説明

試験体及び試験体の製造方法

【課題】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。
【解決手段】試験体は、第1溶接金属3と、第1溶接金属3に結合された第2溶接金属4とを具備する。第2溶接金属4に第1き裂6’が設けられている。第1き裂6’の深さ方向の先端は、第1溶接金属3と第2溶接金属4の第1境界領域3aに位置する。第1溶接金属3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。第2溶接金属4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2溶接金属4の割れ感受性が第1溶接金属の割れ感受性よりも高いため、第1き裂6’の深さ方向の先端位置が、第1境界領域3aに制御される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接部に欠陥を付与する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
【特許文献1】特開平9−137229号公報
【特許文献2】特開平11−173958号公報
【特許文献3】特開2002−333397号公報
【特許文献4】再表03/091709号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
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。
【課題を解決するための手段】
【0010】
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。
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【0015】
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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【発明の効果】
【0023】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
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。
【0025】
(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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
(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。
【0033】
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。
【0034】
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。
【0035】
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。
【0036】
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。
【0037】
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。
【0038】
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。
【0039】
(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。
【0040】
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。
【0041】
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。
【0042】
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。
【0043】
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。
【0044】
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。
【0045】
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。
【0046】
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。
【0047】
(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。
【0048】
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。
【0049】
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。
【0050】
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。
【0051】
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。
【0052】
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。
【0053】
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。
【0054】
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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
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。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
次にステップS12において、配管試験体が完成する。
【0063】
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。
【0064】
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。
【図面の簡単な説明】
【0065】
【図1】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】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】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】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】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】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】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】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】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】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】
【0066】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2008−304212(P2008−304212A)
【公開日】平成20年12月18日(2008.12.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−149266(P2007−149266)
【出願日】平成19年6月5日(2007.6.5)
【出願人】(000006208)三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】(594141495)株式会社神戸工業試験場 (9)
【Fターム(参考)】