(57)【要約】【課題】溶接部内のクリープボイドの早期検出及び余寿命の早期推定。【解決手段】垂直探傷法と斜角探傷法を併用し、垂直探傷法によるエコーの有無と、斜角探傷法によるエコーの有無との組み合わせから、ボイド個数密度を推定する。更に、推定したボイド個数密度からクリープ破断寿命消費率を推定し、推定したクリープ破断寿命消費率から余寿命を推定する。【選択図】        図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部内のクリープ損傷を超音波探傷法で検出する方法において、垂直探傷法により溶接部内のクリープボイドに関する第１データを求めること、斜角探傷法により溶接部内のクリープボイドに関する第２データを求めることを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【請求項２】
請求項１において、第１データと第２データとがともにエコーの有無であり、垂直探傷法により求めたエコーの有無と斜角探傷法により求めたエコーの有無との組み合わせにより、ボイド個数密度を推定することを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【請求項３】
溶接部内のクリープ損傷を超音波探傷法で検出する方法において、垂直探傷法により溶接部内のクリープボイドに関するデータとして、エコーの高さを求め、求めたエコーの高さからボイド個数密度を推定することを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【請求項４】
溶接部内のクリープ損傷を超音波探傷法で検出する方法において、斜角探傷法により溶接部内のクリープボイドに関するデータとして、エコーの高さを求め、求めたエコーの高さからボイド個数密度を推定することを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【請求項５】
請求項２または３または４において、推定したボイド個数密度から溶接部のクリープ破断寿命消費率を推定し、推定したクリープ破断寿命消費率から溶接部の余寿命を推定することを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【請求項６】
請求項１から５いずれか１つにおいて、超音波探触子として、フェーズドアレイ探触子を用いることを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【請求項７】
請求項６において、フェーズドアレイ探触子を焦点型探触子として動作させることを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【請求項８】
請求項１から５いずれか１つにおいて、超音波探触子として、焦点型探触子を用いることを特徴とするクリープ損傷検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接部内のクリープ損傷を超音波探傷法で検出する技術に関し、高温下で使用される配管など、タイプＩＶのクリープ損傷が懸念される構造部材の溶接部検査に適用して有用である。
【０００２】
【従来の技術】
火力プラント等にて高温下で使用される配管の溶接部はクリープ損傷を受けることがある。即ち、この種の配管には高温下で長時間運転後にクリープ現象によるクリープボイド（μｍオーダーのミクロボイド）が発生するが、更に運転が続くと、クリープボイドが密集し始め、その後に微小なき裂（ミクロクラック）となり、ついには、大きなき裂に成長して配管の破断に至る。
【０００３】
配管の破断を未然に防ぐには、クリープ損傷によるクリープボイドを定量的に測定して余寿命を推定し、適当な時期に配管を取り替える必要がある。特に、火力プラント等で使用される大口径厚肉の配管の場合は、その製造に半年間等の長い工期を要するので、できるだけ早期に余寿命を推定する必要がある。
【０００４】
従来は、溶接部の表面をレプリカ法等の表面観察法で検査し、余寿命を推定していた。レプリカ法では、溶接部の表面を鏡面処理し、その上に薄いプラスチック膜を張って表面状態を転写し、その後、転写したプラスチック膜を顕微鏡で観察することで溶接部の表面状態を検査する。
【０００５】
ところが、長時間高温下で運転された配管等のクリープボイドは、溶接部の表面ではなく熱影響部（ＨＡＺ：Ｈｅａｔ  Ａｆｆｅｃｔｅｄ  Ｚｏｎｅ）の内部から発生し始めることが分かってきた。従って、表面観察法では、熱影響部のクリープボイドを早期に検出することができず、クリープ損傷に基づく高温配管等の破断を未然に防ぐことは困難であった。
【０００６】
熱影響部は溶接部と母材との境界領域であり、母材寄りの細粒域と溶接部寄りの粗粒域からなる。
【０００７】
また、超音波を用いた斜角探傷法によりクリープボイドを非破壊検出する技術が知られている。斜角探傷法は、超音波を溶接部に対して斜め照射する（開先面に対しては垂直に当てる）ので、一般に、感度良くクリープボイドを検出できると考えられていた。
【０００８】
しかし、従来の斜角探傷法では、熱影響部に初期に発生するクリープボイドを検出することはできなかった。
【０００９】
【非特許文献１】
三菱重工技報  Ｖｏｌ．３８，  Ｎｏ．３  （２００１−５），  Ｐ１５０−１５３  「高温配管溶接部の余寿命診断システムの開発」
【特許文献１】
特開２００１−１５３８６５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記従来技術の問題点に鑑み、溶接部内のクリープボイドを早期に検出することが可能な技術を提供すること、また、クリープ損傷を受けた溶接部の余寿命を早期に知ることが可能な技術を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明は上記課題を解決するクリープ損傷検出方法であり、垂直探傷法により溶接部内のクリープボイドに関する第１データを求めること、斜角探傷法により溶接部内のクリープボイドに関する第２データを求めることを特徴とする。
【００１２】
第２発明は、第１発明において、第１データと第２データとがともにエコーの有無であり、垂直探傷法により求めたエコーの有無と斜角探傷法により求めたエコーの有無との組み合わせにより、ボイド個数密度を推定することを特徴とする。
【００１３】
第３発明は上記課題を解決する別のクリープ損傷検出方法であり、垂直探傷法により溶接部内のクリープボイドに関するデータとして、エコーの高さを求め、求めたエコーの高さからボイド個数密度を推定することを特徴とする。
【００１４】
第４発明は上記課題を解決する更に別のクリープ損傷検出方法であり、斜角探傷法により溶接部内のクリープボイドに関するデータとして、エコーの高さを求め、求めたエコーの高さからボイド個数密度を推定することを特徴とする。
【００１５】
第５発明は、第２発明または第３発明または第４発明において、推定したボイド個数密度から溶接部のクリープ破断寿命消費率を推定し、推定したクリープ破断寿命消費率から溶接部の余寿命を推定することを特徴とする。
【００１６】
第６発明は、第１発明または第２発明または第３発明または第４発明または第５発明において、超音波探触子として、フェーズドアレイ探触子を用いることを特徴とする。
【００１７】
第７発明は、第６発明において、フェーズドアレイ探触子を焦点型探触子として動作させることを特徴とする。
【００１８】
第８発明は、第１発明または第２発明または第３発明または第４発明または第５発明において、超音波探触子として、焦点型探触子を用いることを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
一般に、超音波探傷法では、斜角探傷法の方が面状に発生した傷を感度良く検出できるものと考えられている。
【００２１】
斜角探傷法では、構造部材の表面に対して斜めに超音波を照射し、そのエコーから構造部材内部の傷を検出する。
【００２２】
垂直探傷法では、構造部材の表面に対して垂直に超音波を照射し、そのエコーから構造部材内部の傷を検出する。
【００２３】
［装置構成例］
図１は本発明を実施するクリープ損傷検査装置の構成例を示し、この装置は、超音波探傷装置１と余寿命推定装置２を備えている。また、超音波探傷装置１は超音波探触子１ａを有している。超音波探触子１ａとしては、通常の超音波探傷法で用いられている一般的なもの（以下、通常型探触子）でも良いが、好ましくはフェーズドアレイ（Ｐｈａｓｅｄ  Ａｒｒａｙ）探触子または焦点型探触子を用いる。
【００２４】
超音波探傷装置１は、超音波探触子１ａに対して送信制御、受信制御及び受信信号の処理を行うことで、図２に示すように送信直後の表面反射によるピークよりも後にピークを持つエコー３またはエコー４または両方を検出し、検出したエコーから溶接部内のクリープボイドに関するデータを求める。
【００２５】
クリープボイドに関するデータとして、クリープボイドの密集度合（以下、ボイド個数密度：個／単位面積）があり、これはエコー３、４の高さ（大きさ）から推定できる。
【００２６】
クリープボイドの発生位置は、超音波の送信時刻とエコー３、４の受信時刻との差から求まる。
【００２７】
フェーズドアレイ探触子は多数の探触子を並べたものであり、個々の探触子の位相を制御することにより、超音波の送信方向を制御して走査でき、更には、超音波の焦点位置を制御できる。
【００２８】
従って、フェーズドアレイ探触子を用いる超音波探傷装置では、送信方向の走査だけでなく、これに加えて焦点制御を行って焦点型フェーズドアレイ探触子として動作させる方がクリープボイドの検出精度が上り望ましい。
【００２９】
超音波探触子１ａとしてフェーズドアレイ探触子を用いた超音波探傷装置では、超音波の送信方向の走査毎にボイド個数密度と発生位置を求め、更に、発生位置毎にボイド個数密度をその程度に応じて色分けした画像を生成し出力する。従って、検査員にとって探傷結果が見やすい
【００３０】
通常型探触子と焦点型探触子は単一の超音波探触子であり、通常型探触子は超音波を或る面積をもって送信するが、焦点型探触子は超音波を特定の焦点位置へ絞って送信する。従って、通常型探触子よりも焦点型探触子を用いる方が、クリープボイドの検出精度が上り望ましい。
【００３１】
超音波探触子１ａとして通常型探触子や焦点型探触子を用いた超音波探傷装置では、エコー３、４からボイド個数密度とその発生位置を求め、出力する。
【００３２】
余寿命推定装置２は、超音波探傷装置１で求まったデータから溶接部の余寿命を推定する。
【００３３】
以下の説明では、フェーズドアレイ探触子を用いた斜角探傷法を明示的に示す場合は、フェーズドアレイ斜角探傷法と呼び、フェーズドアレイ探触子を用いた垂直探傷法を明示的に示す場合は、フェーズドアレイ垂直探傷法と呼ぶ。超音波探触子の種類に依存しない場合は、単に斜角探傷法、垂直探傷法と呼ぶ。
【００３４】
［フェーズドアレイ垂直探傷法が高感度な理由］
図３は、火力プラントにて高温下で長時間運転された後の大口径厚肉配管として、主蒸気管のエルボ長手溶接部近傍の断面構造を模式的に示している。
【００３５】
図３において、溶接部５とその左右の母材６との各境界領域が熱影響部（ＨＡＺ）であり、各熱影響部は角度θ＝１６度の開先面７に沿って斜めに走った面状をなしている。各熱影響部は母材６寄りの細粒域と溶接部５寄りの粗粒域からなっており、タイプＩＶのクリープボイド（通常は球状）は、特に、細粒域にて面状に発生する。細粒域は大口径厚肉配管の場合でも数ｍｍ程度と薄い層をなしている。
【００３６】
表１は、超音波探傷後に、溶接部５近傍の断面調査（破壊検査）を行った結果を示している。
（１）  溶接部５の右側熱影響部にはき裂はなく、細粒域層中、表面近くに４６７個／ｍｍ２  のクリープボイドの密集部（以下、ボイド密集部）８があり、管中央付近に５７５個／ｍｍ２  のボイド密集部９があった。
（２）  溶接部５の粗粒域にはき裂がなく、２３３個／ｍｍ２  のボイド密集部１０があった。
（３）  溶接部５の左側熱影響部付近に深さ数１０ｍｍのき裂１１があった。このき裂１１は４０００個／ｍｍ２  以上でクリープボイドが密集したものであった。また、左側熱影響部の細粒域層中、き裂１１の先端付近に１２６５個／ｍｍ２  のボイド密集部１２があり、管中央付近に７００個／ｍｍ２  のボイド密集部１３があった。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
このようなクリープ損傷を受けている溶接部５に対し、破壊検査前に、フェーズドアレイ垂直探傷法とフェーズドアレイ斜角探傷法でそれぞれ非破壊検査を行ったところ、以下の結果を得た。
【００３９】
図４は、フェーズドアレイ垂直探傷法により左右両方の熱影響部を検査した結果を示す。タイプＩＶのクリープボイドをフェーズドアレイ垂直探傷法で検査する場合、超音波を溶接部の面に垂直、つまり肉厚方向に照射するので、開先面を角度θで投影した面（図７の符号２７参照）に見かけ上密に並んだクリープボイドを検出することになる。
（１）  ×印１４は、右側熱影響部のボイド密集部８（４６５個／ｍｍ２  ）を指示するエコーを検出できなかったことを示している。
（２）  ○印１５は、右側熱影響部のボイド密集部９（５７５個／ｍｍ２  ）を指示するエコーを検出できたことを示している。
（３）  ×印１６は、溶接部５の粗粒域におけるボイド密集部１０（２３３個／ｍｍ２  ）個数密度でボイド密集部１０を指示するエコーを検出できなかったことを示している。
（４）  △印１７は、左側熱影響部のき裂１１（４０００個／ｍｍ２  以上）に対応するエコーを検出できたが、エコーの高さが小さかったことを示している。
（５）  ○印１８は、き裂１１先端の左側熱影響部のボイド密集部１２（１２６５個／ｍｍ２  ）を指示するエコーを検出できたことを示している。
（６）  ○印１９は、左側熱影響部のボイド密集部１３（７００個／ｍｍ２  ）を指示するエコーを検出できたことを示している。
（７）  エコーの大きさは個数密度が大きいほど高かったが、き裂１１に対応するエコーは個数密度の小さいボイド密集部９（５７５個／ｍｍ２  ）を指示するエコーよりも低かった。
【００４０】
図５は、フェーズドアレイ斜角探傷法によりき裂のない右側熱影響部を検査した結果を示す。タイプＩＶのクリープボイドをフェーズドアレイ斜角探傷法で検査する場合、角度θの開先面に沿って幅が僅か数ｍｍの細粒域にクリープボイドが発生するため、薄い層状面（図７の符号２５参照）に発生したクリープボイドを狙って超音波を照射する。つまり、薄い層状面に垂直に超音波を照射する。
（１）  ×印２０は、右側熱影響部のボイド密集部８（４６５個／ｍｍ２  ）を指示するエコーを検出できなかったことを示している。
（２）  ×印２１は、右側熱影響部のボイド密集部９（５７５個／ｍｍ２  ）を指示するエコーを検出できなかったことを示している。
【００４１】
図６はフェーズドアレイ斜角探傷法によりき裂がある左側熱影響部を検査した結果を示す。
（１）  ○印２２は、左側熱影響部のき裂１１（４０００個／ｍｍ２  以上）を指示するエコーを検出できたことを示している。
（２）  ○印２３は、き裂１１先端の左側熱影響部のボイド密集部１２（１２６５個／ｍｍ２  ）を指示すエコーを検出できたことを示している。
（３）  ×印２４は、左側熱影響部のボイド密集部１３（７００個／ｍｍ２  ）を指示すエコーを検出できなかったことを示している。
（４）  エコーの大きさは個数密度が大きいほど高く、き裂１１を指示するエコーが１番高かった。
【００４２】
図４、図５に示す検査結果を比較すると、フェーズドアレイ斜角探傷法では小さなボイド密集部９（５７５個／ｍｍ２  ）を指示するエコーを検出できなかったが、フェーズドアレイ垂直探傷法では検出できている。これは、斜角探傷法が垂直探傷方よりも高感度であるとする一般常識に反した結果である。
【００４３】
ちなみに、図２に示す２つエコー３、４はともに同一のボイド密集部に向けて超音波を送信した時のエコーであって、エコー３はフェーズドアレイ斜角探傷法で得たものであり、エコー４はフェーズドアレイ垂直探傷法で得たものであるが、フェーズドアレイ斜角探傷法で得たエコー３に比べて、フェーズドアレイ垂直探傷法で得たエコー４の方がかなり大きい。
【００４４】
以下に、図７を参照して、ボイド密集部９をフェーズドアレイ垂直探傷法で検出できたことの理由を示す。
【００４５】
前述したように、火力プラント等にて高温下（例えば、６００°Ｃ）で長時間運転された配管では、溶接部５の内部、特に熱影響部にクリープ損傷が発生するという特徴がある。
【００４６】
図７に示すように、斜角探傷法では、細粒域の薄い層状面２５に発生したクリープボイド２６を狙って、超音波を溶接部の表面に対して斜めに照射する。言い換えれば、超音波は薄い層状面２５に対して垂直、つまり細粒域にそれの厚さ方向に当たる。
【００４７】
一方、垂直探傷法の場合は、同図７に示すように、超音波を溶接部の表面に対して垂直に照射し、溶接部の厚さ方向から細粒域に対して斜めに当てる。従って、開先面をそれの角度θで投影した面２７に見掛け上密に並んだクリープボイド２６ａを検出することになる。
【００４８】
今、角度θをなす熱影響部の面２５にクリープボイド２６がボイド個数密度ρ１で存在すると仮定する。このクリープボイド２６を真上から、すなわち垂直探傷法で検出すると、見掛け上のクリープボイド２６ａのボイド個数密度ρ２は次式（１）で表される。つまり、ボイド個数密度は見かけ上、ρ１からρ２へ濃縮されようになる。当然、ボイド個数密度の大きい方が超音波探傷で検出し易いから、常識に反して、垂直探傷法の方が斜角探傷法よりも高感度であったと考えることができる。
ρ２＝ρ１／ｓｉｎθ        （０°≦θ≦９０°）  ・・・式（１）
【００４９】
従って、フェーズドアレイ斜角探傷法では検出できなかったほどボイド個数密度が低いボイド密集部９でも、フェーズドアレイ垂直探傷法では高い見掛け密度を持つので検出することができる。例えば開先角度θが１６度であれば、フェーズドアレイ垂直探傷法では、フェーズドアレイ斜角探傷法に比べてボイド個数密度が３．６（＝１／ｓｉｎ１６°）もの倍率で濃縮される。
【００５０】
上述した見かけ上のボイド個数密度濃縮効果は、フェーズドアレイ垂直探傷法だけでなく、通常型探触子または焦点型探触子を用いた垂直探触法でも同様である。
【００５１】
従って、垂直探傷法が見かけ上のボイド個数密度濃縮効果を持つという知見により、垂直探傷法を利用することで、クリープボイド２６を従来より感度良く検出できる。つまり、溶接部５内のボイド個数密度が小さい初期のボイド密集部を検出できる。従って、クリープ損傷の早期の検査に大きく寄与する。
【００５２】
［フェーズドアレイ垂直探傷法とフェーズドアレイ斜角探傷法の併用例］
次に、図５、図６を比較すると、同じ溶接部５ではあるが、き裂１１のある左側熱影響部をフェーズドアレイ斜角探傷法により検査した結果を示す図６では、個数密度が大きい方のボイド密集部１２を指示するエコーを検出できているが、小さい方のボイド密集部１２を指示するエコーは検出できていない。
【００５３】
一方、き裂のない右側熱影響部をフェーズドアレイ斜角探傷法により検査した結果を示す図５では、２つのボイド密集部８、９にそれぞれ対応するエコーは何も検出できていない。
【００５４】
表１から判るように、エコーを検出できた方のボイド密集部１２のボイド個数密度は１２６５個／ｍｍ２  であり、また、ボイド密集部１３のボイド個数密度７００個／ｍｍ２  である。一方、エコーを検出できなかった方のボイド密集部８、９のボイド個数密度は４６７〜５７５個／ｍｍ２  である。
【００５５】
従って、図４、図５及び図６の結果をまとめる、開先面７の角度θが１６度の場合、表２に示すようになる。表２から開先角度θ＝１６度の場合、次の結論を導き出すことができる。
（１）  ボイド個数密度ρ１が５００個／ｍｍ２  以上の密集ボイドであれば、見かけ上のボイド個数密度ρ２が３．６倍の１８００個／ｍｍ２  に濃縮されるので、フェーズドアレイ垂直探傷法で検出可能である。つまり、フェーズドアレイ垂直探傷法の方がフェーズドアレイ垂直探傷法より感度が高い。
（２）  ボイド個数密度ρ１が１０００個／ｍｍ２  以上の密集ボイドであれば、フェーズドアレイ斜角探傷法でも検出可能である。
（３）  ボイド個数密度ρ１が５００個／ｍｍ２  未満の密集ボイドは、フェーズドアレイ垂直探傷法でもフェーズドアレイ斜角探傷法でも検出できない。
（４）  き裂１１（ボイド個数密度ρ１では４０００個／ｍｍ２  以上に相当）に対しては、フェーズドアレイ垂直探傷法よりもフェーズドアレイ斜角探傷法の方が感度が高い。つまり、フェーズドアレイ斜角探傷法ではき裂１１に対応するエコーをそのボイド個数密度に相応して高く検出できたにもかかわらず、フェーズドアレイ垂直探傷法ではエコーは検出できても、き裂１１を明確に指示するほどの高いエコーではなかった。この理由は、ボイド個数密度ρ１が４０００個／ｍｍ２  以上になると、き裂１１がいわゆる面状欠陥であるから、垂直探傷法の場合は超音波エコーが欠陥面で鏡面反射するためと推定されるためである。
【００５６】
【表２】
2004212366.tif 000004
【００５７】
以上のことから、超音波探傷装置１おいてフェーズドアレイ垂直探傷法とフェーズドアレイ斜角探傷法を併用することにより、クリープ損傷を検出することができる。
【００５８】
具体的には、フェーズドアレイ垂直探傷法におけるエコーの有無（エコーを検出できたか否か：垂直探傷法による溶接部内のクリープボイドに関する第１データ）と、フェーズドアレイ斜角探傷法におけるエコーの有無（エコーを検出できたか否か：斜角探傷法による溶接部内のクリープボイドに関する第２データ）から、表２に示すような４段階でボイド個数密度の範囲を推定する。
【００５９】
表２には、θ＝１６度の場合について、５００個／ｍｍ２  未満の範囲、５００個／ｍｍ２  以上１０００個／ｍｍ２  未満の範囲、１０００個／ｍｍ２  以上４０００個／ｍｍ２  未満の範囲、４０００個／ｍｍ２  以上の範囲に区分することが示されている。５００個／ｍｍ２  以上１０００個／ｍｍ２  未満の範囲は、初期に密集したクリープボイドに相当し、クリープボイドの密集を早期に検出することができる。
【００６０】
従来は、溶接部内のクリープ損傷は、図２のようにき裂１１が発生した段階（従って、表２ではボイド個数密度４０００個／ｍｍ２  以上の最終段階）にならないと検出できなかったが、フェーズドアレイ垂直探傷法とフェーズドアレイ斜角探傷法を併用することにより、それより前の初期段階でクリープ損傷状態を推定することができる。
【００６１】
更に、推定したボイド個数密度範囲から溶接部５の余寿命を推定することができる。
【００６２】
図８は、ボイド個数密度が配管等の溶接部におけるクリープ現象により、運転時間の経過に伴って増加する様子を示している。配管等がその製造後、クリープ損傷により破断するまでの寿命（以下、クリープ破断寿命）は、例えば１０万時間や１０年と長いが、クリープボイドはクリープ破断寿命の消費率４０％程度で密集し始め、次第に個数密度が増加して寿命消費率７５％程度でミクロクラックとなり、その後、個数密度が更に増加してき裂から破断に至る。
【００６３】
言い換えれば、ボイド個数密度とクリープ破断寿命消費率との間には、図９に示すような相関がある。例えば、開先角度が１６度の場合、クリープ破断寿命消費率はボイド個数密度ρ１が５００個／ｍｍ２  では約４５％、１０００個／ｍｍ２  では約５０％である。
【００６４】
従って、ボイド個数密度推定したボイド個数密度範囲に対応するクリープ破断寿命消費率を、ボイド個数密度とクリープ破断寿命消費率との相関に基づいて推定することができる。更には、次式（２）の計算を行うことで、余寿命を推定することができる。例えば、フェーズドアレイ垂直探傷法ではエコーを検出でき、フェーズドアレイ斜角探傷法ではエコーを検出できなかった場合は、クリープ破断寿命消費率が約４５％と推定し、余寿命をクリープ破断寿命の約５５％と推定できる。そして、推定した余寿命に基づいて、適宜な時期に取替え用配管等の製造を開始し、クリープ破断が起こる前に取り替える。
余寿命＝［クリープ破断寿命］
×［１００−クリープ破断寿命消費率］／１００      式（２）
【００６５】
上記ボイド個数密度範囲の推定、クリープ破断寿命消費率の推定、余寿命の推定は、余寿命推定装置２で行うようにしている。また、クリープ破断寿命消費率は図９に示したようにボイド個数密度に伴って増加するが、その相関関係は母材や溶接金属の材料等に依存するので、多数の試験を重ねることで材料に合った適切な関係を予め定めておくと良い。
【００６６】
［フェーズドアレイ垂直探傷法の単独使用例］
上記ではフェーズドアレイ垂直探傷法とフェーズドアレイ斜角探傷法の併用を説明したが、フェーズドアレイ垂直探傷法の単独使用でもクリープ損傷検出が可能なので、以下にこれを説明する。
【００６７】
表２及び図４から、以下に示すように、フェーズドアレイ垂直探傷法だけでも、或る程度のボイド個数密度範囲を推定できることが分かる。
【００６８】
即ち、開先面角度θ＝１６度の場合、ボイド個数密度ρ１が５００個／ｍｍ２  未満の範囲では、フェーズドアレイ垂直探傷法では何もエコーを検出できないが、ボイド個数密度ρ１がこれ以上の密集ボイドになるとエコーが現れ、その高さ（強度）はボイド個数密度ρ１が上昇するとともに大きくなる。
【００６９】
具体的には、ボイド個数密度ρ１が５７５個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印１５参照）、７００個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印１９参照）、１２６５個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印１８参照）の順でエコー高さが大きい。
【００７０】
更に、図９は、図３に示した溶接部５の別の部位にてフェーズドアレイ垂直探傷法により熱影響部を検査した結果である。図９中、○印２８はボイド個数密度ρ１が７５０個／ｍｍ２  の密集ボイドに対応するエコーを検出でき、○印２９はボイド個数密度ρ１が２０００個／ｍｍ２  の密集ボイドに対応するエコーを検出できたことを示している。そして、ボイド個数密度ρ１が７５０個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印２８参照）の高さは、７００個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印１９参照）より大きく、２０００個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印２９参照）の高さは、１２６５個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印１８参照）より大きかった。
【００７１】
一方、前述したように、き裂１１（ボイド個数密度ρ１：４０００個／ｍｍ２  以上）に対応したエコー（△印１７参照）の高さは、５７５個／ｍｍ２  に対応するエコー（○印１５参照）より小さかった。
【００７２】
以上のことから、θ＝１６度では、ボイド個数密度ρ１が４０００個／ｍｍ２  未満の場合は、その値をエコーの高さ（大きさまたは強度）から３段階の範囲で推定することができる。つまり、５００個／ｍｍ２  未満の範囲、５００個／ｍｍ２  以上１０００個／ｍｍ２  未満の範囲、１０００個／ｍｍ２  以上４０００個／ｍｍ２  未満の範囲に区分することができる。５００個／ｍｍ２  以上１０００個／ｍｍ２  未満の範囲は、初期に密集したクリープボイドに相当し、クリープボイドの密集を早期に検出することができる。
【００７３】
そして、前述した併用時と同様に、推定したボイド個数密度範囲に対応するクリープ破断寿命消費率を、ボイド個数密度とクリープ破断寿命消費率との相関に基づいて推定し、更には、推定したクリープ破断寿命消費率から式（２）の計算により余寿命を推定し、推定した余寿命に基づいて取替え用配管等の製造と取り替えを行う。例えば、フェーズドアレイ垂直探傷法では検出したエコーの高さが５００個／ｍｍ２  以上１０００個／ｍｍ２  未満の範囲に相当する場合は、クリープ破断寿命消費率が約４５％と推定し、余寿命をクリープ破断寿命の約５５％と推定できる。
【００７４】
このようにすることにより、フェーズドアレイ斜角探傷法を併用しなくて済み、クリープ損傷検査の工程が簡素化する。
【００７５】
なお、き裂１１がある場合は、その周辺に必ず高密度のボイド密集部（１０００〜４０００個／ｍｍ２  ）が存在するため、実質的にき裂１１を見逃すことはない。従って、フェーズドアレイ垂直探傷法において高さが低い怪しいエコーを観察した場合のみ、フェーズドアレイ斜角探傷法を併用すれば良い。
【００７６】
［フェーズドアレイ斜角探傷法の単独使用例］
表２、図６から、フェーズドアレイ斜角探傷法のみでも、θ＝１６度の場合、ボイド個数密度ρ１が１０００個／ｍｍ２  以上の密集ボイドになれば、エコーを検出でき、従ってクリープ損傷を検出できることが分かる。また、ボイド個数密度ρ１が４０００個／ｍｍ２  以上になれば、明らかにクリープボイドとはエコーの現れ方が異なり、き裂１１に相応する大きなエコーが検出されるので、き裂１１と密集ボイドとを区別することができる。
【００７７】
１０００個／ｍｍ２  のボイド個数密度ρ１は約５０％のクリープ破断寿命消費率に相当するから、実用上問題となるクリープ損傷が大きい時点での検査は、フェーズドアレイ斜角探傷法だけで良いといえる。
【００７８】
従って、フェーズドアレイ斜角探傷法でエコーを検出したとき、これがき裂とは異なるエコーであれば、θ＝１６度の場合は、クリープ破断寿命消費率が約５０％と推定し、余寿命をクリープ破断寿命の約５０％と推定できる。
【００７９】
このようにすることにより、フェーズドアレイ垂直探傷法を併用しなくて済み、クリープ損傷検査の工程が簡素化する。
【００８０】
上記では、開先面角度θが１６度の場合について説明したが、これに限られることはなく、種々の開先面角度について同様の議論が成り立つ。
【００８１】
また、上記では、フェーズドアレイ垂直探傷法とフェーズドアレイ斜角探傷法との併用、フェーズドアレイ垂直探傷法のみの使用、及び、フェーズドアレイ斜角探傷法のみの使用について説明したが、それぞれの使い分けはクリープ損傷検査のニーズに応じて行えば良い。
【００８２】
更に、上記では、フェーズドアレイ垂直探傷法及びフェーズドアレイ斜角探傷法（探傷結果が色分けした画像で得られるフェーズドアレイ探触子を用いた方法）について説明したが、これに限らず、通常型探触子を用いた通常の垂直探傷法及び斜角探傷法を用いても良い。
【００８３】
また、フェーズドアレイ垂直探傷法及びフェーズドアレイ斜角探傷法を用いる場合でも、フェーズドアレイ探触子を焦点型探触子として動作させればエコーの検出精度、従ってクリープボイドの検出精度が上り、この方が望ましい。同様に、通常の垂直探傷法及び斜角探傷法を用いる場合も、通常型探触子に代えて焦点型探触子を用いればエコーの検出精度、従ってクリープボイドの検出精度が上り、この方が望ましい。
【００８４】
【発明の効果】
第１発明によれば、垂直探傷法により溶接部内のクリープボイドに関する第１データを求めること、斜角探傷法により溶接部内のクリープボイドに関する第２データを求めるので、クリープボイド損傷を早期に検出することができる。
【００８５】
第２発明によれば、第１発明において、第１データと第２データとがともにエコーの有無であり、垂直探傷法により求めたエコーの有無と斜角探傷法により求めたエコーの有無との組み合わせにより、ボイド個数密度を推定するので、ボイド個数密度を早期に検出することができる。
【００８６】
第３発明によれば、垂直探傷法により溶接部内のクリープボイドに関するデータとして、エコーの高さを求め、求めたエコーの高さからボイド個数密度を推定するので、クリープボイドの個数密度を早期に検出することができる。
【００８７】
第４発明によれば、斜角探傷法により溶接部内のクリープボイドに関するデータとして、エコーの高さを求め、求めたエコーの高さからボイド個数密度を推定するので、ボイド個数密度を早期に検出することができる。
【００８８】
第５発明によれば、第２発明または第３発明または第４発明において、推定したボイド個数密度から溶接部のクリープ破断寿命消費率を推定し、推定したクリープ破断寿命消費率から溶接部の余寿命を推定するので、余寿命を早期に検出することができる。
【００８９】
第６発明によれば、第１発明または第２発明または第３発明または第４発明または第５発明において、超音波探触子として、フェーズドアレイ探触子を用いるので、探傷結果が画像出力されて見やすい。
【００９０】
第７発明によれば、第６発明において、フェーズドアレイ探触子を焦点型探触子として動作させるので、エコーの検出精度、従ってクリープボイドの検出精度が向上する。
【００９１】
第８発明によれば、第１発明または第２発明または第３発明または第４発明または第５発明において、超音波探触子として、焦点型探触子を用いるので、エコーの検出精度、従ってクリープボイドの検出精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する装置の構成例を示す図。
【図２】エコーの例を示す図。
【図３】大口径厚肉配管の溶接部の例を模式的に示す図。
【図４】図３の溶接部に対するフェーズドアレイ垂直探傷結果を示す図。
【図５】図３の右側熱影響部に対するフェーズドアレイ斜角探傷結果を示す図。
【図６】図３の左側熱影響部に対するフェーズドアレイ斜角探傷結果を示す図。
【図７】フェーズドアレイ垂直探傷法が高感度な理由を説明するための図。
【図８】ボイド個数密度が運転時間の経過に伴って増加する様子を示す図。
【図９】ボイド個数密度とクリープ破断寿命消費率との間の相関を示す図。
【図１０】図３の溶接部の別の部位に対するフェーズドアレイ垂直探傷結果を示す図。
【符号の説明】
１  超音波探傷装置
１ａ  超音波探触子
２  余寿命推定装置
３  フェーズドアレイ斜角探傷法によるエコー
４  フェーズドアレイ垂直探傷法によるエコー
５  溶接部
６  母材
７  開先面
８〜１０、１２〜１３  ボイド密集部
１１  き裂
１４、１６、２０、２１、２４  ボイド密集部に対応するエコーを検出できなかったことを示す×印
１５、１８、１９、２２、２３、２８、２９  ボイド密集部に対応するエコーを検出できたことを示す○印
１７  き裂に対応するエコーを検出できたことを示す△印
２５  細粒域の薄い層状面
２６  クリープボイド
２６ａ  見掛け上のクリープボイド
２７  開先面をそれの角度θで投影した面
【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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