(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の端部をソケットの凹部に当接させた状態で隅肉溶接した溶接部に生じるき裂を、電位差法を用いて検査する配管溶接部のき裂検査方法であって、
前記溶接部に異なる既知の余盛をもたせた非検査対象のき裂深さと、前記非検査対象の配管の長手方向に沿った一対の端子を前記溶接部と前記ソケットとの境界部分を跨ぎ、かつ、前記一対の端子の中間位置を前記境界部分よりも前記溶接部側の所定位置に配置された一対の端子間の電位差との関係を余盛が異なる溶接部ごとに複数求めておく第１測定ステップと、
余盛が未知の検査対象における現在のき裂深さを超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって求める第２測定ステップと、
前記第２測定ステップで求めた前記現在のき裂深さと前記検査対象の前記所定位置に配置された一対の端子によって測定された現在の電位差との交点を通る特性曲線を、前記第１測定ステップの関係をもとに内挿法あるいは外挿法によって求める特性曲線算定ステップと、
前記検査対象の前記所定位置に配置された一対の端子によって電位差をさらに求め、前記特性曲線をもとに該電位差に対応するき裂深さを演算出力するき裂深さ演算ステップと、
を含むことを特徴とする配管溶接部のき裂検査方法。
【請求項２】
配管の端部をソケットの凹部に当接させた状態で隅肉溶接した溶接部に生じるき裂を、電位差法を用いて検査する配管溶接部のき裂検査装置であって、
前記配管の長手方向に沿った一対の端子を前記溶接部と前記ソケットとの境界部分を跨ぎ、かつ、前記一対の端子の中間位置を前記境界部分よりも前記溶接部側の所定位置に配置して電位差を測定する測定部と、
前記溶接部に異なる既知の余盛をもたせた非検査対象のき裂深さと、該非検査対象に対して前記所定位置に配置された一対の端子間の電位差との関係を余盛が異なる溶接部ごとに複数求め、さらに余盛が未知の検査対象における現在のき裂深さを超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって求め、前記現在のき裂深さと前記検査対象の前記所定位置に配置された一対の端子によって測定された現在の電位差との交点を通る特性曲線を、前記関係をもとに内挿法あるいは外挿法によって求め、該特性曲線を記憶する記憶部と、
前記検査対象の前記所定位置に配置された一対の端子によって電位差をさらに求め、前記特性曲線をもとに該電位差に対応するき裂深さを演算出力するき裂深さ演算部と、
を備えたことを特徴とする配管溶接部のき裂検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ソケットと配管との溶接部などの配管溶接部に生じるき裂を、電位差法を用いて検査する配管溶接部のき裂検査方法および配管溶接部のき裂検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配管の接続には、ネジや溶接などが用いられている。この溶接の継手にはソケットなどが用いられ、このソケットに配管を内挿し、隅肉溶接が行われる。特に、油圧配管などの圧力の高い配管の接続には、このソケットを用いた隅肉溶接が行われる。このソケットは、円形ないし方形であり、配管の外径に合わせた窪みが付けられている。この溶接部では、圧力変化や配管自体の振動によって、未溶着部を起点として疲労によるき裂が進展する場合がある。近年の各種プラントでは、設備の老朽化が進んでおり、溶接部における経年変化に伴うき裂検出と管理とが重要である。このような溶接部のき裂を検査するものとして超音波探傷法やＸ線探傷法などが提案されている（特許文献１，２参照）。
【０００３】
特許文献１は、ソケットの開口端部の外周面上から、超音波斜角探傷によって溶接部を検査するものであり、探触子を周方向に回転走査して全周の検査を行うようにしている。また、特許文献２は、微小焦点Ｘ線を用いて、ソケットを挟んでＸ線フィルムを対向させて撮像し、この撮像を周方向の異なる角度から行うようにしている。
【０００４】
一方、き裂深さを測定するものとして電位差法が知られており（特許文献３参照）、検査部位に電流を流し、き裂での電気抵抗によって被検査体の表面に電位分布が生じることを利用して、き裂深さを推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１１１２８２号公報
【特許文献２】特開平１０−３００６９１号公報
【特許文献３】特開２００６−３０８３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した超音波探傷法やＸ線探傷法は検査コストが大きいことはもちろん、超音波探触子や走査治具、あるいはＸ線源やＸ線フィルムなどを、検査部位に近接させて、き裂の検査を行うことになり、この際、検査部位の近傍に、他の配管や部材が配置されている場合が多く、き裂の検査のための設置に多大の労力と時間がかかるという問題点があった。
【０００７】
特に、各種プラントでは配管溶接部の常時モニタリングを行うことが望ましいが、配管溶接部が多数あるため、上述した超音波探傷法やＸ線探傷法を用いることは非現実的である。
【０００８】
なお、従来の電位差法は、簡易な構成で、検査コストがかからないが、平板の裏面や配管の内面に生じるき裂に適用されているのが現状であり、配管溶接部などの３次元形状の被検体に対してこの電位差法を適用するのは困難な方法であるとされていた。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、配管溶接部に生じるき裂を、電位差法を用いて簡易に検査することができる配管溶接部のき裂検査方法および配管溶接部のき裂検査装置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】
【００１０】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る配管溶接部のき裂検査方法は、配管の端部をソケットの凹部に当接させた状態で隅肉溶接した溶接部に生じるき裂を、電位差法を用いて検査する配管溶接部のき裂検査方法であって、配管の長手方向に沿って複数の端子を前記溶接部と前記ソケットとの境界部分を跨ぐように配置して電位差を測定して前記き裂を検査することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る配管溶接部のき裂検査方法は、上記の発明において、前記複数の端子の中央は、前記境界部分よりも前記溶接部側に配置されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る配管溶接部のき裂検査方法は、上記の発明において、前記複数の端子は、前記配管の周方向に所定ピッチで配置されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る配管溶接部のき裂検査方法は、上記の発明において、き裂深さと前記複数の端子間の電位差との関係を複数求めておく第１測定ステップと、現在のき裂深さを超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって求める第２測定ステップと、前記第２測定ステップで求めた現在のき裂深さと現在のき裂に対する現在の電位差との交点を通る特性曲線を、前記第１測定ステップの関係をもとに内挿法あるいは外挿法によって求める特性曲線算定ステップと、前記き裂に対する電位差を求め、前記特性曲線をもとに該電位差に対応するき裂深さを演算出力するき裂深さ演算ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る配管溶接部のき裂検査装置は、配管の端部をソケットの凹部に当接させた状態で隅肉溶接した溶接部に生じるき裂を、電位差法を用いて検査する配管溶接部のき裂検査装置であって、配管の長手方向に沿って複数の端子を前記溶接部と前記ソケットとの境界部分を跨ぐように配置して電位差を測定する測定部と、前記測定部によって測定した電位差とき裂深さとの関係を複数求め、さらに現在のき裂深さを超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって求め、該現在のき裂深さと現在のき裂に対する現在の電位差との交点を通る特性曲線を、前記電位差と前記き裂深さとの関係をもとに内挿法あるいは外挿法によって求め、該特性曲線を記憶する記憶部と、前記き裂に対する電位差を求め、前記特性曲線をもとに該電位差に対応するき裂深さを演算出力するき裂深さ演算部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、配管の長手方向に沿って複数の端子を溶接部とソケットとの境界部分を跨ぐように配置して電位差を測定してき裂を検査するようにしているので、配管溶接部に生じるき裂を、電位差法を用いて簡易に検査することができる。
【００１６】
また、本発明によれば、測定部によって測定した電位差とき裂深さとの関係を複数求め、さらに現在のき裂深さを超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって求め、該現在のき裂深さと現在のき裂に対する現在の電位差との交点を通る特性曲線を、前記電位差と前記き裂深さとの関係をもとに内挿法あるいは外挿法によって求め、該特性曲線を記憶部に記憶しておき、き裂深さ演算部が、前記き裂に対する電位差を求め、前記特性曲線をもとに該電位差に対応するき裂深さを演算出力するようにしているので、配管溶接部に生じるき裂の常時モニタリングを簡易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１である配管溶接部のき裂検査装置の概要構成を示す模式図である。
【図２】図２は、電圧測定電極が配置される領域を説明する説明図である。
【図３】図３は、電圧測定電極の長手方向位置に対する電位差と電位差増分との関係を示す図である。
【図４】図４は、電圧測定電極の周方向位置を変えた場合における電圧測定電極の長手方向位置に対する電位差増分の変化を示す図である。
【図５】図５は、き裂深さに対する電位差の変化を示す図である。
【図６】図６は、余盛が異なる溶接部毎のき裂深さに対する電位差の変化を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２である配管溶接部のき裂検査装置の概要構成を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２によるき裂深さ演算処理の概要を説明する説明図である。
【図９】図９は、図７に示した制御部によるき裂深さ演算処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、多端子法の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態である配管溶接部のき裂検査方法および配管溶接部のき裂検査装置について説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１である配管溶接部のき裂検査装置の概要構成を示す模式図であり、図１（ａ）は、配管溶接部近傍の縦断面図を示し、図１（ｂ）は、配管溶接部近傍の左側面図を示している。図１において、配管１は、その一端がソケット２に内挿される。ソケット２は、外周が方形の溶接継手であり、ソケット２の凹部に配管１の端部が当接した状態で、隅肉溶接され、溶接部３が形成される。ソケット２の軸中心部分には、配管の内径とほぼ同じ内径の円筒空間が形成されており、配管１側には配管１の端部が当接するリング状の凹部と該凹部の外周方向にテーパ部とが形成されている。このため、圧力変化や配管１自体の振動などによって、溶接部３とソケット２との間に内側の当接部側から、き裂４が生じる場合がある。
【００２０】
電流を供給する電流供給源５には、電流供給電極６ａ，６ｂが接続され、電圧を測定する電圧測定部８には、電圧測定電極７ａ，７ｂが接続される。電流供給電極６ａは、配管周面に配置され、電流供給電極６ｂは、ソケット２の周面に配置される。電圧測定電極７ａは、溶接部３の表面に配置され、電圧測定電極７ｂは、ソケット２の配管１側側面の溶接部３の近傍表面に配置される。電圧測定電極７ａ，７ｂは、電流供給電極６ａ，６ｂの内側に配置され、電流供給電極６ａ，６ｂおよび電圧測定電極７ａ，７ｂは、配管１の長手方向に対してほぼ一列に配置される。
【００２１】
この配置は、４端子法を用いた配置であり、電流供給電極６ａ，６ｂ間に電流が供給された状態で、電圧測定電極７ａ，７ｂ間の電位差を測定するものである。この電位差を測定することによって、き裂４の検出および進展を検査することができる。各電極６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂは、配管１等に押し付けて接触してもよく、点溶接であってもよい。なお、４端子法であるため、接触抵抗の影響はほとんどない。
【００２２】
ここで、電圧測定電極７ａ，７ｂの最適配置について３次元直流電位場解析結果を用いて説明する。図２は、図１（ａ）に対応した配管溶接部近傍の断面図を示している。なお、配管１の外径を４３．２ｍｍ、配管１の肉厚を４．９ｍｍ、ソケット２の横断面は、９０ｍｍ×９０ｍｍ、長手方向長さを２８ｍｍとしている。図２に示すように、配管溶接部近傍は、その表面で４つに区分され、配管１の表面部分である領域Ａ、溶接部３の表面部分である領域Ｂ、ソケットの側面部分である領域Ｃ、およびソケットの周面部分である領域Ｄに区分される。電流供給電極６ａは、領域Ａに配置され、電流供給電極６ｂは、領域Ｄに配置される。電圧測定電極７ａ，７ｂの間隔は２ｍｍであり、電圧測定電極７ａを領域Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄに順次移動させたときの電位差は図３の上段のように変化する。なお、き裂４は、開口量０．００５ｍｍ、深さは、表面の貫通までの長さの１／２、周方向長さを９０°とし、溶接部３とソケット２との境界部分に存在するものとしている。また、電位差測定は、き裂側（図１（ｂ）の０°側）およびき裂の反対側（図１（ｂ）の３６０°側）の双方で行っている。
【００２３】
図３に示すように、双方の電位差の違いは、領域Ｂと領域Ｃとの境界近傍の領域Ｂ（溶接部３）側で大きい。すなわち、図３の下段に示すように、電位差増分は、領域Ｂと領域Ｃとの境界から領域Ｂに入ったところでピーク値をもつ特性となっている。この結果、き裂４が進展してくると予想される位置よりも少し配管１側の領域で最も感度高く、き裂を検出することができることがわかる。これは、溶接部３に生ずるき裂が、ソケット２の垂直面（横断面方向）に対して垂直ではなく、配管１の端部側から配管１側であって外周方向に斜めに伸びており、溶接部３表面からみた下部側に大きな電位差が生じるものと考えられる。
【００２４】
したがって、電圧測定電極７ａ，７ｂは、溶接部３とソケット２との境界を跨いで配置し、電圧測定電極７ａ，７ｂとの中心は、溶接部３とソケット２との境界よりも溶接部３側となるように配置するのが、き裂４の検出および検査上、好ましい。
【００２５】
また、図４に示すように、き裂がある位置（０°）から周方向に電圧測定電極７ａ，７ｂを移動させると、電位差増分の長手方向のピーク位置は変わらず、そのピーク値がき裂位置から周方向に離れるに従って減少することがわかる。したがって、実際の電圧測定電極７ａ，７ｂは、電流供給電極６ａ，６ｂを含め、周方向に所定ピッチで配置しておくことが好ましい。この場合、き裂４の周方向の広がり角の半分以下のピッチとすることが好ましい。
【００２６】
ここで、具体的な検査結果について説明する。検査対象の配管溶接部は、外径４２．７ｍｍ、肉厚４．９ｍｍ、長さ１０００ｍｍの配管１と、断面９０ｍｍ×９０ｍｍ、長さ２８ｍｍの正方形部材のソケット２とを隅肉溶接したものである。なお、溶接部３には、疲労のき裂４を模擬した放電加工スリットを形成した。また、電流供給源５は、出力電圧０〜２０Ｖ、出力電流０〜１０Ａの直流電圧／電流発生器を用い、電流供給電極６ａ，６ｂは、導電性テープで固定した。さらに、電圧測定部８は、分解能１０ｎＶのデジタルマルチメータを用いた。電圧測定電極７ａ，７ｂは、直径１ｍｍのタングステン棒２本を７ｍｍの間隔で固定したものを用いている。また、電圧測定電極７ａは、溶接部３の中央に配置し、電圧測定電極７ｂは、溶接部３の境界よりも２ｍｍ上部のソケット側面に配置した。なお、電位差の測定は、電流の正負を入れ替えて測定し、それぞれ得られた電位差の絶対値を平均し、熱起電力の影響を除去して測定した。
【００２７】
この結果、図５に示すように、き裂４の深さに対応して電位差が増大する変化をしており、超音波探傷法やＸ線探傷法のように、規模が大きく複雑な構成としなくても、配管溶接部に生じるき裂の深さあるいはき裂の進展を容易かつ簡易に検査することができる。
【００２８】
なお、図６に示すように、溶接部３の余盛形状の膨らみを異ならせ、その膨らみの大きさをＡ２＞Ａ１＞Ａ０とすると、余盛の膨らみが大きい溶接部３のき裂４ほど、電位差が小さくなる特性を有している（Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ０）。これは、余盛の膨らみが大きいと、その断面形状によって電流の流れる面積が増えてしまうからである。また、き裂深さが深い部分で電位差が揃ってくるのは、き裂が溶接部境界に沿って進展し、残存部が余盛の端となるため、余盛の断面形状の影響を受けずに、き裂以外の残存部の断面積が電位差の発生に対して支配的となるためである。
【００２９】
この実施の形態１では、電圧測定電極７ａ，７ｂが、溶接部３とソケット２との境界を跨いで配置し、電圧測定電極７ａ，７ｂとの中心が、溶接部３とソケット２との境界よりも溶接部３側となるように配置しているので、簡易な構成で、き裂４の検出および検査を容易に行うことができる。また、常時設置することによって、常時モニタリングも可能となる。
【００３０】
（実施の形態２）
この実施の形態２では、き裂深さの進展の常時モニタリングを精度高く行うことを可能としている。図７は、この発明の実施の形態２である配管溶接部のき裂検査装置の概要構成を示す模式図である。この実施の形態２では、実施の形態１の構成に、き裂深さ演算部１２を有する制御部９、記憶部１０、および表示部１１をさらに設けている。
【００３１】
記憶部１０は、電位差とき裂深さとの関係を複数求め、さらに現在のき裂深さを超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって求め、該現在のき裂深さと現在のき裂に対する現在の電位差との交点を通る近似曲線である特性曲線を、図６に示すような電位差とき裂深さとの関係をもとに内挿法あるいは外挿法によって求め、該特性曲線を記憶する。
【００３２】
き裂深さ演算部１２は、検査対象のき裂に対する電位差を求め、記憶部１０に記憶された特性曲線をもとに該電位差に対応するき裂深さを演算出力する。表示部１１は、この演算出力した、き裂深さを表示出力する。なお、制御部９は、電圧測定部８、記憶部１０、表示部１１に接続され、それぞれを制御する。
【００３３】
すなわち、図８に示すように、余盛によって異なる特性曲線Ｌ０，Ｌ１，Ｌ２などのき裂深さと電位差との関係を予め求めておき、余盛影響が未知である検査対象のき裂の深さを、超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって予め求めておき（たとえば、き裂深さ＝１．２ｍｍ）、さらに検査対象の電位差を求めておく（たとえば、電位差２２μＶ）。この結果、図８に示すように、き裂深さ＝１．２ｍｍと電位差２２μＶとの交点Ｐが得られ、この交点Ｐを通る特性曲線ＬＸを、特性曲線Ｌ０〜Ｌ２を用いた内挿法によって演算し、この特性曲線ＬＸを記憶部１０に記憶しておく。その後、き裂深さ演算部１２は、測定した電位差がたとえば２６μＶであると、特性曲線ＬＸを用いてそのときのき裂深さは３ｍｍであると推定することができる。これによって、余盛の断面形状に関係なく、検査対象に対する、き裂深さの常時モニタリングを制度高く行うことができる。
【００３４】
ここで、図９に示したフローチャートを参照して制御部９によるき裂深さ演算処理手順について説明する。上述したように、まず、き裂深さと電位差との関係を複数取得する（ステップＳ１０１）。たとえば、この複数の関係は、余盛が異なる配管溶接部である。さらに、検査対象の配管溶接部の現在のき裂深さを超音波探傷法あるいはＸ線探傷法によって取得する（ステップＳ１０２）。その後、現在のき裂深さと、検査対象の現在の電位差との交点Ｐを通る特性曲線ＬＸを内挿法あるいは外挿法によって取得し、この特性曲線ＬＸを記憶部１０に記憶する（ステップＳ１０３）。
【００３５】
このステップＳ１０１〜Ｓ１０３の準備ステップの後、まず、き裂深さの測定を行うか否かを判断する（ステップＳ１０４）。このき裂深さの測定を行う場合のみ（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、検査対象のき裂に対する電位差を測定し（ステップＳ１０５）、特性曲線ＬＸをもとに、ステップＳ１０５で測定した電位差に対応するき裂深さを演算する（ステップＳ１０６）。その後、この演算したき裂深さを表示部１１に表示出力し（ステップＳ１０７）、本処理を終了する。
【００３６】
なお、上述した実施の形態１，２では、４端子法で測定を行っていたが、これに限らず、２端子法であってもよいし、図１０に示すように、３以上の電圧測定電極がアレイ状に並んだ多端子法を用いてもよい。この多端子法では、電圧測定部８が隣接する電圧測定電極間の電位差Ｖ１〜Ｖ４を測定し、最も大きな電位差を測定結果として出力すればよい。
【００３７】
また、上述した実施の形態１，２では、直流計測であったが、これに限らず、交流計測であってもよい。交流計測の場合、発熱を小さくすることができる。
【００３８】
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１  配管
２  ソケット
３  溶接部
４  き裂
５  電流供給源
６ａ，６ｂ  電流供給電極
７ａ，７ｂ  電圧測定電極
８  電圧測定部
９  制御部
１０  記憶部
１１  表示部
１２  き裂深さ演算部
Ａ〜Ｄ  領域
Ｌ０〜Ｌ２，ＬＸ  特性曲線
【図１】
0005739649.tif 000002
【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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