(57)【要約】【課題】実溶接ＨＡＺをより正確に再現したＨＡＺ再現材を作製することができ、当該ＨＡＺ再現材を用いた試験の精度を向上させることのできるＨＡＺ再現装置及びＨＡＺ再現方法を提供すること。【解決手段】母材１の両端を拘束ジグ１２ａ、１２ｂで拘束し母材１に変位が生じないよう荷重を調整しながら、高周波誘導加熱装置１４により予め定められた熱履歴で熱処理を行うことで、ＨＡＺ再現材を作製する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＡＺの再現材を作製するＨＡＺ再現装置であって、
前記再現材となる母材の両端を拘束する拘束手段と、
前記拘束手段により前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理する熱処理手段と、
を備えたことを特徴とするＨＡＺ再現装置。
【請求項２】
前記拘束手段は、前記熱処理手段による熱処理により前記母材が変位しないように当該母材の膨張及び収縮に応じた荷重を付与するものであることを特徴とする請求項１記載のＨＡＺ再現装置。
【請求項３】
ＨＡＺの再現材を作製するＨＡＺ再現方法であって、
前記再現材となる母材の両端を拘束する工程と、
前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理を行う工程と、
を備えたことを特徴とするＨＡＺ再現方法。
【請求項４】
前記母材の両端を拘束する工程では、前記熱処理により前記母材が変位しないように当該母材の膨張及び収縮に応じた荷重を付与することを特徴とする請求項３記載のＨＡＺ再現方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部の試験に用いられる試験片において、熱影響部（Heat-Affected Zone、以下略してＨＡＺともいう）を再現するＨＡＺ再現装置及びＨＡＺ再現方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接部を有する構造物において、溶接部、特に溶接金属周囲のＨＡＺの品質を確認する場合、現実の溶接構造物（実溶接継手）のＨＡＺの一部を試験片として採取して材料特性評価試験を行う手法がある。しかし、多くの場合ＨＡＺの範囲は非常に狭小であり、また溶接熱による最高到達温度が溶接金属から離れるにつれて徐々に低下するため、ＨＡＺ組織も連続的に変化しており、実施工・実機で問題となるＨＡＺ組織を評価するための試験片を実溶接継手から適切に採取するのは困難である。
【０００３】
そこで、実溶接継手のＨＡＺ（以下、実溶接ＨＡＺという）における熱履歴を計測しておき、それと同じ熱履歴で試験片となる母材を加熱することでＨＡＺ再現材を作製し、当該ＨＡＺ再現材を試験に用いる方法がある。
ＨＡＺ再現材は種々の材料特性評価試験片として用いられており、例えば、主に発電プラントや化学プラント等を対象としたクリープ試験にも用いられている。クリープ強度にはＨＡＺの品質が影響することが分かっており、クリープ試験では、ＨＡＺ再現材に一定の温度環境で一定の荷重をかけて時間の経過とともに生じる変形量や損傷を計測する（特許文献１参照）。また、さらに変形が進行し破断するまでの寿命を計測するクリープ破断試験等もある（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−６４３２６号公報
【特許文献２】特開平１１−２１１６３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＨＡＺ再現材の作製では、単に母材を高周波誘導加熱又はその他の方法により、実溶接の条件に合わせて、昇温温度、最高到達温度、冷却速度といった熱履歴に沿った熱処理のみを行っていた。
しかしながら、実溶接では溶接金属が母材に挟まれる形で拘束されながら熱処理がされている。このような拘束状態では材料は熱膨張又は熱収縮によるひずみを受け、ひずみ誘起の組織変化が生じているはずであるが、従来の方法ではこのような点を考慮されていなかった。上記特許文献１及び特許文献２においても、クリープ試験の段階においては試験片を拘束して熱処理を行っているが、ＨＡＺ再現材の作製については詳しく記載されていない。
【０００６】
したがって、ひずみ誘起の組織変化を考慮せずに作製されたＨＡＺ再現材は、実溶接ＨＡＺを正確に再現できておらず、試験の精度低下の要因となるおそれがあった。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、実溶接ＨＡＺをより正確に再現したＨＡＺ再現材を作製することができ、当該ＨＡＺ再現材を用いた試験の精度を向上させることのできるＨＡＺ再現装置及びＨＡＺ再現方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記した目的を達成するために、請求項１のＨＡＺ再現装置では、ＨＡＺの再現材を作製するＨＡＺ再現装置であって、前記再現材となる母材の両端を拘束する拘束手段と、前記拘束手段により前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理する熱処理手段と、を備えたことを特徴としている。
請求項２のＨＡＺ再現装置では、請求項１において、前記拘束手段は、前記熱処理手段による熱処理により前記母材が変位しないように当該母材の膨張及び収縮に応じた荷重を付与するものであることを特徴としている。
【０００８】
請求項３のＨＡＺ再現方法では、ＨＡＺの再現材を作製するＨＡＺ再現方法であって、前記再現材となる母材の両端を拘束する工程と、前記母材が拘束された状態で、当該母材を予め定められた熱履歴に沿って熱処理を行う工程と、を備えたことを特徴としている。
請求項４のＨＡＺ再現方法では、請求項３において、前記母材の両端を拘束する工程では、前記熱処理により前記母材が変位しないように当該母材の膨張及び収縮に応じた荷重を付与することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
上記手段を用いる本発明によれば、母材の両端を拘束した状態で熱履歴に沿った熱処理を行うことでＨＡＺの再現材を作製する。
このように母材を拘束することで実溶接継手における溶接に近い状態となり、当該拘束状態で熱履歴に沿った熱処理を行うことで、拘束していない状態で作製されたＨＡＺ再現材よりも実溶接ＨＡＺに近い結晶分布を持つＨＡＺ再現材を作製することができる。そして、このような再現性の高いＨＡＺ再現材を試験片として試験を行えば、試験の精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係るＨＡＺ再現装置で用いる母材の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るＨＡＺ再現装置の概略構成図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るＨＡＺ再現装置により実行する熱処理の条件である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＨＡＺ再現装置による母材に対する拘束ジグの荷重変化を示した関係図である。
【図５】実溶接ＨＡＺ（ａ）、母材を拘束して作製したＨＡＺ再現材（ｂ）の結晶粒分布図である。
【図６】実溶接ＨＡＺと母材を拘束して作製したＨＡＺ再現材のそれぞれの結晶方位を示す関係図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１には本発明の一実施形態に係るＨＡＺ再現装置で用いる母材の構成図が、図２には当該ＨＡＺ再現装置の概略構成図がそれぞれ示されており、以下これらの図に基づきＨＡＺ再現装置の構成について説明する。
試験評価対象（試験片）となる母材１は、実溶接の対象と同等の材料（例えば、９Ｃｒ−１Ｍｏ鋼）からなり、ＨＡＺ再現後の評価試験に適した形状に加工されている。例えば本実施形態では図１に示すように、母材１は、ひずみを均一に入れるために丸棒形状をなしている。また、母材１の両端にはそれぞれ拘束用のネジ溝が形成されている。
【００１２】
次に図２に示すように、ＨＡＺ再現装置１０は、母材１の両端を拘束する一対の拘束ジグ１２ａ、１２ｂ（拘束手段）を備えている。当該拘束ジグ１２ａ、１２ｂは前記母材１の両端のネジ溝と螺合することで母材１を拘束する。そして、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは、図示しないアクチュエータと接続されており、母材１に対し引っ張り方向及び圧縮方向に荷重を付与することが可能である。
【００１３】
また、ＨＡＺ再現装置１０は、母材１を加熱する高周波誘導加熱装置１４（以下、単に加熱装置という）（熱処理手段）を備えており、当該加熱装置１４のコイル１４ａが母材１の中央外周を覆うように配置される。当該加熱装置１４は、予め昇温速度、最高到達温度、冷却速度等からなる熱履歴が設定されており、当該熱履歴に沿った熱処理を母材１に対して行うことが可能である。
【００１４】
さらに、本実施形態におけるＨＡＺ再現装置１０は雰囲気制御チャンバ１６（以下、単にチャンバという）を備えており、当該チャンバ１６内に母材１、拘束ジグ１２ａ、１２ｂ、加熱装置１４のコイル１４ａが配設されている。当該チャンバ１６は、酸化防止のため、内部を真空状態としたり、例えばアルゴン（Ａｒ）ガスのような不活性ガス雰囲気としたりすることが可能である。また、チャンバ１６は、アルゴンガスを内部に噴射することで加熱された母材１を急速冷却することも可能であり、熱処理手段として用いることもできる。
【００１５】
以下、このように構成されたＨＡＺ再現装置１０を用いたＨＡＺ再現方法について説明する。
ＨＡＺ再現装置１０は、母材１を加熱装置１４のコイル１４ａ内に通して、両端を拘束ジグ１２ａ、１２ｂにより拘束する。そして、チャンバ１６内を真空又はアルゴンガス雰囲気として、加熱装置１４により予め定められた熱履歴に沿った熱処理を行う。
【００１６】
ここで図３を参照すると、本実施形態における熱処理条件が示されている。同図に示すように、本実施形態では、一定の昇温速度で加熱し、最高到達温度にて所定時間維持した後、自然冷却を行っている。
ＨＡＺ再現装置１０は、このような熱処理を行うと同時に、当該熱処理により母材１が変位しないよう、母材１の膨張及び縮小に応じて拘束ジグ１２ａ、１２ｂの荷重を変化させている。
【００１７】
ここで図４を参照すると、母材１に対する拘束ジグ１２ａ、１２ｂの荷重変化の様子が示されている。母材１は温度が上昇するのに従い膨張することから、これに対し拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ａ）で示すように母材１の膨張に応じて圧縮方向への荷重を大きくすることで膨張による変位を抑えている。そして、母材１の温度が比較的高温になると母材１の膨張が収まっていくことから、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｂ）で示すように圧縮方向への荷重を減少させている。
【００１８】
次に母材１が冷却されていくと、母材１は徐々に収縮していくことから、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｃ）で示すように引っ張り方向の荷重を大きくすることで収縮による変位を抑えている。そして、母材１の温度が比較的低温になるとマルテンサイト変態に伴い材料が膨張することから、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｄ）で示すように引っ張り方向への荷重を減少させている。さらに母材１の温度が低温になると母材１は再び収縮し、これに応じ拘束ジグ１２ａ、１２ｂは図４の矢印（ｅ）で示すように引っ張り方向の荷重を大きくして変位を抑えている。
【００１９】
このようにして、拘束ジグ１２ａ、１２ｂは母材１の変位を０に維持している。
次に図５を参照すると、実溶接ＨＡＺ（ａ）、本実施形態にように母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材（ｂ）のそれぞれの結晶粒分布図が示されている。
同図に示すように、図５（ｂ）で示されている母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材の結晶粒の分布は、図５（ａ）で示されている実溶接ＨＡＺの結晶粒の分布に近似している。つまり、母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材の方が、再現性が高いということが分かる。
【００２０】
さらに、図６を参照すると、実溶接ＨＡＺと本実施形態にように母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材のそれぞれの結晶方位を示す関係図が示されている。
同図に示すように、実溶接ＨＡＺと拘束して作製したＨＡＺ再現材の各方位回転角における割合はそれぞれほぼ同様の割合となっている。このことからも、本実施形態のように母材１を拘束して作製したＨＡＺ再現材は、実溶接ＨＡＺに近く再現性が高いものであることが分かる。
【００２１】
このように母材１を拘束することで実溶接継手における溶接に近い状態となり、当該拘束状態で熱履歴に沿った熱処理を行うことで、拘束していない状態で作製されたＨＡＺ再現材よりも実溶接ＨＡＺに近い結晶分布を持つＨＡＺ再現材を作製することができる。そして、このような再現性の高いＨＡＺ再現材を試験片としてクリープ試験等の材料特性評価試験を行えば、試験の精度を向上させることができる。
【００２２】
以上で本発明に係るＨＡＺ再現装置及びＨＡＺ再現方法の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
上記実施形態では、母材１を丸棒形状としたが、母材の形状はこれに限られるものではなく、例えば平板状等、試験片として適した形状であれば他の形状であっても構わない。
また上記実施形態では、母材１を加熱する手段として高周波誘導装置を用いているが、母材を加熱する手段はこれに限られるものではなく、その他の加熱装置及び加熱方法を用いても構わない。
【００２３】
また、上記実施形態では、ＨＡＺ再現装置１０は、熱処理を行うと同時に、当該熱処理により母材１が変位しないよう、母材１の膨張及び縮小に応じて拘束ジグ１２ａ、１２ｂの荷重を変化させているが、当該ＨＡＺ再現装置は熱処理中に予め定めた所定のひずみを与えるように荷重を変化させるものとしても構わない。
【符号の説明】
【００２４】
１  母材
１０  ＨＡＺ再現装置
１２ａ、１２ｂ  拘束ジグ（拘束手段）
１４  高周波誘導加熱装置（熱処理手段）
１４ａ  コイル
１６  雰囲気制御チェンバ（熱処理手段）
【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６】
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【図５】
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