(57)【要約】【課題】試験体に深いき裂を、簡単に付与できるようにする。【解決手段】粒界割れが付与された試験体を製造する際に、試験体１１よりも融点が低い低融点金属を試験体１１表面の一部に溶射して低融点金属層１２を形成する低融点金属溶射工程と、低融点金属層１２に覆われた試験体１１の温度が、低融点金属の融点よりも高くなるように、低融点金属層１２の近傍を溶接により加熱する加熱工程と、を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒界割れが付与された試験体を製造する試験体製造方法において、
前記試験体よりも融点が低い低融点金属を前記試験体表面の一部に溶射して低融点金属層を形成する低融点金属溶射工程と、
前記低融点金属層に覆われた前記試験体の温度が、前記低融点金属の融点よりも高くなるように、前記低融点金属層の近傍を溶接により加熱する加熱工程と、
を有することを特徴とする試験体製造方法。
【請求項２】
前記加熱工程は、前記試験体の変形を拘束しながら、前記低融点金属層に覆われた前記試験体の温度が、前記低融点金属の融点よりも高くなるように、前記低融点金属層の近傍を溶接により加熱するものであることを特徴とする請求項１記載の試験体製造方法。
【請求項３】
前記加熱工程の前に、前記試験体に開先加工を施す加工工程を有し、
前記加熱工程は、前記試験体の開先加工を施された部分を溶接することにより、前記低融点金属層に覆われた前記試験体の温度が、前記低融点金属の融点よりも高くなるように加熱するものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の試験体製造方法。
【請求項４】
前記低融点金属溶射工程の前に、前記試験体にＶノッチ加工を施す加工工程を有し、
前記低融点金属溶射工程は、前記Ｖノッチを覆うように低融点金属層を形成するものであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の試験体製造方法。
【請求項５】
前記加熱工程は、前記試験体の低融点金属層を有する面を溶接により加熱した後、前記低融点金属層を有する面の反対面を溶接により加熱するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか記載の試験体製造方法。
【請求項６】
前記加熱工程の後に、溶接部に溝を形成する再加工工程と、
前記再加工工程の後に、前記加熱工程で前記試験体に付与された粒界割れの先端部の温度が、前記低融点金属の融点よりも高くなるように、前記溝の溶接により加熱する再加熱工程と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか記載の試験体製造方法。
【請求項７】
前記再加工工程および前記再加熱工程を複数回行うことを特徴とする請求項６記載の試験体製造方法。
【請求項８】
前記加熱工程の前に、試験体の形状および材質、低融点金属の種類および溶射量、ならびに、入熱量に対するき裂進展深さとの関係を取得し、試験体の形状および材質、低融点金属の種類および溶射量に基づいて、最適な溶接条件を提示する試験体製造条件評価システムを構築する評価システム構築工程と、
前記評価システム構築工程の後で、前記低融点金属溶射工程の前に、前記試験体の形状および材質、ならびに、前記低融点金属の種類および溶射量を前記試験体製造条件評価システムに入力し、最適な溶接条件を得る製造準備工程と、
を有することを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか記載の試験体製造方法。
【請求項９】
粒界割れを付与された前記試験体を試験に供する前に、前記低融点金属層を電解液に接触させ、陽極酸化によって前記低融点金属を溶出させる工程を有することを特徴とする請求項１ないし請求項８いずれか記載の試験体製造方法。
【請求項１０】
粒界割れを付与された前記試験体を試験に供する前に、前記低融点金属層を腐食液に接触させ、前記試験体に超音波を加えることによって前記低融点金属を溶出させる工程を有することを特徴とする請求項１ないし請求項９いずれか記載の試験体製造方法。
【請求項１１】
粒界割れが付与された試験体の製造条件を提示する試験体製造条件評価装置において、
試験体の形状および材質、低融点金属の種類および溶射量、ならびに、入熱量に対するき裂進展深さとの関係を記憶する記憶手段と、
試験体の形状および材質、低融点金属の種類および溶射量を入力する入力手段と、
前記入力手段から入力された情報、および、前記記憶装置に記憶されている情報に基づいて、最適な試験体の製造条件を求める演算手段と、
前記演算装置が求めた製造条件を表示する表示手段と、
を有することを特徴とする試験体製造条件評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒界割れが付与された試験体を製造する試験体製造方法および試験体製造条件評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
維持基準のもとに原子力プラントの安全な運用を継続するためには、応力腐食割れ（ＳＣＣ）等の欠陥を実プラントで検出する非破壊検査技術の向上が求められている。そのためには、各測定器の校正用のＳＣＣ摸擬標準試験体が必要となる。従来、原子力機器用のＳＣＣ試験体は、ＳＣＣ感受性を高めた材料を高温高圧水中浸漬により作成していたが、進展速度が遅いために長時間浸漬が必要である。また、原子炉冷却材を模擬した水環境では２８８〜３５０℃程度、７０〜１５０気圧程度と高温・高圧となるため試験設備が大掛かりとなり、大型の試験体を製作することは困難であるという難点があった。特に近年問題となっている炭素含有量を低下させた耐ＳＣＣ材料については短時間でＳＣＣを付与するのが困難であった。
【０００３】
また、簡易的な手法で欠陥を付与する場合には、疲労による欠陥付与という方法があるが、き裂の形状がＳＣＣとは異なるために試験体としての信頼性が不十分であった。また、ＳＣＣ感受性が低い材料に対してき裂を付与する方法として、濃厚沸騰塩化マグネシウム溶液中に浸漬しＳＣＣを付与する方法があるが、この場合き裂が結晶粒内を進展し、高温水中で生じるＳＣＣと異なる様相を呈し、試験体としての信頼性が不十分であった。
【０００４】
これに対して、低融点金属による溶接割れを利用した技術では、短時間で粒界に沿ったき裂を付与できる利点がある。
【特許文献１】特開２０００−２１４１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示されている低融点金属による溶接割れを利用して、試験体にき裂を付与する方法は、低融点金属を塗料により塗布するため、加熱により蒸発や飛散が生じ、１ｃｍ以上の深いき裂を付与するのが困難であった。
【０００６】
そこで、本発明は、試験体に深いき裂を、簡単に付与できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明は、粒界割れが付与された試験体を製造する試験体製造方法において、前記試験体よりも融点が低い低融点金属を前記試験体表面の一部に溶射して低融点金属層を形成する低融点金属溶射工程と、前記低融点金属層に覆われた前記試験体の温度が、前記低融点金属の融点よりも高くなるように、前記低融点金属層の近傍を溶接により加熱する加熱工程と、を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、粒界割れが付与された試験体の製造条件を提示する試験体製造条件評価装置において、試験体の形状および材質、低融点金属の種類および溶射量、ならびに、入熱量に対するき裂進展深さとの関係を記憶する記憶手段と、試験体の形状および材質、低融点金属の種類および溶射量を入力する入力手段と、前記入力手段から入力された情報、および、前記記憶手段に記憶されている情報に基づいて、最適な試験体の製造条件を求める演算手段と、前記演算手段が求めた製造条件を表示する表示手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、試験体に深いき裂を、容易に付与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明に係る実施形態を、図面を参照しながら説明する。なお、同一または類似の部分には共通の符号を付して、重複説明は省略する。
【００１１】
［実施形態１］
図１は、本発明に係る実施形態１の試験体製造方法を示す模式図である。図２は、本発明に係る実施形態１の試験体製造方法の流れ図である。
【００１２】
本実施形態は、継手板状の試験体にき裂を付与する方法である。この方法では、まず、試験体製造条件評価装置に条件を入力して、製造に関するデータを得る（製造準備工程Ｓ１）。
【００１３】
図３は、本発明に係る実施形態１の試験体製造条件評価装置の構成図である。試験体製造条件評価装置は、コンピュータ２１と、コンピュータ２１に接続されたプリンタ２２から構成されている。コンピュータ２１は、記憶装置２１ｃおよび演算装置２１ｄを内蔵する本体２１ｅを有しており、キーボード２１ａおよびディスプレイ２１ｂは本体２１ｅに接続されている。
【００１４】
試験体の製造条件は、試験体の大きさ、形状および材質等により異なる。そのため、新たな形状の試験体を製作する場合には、試行錯誤により最適な条件を探しながら試験体を製造しなければならない。このような方法は非効率なので、予め要素試験により、試験体の大きさ、形状および材質、低融点金属の種類、低融点金属の被覆厚さ、溶接条件などとき裂進展深さの関係を取得して、目的としたき裂を付与するための最適条件を提示する試験体製造条件評価装置を構築している。
【００１５】
記憶装置２１ｃには、要素試験により低融点金属の種類、低融点金属の被覆厚さ、溶接条件等とき裂進展深さの関係が記憶されている。キーボード２１ａから、対象とする試験体の大きさ、形状および材質、低融点金属の種類、低融点金属の被覆厚さを入力すると、演算装置２１ｄは記憶装置２１ｃに保存されているデータに基づいて、適切な製造条件を求め、ディスプレイ２１ｂに表示するとともに、プリンタ２２に出力する。
【００１６】
試験体製造条件評価装置は、たとえば、材質：ＳＵＳ３１６Ｌ、板厚：３０ｍｍ、き裂長さ：５０ｍｍ、き裂深さ：１００ｍｍ、低融点金属種類：Ｚｎを入力すると、電流：１００Ａ、電圧：１５Ｖ、速度：５０ｍｍ／ｍｉｎ、パス数：５、Ｚｎ層との距離：５ｍｍを、試験体の製造条件としてプリンタ２２に出力する。この試験体製造条件評価装置を用いることにより、任意の形状、材質の試験体に対し最適な溶接条件が得られ、き裂付与工程の飛躍的効率化が図れる。
【００１７】
次に、製造準備工程Ｓ１で得られたデータに基づいて、２枚の板１７ａ，１７ｂに開先加工を施す（試料片加工工程Ｓ２）。
【００１８】
試料片加工工程Ｓ２で試料片を加工した後に、製造準備工程Ｓ１で得られたデータに基づいて、２枚の板１７ａ，１７ｂの開先加工を施された部分の近傍を、低融点金属たとえば亜鉛の溶射により被覆する（低融点金属溶射工程Ｓ３）。
【００１９】
低融点金属溶射工程Ｓ３の後に、２枚の板１７ａ，１７ｂを、開先加工が施された部分が対向するように押し付けて、変形を押えるように拘束したまま、開先加工された部分の近傍に溶接棒１４を近づけて溶接し、試験体１１を作成する（溶接工程Ｓ４）。溶接の条件は、製造準備工程Ｓ１で得られたデータに基づく。
【００２０】
これらの工程によって、２枚の板１７ａ，１７ｂを溶接金属１５で接続された試験体１１が生成される。試験体１１には、熱と応力が同時に加えられることにより、溶接部近傍の低融点金属溶射層１２に覆われるようにき裂１３が付与される。
【００２１】
溶接工程Ｓ４において、作成された試験体１１のき裂１３には、低融点金属が残留している。そこで、超音波洗浄器３７（図４）を用いて低融点金属を溶出させる（低融点金属溶出工程Ｓ５）。
【００２２】
図４は、本発明に係る実施形態１の超音波洗浄器の断面図である。超音波洗浄器３７は水槽３６ａを有しており、水槽３６ａの底面に設置された電解液槽台３８の上に電解液槽３５ａが設置されている。水槽３６ａには水３６が入れられており、電解液槽３５ａには電解液３５が入れられている。
【００２３】
低融点金属層１２およびき裂１３の中の低融点金属を溶出させるために、まず、電解液３５に試験体１１を沈め、試験体１１と直流電源３１を陽極リード線３４で接続する。また、電解液３５に陰極３２を沈め、陰極３２と直流電源３１を陰極リード線３３で接続する。さらに、超音波洗浄器３７によって発生した超音波は、電解液槽台３８を介して電解液槽３５ａに伝わり、電解液槽３５ａまたは電解液３５によって試験体１１に伝わる。電解とともに超音波を加えることにより、溶出した低融点金属を拡散させることができる。これにより大部分の低融点金属はき裂１３外に排出されるので、非破壊検査の測定値に与える影響は小さくなり、試験体１１は理想的なき裂試験体として利用できる。
【００２４】
なお、き裂１３内の低融点金属が、試験に影響を与えない場合には、低融点金属溶出工程Ｓ５を省略してもよい。また、溶接棒を用いず、アークのみによる加熱でもき裂を付与することができる。
【００２５】
［実施形態２］
実施形態２は、試料片加工工程Ｓ２において板１７に開先加工を施さない場合の試験体１１の製造方法である。
【００２６】
図５は、本発明に係る実施形態２の試験体製造方法を示す模式図である。浅いき裂１３を試験体１１に付与する場合には、開先加工を施さなくてもよい。この場合には実施形態１の試料片加工工程Ｓ２を省略し、製造準備工程Ｓ１で製造に関するデータを得た後に、１つの板１７の表面の一部に低融点金属を溶射して低融点金属溶射層１２を形成させる。溶接工程Ｓ４では、板１７の変形を押えるように拘束したまま、低融点金属溶射層１２の近傍に溶接棒１４を近づけて溶接金属を板１７に接合させ、き裂１３が付与された試験体１１を作成する。
【００２７】
本実施形態では、試験体１１に開先加工などの機械加工を施さないため、短時間で試験体１１を作成することができる。
【００２８】
［実施形態３］
実施形態３は、試料片加工工程Ｓ２において板１７に開先加工を施す代わりに、板１７の表面にＶノッチ加工を施す試験体１１の製造方法である。
【００２９】
図６は、本発明に係る実施形態３の試験体製造方法を示す模式図である。本実施形態では、試料片加工工程Ｓ２において、板１７の表面にＶノッチ１６の加工を施し、低融点金属溶射工程Ｓ３において、Ｖノッチ１６を覆うように低融点金属を溶射して低融点金属溶射層１２を形成させる。溶接工程Ｓ４では、板１７の変形を押えるように拘束したまま、低融点金属溶射層１２の近傍に溶接棒１４を近づけて溶接金属を板１７に接合させ、き裂１３が付与された試験体１１を作成する。き裂１３はＶノッチ１６の先端近傍から板１７の内部に伸びる。
【００３０】
Ｖノッチ加工を施すことにより、Ｖノッチ先端に応力が集中するため、き裂発生を容易にするばかりでなく、狙った位置にき裂を正確に発生させることができる。
【００３１】
［実施形態４］
実施形態４は、表面にき裂を発生させた後に試験体を裏返してき裂をより深く進展させる方法である。
【００３２】
低融点金属として融点が４２０℃の亜鉛を用いる場合には、約７００℃以上でき裂が発生するという試験データがあり、このため、き裂１３の先端と溶接部の距離は数ｍｍ程度でなければならない。厚板の場合にはき裂１３の先端と加熱部の距離が大きくなるため、き裂を深く進めるためにはき裂１３の先端近傍で加熱する工夫が必要になる。
【００３３】
図７は、本発明に係る実施形態４の試験体製造方法を示す模式図であり、（ａ）は試験体を裏返す前まで、（ｂ）は試験体を裏返した後を示すものである。本実施形態では、試料片加工工程Ｓ２において、一方の板１７の両面に開先加工を施す。低融点金属溶射工程Ｓ３において、もう一方の板１７の端部近傍に、低融点金属溶射層１２を形成しておく。溶接工程Ｓ４では、初めに表面近傍での溶接によりき裂１３を発生させた後、試験体１１を裏返して溶接することにより、溶接部をき裂１３の先端に近づけき裂を深く進展させることができる。
【００３４】
［実施形態５］
実施形態５は、実施形態４と同様の効果を得るために、試験体１１を裏返すのではなく、溶接によりき裂１３を発生させた後に、き裂１３発生部近傍に開先状の溝加工を施し、溶接により埋め戻す過程でき裂を進展させる方法である。
【００３５】
図８は、本発明に係る実施形態５の試験体製造方法を示す模式図であり、（ａ）は再加工工程の前まで、（ｂ）は再加工工程の後を示すものである。本実施形態では、実施形態１と同様に製造準備工程Ｓ１、試料片加工工程Ｓ２、低融点金属溶射工程Ｓ３および溶接工程Ｓ４を行った後、低融点金属溶出工程Ｓ５の前に、再加工工程と再溶接工程を行う。再加工工程とは、き裂１３発生部近傍に開先状の溝加工を施す工程であり、再溶接工程とは、その溝を溶接により埋め戻す工程である。再加工工程および再溶接工程を繰り返すことにより、より深いき裂１３を得ることができる。
【００３６】
本実施形態は、配管のように、裏側から溶接ができない試験体１１に対して有効な方法である。
【００３７】
［実施形態６］
実施形態６は、試験片１１が大きく、実施形態１で示した超音波洗浄器を用いることができない、または、用いることが現実的でない場合にも、き裂１３中に含まれる低融点金属を溶出させる方法である。
【００３８】
図９は、本発明に係る実施形態６の試験体製造方法を示す模式図である。本実施形態では、電解セル３０を試験体１１上に設置する。この場合でも、電解とともに超音波を加えることにより溶出した低融点金属を拡散させることができる。
【００３９】
以上述べた通り、本発明により、短時間で容易に試験体を製作できる。この試験体は、正確な欠陥検査装置の開発や、検査員の技術向上に寄与する。さらには、欠陥検出技術が向上し、き裂を正確に測定できるようになるため、原子炉プラントの安全性の向上に寄与する。
【００４０】
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る実施形態１の試験体製造方法を示す模式図である。
【図２】本発明に係る実施形態１の試験体製造方法の流れ図である。
【図３】本発明に係る実施形態１の試験体製造条件評価装置の構成図である。
【図４】本発明に係る実施形態１の超音波洗浄器の断面図である。
【図５】本発明に係る実施形態２の試験体製造方法を示す模式図である。
【図６】本発明に係る実施形態３の試験体製造方法を示す模式図である。
【図７】本発明に係る実施形態３の試験体製造方法を示す模式図であり、（ａ）は試験体を裏返す前まで、（ｂ）は試験体を裏返した後を示すものである。
【図８】本発明に係る実施形態５の試験体製造方法を示す模式図であり、（ａ）は再加工工程の前まで、（ｂ）は再加工工程の後を示すものである。
【図９】本発明に係る実施形態６の試験体製造方法を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４２】
１１…試験体、１２…低融点金属溶射層、１３…き裂、１４…溶接棒、１５…溶接金属、１６…Ｖノッチ、１７，１７ａ，１７ｂ…板、２１…コンピュータ、２２…プリンタ、３０…電解セル、３１…直流電源、３２…陰極、３３…陰極リード線、３４…陽極リード線、３５…電解液、３６…水、３７…超音波洗浄器、３８…超音波発生器、３９…超音振動端子
【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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