JP3082279B2 - 実機の余寿命予測用小型試験片の製作方法 - Google Patents

実機の余寿命予測用小型試験片の製作方法

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JP3082279B2 JP03074424A JP7442491A JP3082279B2 JP 3082279 B2 JP3082279 B2 JP 3082279B2 JP 03074424 A JP03074424 A JP 03074424A JP 7442491 A JP7442491 A JP 7442491A JP 3082279 B2 JP3082279 B2 JP 3082279B2
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啓嗣 園家
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はボイラ等、大型プラント
で用いられる高温機器の余寿命を予測するため実機から
微小サンプルを採取して、採取した微小のサンプルから
実機の余寿命予測用小型試験片を製作する方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】火力発電設備、原子力発電設備等の大型
プラントの寿命延長を図るためには、ここに用いられて
いるボイラ等の高温機器の余寿命を予測しておくことが
重要である。
【0003】従来より、かかる機器の余寿命を予測する
場合に、現場では一般に非破壊的手法が用いられている
が、余寿命予測の精度上の問題がある。余寿命予測の精
度を向上させるためには、試験片を実機から直接採取し
て破壊的手法で試験をすることが必要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、実機から試
験片を直接採取する場合に、大型の試験片は実機から採
ることができない、という問題があり、実機の余寿命を
予測して評価することが従来できなかった。
【0005】そこで、本発明は、ボイラ等の実機から微
小のサンプルを採取し、この微小のサンプルから実機の
余寿命予測用小型試験片を効率よく製作する方法を提供
しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、先ず、実機の表面部から放電加工により
微小のサンプルを採取するようにし、一方、予め、上面
の中央部に所要深さの凹部を溝状に長手方向に沿い形成
すると共に該凹部に達する傾斜面を幅方向から形成した
金属製基台を用意しておき、該基台の上記凹部上に上記
採取した多数のサンプルをその長手方向が基台の幅方向
と平行になるように並べて載せ、次に、各サンプルの長
手方向の両端と上記凹部の縁部とを接合し、しかる後、
上記基台の凹部の下方を、上面の傾斜面と同様に切断し
てから各サンプルごとに基台を幅方向の切断線に沿い切
断し、更に、個々のサンプルごとに両端部を加工して多
数の小型試験片を製作する実機の余寿命予測用小型試験
片の製作方法とする。
【0007】
【作用】多数のサンプルを基台の上に並べた後、基台を
幅方向の切断線に沿い切断するまでの加工を、多数のサ
ンプルに対し全体的に行うようにすることから、多数の
小型試験片を効率よく製作することができるようにな
る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0009】図1は実機の余寿命予測の実施段階を示す
もので、Iは実機から微小のサンプルを採取する第1段
階、IIは実機から採取した微小のサンプルから小型の試
験片を作る第2段階、III は小型の試験片を不活性ガス
雰囲気中でクリープ試験する第3段階、IVはクリープ試
験結果によるクリープ破断データにより実機の余寿命を
評価する第4段階であり、微小のサンプルから短時間に
得られる結果により実機の余寿命を予測するようにす
る。
【0010】詳述すると、第1段階Iの実機からの微小
サンプルの採取は、図2乃至図4に示す要領で行う。図
2乃至図4はその一例を示すもので、実機1の厚肉部表
面から微小のサンプル2を採取するために中央部分をく
り抜いて周辺部のみの形状にした平面四角形状の成形加
工用電極3を用い、該成形加工用電極3を負に帯電させ
て実機1の表面を放電加工させ、図2の(A)から
(B)の如く実機1の表面の金属を電極相当分だけ除去
して深さ3mm程度の溝4を成形する。次に、切断用電極
5を用いて放電加工し、実機1の表面に残る突部6を、
切断用電極5にて図2(B)の如く切断し、切断片をサ
ンプル2として採取するようにする。これにより実機1
の表面から微小のサンプル2を容易に且つ短時間に採取
することができる。この際、放電加工法によるので、熱
影響部はほとんど無視することができる。
【0011】図示した例は一例を示すものであり、成形
加工用電極3の形状を変えることにより、各種形状のサ
ンプル2を採取することができる。又、サンプル2の採
取個所は、ボイラ等の厚肉容器の寿命予測の場合は当該
厚肉容器の表面から微小のサンプルを採取するように
し、ボイラ等の管寄せ部の溶接個所の余寿命予測の場合
は当該溶接個所から微小のサンプルを採取するようにす
る。
【0012】図5乃至図7は本発明の特徴をなすもの
で、上記第1段階Iで放電加工により採取した微小のサ
ンプル2から小型の試験片7を作る第2段階IIの実施例
を示すものである。すなわち、予め、上面の中央部に多
数の微小サンプル2を並べて置けるように所要深さの凹
部8を溝状に長手方向に沿い形成すると共に該中央部の
凹部8に達する傾斜面10を幅方向から形成した金属製
基台9を用意しておき、該基台9の凹部8上に、第1段
階Iで採取した多数のサンプル2をその長手方向が基台
9の幅方向と平行となるように並べて載せるようにす
る。次に、各サンプル2の長手方向の両端と基台9の凹
部8縁部との接合部11を、電子ビーム溶接にて接合さ
せる。次いで、基台9の凹部8の下方を上面の傾斜面1
0と同様に切除すると共に、各サンプル2ごとに基台9
を幅方向に切断線12に沿い切断し、個々のサンプル2
ごとに両端の部材を加工して、図7に示す如き両端に結
合材13付きの小型の試験片7を作るようにする。
【0013】電子ビーム溶接に代えて、接合部11をテ
ィグ溶接又はミグ溶接で接合させるようにした場合は、
溶接による熱影響部が大き過ぎるため、微小のサンプル
2の場合は使えなくなるおそれがあるが、本発明では、
接合部11の溶接を電子ビーム溶接によるため、電子ビ
ーム溶接による場合の熱影響部が0.1〜0.2mmと極
めて小さいことから、微小のサンプル2から容易に小型
の試験片7(たとえば、直径2mm、長さ27mm)を製作
することができる。又、基台9を幅方向の切断線12に
沿い切断するまでの加工を、多数のサンプル2に対して
全体的に行うようにすることから、多数の小型の試験片
7を効率よく製作することができる。
【0014】次に、図8は第2段階IIでサンプル2の両
端に結合材13を電子ビーム溶接にて接合して製作した
小型の試験片7を、不活性ガス雰囲気中でクリープ試験
する第3段階III で用いるクリープ試験装置の一例を示
すもので、電気炉14の軸心部を貫通する筒体15の上
部を支持材16を介して支柱17に支持させると共に、
筒体15の下部を支持材18を介して支柱9に支持さ
せ、一方,上記小型の試験片7の一端を上部ロッド19
の下端に同一軸線方向に取り付け、又、試験片7の他端
を下部ロッド20の上端に同一軸線方向に取り付けて、
該試験片7と一体の上下のロッド19,20を、上記筒
体15の内部に挿入する。上記筒体15の下端部には、
フランジ21を固定し、且つ中央部に下部ロッド20を
貫通させた下部フランジ22を上記フランジ21の下端
面にOリング23を挟んで気密状態に取り付け、更に、
上記筒体15内を気密に保持するため、上記下部ロッド
20が下部フランジ22を貫通する部分を気密にするよ
うリング状の冷却ボックス24と下部ロッド20間にO
リング25を介在させ、又、筒体15の上端部に取り付
けたリング状の冷却ボックス26と上部ロッド19との
間にOリング27を介在させるようにする。又、上記気
密状態にした筒体15の内部には、図示しない真空ポン
プに真空配管28を介して接続すると共に、不活性ガス
としてアルゴンガスArを筒体15内に供給できるよう
アルゴンガス供給配管29を接続し、筒体15内を真空
にした後、アルゴンガスArを供給してアルゴンガス雰
囲気に置換できるようにし、又、上記冷却ボックス24
と26には、冷却水入口配管30,31と冷却水出口配
管32,33をそれぞれ接続し、Oリング25と27に
よるシール部を冷却水で冷却できるようにしてある。更
に、試験片7を上下のロッド19,20を介して上下よ
り引張って試験するために、下部ロッド20には荷重3
4を連結し、上部ロッド19は架台35に吊下げ支持さ
せるようにした構成としてある。36は下部フランジ2
2上に載せた耐熱ブロック、37は端子箱、38は熱電
対である。
【0015】試験片7の高温クリープ試験を実施すると
きは、試験片7を上下のロッド19,20間に結合して
一体化させた後、図示の如く、該上下のロッド19,2
0を電気炉14の筒体15内に挿入し、上部ロッド19
と筒体15との間をOリング27で気密に保つようにす
ると共に、下部ロッド20と筒体15との間をOリング
25で気密に保つようにする。次に、上記気密に保った
筒体15内を真空配管28を介し真空ポンプにて真空に
した後、アルゴンガスを供給配管29より筒体15内に
供給して、該筒体15内をアルゴンガス雰囲気にする。
【0016】上記の状態で試験片7を上下から引張るよ
うに応力をかけて破壊試験をする。アルゴンガス雰囲気
中であるため、小型の試験片7を酸化の影響を受けるこ
となく高温クリープ試験を実施することができ、実機の
余寿命を正確に予測することができる。因に、小型の試
験片7を大気中で試験すると、小型の試験片7が酸化の
影響を受けることになり、小型の試験片7が酸化の影響
を受けると、酸化減肉の効果を受けるので、実機の余寿
命を正確に予測することができないことになる。
【0017】上記のクリープ試験結果により実機の余寿
命を評価する第4段階IVでは、上記第3段階III にて短
時間で得た結果から推定して長時間の余寿命を予測する
ようにする。図9は小型の試験片と従来の大型の試験片
によるクリープ破壊試験結果をラーソン・ミラーパラメ
ータPで整理した結果を示すもので、○印は小型の試験
片をアルゴンガス雰囲気中でクリープ試験したときのデ
ータを示し、●印は小型試験片を大気中でクリープ試験
したときのデータを示し、又、◎印は従来の大型の試験
片を大気中でクリープ試験したときのデータを示す。
【0018】図9に示す試験結果から、小型の試験片を
アルゴンガス雰囲気中でクリープ試験すると、従来の大
型の試験片を大気中でクリープ試験するのと同じに試験
することができることがわかり、又、小型の試験片を大
気中でクリープ試験すると、P=1.9×104 以上に
なると、酸化の影響が現われてくることがわかる。
【0019】上記図9に示される結果から推定して長時
間の余寿命を知ることができる。今、実機の余寿命を予
測する場合は、図9において、実機の応力からPが求め
られ、このとき実機の温度がわかるのでTが求められ、
その結果、破断時間trが求められる。この破断時間t
rは、余寿命となるものであるから、図9に基づき実機
の余寿命を評価することができる。
【0020】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の実機の余寿命
予測用小型試験片の製作方法によれば、先ず、実機の表
面部から放電加工により微小のサンプルを採取するよう
にし、一方、予め、上面の中央部に所要深さの凹部を溝
状に長手方向に沿い形成すると共に該凹部に達する傾斜
面を幅方向から形成した金属製基台を用意しておき、該
基台の上記凹部上に上記採取した多数のサンプルをその
長手方向が基台の幅方向と平行になるように並べて載
せ、次に、各サンプルの長手方向の両端と上記凹部の縁
部とを接合し、しかる後、上記基台の凹部の下方を、上
面の傾斜面と同様に切断してから各サンプルごとに基台
を幅方向の切断線に沿い切断し、更に、個々のサンプル
ごとに両端部を加工して多数の小型試験片を製作するよ
うにするので、多数のサンプルに対する加工を全体的に
施すことができて、多数の小型試験片を効率よく製作す
ることができる。したがって、得られた試験片を不活性
ガス雰囲気中でクリープ試験に用いることにより、実機
の余寿命予測評価や実機の材質劣化調査に寄与すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実機の余寿命予測の実施段階を示す図である。
【図2】微小のサンプルを実機表面から採取する実施例
を示すもので、(A)は実機表面に溝を形成するときの
状態を示す側面図、(B)は溝を形成することにより作
られた突部をサンプルとして切断する側面図である。
【図3】図2(A)で用いる成形加工用電極の斜視図で
ある。
【図4】採取されたサンプルを示す図である。
【図5】本発明の実施例を示すもので、微小サンプルか
ら試験片を製作するときの状態を示す切断面図である。
【図6】図5の平面図である。
【図7】得られた小型の試験片を示す図である。
【図8】小型の試験片をクリープ試験するクリープ試験
装置の一例を示す切断側面図である。
【図9】クリープ試験結果を表わした図である。
【符号の説明】
I 第1段階 II 第2段階 III 第3段階 IV 第4段階 1 実機 2 サンプル 3 成形加工用電極 4 溝 5 切断用電極 6 突部 7 小型の試験片 8 凹部 9 基台 10 傾斜面 11 接合部 12 切断線 14 電気炉 15 筒体 19 上部ロッド 20 下部ロッド 23,25 Oリング 27 Oリング 28 真空配管 29 アルゴンガス供給配管 Ar アルゴンガス(不活性ガス)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−160427(JP,A) 特開 昭63−33639(JP,A) 特開 昭52−127290(JP,A) 特開 昭52−49081(JP,A) 特開 平1−158330(JP,A) 特開 平3−41344(JP,A) 材料とプロセス、3[3](1990)園 家、酒井、北川、p.845 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 3/00 - 3/62 G01N 1/00 - 1/36

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 先ず、実機の表面部から放電加工により
    微小のサンプルを採取するようにし、一方、予め、上面
    の中央部に所要深さの凹部を溝状に長手方向に沿い形成
    すると共に該凹部に達する傾斜面を幅方向から形成した
    金属製基台を用意しておき、該基台の上記凹部上に上記
    採取した多数のサンプルをその長手方向が基台の幅方向
    と平行になるように並べて載せ、次に、各サンプルの長
    手方向の両端と上記凹部の縁部とを接合し、しかる後、
    上記基台の凹部の下方を、上面の傾斜面と同様に切断し
    てから各サンプルごとに基台を幅方向の切断線に沿い切
    断し、更に、個々のサンプルごとに両端部を加工して多
    数の小型試験片を製作することを特徴とする実機の余寿
    命予測用小型試験片の製作方法。
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