する
応力評価方法であり、本発明の他の目的を達成するため
の第４手段は、第１手段ないし第３手段の応力評価方法
により被検体の応力を評価し、前記評価した応力の値が
予め設定した許容応力の値より大きい場合には前記被検
体を含む機器またはプラントを停止するプラント診断方
法であり、同じく第５手段は、第４手段において、評価
した応力の値が予め設定した許容応力の値より小さい場
合には再び応力を評価することを繰返し、前記評価した
応力の値の時間変化から被検体の材料劣化の形態を分類
することを特徴としたプラント診断方法であり、同じく
第６手段は、当初の溶接及び熱処理を施した被検体の残
留応力を第１手段ないし第３手段の応力評価方法により
評価し、前記評価した残留応力が予め設定した許容応力
値より大きい場合には、再度の溶接及び熱処理を施す溶
接工程管理方法であり、同じく第７手段は第６手段にお
いて、再度の溶接及び熱処理の条件を当初の溶接及び熱
処理の条件と同じとしたことを特徴とした溶接工程管理
方法であり、同じく第８手段は、第７手段において、再
度の溶接及び熱処理を施した被検体の残留応力を第１手
段ないし第３手段の応力評価方法により再度評価し、前
記再度評価した残留応力が前記予め設定した許容応力値
より大きい場合には、前記再評価以後に溶接及び熱処理
条件を当初の溶接及び熱処理条件と異なる条件に変更し
て溶接及び熱処理を前記被検体に施して前記評価を再再
度行うことを特徴とした溶接工程管理方法であり、同じ
く第９手段は、第６手段において、再度の溶接及び熱処
理の条件を当初の溶接及び熱処理の条件と異なるように
変更することを特徴とした溶接工程管理方法であり、本
発明の主目的を達成するための第１０手段は、被検体へ
の音波伝播手段と、前記被検体を伝播してきた音波の受
信手段と、前記受信手段による受信信号に基づき前記被
検体の応力の評価を前記被検体を伝播する音波の音速変
化から求める装置において、前記被検体の無負荷部位と
負荷部位とで、前記被検体の表層部を伝播する表面音波
の伝播方向を変化させる音波伝播方向可変手段と、前記
各表面音波の音速の測定手段と、前記被検体の無負荷部
位と負荷部位との両部位での前記各表面音波の音速の差
から前記被検体の負荷部位の応力の評価手段とを備えた
ことを特徴とした応力評価装置であり、同じく第１１手
段は、被検体の負荷部で肉厚の方向に縦波音波及び横波
音波を伝播させる前記被検体への音波伝播手段と、その
伝播音波の受信手段と、前記肉厚方向の前記被検体底面
からの反射音波を受信して前記被検体の縦波音波及び横
波音波の各伝播時間を求める伝播時間の測定手段と、前
記肉厚と伝播時間との比で無負荷部での縦波音速を求め
る縦波音速演算手段と、前記縦波音速演算手段による前
記縦波音速を用いて前記負荷部での肉厚を求める肉厚演
算手段と、前記肉厚演算手段による肉厚と前記測定手段
による前記負荷部での横波伝播時間とから伝播した横波
音速を求める横波音速演算手段と、予め求めておいた横
波音速と応力との関係に基づいて、前記横波音速演算手
段による横波音速から前記負荷部の内部に作用する前記
肉厚方向の平均応力の大きさを演算する評価手段とを備
えた応力評価装置である。
【００１１】
【作用】第１手段と第１０手段によれば、被検体の無負
荷部及び負荷部において、被検体表層部を伝播する表面
波の伝播方向を変化させて(例えば、０°から１８０°)
音速を測定し、両者の差から応力の大きさを評価するこ
とで、組織方向の影響を除くことができる。
【００１２】第２手段と第１１手段によれば、応力によ
りほとんど変化しない縦波音速を用いて、被検体負荷部
の肉厚を求め、該肉厚と負荷部での横波伝播時間とから
応力により影響を受けやすい横波音速を求めることで、
肉厚方向の平均応力を求められる。
【００１３】第３手段によれば、予め仮定した肉厚方向
の応力分布に対して、その表面応力値を該表層部の応力
測定値に、そして平均応力値が内部平均応力測定値にな
るように補正することで応力分布を確定評価できる。
【００１４】第４手段によれば、第１手段ないし第３手
段により評価した結果をもとに、正確にプラントを停止
する条件を判断するプラント診断作用が得られる。
【００１５】第５手段によれば、第４手段による作用に
加えて、時系列的評価情報から、被検体の材料劣化の形
態を分類する作用が得られる。
【００１６】第６手段によれば、第１手段ないし第３手
段の応力評価方法により被検体の溶接後に溶接部の残留
応力を評価し、定めた許容応力値と比較することで、溶
接部の健全性を評価して、再溶接及び熱処理の施工判断
をして溶接部の健全性を達成する作用が得られる。
【００１７】第７手段によれば、第６手段による作用に
加えて、当初の溶接及び熱処理条件は最良にセットされ
るのが一般的であり、再溶接及び熱処理の条件を当初の
最良の条件と同じくして再溶接及び熱処理して最良の条
件によって確実に溶接部の健全性を達成する作用が得ら
れる。
【００１８】第８手段によれば、第７手段による作用に
加えて、再評価後に溶接及び熱処理条件を変更して溶接
部の健全性を達成する作用が得られる。
【００１９】第９手段によれば、第６手段による作用に
加えて、再度の溶接及び熱処理条件の変更により溶接部
の健全性を達成する作用が得られる。
【００２０】
【実施例】以下に本発明の各実施例について図面に基づ
いて説明する。
【００２１】図１は、本発明による応力評価方法を用い
たプラント診断方法の一例を示す図である。
【００２２】超音波を送受信するためのセンサを目的の
位置に配置し（図１のステップ100)、超音波を送信及び
受信する（ステップ１０１）。
【００２３】次に、測定した超音波の音速から被検体の
表層部及び内部平均応力を評価し（ステップ１０２）、
該表層部，内部平均応力値で、予め仮定した内部応力分
布を補正して正確な内部応力分布を評価する（ステップ
１０３）。
【００２４】この後、二つの流れに別れる。一つは少な
くとも１回の応力評価で機器の健全性を診断する流れ
と、もう一つは評価応力値の時間変化を記憶して応力の
時間変化から診断する流れである。
【００２５】前者では、材料の強度や設計余裕度等から
予め決めて記憶しておいた許容応力値を読み込む（ステ
ップ１０４）。
【００２６】評価した応力値を該許容応力値と比較し
（ステップ１０５）、もし評価応力値が大きい場合には
機器が異常であると判断して機器の停止、あるいはプラ
ントを停止する（ステップ１０６）。
【００２７】もし、評価値が許容応力値より小さい場合
には機器は健全であると判断し、一定時間経過後（ステ
ップ１０７）再び超音波を送受信して応力評価を行う。
【００２８】すなわちステップ１０１以下の流れを繰り
返す。もう一つの流れは次の通りである。
【００２９】評価した応力値と評価時刻を記憶する（ス
テップ１０８）。
【００３０】機器及びプラントが稼働していることを確
認して評価を続けるかを判定する（ステップ１０９）。
【００３１】もし評価を続ける場合には、一定時刻経過
後(ステップ１１０)ステップ１０１以下の流れを行う。
【００３２】もし、機器やプラントが停止している場合
には、予め記憶しておいた、測定位置における材料の材
質や履歴を読み込み（ステップ１１１）、材料の劣化診
断や分類を行う（ステップ１１２）。
【００３３】例えば材料劣化の一つであるクリープは被
検体に高温環境下で一定負荷(応力)が作用した場合に生
じ、疲労は高温環境下で変動負荷（応力）が作用した場
合に生じる。
【００３４】従って、ステップ１０８で記憶した応力の
時間変化から、一定応力が作用したか変動応力が作用し
たかを知ることができ、材料劣化の診断，分類ができ
る。
【００３５】図２は、図１の診断方法を実施するための
装置構成の一例を示した図である。図２において、１は
発電プラント等に用いられている配管であり被検体であ
る。
【００３６】走査駆動制御装置４からの駆動信号に基づ
いて走査駆動装置３を動かし、超音波を送受信するため
のセンサ２を被検体１上の目的の位置に設置する。
【００３７】応力評価装置５からの信号によりセンサ２
で超音波を送受信し、受信した超音波信号から被検体１
の表層部応力，内部平均応力及び応力分布を評価する。
【００３８】評価した応力値を機器，プラント診断装置
６と応力記憶装置１１に送る。
【００３９】機器，プラント診断装置６では、許容応力
記憶装置７から記憶した許容応力値を読みだし、評価し
た応力値と許容応力値を比較して機器またはプラントの
健全性を評価する。
【００４０】もし異常と判断した場合には、停止信号を
機器制御装置８またはプラント制御装置９に送り、機器
またはプラントを停止する。
【００４１】もし健全な場合には、システム制御装置１
０で一定時間経過後に応力評価装置５へ応力評価の指示
を与える。
【００４２】応力記憶装置１１では、その評価した応力
値と評価した時刻を記憶する。
【００４３】システム制御装置１０で、機器またはプラ
ントが稼働していることを確認し、評価を続けるか判断
する。
【００４４】機器またはプラントが停止している場合に
は、システム制御装置１０から劣化診断装置１２へ診断
開始信号を送る。
【００４５】劣化診断装置１２では、材質・履歴等記憶
装置１３から被検体の材質や履歴等を読み込み、材料の
劣化診断や分類を行う。
【００４６】図３は、図１のステップ１０２における被
検体表層部の応力評価方法の一例を示した図である。
【００４７】表面波を送受信するためのセンサ２を被検
体の無負荷部の位置に配置する（図３のステップ１２
０）。
【００４８】次に、被検体の表層部を伝播する表面波を
送信及び受信し、表面波の音速を測定し（ステップ１２
１）、表面波の伝播方向θと音速とを記憶する（ステッ
プ１２２）。
【００４９】表面波の伝播方向θを予め設定した角度θ
maxと比較し（ステップ１２３）、もし伝播方向θが設
定した角度θmaxより小さい場合には、表面波の伝播方
向を変更して（ステップ１２４）、再び表面波の音速を
測定する。
【００５０】もし、伝播方向θが設定した角度θmax よ
り大きい場合には、応力の評価と組織方向の評価の二つ
の流れに別れる。
【００５１】例えば図５に模式的に示すように圧延材の
表面波音速は、伝播方向が圧延方向となす角度θに対し
て変化する。
【００５２】図１６は、実際に高張力鋼を用いて表面波
の伝播方向を０〜３６０°変化させて得た音速変化の結
果である。ここで１８０°を１周期とした音速変化がみ
られる。
【００５３】そこで、ステップ１２５の組織方向の評価
では、この結果に基づいて表層部の組織方向を評価す
る。
【００５４】応力の評価方法は次の通りである。
【００５５】表面波を送受信するためのセンサ２を応力
評価すべき負荷部に移動し（ステップ１２６）、その位
置で表面波の音速を測定する（ステップ１２７）。
【００５６】前記無負荷部の音速と該負荷部の音速との
差を算出して記憶する（ステップ１２８）。
【００５７】次に、無負荷部の時と同様に、表面波の伝
播方向θを予め設定した角度θmaxと比較し（ステップ
１２９）、もし伝播方向θが設定した角度θmax より小
さい場合には、表面波の伝播方向を変更して（ステップ
１３０）、再び表面波の音速を測定する。
【００５８】もし、伝播方向θが設定した角度θmax よ
り大きい場合には、応力の大きさと方向とを評価するス
テップ１３１に進む。
【００５９】図６に、被検体に応力をかけたときの、表
面波の伝播方向が応力の方向となす角度θと表面波の音
速変化との関係を模式的に示した。
【００６０】図１７は、ステンレス鋼を一軸方向に引張
り、圧縮した場合の表面波音速変化の結果である。応力
方向に対して直角方向に超音波伝播させたほうが音速変
化が大きい。
【００６１】このように、応力による音速変化が伝播方
向θに依存して異なるため、伝播方向を変えて音速を測
定することで、応力の大きさと方向を評価することがで
きる。
【００６２】すなわち、図７に示すように各伝播方向に
ついて、負荷部の音速と無負荷部の音速との差を求め、
例えばこの音速差の最大値及び最大値となる角度θから
応力の大きさと方向が評価可能である。
【００６３】従って、ステップ１３１ではステップ１２
８で算出した音速差から応力の大きさと方向を評価す
る。
【００６４】図４は、図３の表層部の応力評価方法を実
施するための装置構成の一例を示した図である。
【００６５】初めに、制御装置２０からの切換信号によ
り、切換器２４で音速測定器２３と伝播時間・音速記憶
器２５とを接続する。走査駆動制御装置４からの駆動信
号に基づいて走査駆動装置３を動かし、表面波を送受信
するためのセンサ２を被検体１上の無負荷部の位置に設
置する。
【００６６】この表面波用のセンサ２として、例えば、
複数個の素子を円周上に配置したアレイ型センサを用
い、相対する２個の素子で超音波を送受信する。
【００６７】図１９では、１２個の素子を配置したセン
サ２を示した素子切換器２１３で、素子２０１を送受信
器２１の送信に、素子２０７を受信に接続する。
【００６８】この状態で、送受信器２１を介して超音波
を送受信し、受信した表面波信号を送受信器２１から伝
播時間測定器２２に送る。
【００６９】伝播時間測定器２２では、表面波が被検体
表層部を伝播した時間を測定し、その結果を音速測定器
２３に送る。
【００７０】音速測定器２３では、走査駆動制御装置４
から送られる超音波の伝播距離と該伝播時間との比から
表面波の音速を求める。該音速と駆動制御装置４から送
られる表面波伝播方向とを、伝播方向・音速記憶器２５
に記憶する。
【００７１】制御装置２０からの信号により、素子切換
器２１３で素子を切換え、表面波の伝播方向を変更し、
伝播方向θが設定角度θmax になるまで、上記手順を繰
り返す。
【００７２】伝播方向θが設定角度θmax より大きくな
ると、制御装置２０の評価開始信号により組織方向評価
器２６で記憶器２５に記憶した伝播方向と音速との関係
から、被検体表層部の組織方向を評価する。
【００７３】また、制御装置２０の切換信号により、切
換器２４は音速測定器２３と差分器２７とを接続する。
さらに、走査駆動制御装置４からの駆動信号により、走
査駆動装置３はセンサ２を被検体１の負荷部に移動す
る。
【００７４】無負荷部での手順と同様な手順で、音速測
定器２３で表面波の音速を測定する。
【００７５】差分器２７では、負荷部での音速と、記憶
器２５に記憶した無負荷部での音速との差を求め、該音
速差と伝播方向とを応力評価器２８に送る。
【００７６】応力評価器２８では、伝播方向と該音速差
とを記憶しておく。
【００７７】負荷部での表面波の伝播方向を変更して、
再び音速を測定し、音速差を求め記憶する。この一連の
操作を、伝播方向θが設定角度θmax より大きくなるま
で繰り返す。
【００７８】伝播方向θが設定角度θmax より大きくな
ると、制御装置２０からの評価開始信号により、応力評
価器２８で応力の大きさと方向の評価を行う。
【００７９】図８は、図１のステップ１０２における被
検体内部の平均応力評価方法の一例を示した図である。
【００８０】縦波または横波を送受信するためのセンサ
２を、肉厚が既知の被検体の無負荷部の位置に配置する
（図５のステップ１４０）。
【００８１】次に、被検体の縦波を被検体内部に送信し
被検体底面からの反射波を受信し、縦波の音速を測定す
る（ステップ１４１）。
【００８２】次に、センサ２を応力評価すべき、肉厚未
知の負荷部に移動し（ステップ142)、その位置で縦波を
送受信し、縦波が被検体内部を伝播した時間を測定する
（ステップ１４３）。
【００８３】この後、負荷部での肉厚の算出と内部平均
応力の評価とのふたつの流れに別れる。
【００８４】超音波の音速Ｖは、伝播距離と伝播時間と
の比であり、被検体底面からの反射波を用いる場合に
は、肉厚をＨ、伝播時間をｔとすると、式（数１）で求
められる。
【００８５】
【数１】 Ｖ＝２Ｈ／ｔ …（数１） 応力が作用している部分では、肉厚がΔＨ変化しさらに
音速自体も変化する。肉厚変化ΔＨによる伝播時間の変
化をΔｔ、応力変化による伝播時間の変化をｄｔとする
と、応力が作用している負荷部での音速Ｖ0は式（数
２）となる。
【００８６】
【数２】 Ｖ0＝２（Ｈ＋ΔＨ）／（ｔ＋Δｔ＋ｄｔ） …（数２） 一方、図１０に模式的に示すように、応力変化に対し、
縦波音速はほとんど変化しないが、横波音速は大きく変
化する。
【００８７】図１８は、ステンレス鋼を一軸方向に引張
り、圧縮した場合の縦波，横波の音速変化の結果であ
る。縦波音速はほとんど変化しない。
【００８８】従って、図１１に示すように、無負荷部及
び負荷部での縦波，横波音速をそれぞれＶL1，ＶL0，Ｖ
S1，ＶS0とすると、負荷部での音速は、式（数３)，(数
４）となる。
【００８９】
【数３】 ＶL0＝２（Ｈ＋ΔＨ）／（ｔL＋ΔｔL＋ｄｔL）＝２(Ｈ＋ΔＨ)／ＴL0＝ＶL1 …（数３) ただし、ｄｔL≒０，ＶL1＝２Ｈ／ｔL
【００９０】
【数４】 ＶS0＝２（Ｈ＋ΔＨ）／（ｔS＋ΔｔS＋ｄｔS）＝２（Ｈ＋ΔＨ）／ＴS0 …（数４) Δｔは肉厚変化（ΔＨ）による伝播時間変化分を表す。
【００９１】ｄｔは応力変化による伝播時間変化分を表
す。
【００９２】両式より、負荷部での縦波及び横波の伝播
時間をＴL0，ＴS0とすると、横波音速は式（数５）で求
められる。
【００９３】
【数５】 ＶS0＝（ＴL0／ＴS0）ＶL1 …（数５） ステップ１４１で測定した縦波音速ＶL1、ステップ１４
３で測定した負荷部での縦波伝播時間ＴL0を用いて式
（数３）より、負荷部での肉厚を評価できる（ステップ
１４４）。
【００９４】また、内部平均応力の評価の流れは次の通
りである。負荷部で横波の伝播時間ＴS0を測定し（ステ
ップ１４５）、ステップ１４１で測定した縦波音速Ｖ
L1、ステップ１４３で測定した負荷部での縦波伝播時間
ＴL0を用いて、式（５）より横波音速ＶS0を評価する
(ステップ１４６)。
【００９５】最後に、図１０に示すような、予め求めて
おいた横波音速と応力との関係に基づいて、該横波音速
ＶS0から内部平均応力を評価する（ステップ１４７）。
【００９６】図９は、図８の内部の平均応力評価方法を
実施するための装置構成の一例を示した図である。
【００９７】初めに、制御装置４０からの切換信号Ａに
より、切換器Ａ４３で伝播時間測定器４２と音速算出器
４４とを接続する。走査駆動制御装置４からの駆動信号
に基づいて走査駆動装置３を動かし、縦波を送受信する
ためのセンサ２を被検体１の無負荷部の位置に設置す
る。
【００９８】送受信器４１からの信号により縦波を送受
信し、受信した縦波信号を送受信器４１を介して伝播時
間測定器４２に送る。伝播時間測定器４２では、縦波が
被検体内部を伝播した時間を測定し、その結果を音速測
定器４４に送る。
【００９９】音速測定器４４では、無負荷部の肉厚記憶
器４５に記憶されている肉厚と該伝播時間とから縦波の
音速を求める。
【０１００】該音速を無負荷部の縦波音速記憶器４６に
記憶する。次に、制御装置４０からの切換信号Ａ及びＢ
により、切換器Ａ４３及びＢ４７を切り換えて、伝播時
間測定器４２と負荷部の肉厚算出器４９，負荷部の縦波
伝播時間記憶器４８とを接続する。
【０１０１】さらに、走査駆動制御装置４からの駆動信
号により、走査駆動装置３はセンサ２を被検体１の負荷
部に移動する。
【０１０２】無負荷部での手順と同様な手順で、伝播時
間測定器４２で縦波の伝播時間を測定する。
【０１０３】該負荷部での伝播時間を負荷部の縦波伝播
時間記憶器４８に記憶する。
【０１０４】また、負荷部の肉厚算出器４９では、負荷
部での伝播時間と、無負荷部の縦波音速記憶器４６に記
憶した無負荷部での縦波音速とから負荷部の肉厚を算出
する。
【０１０５】制御装置４０からの切換信号Ｂにより、切
換器Ｂ４７を切り換えて、伝播時間測定器４２と負荷部
の横波音速算出器５０とを接続する。
【０１０６】送受信器４１からの信号によりセンサ２で
横波を送受信し、受信した横波信号を送受信器４１を介
して伝播時間測定器４２に送る。
【０１０７】伝播時間測定器４２では、横波が被検体内
部を伝播した時間を測定し、その結果を負荷部の横波音
速測定器５０に送る。
【０１０８】負荷部の横波音速測定器５０では、該横波
伝播時間と負荷部の縦波伝播時間記憶器４８に記憶した
縦波伝播時間と無負荷部の縦波音速記憶器４６に記憶し
た縦波音速とを用いて、負荷部での横波音速を算出し、
該横波音速を内部平均応力評価器５１に送る。
【０１０９】内部平均応力評価器５１では、予め求めて
おいた横波音速と応力との関係に基づいて、前記横波音
速から内部平均応力を評価する。
【０１１０】図１２は、図１のステップ１０３における
被検体の内部応力分布の評価方法の一例を示した図であ
る。
【０１１１】予め破壊試験のひずみゲージ法等により、
溶接部近傍の負荷部における肉厚方向の応力分布を求め
ておき、該応力分布を第１次近似の内部応力分布と仮定
する（ステップ１５０）。
【０１１２】次に、図３に示した方法により、被検体の
表層部応力σs を評価し（ステップ１５１）、図８に示
した方法により、被検体内部の平均応力σm を評価する
（ステップ１５２）。
【０１１３】第１次近似の内部応力分布の表面応力値を
前記表層部応力σs として応力分布上の各点の応力値を
求める（ステップ１５３）。
【０１１４】肉厚方向をｙ軸とすると、該応力分布の肉
厚方向の平均応力σm0を式（数６）で求める（ステップ
１５４）。
【０１１５】
【数６】
【０１１６】ここで、（Ｈ＋ΔＨ）は負荷部での肉厚で
ある。最後に、応力分布上の各点ｉでの応力値σiを式
（数７）により補正して内部応力分布（σi′）を求め
る（ステップ１５５)。
【０１１７】
【数７】 σi′＝σi・（σm／σm0） …（数７） 図１３は、図１２の内部の応力分布評価方法を実施する
ための装置構成の一例を示した図である。
【０１１８】初めに、制御装置６０からの切換信号によ
り、切換器６２で送受信器６１と表層部応力評価器６３
とを接続する。
【０１１９】走査駆動制御装置４からの駆動信号に基づ
いて走査駆動装置３を介して、表面波を送受信するため
のセンサ２を被検体１上で走査する。
【０１２０】送受信器６１からの信号により表面波を送
受信し、受信した表面波信号を送受信器６１を介して表
層部応力評価器６３に送る。
【０１２１】表層部応力評価器６３では、表面波の音速
から被検体表層部の応力を評価し、その結果を補正器６
４に送る。
【０１２２】補正器６４では、応力分布仮定器６５で仮
定した応力分布の表面応力値を、表層部応力評価器６３
で評価した表層部の応力として、応力分布上の各点の応
力値を求め、応力分布を補正する。
【０１２３】該補正した応力分布の肉厚方向の平均応力
は、平均応力算出器６６において式（数６）から求めら
れる。
【０１２４】次に、制御装置６０から切換信号により、
切換器６２で送受信器６１と内部平均応力評価器６７と
を接続する。
【０１２５】走査駆動制御装置４からの駆動信号によ
り、走査駆動装置３を介してセンサ２を走査し、縦波及
び横波を送受信する。
【０１２６】この縦波及び横波の受信信号に基づいて、
内部平均応力評価器６７で被検体の肉厚方向の平均応力
を評価する。
【０１２７】応力分布評価器６８では、平均応力算出器
６６で算出した平均応力σm0と内部平均応力評価器６７
で評価した平均応力σm とを用いて式（数７）から各点
の応力値を求め、内部応力分布を評価する。
【０１２８】図１４は、本発明による応力評価方法を用
いた溶接工程管理方法の一例を示す図である。
【０１２９】予め設定した溶接条件（ステップ１６０）
に基づいて、鋼材等を溶接する（ステップ１６１）。
【０１３０】溶接部組織の改善や応力除去等のために、
溶接した鋼材を、予め設定した熱処理条件（ステップ１
６２）に基づいて熱処理する（ステップ１６３）。
【０１３１】熱処理終了後、超音波を送受信するための
センサを目的の位置に配置し（ステップ１６４）、超音
波を送受信する（ステップ１６５）。
【０１３２】次に、超音波の音速から被検体の表層部及
び内部平均応力を評価し（ステップ１６６）、該表層
部，内部平均応力値を用いて、予め仮定した内部応力分
布を補正して内部応力分布を評価する（ステップ１６
７）。
【０１３３】材料の強度や設計余裕度等から予め決めて
記憶しておいた許容応力値を読み込む（ステップ１６
８）。
【０１３４】前記応力の評価値が該許容応力値と比較し
（ステップ１６９）、もし評価値が小さい場合には溶接
及び熱処理が十分であり、溶接部及び被溶接材が健全で
あると判断して終了する。
【０１３５】しかし評価値が許容応力値より大きい場合
には、溶接不良と判断し、溶接部を加工し（ステップ１
７０）次のステップに移る。
【０１３６】溶接不良の回数をカウントし（ステップ１
７１）、不良回数が予め設定した回数と比較する（ステ
ップ１７２）。
【０１３７】もし不良回数が設定回数より小さい場合に
は、同一箇所を同一条件で再び溶接する。
【０１３８】もし不良回数が設定回数より大きい場合に
は、溶接条件及び熱処理条件を変更し（ステップ１７
３）同一箇所を再び溶接する。
【０１３９】以後、変更した条件で溶接及び熱処理を行
う。
【０１４０】ここでは、溶接条件及び熱処理条件を同時
に変更したが、溶接条件だけまたは熱処理条件だけ変更
しても良い。
【０１４１】図１５は、図１４の溶接工程管理方法を実
施するための装置構成の一例を示した図である。１は発
電プラント等に用いられている配管等であり被検体であ
る。溶接制御装置８０に設定した溶接条件に基づいて、
配管の材料を溶接装置８１で溶接する。
【０１４２】次に、溶接を終了した被検体１を熱処理装
置８３に移動し、熱処理制御装置８２に設定した条件に
より熱処理する。
【０１４３】続いて、走査駆動制御装置４からの駆動信
号に基づいて走査駆動装置３を動かし、超音波を送受信
するためのセンサ２を被検体１の目的の位置に設置す
る。
【０１４４】応力評価装置５からの信号により超音波を
送受信し、受信した超音波信号から被検体１の表層部応
力，内部平均応力及び応力分布を応力評価装置５で評価
する。
【０１４５】評価した応力値を溶接部診断装置８４に送
る。
【０１４６】溶接部診断装置８４では、許容値記憶装置
８５に記憶した許容応力値を読み出し、評価した応力値
と許容応力値を比較して被検体溶接部の健全性を評価す
る。もし、溶接部及び被溶接材が健全であると判断した
場合には溶接工程を終了する。
【０１４７】しかし、もし溶接不良と判断した場合に
は、溶接部加工装置８６で溶接部を加工し、再溶接可能
な状態にする。
【０１４８】また溶接部診断装置８４では、溶接不良の
回数をカウントし、不良回数と許容値記憶装置８５に記
憶した許容回数とを比較する。
【０１４９】不良回数が許容回数より小さい場合には、
同じ溶接及び熱処理条件のもとで再溶接する。
【０１５０】一方不良回数が大きい場合には、溶接及び
熱処理条件を変更して溶接する。
【０１５１】システム制御装置８７で被検体１の搬送や
各装置の動作タイミング等を制御する。
【０１５２】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、被検体表層部
の組織による影響を極力少なくして、表層部の応力評価
の精度を向上できる効果が得られる。
【０１５３】請求項２の発明によれば、縦波を用いるこ
とにより作用している応力の影響が少なく被検体の肉厚
を評価することが出来るので、肉厚が未知の被検体につ
いて精度よく平均応力の評価が達成できるという効果が
得られる。
【０１５４】請求項３の発明によれば、精度の高い応力
評価により、被検体の肉厚方向の応力分布を精度良く評
価できる。
【０１５５】請求項４の発明によれば、精度の高い応力
評価結果を許容応力と比較して機器またはプラントの診
断を行うから、その診断の信頼性が向上する効果が得ら
れる。
【０１５６】請求項５の発明によれば、請求項４の発明
による効果に加えて、応力評価を時系列的に蓄積して被
検体の材料劣化形態を知り得るから、機器またはプラン
トの診断の信頼性がより一層向上する効果が得られる。
【０１５７】請求項６の発明によれば、精度の高い応力
評価により溶接部及び溶接を施した部材の信頼性を向上
できるという効果が得られる。
【０１５８】請求項７の発明によれば、請求項６の発明
による効果に加えて、当初の溶接や熱処理の条件は最良
の溶接及び熱処理結果を得られるようにセットされるこ
とが通常であって、このような場合には、再度の溶接や
熱処理の条件を当初と同一にして最良の溶接及び熱処理
条件にて施工出来ないか再トライして、出来るだけ最良
の溶接や熱処理条件で施工するようにし、もって溶接部
及び溶接を施した部材の信頼性をより一層向上できると
いう効果が得られる。
【０１５９】請求項８の発明によれば、請求項７による
発明の効果に加えて、当初の溶接及び熱処理条件で不良
である場合には当初の溶接及び熱処理条件を変更して良
質な溶接部及び溶接を施した部材を提供できる。
【０１６０】請求項９の発明によれば、当初の溶接及び
熱処理条件で不良である場合には当初の溶接及び熱処理
条件を変更して良質な溶接部及び溶接を施した部材を提
供できる。
【０１６１】請求項１０の発明によれば、請求項１と同
じ効果を達成できる装置が提供できる。
【０１６２】請求項１１の発明によれば、請求項２と同
じ効果を達成できる装置が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるプラント診断方法のフ
ローチャート図である。
【図２】図１のプラント診断方法を実施するための装置
構成の系統図である。
【図３】図１における被検体表層部の応力評価方法のフ
ローチャート図である。
【図４】図３の表層部の応力評価方法を実施するための
装置構成の系統図である。
【図５】表面波の伝播方向が金属組織の方向となす角度
と表面波の音速変化との関係を示す模式図である。
【図６】応力と表面波の音速変化との関係を示す模式図
である。
【図７】表面波の伝播方向と負荷部及び無負荷部の音速
差との関係を示す模式図である。
【図８】本発明の実施例による被検体内部の平均応力評
価方法のフローチャート図である。
【図９】図８の内部の平均応力評価方法を実施するため
の装置構成の系統図である。
【図１０】応力と縦波及び横波の音速変化との関係を示
す模式図である。
【図１１】負荷部，無負荷部での縦波及び横波の音速を
説明する概念図である。
【図１２】図１における被検体内部の応力分布評価方法
のフローチャート図である。
【図１３】図１２の内部の応力分布評価方法を実施する
ための装置構成の系統図である。
【図１４】本発明の他の実施例による溶接工程管理方法
のフローチャート図である。
【図１５】図１５の溶接工程管理方法を実施するための
装置構成の系統図である。
【図１６】高張力鋼に対する表面波の伝播方向と音速変
化との結果を示す説明図である。
【図１７】ステンレス鋼に対する応力と表面波の音速変
化との結果を示す説明図である。
【図１８】ステンレス鋼に対する応力と縦波及び横波の
音速変化との結果を示す説明図である。
【図１９】図３の実施例で採用できる表面波用アレイ型
センサの平面図。
【図２０】図１９のセンサの縦断面図。
【符号の説明】
１…被検体、２…センサ、３…走査駆動装置、４…走査
駆動制御装置、５…応力評価装置、６…プラント診断装
置、７…許容応力値記憶装置、８…機器制御装置、９…
プラント制御装置、１０…システム制御装置、１１…応
力記憶装置、１２…劣化診断装置、１３…材質・履歴等
記憶装置、２０…制御装置、２１…送受信器、２２…伝
播時間測定器、２３…音速測定器、２４…切換器、２５
…伝播時間・音速記憶器、２６…組織方向評価器、２７
…差分器、２８…応力評価器、４０…制御器、４１…送
受信器、４２…伝播時間測定器、４３…切換器Ａ、４４
…音速測定器、４５…無負荷部の板厚記憶器、４６…無
負荷部の縦波音速記憶器、４７…切換器Ｂ、４８…負荷
部の縦波伝播時間記憶器、４９…負荷部の板厚算出器、
５０…負荷部の横波音速算出器、５１…内部平均応力評
価器、６０…制御装置、６１…送受信器、６２…切換
器、６３…表層部応力評価器、６４…補正器、６５…応
力分布仮定器、６６…平均応力算出器、６７…内部平均
応力評価器、６８…応力分布評価器、８０…溶接制御装
置、８１…溶接装置、８２…熱処理制御装置、８３…熱
処理装置、８４…溶接部診断装置、８５…許容値記憶装
置、８６…溶接部加工装置、８７…システム制御装置。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武捨 義則 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 神本 修司 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 内藤 紳司 茨城県日立市大みか町七丁目２番１号 株 式会社日立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 佐々木 典 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被検体に作用する応力の評価を前記被検体
    を伝播する音波の音速変化から求める方法において、被
    検体の無負荷部位と負荷部位とで、前記被検体の表層部
    を伝播する表面音波の伝播方向を変化させて前記表面音
    波の音速を測定し、前記被検体の無負荷部位と負荷部位
    との両部位での前記表面音波の音速の差から前記被検体
    の負荷部位の応力を評価することを特徴とした応力評価
    方法。
  2. 【請求項２】被検体の負荷部で肉厚方向に縦波音波及び
    横波音波を伝播させ、前記肉厚方向の前記被検体底面か
    らの反射音波を受信して前記被検体の縦波音波及び横波
    音波の各伝播時間を求め、肉厚と伝播時間との比で求め
    た無負荷部での縦波音速を用いて前記負荷部での肉厚を
    評価し、前記評価した肉厚と前記負荷部での横波伝播時
    間とから横波音速を評価し、予め求めておいた横波音速
    と応力との関係に基づいて、前記評価した横波音速から
    前記負荷部の内部に作用する前記肉厚方向の平均応力の
    大きさを評価する応力評価方法。
  3. 【請求項３】予め仮定した被検体の肉厚方向の応力分布
    の内、被検体の表面応力を請求項１で評価した表層部の
    応力値とし、同じく肉厚方向の応力分布の平均応力を請
    求項２で評価した内部平均応力値となるように、仮定し
    た被検体の肉厚方向の応力分布を補正して、前記被検体
    の肉厚方向の応力分布を確定する応力評価方法。
  4. 【請求項４】請求項１ないし３の応力評価方法により被
    検体の応力を評価し、前記評価した応力の値と予め設定
    した許容応力の値を比較する被検体の診断方法。
  5. 【請求項５】請求項４において、評価した応力の値が予
    め設定した許容応力の値より小さい場合には再び応力を
    評価することを繰返し、前記評価した応力の値の時間変
    化から被検体の材料劣化の形態を分類することを特徴と
    した被検体の診断方法。
  6. 【請求項６】当初の溶接及び熱処理を施した被検体の残
    留応力を請求項１ないし３の応力評価方法により評価
    し、前記評価した残留応力が予め設定した許容応力値よ
    り大きい場合には、再度の溶接及び熱処理を施す溶接工
    程管理方法。
  7. 【請求項７】請求項６において、再度の溶接及び熱処理
    の条件を当初の溶接及び熱処理の条件と同じとしたこと
    を特徴とした溶接工程管理方法。
  8. 【請求項８】請求項７において、再度の溶接及び熱処理
    を施した被検体の残留応力を請求項１ないし３の応力評
    価方法により再度評価し、前記再度評価した残留応力が
    前記予め設定した許容応力値より大きい場合には、前記
    再評価以後に溶接及び熱処理条件を当初の溶接及び熱処
    理条件と異なる条件に変更して溶接及び熱処理を前記被
    検体に施して前記評価を繰り返して行うことを特徴とし
    た溶接工程管理方法。
  9. 【請求項９】請求項６において、再度の溶接及び熱処理
    の条件を当初の溶接及び熱処理の条件と異なるように変
    更することを特徴とした溶接工程管理方法。
  10. 【請求項１０】被検体への音波伝播手段と、前記被検体
    を伝播してきた音波の受信手段と、前記受信手段による
    受信信号に基づき前記被検体の応力の評価を前記被検体
    を伝播する音波の音速変化から求める装置において、前
    記被検体の無負荷部位と負荷部位とで、前記被検体の表
    層部を伝播する表面音波の伝播方向を変化させる音波伝
    播方向可変手段と、前記各表面音波の音速の測定手段
    と、前記被検体の無負荷部位と負荷部位との両部位での
    前記各表面音波の音速の差から前記被検体の負荷部位の
    応力の評価手段とを備えたことを特徴とした応力評価装
    置。
  11. 【請求項１１】被検体の負荷部で肉厚の方向に縦波音波
    及び横波音波を伝播させる前記被検体への音波伝播手段
    と、その伝播音波の受信手段と、前記肉厚方向の前記被
    検体底面からの反射音波を受信して前記被検体の縦波音
    波及び横波音波の各伝播時間を求める伝播時間の測定手
    段と、前記肉厚と伝播時間との比で無負荷部での縦波音
    速を求める縦波音速演算手段と、前記縦波音速演算手段
    による前記縦波音速を用いて前記負荷部での肉厚を求め
    る肉厚演算手段と、前記肉厚演算手段による肉厚と前記
    測定手段による前記負荷部での横波伝播時間とから伝播
    した横波音速を求める横波音速演算手段と、予め求めて
    おいた横波音速と応力との関係に基づいて、前記横波音
    速演算手段による横波音速から前記負荷部の内部に作用
    する前記肉厚方向の平均応力の大きさを演算する評価手
    段とを備えた応力評価装置。
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