(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、前記溶接部の余寿命を評価する余寿命評価方法であって、
超音波が照射された前記溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を取得する解析信号取得工程と、
取得した前記解析信号から、前記解析信号と前記微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、前記微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度推定工程と、
前記推定個数密度から、前記微小欠陥の個数密度と前記溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、前記溶接部の推定余寿命を導出する余寿命推定工程と、を備え、
前記第１相関データは、前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波の振幅と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第１グラフを有していることを特徴とする余寿命評価方法。
【請求項２】
高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、前記溶接部の余寿命を評価する余寿命評価方法であって、
超音波が照射された前記溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を取得する解析信号取得工程と、
取得した前記解析信号から、前記解析信号と前記微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、前記微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度推定工程と、
前記推定個数密度から、前記微小欠陥の個数密度と前記溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、前記溶接部の推定余寿命を導出する余寿命推定工程と、を備え、
前記第１相関データは、前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波および前記ｎ次高調波よりも高次のｍ次高調波の振幅の比率と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第２グラフを有していることを特徴とする余寿命評価方法。
【請求項３】
高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、前記溶接部の余寿命を評価する余寿命評価方法であって、
超音波が照射された前記溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を取得する解析信号取得工程と、
取得した前記解析信号から、前記解析信号と前記微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、前記微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度推定工程と、
前記推定個数密度から、前記微小欠陥の個数密度と前記溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、前記溶接部の推定余寿命を導出する余寿命推定工程と、を備え、
前記第１相関データは、前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波を挟んで前後にある周波数の間の幅と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第３グラフを有していることを特徴とする余寿命評価方法。
【請求項４】
前記第１相関データは、
前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波の振幅と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第１グラフと、
前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波および前記ｎ次高調波よりも高次のｍ次高調波の振幅の比率と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第２グラフと、
前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波を挟んで前後にある周波数の間の幅と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第３グラフと、を有し、
前記微小欠陥個数密度推定工程では、前記溶接部の使用状況または前記解析信号の取得状況に応じて、前記第１グラフ、前記第２グラフおよび前記第３グラフを使い分けることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の余寿命評価方法。
【請求項５】
前記微小欠陥個数密度推定工程では、前記溶接部が使用期間の初期である場合、前記第１グラフまたは前記第３グラフを用い、前記溶接部が使用期間の後期である場合、前記第２グラフを用いることを特徴とする請求項４に記載の余寿命評価方法。
【請求項６】
前記微小欠陥個数密度推定工程では、前記ｎ次高調波の振幅が減衰しない場合、前記第１グラフを用いる一方で、前記ｎ次高調波の振幅が減衰する場合、前記第３グラフを用いることを特徴とする請求項４または５に記載の余寿命評価方法。
【請求項７】
前記溶接部に照射される超音波は、バースト波であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の余寿命評価方法。
【請求項８】
高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、前記溶接部の余寿命を評価する余寿命評価装置であって、
超音波が照射された前記溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を生成する信号解析部と、
生成された前記解析信号から、前記解析信号と前記微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、前記微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度導出部と、
推定した前記推定個数密度から、前記微小欠陥の個数密度と前記溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、前記溶接部の推定余寿命を導出する余寿命導出部と、を備え、
前記第１相関データは、前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波の振幅と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第１グラフを有していることを特徴とする余寿命評価装置。
【請求項９】
高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、前記溶接部の余寿命を評価する余寿命評価装置であって、
超音波が照射された前記溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を生成する信号解析部と、
生成された前記解析信号から、前記解析信号と前記微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、前記微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度導出部と、
推定した前記推定個数密度から、前記微小欠陥の個数密度と前記溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、前記溶接部の推定余寿命を導出する余寿命導出部と、を備え、
前記第１相関データは、前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波および前記ｎ次高調波よりも高次のｍ次高調波の振幅の比率と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第２グラフを有していることを特徴とする余寿命評価装置。
【請求項１０】
高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、前記溶接部の余寿命を評価する余寿命評価装置であって、
超音波が照射された前記溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を生成する信号解析部と、
生成された前記解析信号から、前記解析信号と前記微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、前記微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度導出部と、
推定した前記推定個数密度から、前記微小欠陥の個数密度と前記溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、前記溶接部の推定余寿命を導出する余寿命導出部と、を備え、
前記第１相関データは、前記解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波を挟んで前後にある周波数の間の幅と、前記微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第３グラフを有していることを特徴とする余寿命評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、火力発電設備の配管等、高温・高圧条件下（クリープ条件下）で使用される機器の高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、溶接部の余寿命を評価する余寿命評価方法および余寿命評価装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、低クロム鋼（低合金鋼）で形成された溶接部のクリープ寿命を非破壊的に評価する場合、例えば、火力発電設備においては、溶接部の表面におけるクリープボイドの生成量（個数密度）から溶接部の余寿命を評価する方法を用いることがある。この場合、最大損傷部は溶接部の外表面でなく板厚内部であるが、この方法では、溶接部を構成する材料が低合金鋼であり、溶接部表面の損傷と内部との損傷の関係がある程度把握されていることから、溶接部の外表面におけるクリープボイドの生成量（個数密度）から、溶接部の余寿命を推定することが可能となっている。
【０００３】
また、他の余寿命評価方法として、バースト超音波を固体接合面に照射し、固体接合面から反射された反射波波形を解析して得られた高調波成分に基づいて、クリープボイドやその集合体などの内部の微小欠陥を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３０５１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、溶接部を構成する材料が高クロム鋼である場合、材料特性が低クロム鋼とは異なるため、溶接部表面の損傷量から内部損傷量を推定することが困難である。また、溶接部の外表面に損傷が現れにくいため、溶接部の外表面におけるクリープボイドの生成量（個数密度）から溶接部の余寿命を推定することが困難となる。ここで、高クロム鋼とは、約９〜１２％のクロムを含むフェライト系の合金鋼である。
【０００６】
このため、特許文献１のように、高クロム鋼で形成された溶接部（固体接合面）に超音波を照射し、反射波波形を解析することで得られる高調波成分に基づいて、内部の微小欠陥を検出することが考えられる。しかしながら、特許文献１では、高調波成分の振幅比から内部の微小欠陥（損傷状態）を検出するため、内部の微小欠陥とクリープボイドとの相関を考慮できず、溶接部の余寿命の評価精度を向上させることが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、高クロム鋼で形成された溶接部に発生するクリープボイド等からなる微小欠陥に基づいて、溶接部の余寿命を精度良く評価することができる余寿命評価方法および余寿命評価装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の余寿命評価方法は、高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、溶接部の余寿命を評価する余寿命評価方法であって、超音波が照射された溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を取得する解析信号取得工程と、取得した解析信号から、解析信号と微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度推定工程と、推定個数密度から、微小欠陥の個数密度と溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、溶接部の推定余寿命を導出する余寿命推定工程と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、取得した解析信号から、第１相関データに基づいて、微小欠陥の推定個数密度を導出することができる。また、微小欠陥の個数密度から、第２相関データに基づいて、溶接部の余寿命を導出することができる。これにより、溶接部に発生する微小欠陥を考慮することができるため、溶接部の余寿命を精度良く評価することができる。
【００１０】
この場合、第１相関データは、解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波の振幅と、微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第１グラフを有していることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、ｎ次高調波の振幅から、第１グラフに基づいて、微小欠陥の個数密度を推定することができる。なお、第１グラフでは、溶接部の使用期間の初期において、微小欠陥の個数密度の増加に対する感度が良いものとなっている。
【００１２】
この場合、第１相関データは、解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波およびｎ次高調波よりも高次のｍ次高調波の振幅の比率と、微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第２グラフを有していることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、ｎ次高調波およびｍ次高調波の振幅の比率から、第２グラフに基づいて、微小欠陥の個数密度を推定することができる。なお、第２グラフでは、溶接部の使用期間の後期において、微小欠陥の個数密度の増加に対する感度が良いものとなっている。
【００１４】
この場合、第１相関データは、解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波を挟んで前後にある周波数の間の幅と、微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第３グラフを有していることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、ｎ次高調波を挟んで前後にある周波数の間の幅から、第３グラフに基づいて、微小欠陥の個数密度を推定することができる。なお、第３グラフでは、溶接部の使用期間の初期において、微小欠陥の個数密度の増加に対する感度が良いものとなっている。また、ｎ次高調波の振幅を好適に取得できない場合であっても、ｎ次高調波を挟んで前後にある周波数の間の幅から、微小欠陥の個数密度を精度良く推定することができる。
【００１６】
この場合、第１相関データは、解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波の振幅と、微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第１グラフと、解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波およびｎ次高調波よりも高次のｍ次高調波の振幅の比率と、微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第２グラフと、解析信号から得られる基本周波数のｎ次高調波を挟んで前後にある周波数の間の幅と、微小欠陥の個数密度との相関関係に基づいて生成された第３グラフと、を有し、微小欠陥個数密度推定工程では、溶接部の使用状況または解析信号の取得状況に応じて、第１グラフ、第２グラフおよび第３グラフを使い分けることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、微小欠陥個数密度推定工程において、最適なグラフを選択することで、溶接部の余寿命を精度良く推定することができる。
【００１８】
この場合、微小欠陥個数密度推定工程では、溶接部が使用期間の初期である場合、第１グラフまたは第３グラフを用い、溶接部が使用期間の後期である場合、第２グラフを用いることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、溶接部が使用期間の初期である場合、第１グラフまたは第３グラフを用いることができるため、微小欠陥の推定個数密度を、感度良く導出することができる。また、溶接部が使用期間の後期である場合、第２グラフを用いることができるため、微小欠陥の推定個数密度を、感度良く導出することができる。これにより、使用期間の全期間に亘って、溶接部における微小欠陥の推定個数密度を好適に導出できるため、溶接部の余寿命を精度良く評価することができる。
【００２０】
この場合、微小欠陥個数密度推定工程では、ｎ次高調波の振幅が減衰しない場合、第１グラフを用いる一方で、ｎ次高調波の振幅が減衰する場合、第３グラフを用いることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、解析信号の取得状況の悪化により、ｎ次高調波の振幅が減衰した場合であっても、第３グラフを用いることができるため、ｎ次高調波の振幅の影響を受けることなく、微小欠陥の個数密度を精度良く推定することができる。
【００２２】
この場合、溶接部に照射される超音波は、バースト波であることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、溶接部から反射される反射信号を好適に取得することができる。
【００２４】
本発明の余寿命評価装置は、高クロム鋼で形成された溶接部に生じる微小欠陥に基づいて、溶接部の余寿命を評価する余寿命評価装置であって、超音波が照射された溶接部に生じた微小欠陥から反射される反射信号を解析して解析信号を生成する信号解析部と、生成された解析信号から、解析信号と微小欠陥の個数密度との相関関係を示す第１相関データに基づいて、微小欠陥の推定個数密度を導出する微小欠陥個数密度導出部と、推定した推定個数密度から、微小欠陥の個数密度と溶接部の余寿命との相関関係を示す第２相関データに基づいて、溶接部の推定余寿命を導出する余寿命導出部と、を備えたことを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、生成された解析信号から、第１相関データに基づいて、微小欠陥の推定個数密度を導出することができる。また、微小欠陥の個数密度から、第２相関データに基づいて、溶接部の余寿命を導出することができる。これにより、溶接部に発生する微小欠陥を考慮することができるため、溶接部の余寿命を精度良く評価することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の余寿命評価方法および余寿命評価装置によれば、溶接部に発生する微小欠陥を考慮して、溶接部の余寿命を精度良く評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本実施例に係る余寿命評価装置を模式的に表した概略構成図である。
【図２】図２は、反射波の波形である受信信号を表したグラフである。
【図３】図３は、解析信号を表したグラフである。
【図４】図４は、解析信号とクリープボイドの個数密度との相関関係を示した第１グラフである。
【図５】図５は、解析信号とクリープボイドの個数密度との相関関係を示した第２グラフである。
【図６】図６は、解析信号とクリープボイドの個数密度との相関関係を示した第３グラフである。
【図７】図７は、クリープボイドの個数密度と余寿命との相関関係を示した余寿命グラフである。
【図８】図８は、溶接部の余寿命を評価するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付した図面を参照して、本発明の余寿命評価方法および余寿命評価装置について説明する。なお、以下の実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例】
【００２９】
本実施例に係る余寿命評価方法および余寿命評価装置は、例えば、火力発電プラントに用いられた高温流体が流れる配管の余寿命を評価するものである。ここで、配管の寿命は、配管に形成された溶接部によって寿命が支配され、特に、溶接部における溶接熱影響部によって配管の寿命が支配されている。この溶接部には、クリープ現象による負荷が与え続けられることで、クリープ損傷が生ずる。ここで、クリープ現象とは、持続的に作用する応力、溶接部に加わる温度、および時間の経過を因子として、変形が増大する現象である。先ず、図１を参照して、寿命の評価対象となる溶接部について説明する。
【００３０】
図１は、本実施例に係る余寿命評価装置を模式的に表した概略構成図である。溶接部１０は、配管の母材１５に形成された開先部に対し、溶加材１６を用いて肉盛溶接することで形成されている。このとき、母材１５と溶融した溶加材（溶金）１６との間には、溶接熱影響部（ＨＡＺ部）１７が形成される。なお、母材１５および溶加材１６を構成する金属材料としては、９クロム鋼等の高クロム鋼が用いられる。なお、配管に形成される溶接部１０としては、例えば、配管の周方向に形成された円周溶接部、または配管の軸方向に形成された長手溶接部がある。
【００３１】
この溶接部１０において、クリープ現象の影響を最も受け易いのは、ＨＡＺ部１７である。ここで、ＨＡＺ部１７に応力が与えられると、ＨＡＺ部１７では、クリープ現象により、微小欠陥の一種であるクリープボイドが、時間の経過に伴って発生する。このクリープボイドは、ＨＡＺ部１７に与えられる応力を支持できないため、クリープボイドの発生が多くなるにつれて、ＨＡＺ部１７の余寿命は短くなる。
【００３２】
次に、上記した溶接部１０の余寿命を評価する余寿命評価装置２０について説明する。余寿命評価装置２０は、溶接部１０近傍に設けた超音波探触子２１と、超音波探触子２１に接続された超音波探傷器２２と、超音波探傷器２２に接続された解析装置２３と、を備えている。
【００３３】
超音波探触子２１は、超音波を発信（照射）可能に構成されると共に、クリープボイド等によって反射された超音波（反射波）を受信可能に構成されている。超音波探触子２１は、溶接部１０のＨＡＺ部１７へ向けて、超音波を送信可能に設置される。超音波探傷器２２は、超音波探触子２１から照射する超音波の照射信号を生成すると共に、超音波探触子２１を介して入力された反射波の反射信号を取得している。また、超音波探触子２１から照射される超音波は、バースト波である。
【００３４】
解析装置２３は、反射信号取得部２５と、信号解析部２６と、ボイド個数密度導出部（微小欠陥個数密度導出部）２７と、余寿命導出部２８とを備えている。反射信号取得部２５は、超音波探傷器２２から出力された反射信号を取得している。図２は、反射波の波形である受信信号を表したグラフである。図２に示すように、反射信号のグラフは、その縦軸が反射波の振幅（エコーの高さ）となっており、その横軸が時間となっている。このグラフに示すように、ＨＡＺ部１７に発生したクリープボイドによって反射される反射信号は小さいものとなっている。この反射信号は、反射信号取得部２５から信号解析部２６へ出力される。
【００３５】
信号解析部２６は、取得した反射信号をフーリエ変換解析（ＦＦＴ解析）して解析信号を生成している。図３は、解析信号を表したグラフである。図３に示すように、解析信号のグラフは、その縦軸が振幅となっており、その横軸が周波数となっている。このグラフに示すように、解析信号には、基本周波数ｆ１と、ｎ次高周波ｆｎとが現れている。この解析信号は、ボイド個数密度導出部２７へ出力される。
【００３６】
ボイド個数密度導出部２７は、取得した解析信号から、第１相関データに基づいて、クリープボイドの推定個数密度を導出している。第１相関データは、解析信号とクリープボイドの個数密度との相関関係を示したものであり、第１グラフ、第２グラフおよび第３グラフから構成されている。以下、図４ないし図６を参照して、第１グラフ、第２グラフおよび第３グラフについて説明する。なお、第１相関データは、予め実験等により求められたものである。
【００３７】
図４は、解析信号とクリープボイドの個数密度との相関関係を示した第１グラフである。図４に示す第１グラフは、その縦軸が、クリープボイドの個数密度となっており、その横軸が、ｎ次高周波ｆｎの振幅となっている。この第１グラフは、ｎ次高周波ｆｎの振幅が大きくなるにつれて、クリープボイドの個数密度の変化量が大きくなるグラフとなっている。つまり、ｎ次高周波ｆｎの振幅が小さいときは、クリープボイドの個数密度の変化量が小さいため、クリープボイドの個数密度を感度良く導出することが可能となる。
【００３８】
図５は、解析信号とクリープボイドの個数密度との相関関係を示した第２グラフである。図５に示す第２グラフは、その縦軸が、クリープボイドの個数密度となっており、その横軸が、ｎ次高調波ｆｎとｎ次高調波ｆｎよりも高次のｍ次高調波ｆｍとの振幅の比率ｆｍ／ｆｎとなっている。この第２グラフは、比率ｆｍ／ｆｎが大きくなるにつれて、クリープボイドの個数密度の変化量が小さくなるグラフとなっている。つまり、比率ｆｍ／ｆｎが大きいときは、クリープボイドの個数密度の変化量が小さいため、クリープボイドの個数密度を感度良く導出することが可能となる。
【００３９】
図６は、解析信号とクリープボイドの個数密度との相関関係を示した第３グラフである。図６に示す第３グラフは、その縦軸が、クリープボイドの個数密度となっており、その横軸が、ｎ次高調波ｆｎを挟んで前後にある所定の周波数ｆａ，ｆｂの間の幅Ｗとなっている（図３参照）。ここで、周波数ｆａは、ｎ次高調波ｆｎを基準として、周波数が低くなるにつれて小さくなる振幅が、ｎ次高調波ｆｎの振幅に対して１／２となるときの周波数である。また、周波数ｆｂは、ｎ次高調波ｆｎを基準として、周波数が高くなるにつれて小さくなる振幅が、ｎ次高調波ｆｎの振幅に対して１／２となるときの周波数である。なお、図３では、ｆｎとして、ｆ２が適用されたときを表わしている。この第３グラフは、周波数ｆａと周波数ｆｂとの間の幅Ｗが大きくなるにつれて、クリープボイドの個数密度の変化量が大きくなるグラフとなっている。つまり、幅Ｗが小さいときは、クリープボイドの個数密度の変化量が小さいため、クリープボイドの個数密度を感度良く導出することが可能となる。
【００４０】
ここで、ボイド個数密度導出部２７は、溶接部１０の使用状況または解析信号の取得状況に応じて、第１グラフ、第２グラフおよび第３グラフを使い分けている。具体的に、ボイド個数密度導出部２７は、溶接部１０が使用期間の初期である場合、換言すれば、クリープボイドの個数密度が少ないと推定される場合、第１グラフまたは第３グラフを用いて、クリープボイドの個数密度を導出する。一方で、ボイド個数密度導出部２７は、溶接部１０が使用期間の後期である場合、換言すれば、クリープボイドの個数密度が多いと推定される場合、第２グラフを用いて、クリープボイドの個数密度を導出する。
【００４１】
また、ボイド個数密度導出部２７は、溶接部１０が使用期間の初期である場合において、ｎ次高調波ｆｎの振幅が、ノイズ等によって減衰しない場合、第１グラフを用いる一方で、ｎ次高調波ｆｎの振幅が、ノイズ等によって減衰する場合、第３グラフを用いている。
【００４２】
余寿命導出部２８は、推定したクリープボイドの推定個数密度から、第２相関データに基づいて、溶接部１０の余寿命を導出している。第２相関データは、クリープボイドの個数密度と溶接部１０の余寿命との相関関係を示したものである。第２相関データは、図７に示す余寿命グラフから構成されている。
【００４３】
図７は、クリープボイドの個数密度と余寿命との相関関係を示した余寿命グラフである。図７に示す余寿命グラフは、その縦軸が、クリープボイドの個数密度となっており、その横軸が、寿命消費率となっている。寿命消費率とは、溶接部１０が破断するまでの時間ｔｒに対する、溶接部１０の使用時間ｔの割合であり、ｔ／ｔｒで表される。この余寿命グラフに示すように、寿命消費率ｔ／ｔｒは、クリープボイドの個数密度が大きくなるにつれて「１００％」に近づき、溶接部１０の余寿命が短くなっていく。なお、余寿命グラフは、予め実験等により求められたものである。
【００４４】
次に、図８を参照して、余寿命評価装置２０を用いて、溶接部１０の余寿命を評価する余寿命評価方法について説明する。図８は、溶接部の余寿命を評価するフローチャートである。溶接部１０の余寿命評価方法は、溶接部１０の内部に対し非破壊検査を行う内部非破壊検査工程Ｓ１と、内部非破壊検査工程Ｓ１により得られた検査結果を解析して溶接部１０の内部におけるクリープ損傷度を評価する解析工程Ｓ２と、解析工程Ｓ２により評価したクリープ損傷度から溶接部１０の寿命消費率を導出する余寿命導出工程（余寿命推定工程）Ｓ３と、を備えている。
【００４５】
内部非破壊検査工程Ｓ１では、超音波探傷器２２から超音波探触子２１を介して、溶接部１０の内部にあるＨＡＺ部１７へ向けて超音波を照射する。照射された超音波は、その一部がクリープボイド等に照射されることにより、クリープボイド等から反射される反射波となる。そして、内部非破壊検査工程Ｓ１では、超音波探触子２１を介して超音波探傷器２２により、反射波を反射信号として受信する。
【００４６】
解析工程Ｓ２では、受信した反射信号を解析装置２３で解析することで、溶接部１０の内部におけるクリープボイドの個数密度を推定する。具体的に、解析工程Ｓ２では、受信した反射信号を反射信号取得部２５により取得し、取得した反射信号を信号解析部２６によりＦＦＴ解析して解析信号を生成する解析信号取得工程Ｓ２ａを行っている。また、解析工程Ｓ２では、ボイド個数密度導出部２７により、生成した解析信号から、第１相関データに基づいて、クリープボイドの推定個数密度を導出するボイド個数密度推定工程（微小欠陥個数密度推定工程）Ｓ２ｂを行っている。なお、上記したように、解析工程では、溶接部１０の使用状況または解析信号の取得状況に応じて、第１相関データである第１グラフ、第２グラフおよび第３グラフをそれぞれ使い分けている。
【００４７】
余寿命導出工程Ｓ３では、余寿命導出部２８により、導出したクリープボイド推定個数密度から、第２相関データに基づいて、溶接部１０の寿命消費率ｔ／ｔｒを導出している。そして、寿命消費率ｔ／ｔｒが導出されると、導出された寿命消費率ｔ／ｔｒに応じて、溶接部１０に対策が施される。
【００４８】
以上のように、本実施例の構成によれば、取得した解析信号から、第１相関データに基づいて、溶接部１０におけるクリープボイドの推定個数密度を導出することができる。また、クリープボイドの個数密度から、第２相関データに基づいて、溶接部１０の余寿命を導出することができる。これにより、溶接部１０に発生するクリープボイドを考慮することができるため、溶接部１０の余寿命を精度良く評価することができる。
【００４９】
また、本実施例の構成によれば、ｎ次高調波ｆｎの振幅から、第１グラフに基づいて、クリープボイドの個数密度を推定することができる。このとき、第１グラフは、溶接部１０のクリープボイドの発生が少ない場合において、クリープボイドの個数密度の増加に対する感度が良いものとなっている。このため、クリープボイドの発生が少ない使用期間の初期において、第１グラフを使用することで、溶接部１０のクリープボイドの推定個数密度を感度良く導出することが可能となる。
【００５０】
また、本実施例の構成によれば、ｎ次高調波ｆｎおよびｍ次高調波ｆｍの振幅の比率から、第２グラフに基づいて、クリープボイドの個数密度を推定することができる。このとき、第２グラフは、溶接部１０のクリープボイドの発生が多い場合において、クリープボイドの個数密度の増加に対する感度が良いものとなっている。このため、クリープボイドの発生が多い使用期間の後期において、第２グラフを使用することで、溶接部１０のクリープボイドの推定個数密度を感度良く導出することが可能となる。
【００５１】
また、本実施例の構成によれば、ｎ次高調波ｆｎを挟んで前後にある周波数ｆａ，ｆｂの間の幅Ｗから、第３グラフに基づいて、クリープボイドの個数密度を推定することができる。このとき、第３グラフは、溶接部１０のクリープボイドの発生が少ない場合において、クリープボイドの個数密度の増加に対する感度が良いものとなっている。このため、クリープボイドの発生が少ない使用期間の初期において、第３グラフを使用することで、溶接部１０のクリープボイドの推定個数密度を感度良く導出することが可能となる。なお、本実施例において、周波数ｆａ，ｆｂは、その振幅が、ｎ次高調波ｆｎの振幅に対して１／２となるときの周波数としたが、これに限らない。すなわち、周波数ｆａ，ｆｂは、ｎ次高調波ｆｎを挟む前後の周波数となればよく、例えば、ｎ次高調波ｆｎの周波数よりも、所定の周波数分だけ離れた周波数としてもよい。
【００５２】
また、本実施例の構成によれば、ボイド個数密度推定工程Ｓ２ｂにおいて、第１グラフ、第２グラフおよび第３グラフの中から、最適なグラフを選択することができるため、溶接部１０の使用状況または解析信号の取得状況に応じて、溶接部１０の余寿命を精度良く推定することができる。
【００５３】
また、本実施例の構成によれば、溶接部１０が使用期間の初期である場合、第１グラフまたは第３グラフを用い、溶接部１０が使用期間の後期である場合、第２グラフを用いることができるため、クリープボイドの推定個数密度を、使用期間の全期間に亘って、感度良く導出することができる。
【００５４】
また、本実施例の構成によれば、解析信号の取得状況の悪化により、ｎ次高調波ｆｎの振幅が減衰した場合であっても、第３グラフを用いることで、ｎ次高調波の振幅の影響を受け難くなるため、クリープボイドの個数密度を精度良く推定することができる。
【００５５】
また、本実施例の構成によれば、溶接部１０に照射される超音波は、バースト波であるため、溶接部１０に形成されたクリープボイドから反射波を好適に発生させることができ、溶接部１０から反射される反射信号を好適に取得することができる。
【００５６】
なお、本実施例では、内部非破壊検査工程Ｓ１から得られる検査結果を解析して溶接部１０の内部におけるクリープ損傷度を評価し、内部におけるクリープ損傷度から溶接部１０の寿命消費率ｔ／ｔｒを導出したが、これに限らず、表面におけるクリープ損傷度、配管の扁平度または溶接部１０周りの化学成分の分析結果等のパラメータをさらに考慮して、寿命消費率ｔ／ｔｒを導出してもよい。例えば、別途、溶接部１０の表面に対し非破壊検査を行う表面非破壊検査工程を行い、解析工程Ｓ２では、表面非破壊検査工程により得られた検査結果を解析して溶接部１０の表面におけるクリープ損傷度を評価し、余寿命導出工程Ｓ３では、溶接部１０の内部および表面におけるクリープ損傷度から溶接部１０の寿命消費率ｔ／ｔｒを導出してもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１０  溶接部
１５  母材
１６  溶加材
１７  ＨＡＺ部
２０  余寿命評価装置
２１  超音波探触子
２２  超音波探傷器
２３  解析装置
２５  反射信号取得部
２６  信号解析部
２７  ボイド個数密度導出部
２８  余寿命導出部
【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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