JP6397252B2 - 耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法 - Google Patents

Description

本開示は、耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法に関する。

ボイラや蒸気タービンのような蒸気設備に使用される配管は、長期間に亘って高温・高圧環境下で使用されるため、高温強度に優れた材料から形成された耐熱部材が用いられる。この種の配管では、運用時間の経過に伴って、クリープボイドやクラックのようなクリープ損傷が進行する。クリープ損傷は、配管が溶接部を有している場合、配管の内部から進行することが知られており、特に熱影響部において発生しやすい特性がある。

一般的な配管の場合、配管内部の損傷状態と配管表面の損傷状態との間に少なからず相関関係がある。そのため、従来の検査方法では、配管表面の損傷状態を磁粉探傷（ＭＴ）法などで測定し、その測定結果から内部の損傷状態を推測して評価していた。しかしながら、クロムを９〜１２質量％程度含有する高クロム鋼や、高クロム鋼と類似組織を有しクロムを２〜３質量％程度含有する高強度低合金鋼のような高強度フェライト鋼から形成された配管では、上記相関を有さない場合がある。このような配管に対しては、超音波測定（ＵＴ、ＴＯＦＤ法、及びフェイズドドアレイ法（以下、適宜「ＰＡ法」と称する）など）を用いることにより、磁粉探傷（ＭＴ）法のような表面測定に頼ることなく、配管内部の損傷状態の評価が行われている。

例えば特許文献１には、超音波のノイズ分析測定と表面のクリープボイド個数測定との結果に基づいて、金属材料におけるクリープ損傷を評価する方法が開示されている。

特開２００２−３１６３２号公報

クリープ損傷は、まず配管内部に微小な損傷として発生するが、一度発生すると、その後、速い進展速度で周囲に広がる。そのため、クリープ損傷は、微小な損傷である段階で検出することが好ましい。この観点によれば、複数の探触子を配列して送信のタイミングを変化させることで超音波を任意の位置にフォーカス可能なＰＡ法が、配管内部に発生する微小な損傷検出に適していると考えられる。

ところで、ボイラや蒸気タービンのような蒸気設備に使用される配管は、長距離に亘って多数の溶接部を有する。また、湾曲された板材を溶接して製作される溶接製鋼管は、長手方向に沿って溶接部が延在している（例えば数１０−数１００ｍ）。このような溶接部は、応力解析においても応力分布が一定であるため、クリープ損傷がどの位置から発生するのかが不明である。そのため、全長検査を実施する必要がある。しかしながら、ＰＡ法は測定時間が比較的かかるため、このような溶接部に対して、従来のＰＡ法をそのまま適用すると、検査に膨大な時間とコストがかかってしまうという問題点がある。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、溶接部に生じるクリープ損傷を効率的且つ高精度に評価することが可能な耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法を提供することにある。

本発明の少なくとも一実施形態に係る耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法は、測定位置に配置されたプローブで受信した超音波の反射波に基づいて断層画像を作成可能なフェイズドアレイ超音波探傷装置を用いた耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法において、前記プローブを第１速度で前記溶接部の延在方向に沿って走査しながら前記断層画像をリアルタイム表示することにより、前記断層画像に基づいて前記溶接部に含まれる熱影響部の損傷状態を評価する高速ＰＡ測定工程と、前記高速ＰＡ測定の評価結果に基づいて、前記溶接部から検査対象領域を決定する検査対象領域決定工程と、前記プローブを前記検査対象領域に含まれる各測定点を順次移動することにより前記第１速度より遅い第２速度で前記検査対象領域を走査しながら、前記プローブを前記各測定点で固定して取得した前記断層画像を記録する詳細ＰＡ測定工程と、前記記録された断層画像に基づいて、前記溶接部の余寿命を求める解析工程とを備えることを特徴とする。

本実施形態によれば、高速ＰＡ測定によって溶接部全体に亘って簡易的に損傷状態を把握し、その測定結果に応じて、損傷状態が比較的大きな領域を検査対象領域として決定する。そして当該検査対象領域のみについて詳細ＰＡ測定を行うことで、効率的且つ高精度に損傷状態を評価し、余寿命を検査することができる。特に、溶接部が長距離に亘る場合であっても、詳細ＰＡ測定を行う範囲を、高速ＰＡ測定によって損傷が存在する可能性が高い領域を検査対象領域として決定しておくことで、検査に要する期間・コストを効果的に短縮しながら、精度のよい評価が可能となる。

幾つかの実施形態では、前記高速ＰＡ測定工程では、前記損傷状態を前記プローブの測定位置と関連付けて記録すると共に、前記反射波のエコーレベルに対応して予め規定されたクラスに分類し、前記検査対象領域決定工程では、閾値以上の前記エコーレベルに対応する前記クラスに含まれる前記測定位置を検査対象領域として決定する。

この実施形態によれば、高速ＰＡ測定によって溶接部を各クラスに分類することで、損傷の存在する可能性が高い領域を効率的に選定することができる。

幾つかの実施形態では、前記溶接部の表面の損傷状態を、磁粉探傷法を用いて評価する磁粉探傷工程を備え、前記磁粉探傷工程で得られた損傷状態と前記解析工程で得られた解析結果とに基づいて、前記耐熱部材のメンテナンス計画を作成する。

この実施形態によれば、ＰＡ法では評価困難である溶接部表面の損傷状態を磁粉探傷法によって補完できる。これにより、溶接部について漏れの少ない損傷評価が可能となり、より高品質な検査を提供できる。

幾つかの実施形態では、前記プローブを前記耐熱部材の前記溶接部から離れた第１の表面に配置しながら、前記溶接部からの反射波を前記耐熱部材の第２の表面で全反射させて受信した超音波信号に基づいて、前記溶接部の前記第１の表面近傍における損傷状態を測定する斜角ＵＴ測定工程を更に備える。

この実施形態によれば、斜角ＵＴ測定によって、ＰＡ法や磁粉探傷法では測定困難である溶接部の表面近傍（深さ数ｍｍの範囲）について損傷評価を行うことができる。これにより、溶接部について漏れの少ない損傷評価が可能となり、より高品質な検査を提供できる。

幾つかの実施形態では、前記耐熱部材は円筒状の配管であり、前記溶接部は前記配管の軸方向に沿って延在する。

この実施形態によれば、溶接部が長距離に亘って存在する場合であっても、上述の方法に要する期間・コストを効果的に短縮しながら、精度のよい評価が可能となる。

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、溶接部に生じるクリープ損傷を効率的且つ高精度に評価することが可能な耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法を提供できる。

本発明の少なくとも一実施形態に係る余寿命検査方法の検査対象である耐熱部材の概略構造を示す図である。 図１に示す配管の一部の側面図及び断面図である。 配管の溶接部を拡大して示す模式図である。 探傷装置の使用状態を模式的に示す図である。 本発明の少なくとも一実施形態に係る配管の溶接部の余寿命検査方法を概略的に示すメインフローチャートである。 図５の高速ＰＡ測定工程のサブルーチンを示すフローチャートである。 図５の検査対象領域決定工程のサブルーチンを示すフローチャートである。 図５の詳細ＰＡ測定工程のサブルーチンを示すフローチャートである。 図５の解析工程のサブルーチンを示すフローチャートである。 Ｓ２２で用いられる評価基準の一例を示す表である。 高速ＰＡ測定によって得られる断層画像のうち図１０に示す各クラスに対応するものを示す図である。 一般的なＰＡ測定におけるエコーレベルに基づく損傷状態の判定基準の一例を示す表である。 プローブの自動操作を実現するための構成例を示す模式図である。 図１３はクリープボイド個数密度と余寿命パラメータとの相関を示す特性曲線の一例を示すグラフである。 ＭＴ法の測定例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る寿命評価方法を示すフローチャートである。 図１５のＳ６２における場合わけの条件を設定する基準表である。 斜角ＵＴ法による測定の様子を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る余寿命評価方法のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、本発明の少なくとも一実施形態に係る余寿命検査方法の検査対象である耐熱部材１の全体構造を示す図である。図２は図１に示す耐熱部材１の一部である配管１０の側面図及び断面図である。図３は配管１０の溶接部１２を拡大して示す模式図である。

配管１０は大型プラント設備において使用される蒸気配管である。配管１０は長手方向の長さが数１０−数１００ｍに及ぶため、十分な強度を有するように、湾曲された２枚の板状部材１０ａ及び１０ｂの両端が溶接されることによって製造されている。すなわち、配管１０を構成する板状部材１０ａ及び１０ｂの間には、長手方向に沿って延在する溶接部１２ａ及び１２ｂが形成されている。

配管１０は長期間に亘って高温条件下で使用されるため、耐熱鋼材料から形成されている。具体的には、クロムを９〜１２質量％程度含有する高クロム鋼や、高クロム鋼と類似組織を有しクロムを２〜３質量％程度含有する高強度低合金鋼から形成されている。

図３に示すように、溶接部１２は、板状部材１０ａ及び１０ｂ間に位置しており、溶金１４と、該溶金１４の両側の熱影響部１６とを含む。熱影響部１６には、長期間に亘る高温での使用によってクリープボイドが発生する。クリープボイドは長時間の使用によってその数が増加し、隣接するクリープボイド同士が繋がってクラックとなる。そして、クラックは徐々に成長し、最終的には溶接部１２を厚さ方向に貫通して、内部流体のリークが発生する。このため、ボイラ等の運用においては、配管１０の溶接部１２の余寿命検査を適確に行う必要がある。

本発明の少なくとも一実施形態では、このようなクリープ損傷を検査するためにフェイズドアレイ（ＰＡ）法を用いた探傷装置２０を使用する。ここで図４は探傷装置２０の使用状態を模式的に示す図である。

探傷装置２０は、探傷装置本体２２と、探傷装置本体２２と電気的に接続されたプローブ２４とを有する。
探傷装置本体２２は、例えばコンピュータによって構成されており、プローブ２４からの超音波の送受信制御や、受信信号の解析処理を行い、解析結果を断層画像としてディスプレイなどの表示装置（不図示）に表示可能に構成されている。

プローブ２４は、一列に配列された複数の振動素子２６からなるアレイ素子２８を有する。各振動素子２６は圧電素子からなり、電気信号が加えられることによって振動して超音波を出射し、超音波が入射したときに超音波の振幅に対応する電気信号を出力するように構成されている。超音波の出射角度は、圧電素子に加える電気信号の位相を調整することによって制御可能に構成されている。

プローブ２４は、配管１０の外表面（第１表面）１１の測定位置に配置され、探傷装置本体２２は、プローブ２４を用いて、超音波の反射波を検知する。そして、探傷装置本体２２はプローブ２４の検知信号に基づいて、測定位置座標に対応付けられた断層画像を作成する。

図５は、本発明の少なくとも一実施形態に係る配管１０の溶接部１２の余寿命検査方法を概略的に示すメインフローチャートである。メインフローチャートは高速ＰＡ測定工程Ｓ１０と、検査対象領域決定工程Ｓ１２と、詳細ＰＡ測定工程Ｓ１４と、解析工程Ｓ１６とを備えており、これら各工程は図６乃至図９に示すサブルーチンを有している。

高速ＰＡ測定工程Ｓ１０では、通常に比べて測定感度を高く設定すると共に、プローブ２４を溶接部１２に沿って手動走査しながら、プローブ２４の位置に対応する溶接部１２の断層画像をリアルタイム表示する。オペレータは当該断層画像を参照することにより溶接部１２の損傷状態を確認しながらプローブ２４を走査する。確認した損傷状態は、プローブ２４の測定位置と関連付けて、後に利用可能に記録される。
このように高速ＰＡ測定工程Ｓ１０では、プローブ２４を走査しながら溶接部１２の全体に亘って高い測定感度で損傷状態を簡易的に測定する。これにより、溶接部が広範囲に亘る場合であっても、比較的短時間・低コストで損傷状態について信頼性のあるデータを取得することができる。

検査対象領域決定工程Ｓ１２では、Ｓ１０の測定結果に基づいて、更に詳細な検査を要する検査対象領域を決定する。当該工程では、高速ＰＡ測定工程Ｓ１０の結果、内部に損傷が存在する可能性がある領域を検査対象領域として決定する。このように高速ＰＡ測定の結果に基づいて検査対象領域を決定することで、検査を行うべき領域を効率的に選択することができる。

詳細ＰＡ測定工程Ｓ１４では、検査対象領域について詳細ＰＡ測定を実施する。詳細ＰＡ測定では、上記工程で決定された検査対象領域について、高速ＰＡ測定工程Ｓ１０に比べてＰＡ法による詳細な損傷状態の測定が実施される。具体的には後述するが、プローブ２４の位置を検査対象領域内で順次移動させながら（つまり各測定点でプローブ２４を固定した状態で、ＰＡ測定完了毎に順次移動させながら）、ＰＡ測定を実施する。このように詳細ＰＡ測定工程では、高速ＰＡ測定工程に比べて遅い走査速度、且つ、短い測定ピッチで評価が行われるため、より高精度で鮮明なＰＡ法による評価がなされる。

解析工程Ｓ１６では、上記Ｓ１０−Ｓ１４で取得した各種データに基づいて、溶接部１２を解析することにより、余寿命を評価する。余寿命の評価は、例えば損傷状態と余寿命に関係する余寿命パラメータＰｒとの対応関係を予め規定しておき、当該関係に実測データを当てはめ、余寿命パラメータＰｒを求めることにより行われる。
なお、余寿命とは、現時点から溶接部１６がクリープ損傷により破断するまでの時間であるが、余寿命パラメータＰｒは、溶接部１６の余寿命に関係する値を表すものであればよく、全寿命に対し現時点までに経過した時間の割合を示す寿命消費率であってもよい。

図６を参照して、高速ＰＡ測定工程Ｓ１０のサブルーチンを詳細に説明する。
まず探傷装置２０を高速ＰＡ測定に適した測定条件に設定する（ステップＳ２０）。ここでは、一般的なＰＡ測定に比べて測定感度が約１０−２０ｄＢ高く、且つ、プローブ２４を手動走査可能なように測定条件が設定される。このような測定条件に設定することにより、プローブ２４を手動走査した場合に、損傷状態を簡易的に把握可能な程度に波形情報を得ることができる。

続いて、オペレータは溶接部１２の延在方向に沿ってプローブ２４を手動走査しながら（ステップＳ２１）、表示される断層画像を評価する（ステップＳ２２）。前述したように、溶接部１２は配管１０の長手方向に沿って長距離に亘って延在している。オペレータは溶接部１２に沿ってプローブ２４を走査し、本体２２にリアルタイム表示される断層画像に基づいて内部の損傷状態を評価する。損傷は断層画像中に点状や線状に表示されるが、着色によって区別が容易にしてもよい。

溶接部１２のうち熱影響部１６における損傷の有無が、余寿命に影響が大きい。そのため、Ｓ２２においてオペレータは熱影響部１６における損傷の有無に着目して評価することで、より精度のよい損傷評価を行うとよい。

ある実施形態では、Ｓ２２における損傷評価を、予め設定された評価基準に照合してクラス分けして行ってもよい。ここで図１０は、Ｓ２２で用いられる評価基準の一例を示す表である。
この評価基準は、損傷状態に応じて、シンボル"Ａ"、"Ｂ"、"Ｃ"及び"Ｄ"で示される４段階から構成される。シンボル"Ａ"はエコーレベルが２５％未満であり、波形に有意な指示が見られない場合に対応する。シンボル"Ｂ"はエコーレベルが２５％以上＆５０％未満であり、波形に周囲と識別可能なエコーがある場合に対応する。シンボル"Ｃ"はエコーレベルが５０％以上であり、波形に周囲と識別可能な高いエコーがある場合に対応する。シンボル"Ｄ"はエコーレベルが５０％以上であり、波形に高いエコーが連続的に分布している場合に対応する。

尚、当該評価基準では、エコーレベルが５０％以上である場合を、波形に基づいてシンボル"Ｃ"及び"Ｄ"に分類している。これらは、波形から推定される損傷状態が点状であるか連続状（例えば線状、面状）であるかが異なっている。波形が連続状である場合には、点状である場合に比べて損傷が進行していることを示すため、これらを区別している。

図１１は、高速ＰＡ測定によって得られる断層画像のうち図１０に示す各クラスに対応する測定データの一例を示す図である。図１１（ａ）はクラスＡに該当する断層画像の一例であり、全体に亘って損傷が存在しておらず、きれいな状態が示されている。図１１（ｂ）はクラスＢに該当する断層画像の一例であり、矢印で示すように損傷の痕跡が小さい点として確認されている。図１１（ｃ）はクラスＣに該当する断層画像の一例であり、矢印で示すように図１１（ｂ）に比べて大きな天井の損傷が熱影響部１６に存在している。図１１（ｄ）はクラスＤに該当する断層画像の一例であり、矢印で示すように線状の損傷が熱影響部１６にが存在しており、図１１（ｃ）に比べて損傷が進行していることを意味している。

ここで図１２は、一般的なＰＡ測定におけるエコーレベルに基づく損傷状態の判定基準の一例を示す表である。一般的なＰＡ測定では測定感度が比較的低いため、エコーレベル２５％が損傷有無の判定閾値として用いられていた。本実施形態の高速ＰＡ測定では、一般的なＰＡ測定に比べて測定感度を約１０−２０ｄＢ高く設定することによって、図１０のシンボル"Ｂ"で示すように、一般的なＰＡ測定では識別困難なエコーレベル２５−５０％の領域でも判定に使用可能となっている。

このように評価基準に基づく判定がなされると、オペレータは当該評価結果をプローブ２４の測定位置と関連付けて記録する（ステップＳ２３）。これにより、長距離に亘って延在する溶接部の各領域が上記評価基準のどのクラスに分類されるかが記録される。つまり、長い溶接部のどの領域に損傷がある可能性があるのかについて、おおよその見当をつけることができる。

続いて、オペレータは高速ＰＡ測定が対象範囲（溶接部１２全体）について完了したか否かを判定する（ステップＳ２４）。測定が完了している場合（ステップＳ２４：ＹＥＳ）、当該サブルーチンを終了してメインフローチャート（図５）に処理を戻す（リターン）。一方、測定が完了していない場合（ステップＳ２４：ＮＯ）、処理をＳ２１に戻して高速ＰＡ測定を継続する。

図７を参照して、検査対象領域決定工程Ｓ１２のサブルーチンを詳細に説明する。
Ｓ１０の高速ＰＡ測定結果を取得し（ステップＳ３０）、当該結果から評価レベルがシンボル"Ｃ"及び"Ｄ"である領域を検査対象領域として決定する（ステップＳ３１）。これらの領域は、エコーレベルが５０％以上と高いため、損傷が存在する可能性が高いため、詳細な検査を行う必要性が高いからである。
尚、後述する詳細ＰＡ測定工程にかける時間を更に確保可能である場合には、シンボル"Ｂ"についても検査対象領域に含めてもよい。
このように検査対象領域決定工程Ｓ１２では、高速ＰＡ測定の結果に基づいて詳細検査を行う領域を、検査漏れリスクを抑えながら効率的に選定することができる。

図８を参照して、詳細ＰＡ測定工程Ｓ１６のサブルーチンを詳細に説明する。
まず探傷装置２０を詳細ＰＡ測定に対応する測定条件に設定する（ステップＳ４０）。ここでは、高速ＰＡ測定工程と同様に、一般的なＰＡ測定に比べて測定感度が約１０−２０ｄＢ高く設定する一方で、プローブ２４を自動走査するように測定条件が設定される。自動走査は、検査対象領域決定工程で決定された領域について詳細ＰＡ測定がなされるように設定される。

続いて、ステップＳ４０で設定された測定条件に従ってプローブ２４の自動走査が開始され（ステップＳ４１）、各位置においてＰＡ測定が実施される（ステップＳ４２）。具体的には、検査対象領域内において、まず第１位置にプローブ２４を固定してＰＡ測定を行った後、同じく検査対象領域に含まれる第２位置に移動してプローブ２４を固定してＰＡ測定を行う。このように検査対象領域内の各位置において、プローブ２４が固定された状態でＰＡ測定を行い、所定ピッチ間隔で順次移動するように自動走査が実施される（ピッチ間隔は、高速ＰＡ測定時のピッチ間隔に比べて十分に小さく設定されることが好ましい。例えば、ピッチ間隔は０．５ｍｍである）。

ここで図１３はプローブ２４の自動操作を実現するための構成例を示す模式図である。上記自動走査は、プローブ２４が先端に取り付けられた走査体２６が溶接部１２に沿って設けられたガイド２８に取り付けられ、当該ガイド２８に沿って自動的に移動されながらＰＡ測定が行われるように制御されることで実現するとよい。

このような自動走査とＰＡ測定は、検査対象領域の全体について完了されるまで継続され（ステップＳ４３）、その後、処理はメインフロー（図５）に戻される。

各ポイントにおける詳細ＰＡ測定は、高速ＰＡ測定に比べて時間を要するものではある。しかしながら、上述したように予め高速ＰＡ測定結果に基づいて決定された検査対象領域についてのみ詳細ＰＡ測定を実施することにより、溶接部１２の全領域について詳細ＰＡ測定を行う場合に比べて、大幅に所要期間・コストを削減することができる。

図９を参照して、サブルーチンである解析工程Ｓ１８について詳細に説明する。
解析工程１８では、予めクリープボイド個数密度と余寿命パラメータＰｒ（例えば寿命消費率）との相関を示す特性曲線を用意しておく（ステップＳ５０）。図１４はクリープボイド個数密度と余寿命パラメータＰｒとの相関を示す特性曲線の一例を示すグラフである。
尚、特性曲線は、解析工程Ｓ１８を実行する探傷装置本体２０に内蔵又は外付けされた記憶媒体に予め記憶されている。

ここで特性曲線の求め方について簡潔に説明する。
特性曲線は、予めクリープボイド個数密度及び余寿命パラメータＰｒが判明している複数の標準試料に基づいて規定される。これら標準試料は、検査対象となる配管１０と同一又は類似の溶接部１２を要するサンプルを高温クリープ試験に供し、当該高温クリープ試験を何回かに分けて中断し、その都度幾つかの標準試料３２を抜き取ることにより用意される。これにより、異なるクリープボイド個数密度及び余寿命パラメータＰｒの組合せを有する複数の標準試料３２が作成される。

そして、このように用意された複数の標準試料について、クリープボイド個数密度及び余寿命パラメータＰｒの測定を実施することにより、図１４に示されるような特性曲線が得られる。
なお例えば、前記抜き取りは、破断時間の２０％、４０％、６０％、及び、８０％に相当する時間で行われる。

続いて、詳細ＰＡ測定工程で取得したデータ類に基づいて、詳細な断層画像を作成し（ステップＳ５１）、当該断層画像を分析することにより、クリープボイド個数密度を評価する（ステップＳ５２）。そして、当該評価したクリープボイド個数密度の実測値を、Ｓ５０で用意した特性曲線に当てはめることによって、対応する余寿命パラメータＰｒが求められる（ステップＳ５３）。

以上説明したように、本発明に係る幾つかの実施形態では、高速ＰＡ測定によって損傷可能性の高い箇所を検査対象領域として選定すると共に、当該選定された領域について詳細ＰＡ測定を実施することで、余寿命評価を行うことができる。これにより、溶接部が広範囲に及ぶ場合であっても、短期間且つ低コストで精度のよい評価を実施することができる。

（ＭＴ法を組み合わせた応用例）
上述した余寿命評価方法では、２種類のＰＡ測定（高速ＰＡ測定及び詳細ＰＡ測定）を組み合わせることによって、溶接部１２の内部における損傷評価を行った。このようにＰＡ法を用いた測定は高精度で配管１０の内部を探傷する手法として非常に有効であるが、表面近傍（例えば表面から数ｍｍ）の範囲は不感帯となるため、探傷ができない。

そこで、本発明の一実施形態では、更にＭＴ（磁粉探傷）法による評価を組み合わせることによって、より精度のよい寿命評価が可能となる。ＭＴ法は配管１０の表面を磁粉探傷することで、該表面におけるキズの有無を評価可能である。
ここで図１５は、ＭＴ法の測定例を示す図である。図１５では、配管１０の長手方向に沿って約７０ｍｍの連続した傷が存在していることが示されている。

図１６は本発明の一実施形態に係る寿命評価方法を示すフローチャートである。
まずＭＴ法を用いて磁粉探傷することにより、表面状態の損傷を評価する（ステップＳ６０）。また上述のＰＡ法（図５を参照）を用いて、溶接部１２の内部損傷について評価する（ステップＳ６１）。上述したように、本実施形態で検査対象とされる配管１０は、クロムを９〜１２質量％程度含有する高クロム鋼や、高クロム鋼と類似組織を有しクロムを２〜３質量％程度含有する高強度低合金鋼から形成されるため、表面と内部の損傷状態に相関が少ない。そのため、ステップＳ６０及びＳ６１では、ＭＴ法とＰＡ法によって、それぞれ表面及び内面の損傷状態が独立して評価される。
尚、ステップＳ６０及びＳ６１の実施順はこれに限定されず、同時であっても良いし、逆であっても良い。

続いて、ステップＳ６０及びＳ６１の評価結果に基づいて、検査対象である配管１０のユーザについて、メンテナンスを場合分けして提案する（ステップＳ６２）。図１７は図１６のＳ６２における場合わけの条件を設定する基準表である。

まずＳ６０のＭＴ法によって表面損傷が見つからず、Ｓ６１のＰＡ法によって測定された内部キズ高さｄが許容内部キズ高さｄａ以下である場合（すなわち配管１０の表面、内部共に異常がない場合）、パターンＡが選択され、処置不要となる（ステップＳ６３）。この場合、標準的な定期点検として次回点検時期・補修予定時期・取替予定時期を提案する。

一方、Ｓ６１のＰＡ法によって許容キズ内部高さｄａを超える損傷が見つかった場合（すなわち表面上は異常がなくとも、内部に損傷が確認される場合）、パターンＣが選択される。この場合、更にキズ高さｄが閾値ｄａ１より大きいか否か、または、キズ長さＬが補修可能なキズ長さＬａより大きいか否かが判定される（ステップＳ６４）。Ｓ６４を満たす場合、当該配管１０について工場修理又は新管取替を提案する（ステップＳ６５）。Ｓ６４を満たさない場合（ステップＳ６４：ＮＯ）、溶接部１２の肉盛補修で対応することを提案する（ステップＳ６６）。

続いて、Ｓ６０のＭＴ法によって表面損傷が見つかり、Ｓ６１のＰＡ法によって測定された内部キズ高さｄが許容内部キズ高さｄａ以下である場合（すなわち表面に異常があるのみで、内部には異常がない場合）、パターンＢが選択される。この場合、配管１０の表面を所定厚さ（数ｍｍ）研削し、再度ＭＴ法によって磁粉探傷を行う（ステップＳ６７）。そして、表面キズが消失したか否かを確認する（ステップＳ６８）。その結果、表面キズが消失した場合（ステップＳ６８：ＹＥＳ）、表面ならしを行う（ステップＳ６９）。
一方、依然として表面キズが消失しない場合（ステップＳ６８：ＮＯ）、処理をステップＳ６４に進め、上記処理を行う。

このように本実施形態では、ＭＴ法を組み合わせることによって、ＰＡ法では測定不能な表面状態の評価が可能となる。その結果、配管１０の全領域において損傷評価を行うことができ、より高品質な検査が可能となる。

本発明に係る一の実施形態では、更に上記ＭＴ法やＰＡ法に他の測定方法を組み合わせることによって、より高品質な検査を実施することもできる。
尚、本願明細書では他の測定方法としてレプリカ法、斜角ＵＴ法、形状測定を組み合わせる例を示すが、これに限られない。

レプリカ法は上述のＭＴ法と同様に配管１０の表面状態について検査を行うことができる。ＭＴ法に比べてレプリカ採取時間が必要なため、測定に時間を要するが、ボイド生成状況について詳しい評価を行うことができる。そのため、例えば溶接部１２全体に亘ってＭＴ法で簡易的な表面状態の評価を行った後、損傷可能性が高い箇所について重点的にレプリカ法を適用することにより、効率的に精度のよい検査を行うことができる。

図１８は斜角ＵＴ法による測定の様子を模式的に示す図である。斜角ＵＴ法では、配管１０の外表面（第１表面）１１に配置したプローブ２４によって、溶接部１２からの反射波を内側表面（配管１０の内径側表面である第２表面１３）で全反射させて受信する。これにより、上述のＰＡ法では測定困難であった表面から数ｍｍの深さの範囲についても探傷を行うことができる。
尚、斜角ＵＴは測定に多くの時間を要さないため、溶接部１２の全体に亘って行ってもよい。

配管１０の溶接部１２の形状について、外径、肉厚、溶金形状を計測する。これらの形状には、溶接部１２の内面及び表面の損傷状態に関する情報が反映されている。そのため、形状測定を行うことによって、上記各種評価のデータを補完し、検査精度の向上を図ることができる。
尚、このような形状測定は比較的時間を要する作業であるため、例えば他の評価によって損傷可能性の高い箇所に限定して実施するとよい。

これらの各種測定を用いた余寿命評価方法について説明する。図１９は本発明の一実施形態に係る余寿命評価方法のフローチャートである。

ＭＴ法（Ｓ７０）及びレプリカ法（Ｓ７１）の測定結果に基づいて、表面の損傷状態について評価を行う（ステップＳ７２）。
一方、内部の損傷状態については、図５に示すＰＡ法（Ｓ７３）に加えて、図１８に示す斜角ＵＴ法の評価結果を考慮する（ステップＳ７４）。そして更に、形状計測（外径、肉厚、溶金形状）も考慮する（Ｓ７５）。これにより、ＰＡ法、斜角ＵＴ法、形状測定によって総合的に内部の損傷状態を評価して亀裂伝播解析（応力解析）が可能となる（ステップＳ７６）。そして、当該解析結果に基づいて余寿命評価を行う（ステップＳ７７）。

尚、ステップＳ７３における余寿命評価は、例えば図５の解析工程Ｓ１６に倣って、予め亀裂長さと余寿命パラメータＰｒとの相関を規定しておき、Ｓ７２で得られた実測値を当てはめることによって、対応する余寿命パラメータＰｒを求めるとよい。

そしてＳ７０で得られた表面に関する評価結果と、Ｓ７３で得られた内部に関する評価結果とを考慮して総合評価を行い、今後のメンテナンス処置を決定する（ステップＳ７８）。

以上説明したように、本実施形態によれば、配管１０の溶接部１２の全体に亘って効率的且つ高精度な余寿命評価を実施することができる。

本開示は、耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法に利用可能である。

１０ 配管
１２ 溶接部
１４ 溶金
１６ 熱影響部
２０ フェイズドアレイ探傷装置
２２ 探傷装置本体
２４ プローブ

Claims (6)

1. 測定位置に配置されたプローブで受信した超音波の反射波に基づいて断層画像を作成可能なフェイズドアレイ超音波探傷装置を用いた耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法において、
   前記プローブを第１速度で前記溶接部の延在方向に沿って走査しながら前記断層画像をリアルタイム表示することにより、前記断層画像に基づいて前記溶接部に含まれる熱影響部の損傷状態を評価する高速ＰＡ測定工程と、
   前記高速ＰＡ測定の評価結果に基づいて、前記溶接部から検査対象領域を決定する検査対象領域決定工程と、
   前記プローブを前記検査対象領域に含まれる各測定点を順次移動することにより前記第１速度より遅い第２速度で前記検査対象領域を走査しながら、前記プローブを前記各測定点で固定して取得した前記断層画像を記録する詳細ＰＡ測定工程と、
   前記記録された断層画像に基づいて、前記溶接部の余寿命を求める解析工程と
   を備えることを特徴とする耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法。
2. 前記高速ＰＡ測定工程では、前記損傷状態を前記プローブの測定位置と関連付けて記録すると共に、前記反射波のエコーレベルに対応して予め規定されたクラスに分類し、
   前記検査対象領域決定工程では、閾値以上の前記エコーレベルに対応する前記クラスに含まれる前記測定位置を検査対象領域として決定することを特徴とする請求項１に記載の耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法。
3. 前記溶接部の表面の損傷状態を、磁粉探傷法を用いて評価する磁粉探傷工程を備え、
   前記磁粉探傷工程で得られた損傷状態と前記解析工程で得られた解析結果とに基づいて、前記耐熱部材のメンテナンス計画を作成することを特徴とする請求項１又は２に記載の耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法。
4. 前記プローブを前記耐熱部材の前記溶接部から離れた第１の表面に配置しながら、前記溶接部からの反射波を前記耐熱部材の第２の表面で全反射させて受信した超音波信号に基づいて、前記溶接部の前記第１の表面近傍における損傷状態を測定する斜角ＵＴ測定工程を更に備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法。
5. 前記耐熱部材は円筒状の配管であり、
   前記溶接部は前記配管の軸方向に沿って延在することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法。
6. 前記高速ＰＡ測定工程では、前記詳細ＰＡ測定工程に比べて測定感度が高く設定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一向に記載の耐熱部材の溶接部の余寿命検査方法。