特許 6371234 溶接部の温度推定方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6371234

(24)【登録日】2018年7月20日

(45)【発行日】2018年8月8日

(54)【発明の名称】溶接部の温度推定方法

(51)【国際特許分類】

   G01K 11/00 20060101AFI20180730BHJP

【ＦＩ】

   G01K11/00 Z

【請求項の数】7

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-31945(P2015-31945)

(22)【出願日】2015年2月20日

(65)【公開番号】特開2016-153754(P2016-153754A)

(43)【公開日】2016年8月25日

【審査請求日】2017年2月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000785

【氏名又は名称】誠真ＩＰ特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】今里 敏幸

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 伸彦

(72)【発明者】

【氏名】西尾 敏昭

(72)【発明者】

【氏名】駒井 伸好

(72)【発明者】

【氏名】宮澤 敬之

【審査官】 岡田 卓弥

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−９０５０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１４４０６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１３７３８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｋ １／００−１９／００

Ｆ２２Ｂ３７／００−３７／７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱交換器が備える第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部における運転時の温度を推定する溶接部の温度推定方法であって、
前記第１伝熱管は、第１耐熱鋼で形成され、
前記第２伝熱管は、前記第１耐熱鋼とは異なる第２耐熱鋼で形成され、
前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とは溶着金属を介して溶接されており、
前記溶着金属のうち前記第１伝熱管の母材の熱影響部に隣接する部分に生じた変質層の硬さ又は厚さを計測する計測ステップと、
前記計測ステップにおいて計測した前記変質層の硬さ又は厚さに基づいて、前記溶接部の運転時の温度を推定する推定ステップと、
を含み、
前記推定ステップは、
前記計測ステップにおいて計測した前記変質層の硬さ又は厚さと、前記変質層の硬さ又は厚さと前記溶着金属のラーソンミラーパラメータＬとの関係を示す情報と、に基づいて、前記計測ステップで計測した前記変質層の硬さ又は厚さに対応する前記溶着金属のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出するＬ_１導出ステップと、
前記Ｌ_１導出ステップで導出した前記ラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１に基づいて、前記溶接部の運転時の温度を推定する温度推定ステップと、
を含み、
前記温度推定ステップでは、前記Ｌ_１導出ステップで導出した前記ラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、前記溶着金属の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、前記溶着金属の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１と、に基づいて、前記溶接部の運転時の温度を推定する
溶接部の温度推定方法。

【請求項2】

前記Ｌ_１導出ステップで導出した前記ラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、前記溶着金属の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、前記溶着金属の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１と、に基づいて、前記溶接部の運転時の温度条件下における前記溶着金属の未使用時から破断までの全寿命ｔ_０を評価する全寿命評価ステップと、
前記全寿命評価ステップで評価した前記全寿命ｔ_０と前記経過時間ｔ_１とに基づいて、前記溶着金属の現在から破断までの余寿命ｔ_２（＝ｔ_０−ｔ_１）を評価する余寿命評価ステップと、
を更に含む請求項１に記載の溶接部の温度推定方法。

【請求項3】

前記溶着金属は、Ｎｉ基合金である請求項１又は２に記載の溶接部の温度推定方法。

【請求項4】

前記溶着金属は、インコネル（登録商標）である請求項３に記載の溶接部の温度推定方法。

【請求項5】

前記第１伝熱管は、フェライト系耐熱鋼で形成されている請求項１乃至４の何れか１項に記載の溶接部の温度推定方法。

【請求項6】

前記第１伝熱管は、クロム・モリブデン鋼で形成されている請求項５に記載の溶接部の温度推定方法。

【請求項7】

前記第２伝熱管は、オーステナイト系ステンレス鋼で形成される請求項１乃至６の何れか１項に記載の溶接部の温度推定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶接部の温度推定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

火力発電プラントや舶用ボイラ等で使用される熱交換器では、高効率化及びコスト低減の観点から、温度領域に応じて異なる耐熱鋼で形成された伝熱管が使用される場合があり、この場合、異なる耐熱鋼で形成された伝熱管同士を溶接する、所謂、異材溶接が適用される。例えば、フェライト系の耐熱鋼で形成された低温領域用の伝熱管と、オーステナイト系ステンレス鋼で形成された高温領域用の伝熱管とが異材溶接されることがある。異材溶接が適用される場合において、例えばオーステナイト系ステンレス鋼で形成された伝熱管とフェライト系のクロム・モリブデン鋼で形成された伝熱管との溶接部には、図９に示すように、クロム・モリブデン鋼（Ｃｒ‐Ｍｏ）の熱膨張係数とステンレス鋼（ＳＵＳ）の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有するインコネル系の溶接材料（溶加材）が使用されることがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２−１３７３８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、本発明者の知見によれば、高温環境下で長時間運転された熱交換器では、異なる耐熱鋼で形成された伝熱管同士の溶接部において、溶着金属と母材の熱影響部との境界部分（所謂ボンド部）で剥離が発生し、蒸気の漏洩が生じることがある。例えば、クロム・モリブデン鋼で形成された伝熱管とオーステナイト系ステンレス鋼で形成された伝熱管とがインコネル系の溶着金属を介して溶接された溶接部では、特にクロム・モリブデン鋼で形成された伝熱管の母材の熱影響部とインコネル系の溶着金属との境界部分で図１０及び図１１に示すように剥離（以下、ボンド剥離と称する。）が生じ、蒸気の漏洩が生じることがあった。このため、斯かるボンド剥離の原因を究明するために、溶接部の温度を精度良く推定する必要が生じている。

【0005】

熱交換器の運転時における伝熱管の温度を推定する方法としては、伝熱管の内周面に形成された水蒸気酸化スケールの厚さに基づいて温度を推定する方法がある。しかしながら、ボンド部付近では、伝熱管の母材と溶着金属の熱膨張差に起因して水蒸気酸化スケールが剥離しやすいため、水蒸気酸化スケールが均一に生成されず、斯かる方法で伝熱管の温度を精度よく推定することは困難である。

【0006】

また、特許文献１には、ベイナイト組織を有する高強度フェライト鋼で形成された伝熱管に関し、加熱温度の上昇又は加熱時間の経過によってベイナイト組織が破壊されて伝熱管のピッカース硬さが低下することを利用して、熱交換器の運転時における伝熱管の温度を推定する方法が開示されている。斯かる方法では、経時劣化した伝熱管の母材の硬さと複数の時効材の硬さとを比較し、伝熱管の硬さに相当する時効材の硬さからラーソンミラーパラメータ値を求め、このラーソンミラーパラメータ値をラーソンミラーパラメータの関係式に代入して伝熱管の温度を推定している。

【0007】

しかしながら、特許文献１に記載の温度推定方法は、伝熱管の母材部分の硬さに基づいて熱交換器の運転時における伝熱管の温度を推定するものであり、斯かる方法では、異なる耐熱鋼で形成された伝熱管同士の溶接部における温度を精度良く推定することはできない。

【0008】

本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、互いに異なる耐熱鋼で形成された第１伝熱管と第２伝熱管とを備える熱交換器について、運転時における第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部の温度を精度よく推定可能な、溶接部の温度推定方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る溶接部の温度推定方法は、熱交換器が備える第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部における運転時の温度を推定する溶接部の温度推定方法であって、前記第１伝熱管は、第１耐熱鋼で形成され、前記第２伝熱管は、前記第１耐熱鋼とは異なる第２耐熱鋼で形成され、前記第１伝熱管と前記第２伝熱管とは溶着金属を介して溶接されており、前記溶着金属のうち前記第１伝熱管の母材の熱影響部に隣接する部分に生じた変質層の硬さ又は厚さを計測する計測ステップと、前記計測ステップにおいて計測した前記変質層の硬さ又は厚さに基づいて、前記溶接部の運転時の温度を推定する推定ステップと、を含む。

【0010】

本願発明者の鋭意検討の結果、溶着金属のうち第１伝熱管の母材の熱影響部に隣接する部分には、経時的な劣化に伴って変質層が形成されることが明らかとなった。この変質層は、他の領域と比較して硬くなっており、また、他の領域と比較して顕微鏡等で見た組織状態（例えば色）が異なっている。また、変質層の硬さ及び厚さは、熱交換器の運転時における溶接部の温度に依存していることが判明した。

【0011】

そこで、上記（１）に記載の溶接部の温度推定方法は、溶着金属のうち第１伝熱管の母材の熱影響部に隣接する部分に生じた変質層の硬さ又は厚さを計測する計測ステップと、計測ステップにおいて計測した変質層の硬さ又は厚さに基づいて、溶接部の運転時の温度を推定する推定ステップと、を含んでいる。これにより、計測ステップにおいて計測した変質層の硬さ又は厚さに基づいて、熱交換器が備える第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部（異材継手部）における運転時の温度を精度良く推定することができる。

【0012】

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の温度推定方法であって、前記推定ステップは、前記計測ステップにおいて計測した前記変質層の硬さ又は厚さと、前記変質層の硬さ又は厚さと前記溶着金属のラーソンミラーパラメータＬとの関係を示す情報と、に基づいて、前記計測ステップで計測した前記変質層の硬さ又は厚さに対応する前記溶着金属のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出するＬ_１導出ステップと、前記Ｌ_１導出ステップで導出した前記ラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１に基づいて、前記溶接部の運転時の温度を推定する温度推定ステップと、を含む。

【0013】

本願発明者の知見によれば、変質層の硬さと溶着金属のラーソンミラーパラメータＬとは相関関係があり、ラーソンミラーパラメータＬが大きくなるほど変質層の硬さが硬くなる。また、本発明者の知見によれば、変質層の厚さと溶着金属のラーソンミラーパラメータＬとは相関関係があり、ラーソンミラーパラメータＬが大きくなるほど変質層の厚さが厚くなる。

【0014】

そこで、上記（２）に記載の温度推定方法では、Ｌ_１導出ステップにおいて、計測ステップで計測した変質層の硬さ又は厚さと、変質層の硬さ又は厚さと溶着金属のラーソンミラーパラメータＬとの関係を示す情報と、に基づいて、計測ステップで計測した変質層の硬さ又は厚さに対応する溶着金属のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出している。そして、Ｌ_１導出ステップで導出した溶着金属のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１に基づいて、温度推定ステップで、ラーソンミラーパラメータの関係式（後述する式１及び式２）を用いて溶接部の運転時の温度を推定している。これにより、計測ステップで計測した変質層の硬さ又は厚さに対応する溶着金属のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１に基づいて、熱交換器が備える第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部（異材継手部）における運転時の温度を精度良く推定することができる。

【0015】

（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の温度推定方法であって、前記温度推定ステップでは、前記Ｌ_１導出ステップで導出した前記ラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、前記溶着金属の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、前記溶着金属の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１と、に基づいて、前記溶接部の運転時の温度を推定する。

【0016】

上記（３）に記載の温度推定方法によれば、計測ステップで計測した変質層の硬さ又は厚さに対応する溶着金属のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、溶着金属の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、溶着金属の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１と、に基づいて、ラーソンミラーパラメータの関係式（後述する式１及び式２）を用いて溶接部（異材継手部）における運転時の温度を精度良く推定することができる。

【0017】

（４）幾つかの実施形態では、上記（２）又は（３）に記載の温度推定方法であって、前記Ｌ_１導出ステップで導出した前記ラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、前記溶着金属の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、前記溶着金属の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１と、に基づいて、前記溶接部の運転時の温度条件下における前記溶着金属の未使用時から破断までの全寿命ｔ_０を評価する全寿命評価ステップと、前記全寿命評価ステップで評価した前記全寿命ｔ_０と前記経過時間ｔ_１とに基づいて、前記溶着金属の現在から破断までの余寿命ｔ_２（＝ｔ_０−ｔ_１）を評価する余寿命評価ステップと、を更に含む。

【0018】

上記（４）に記載の温度推定方法では、計測ステップで計測した変質層の硬さ又は厚さに対応する溶着金属のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、前記溶着金属の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、前記溶着金属の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１と、に基づいて、ラーソンミラーパラメータの関係式（後述する式１及び式２）を用いて溶接部（異材継手部）の運転時の温度条件下における溶着金属の未使用時から破断までの全寿命ｔ_０を精度良く評価することができる。また、全寿命評価ステップで評価した全寿命ｔ_０から溶着金属の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１を減算することにより、溶接部における溶着金属の現在から破断までの余寿命ｔ_２を精度よく求めることができる。

【0019】

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の温度推定方法であって、前記溶着金属は、Ｎｉ基合金である。

【0020】

本願発明者の知見によれば、上記（５）に記載のように、溶着金属としてＮｉ基合金を使用する場合に、上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載の温度推定方法を好適に使用することができる。

【0021】

（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の温度推定方法であって、前記溶着金属は、インコネル（登録商標）である。

【0022】

本願発明者の知見によれば、上記（６）に記載のように、溶着金属としてインコネルを使用する場合に、上記（５）に記載の温度推定方法を好適に使用することができる。

【0023】

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載の温度推定方法であって、前記第１伝熱管は、フェライト系耐熱鋼で形成されている。

【0024】

本願発明者の知見によれば、上記（７）に記載のように、第１伝熱管がフェライト系耐熱鋼で形成されている場合に、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載の温度推定方法を好適に使用することができる。

【0025】

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）に記載の温度推定方法であって、前記第１伝熱管は、クロム・モリブデン鋼で形成されている。

【0026】

本願発明者の知見によれば、上記（８）に記載のように、第１伝熱管がクロム・モリブデン鋼で形成されている場合に、上記（７）に記載の温度推定方法を好適に使用することができる。

【0027】

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載の温度推定方法であって、前記第２伝熱管は、オーステナイト系ステンレス鋼で形成される。

【0028】

本願発明者の知見によれば、上記（９）に記載のように、第２伝熱管がオーステナイト系ステンレス鋼で形成されている場合に、上記（１）乃至（８）の何れか１項に記載の温度推定方法を好適に使用することができる。

【発明の効果】

【0029】

本発明の少なくとも一つの実施形態によれば、互いに異なる耐熱鋼で形成された第１伝熱管と第２伝熱管とを備える熱交換器について、運転時における第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部の温度を精度よく推定可能な、溶接部の温度推定方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】熱交換器が備える第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部を模式的に示す斜視図である。

【図2】図１に示した第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部について、試験温度６００℃にて、破断時間が約１７００時間となる条件下でクリープ破断試験を行ったときの、溶接部の断面（第１伝熱管及び第２伝熱管の軸に沿った断面）及び硬さ分布を示す図である。

【図3】図１に示した第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部について、試験温度６００℃にて、破断時間が約４００００時間となる条件下でクリープ破断試験を行ったときの、溶接部の断面（第１伝熱管及び第２伝熱管の軸に沿った断面）及び硬さ分布を示す図である。

【図4】熱交換器の運転時における溶接部の温度を推定する温度推定フローを示す図である。

【図5】溶着金属のラーソンミラーパラメータＬと変質層の硬さとの関係を示す図である。

【図6】溶着金属のラーソンミラーパラメータＬと溶接部の溶着金属の対象部位にかかる応力σとの関係を示す図である。

【図7】熱交換器の運転時における溶接部の温度を推定する温度推定フローを示す図である。

【図8】変質層の厚さｄと溶着金属のラーソンミラーパラメータＬとの関係を示す図である。

【図9】ステンレス鋼の熱膨張係数、クロム・モリブデン鋼の熱膨張係数、及びインコネル系の溶接材料の膨張係数を示す図である。

【図10】クロム・モリブデン鋼で形成された伝熱管の母材の熱影響部とインコネル系の溶着金属との境界部分で剥離が生じている様子を示す図である。

【図11】図１０におけるＡ−Ａ断面の拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として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、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。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

【0032】

図１は、熱交換器２が備える第１伝熱管４と第２伝熱管６との溶接部８を模式的に示す斜視図である。

【0033】

図１において、熱交換器２は、例えば火力発電プラントや舶用ボイラ等に使用される熱交換器であり、例えば燃焼ガスと蒸気との熱交換等に使用されてもよい。図１において、第１伝熱管４は、比較的低温領域で使用されるものであり、フェライト系耐熱鋼としてのクロム・モリブデン鋼（第１耐熱鋼）で形成されている。また、第２伝熱管６は、比較的高温領域で使用されるものであり、オーステナイト系ステンレス鋼（第２耐熱鋼）で形成されている。また、第１伝熱管４と第２伝熱管６とはＮｉ基合金としてのインコネル系の溶着金属１０を介して溶接されている。インコネル系の溶着金属１０（溶加材）の熱膨張係数は、図９に示すようにクロム・モリブデン鋼（Ｃｒ‐Ｍｏ）の熱膨張係数とステンレス鋼（ＳＵＳ）の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する

【0034】

図２は、図１に示した第１伝熱管４と第２伝熱管６との溶接部８について、試験温度６００℃にて、破断時間が約１７００時間となる条件下でクリープ破断試験を行ったときの、溶接部８の断面（第１伝熱管４及び第２伝熱管６の軸に沿った断面）及び硬さ分布を示す図である。図３は、図１に示した第１伝熱管４と第２伝熱管６との溶接部８について、試験温度６００℃にて、破断時間が約４００００時間となる条件下でクリープ破断試験を行ったときの、溶接部８の断面（第１伝熱管４及び第２伝熱管６の軸に沿った断面）及び硬さ分布を示す図である。図２及び図３において、方形のプロットの大きさは、プロット位置でのメタルの硬さを示しており、プロットの大きさが小さいほどメタルの硬さが大きい（硬い）ことを意味する。

【0035】

本願発明者の鋭意検討の結果、図２及び図３に示すように、溶着金属１０のうち第１伝熱管４の母材１２の熱影響部１４に隣接する部分には、経時的な劣化に伴って変質層１０ａが形成されることが明らかとなった。この変質層１０ａは、図２及び図３に示すように、他の領域と比較して硬くなっており、他の領域と比較して顕微鏡等で見た組織状態（例えば色）が異なっている。また、図２及び図３の比較から、破断時間が長くなるにつれて、変質層が硬くなるとともに変質層１０ａの厚さｄ（第１伝熱管４の軸方向における変質層１０ａの幅）が大きくなることが明らかとなった。

【0036】

図４は、上記の新たな知見を利用した、熱交換器２の運転時における溶接部８の温度Ｔを推定する温度推定フロー１００を示す図である。

【0037】

一実施形態では、図４に示すように、温度推定フロー１００は、溶着金属１０のうち第１伝熱管４の母材１２の熱影響部１４に隣接する部分に生じた変質層１０ａの硬さｈを計測する計測ステップＳ１１と、計測ステップＳ１１において計測した変質層１０ａの硬さｈに基づいて、溶接部８の運転時の温度Ｔを推定する推定ステップＳ１２と、を含む。

【0038】

計測ステップＳ１１では、例えば溶接部８の表面に対して研磨、エッチング等の前処理を行い、現出した組織における変質層１０ａの硬さｈを、超音波硬さ計等の計測器を用いて計測してもよい。また、図２及び図３に示すように変質層１０ａを横断する方向における複数箇所で変質層１０ａの硬さｈを計測し、変質層１０ａの複数箇所の硬さのうちの最高硬さを推定ステップＳ１２での温度推定に使用してもよい。

【0039】

推定ステップＳ１２は、計測ステップＳ１１で計測した変質層１０ａの硬さに対応する溶着金属１０のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出するＬ_１導出ステップＳ１２ａと、溶接部８の運転時の温度Ｔを推定する温度推定ステップＳ１２ｂと、を含む。

【0040】

Ｌ_１導出ステップＳ１２ａでは、計測ステップＳ１１において計測した変質層１０ａの硬さｈ（好ましくは、上述した複数箇所の硬さのうちの最高硬さ）と、変質層１０ａの硬さｈと溶着金属１０のラーソンミラーパラメータＬとの関係を示す情報（図５に示す直線Ａ１）と、に基づいて、計測ステップＳ１１で計測した変質層１０ａの硬さｈに対応する溶着金属１０のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出する。ここで、図５に示す直線Ａ１は、事前にクリープ破断試験を行って求めておけばよい。例えば、複数の応力条件（溶着金属１０に発生する応力が互いに異なる複数の条件）下でクリープ破断試験を行って、各応力条件における変質層１０ａの硬さｈとラーソンミラーパラメータＬとの関係をプロット（図５における黒三角のプロット）し、各プロットに対する回帰直線を直線Ａ１として求めてもよい。

【0041】

温度推定ステップＳ１２ｂでは、Ｌ_１導出ステップＳ１２ａで導出したラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１に基づいて、溶接部８の運転時の温度Ｔを推定する。例えば、Ｌ_１導出ステップＳ１２ａで導出したラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、溶着金属１０の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、溶着金属１０の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１と、に基づいて、以下の（式１）及び（式２）を用いて溶接部８の運転時の温度Ｔを推定することができる。

【0042】

ここで、ｔ_０は、溶着金属１０の未使用時から破断までの全寿命ｔ_０である。なお、溶着金属１０の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０については、図６におけるラーソンミラーパラメータＬと応力σの関係を示す既知の曲線Ｕから、溶接部８の溶着金属１０の対象部位にかかる応力σ_１（ラーソンミラーパラメータＬ_１の応力条件と同じ応力条件）に対応する値を上記初期値Ｌ_０として抽出すればよい。この際、曲線Ｕは、文献値に基づいて設定してもよいし、クリープ破断試験によって定めてもよい。また、曲線Ｕについては、溶着金属１０の未使用時のラーソンミラーパラメータの平均値に対して、ばらつきを考慮して例えば１％程度のマージンを設定し、９９％程度の信頼限界の下限値を採用してもよい。また、Ｃは溶着金属１０の材料によって定まる材料定数である。

【0043】

温度推定ステップＳ１２ｂでは、上記（式１）及び（式２）において、Ｌ_１導出ステップＳ１２ａで導出したラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、溶着金属１０の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、溶着金属１０の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１とを代入してこれらの二つの連立方程式を解くことにより、溶接部８の運転時の温度Ｔを算出（推定）する。これにより、熱交換器２が備える第１伝熱管４と第２伝熱管６との溶接部８（特に、第１伝熱管４の母材１２の熱影響部１４との境界Ｂ付近の部分）における運転時の温度Ｔを、計測ステップＳ１１において計測した変質層１０ａの硬さｈに基づいて精度良く推定することができる。

【0044】

また、図４に示す温度推定フロー１００は、更に、全寿命評価ステップＳ１３と、余寿命評価ステップＳ１４とを有する。

【0045】

全寿命評価ステップＳ１３では、上記（式１）及び（式２）において、Ｌ_１導出ステップＳ１２ａで導出したラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１と、溶着金属１０の未使用時のラーソンミラーパラメータの初期値Ｌ_０と、溶着金属１０の未使用時から現在までの経過時間ｔ_１とを代入してこれらの二つの連立方程式を解くことにより、溶着金属１０の未使用時から破断までの全寿命ｔ_０を算出（評価）する。

【0046】

余寿命評価ステップＳ１４では、全寿命評価ステップＳ１３で評価した全寿命ｔ_０と経過時間ｔ_１とに基づいて、溶着金属１０の現在から破断までの余寿命ｔ_２（＝ｔ_０−ｔ_１）を算出（評価）する。これにより、熱交換器が備える第１伝熱管と第２伝熱管との溶接部における溶着金属１０（特に、第１伝熱管４の母材１２の熱影響部１４との境界Ｂ付近の部分）の余寿命を、計測ステップＳ１１において計測した変質層の硬さｈに基づいて精度良く推定することができる。これにより、熱交換器２の保守管理を計画しやすくなり、トラブルを未然に防止できる。

【0047】

図７は、一実施形態に係る熱交換器２の運転時における溶接部８の温度Ｔを推定する温度推定フロー２００を示す図である。

【0048】

図４に示す温度推定フロー１００は、変質層１０ａの硬さｈに基づいて溶接部８の運転時の温度Ｔを推定したが、図７に示す温度推定フロー２００は、変質層１０ａの硬さｈの代わりに変質層１０ａの厚さｄに基づいて溶接部８の運転時の温度Ｔを推定する。図７に示す温度推定フロー２００のうち、Ｓ２２ｂ、Ｓ２３及びＳ２４は、それぞれ、図４を用いて説明したＳ１２ｂ、Ｓ１３及びＳ１４と同じであるため説明を省略し、以下では、温度推定フロー１００と異なる点を中心に説明する。

【0049】

一実施形態では、図７に示すように、温度推定フロー２００は、溶着金属１０のうち第１伝熱管４の母材１２の熱影響部１４に隣接する部分に生じた変質層１０ａの厚さｄを計測する計測ステップＳ２１と、計測ステップＳ２１において計測した変質層１０ａの厚さｄに基づいて、溶接部８の運転時の温度Ｔを推定する推定ステップＳ２２と、を含む。

【0050】

計測ステップＳ２１では、例えば溶接部８の表面に対して研磨、エッチング等の前処理を行い、現出した組織における変質層１０ａの厚さｄを計測してもよい。

【0051】

推定ステップＳ２２は、計測ステップＳ２１の計測時における溶着金属１０のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出するＬ_１導出ステップＳ２２ａと、溶接部８の運転時の温度Ｔを推定する温度推定ステップＳ２２ｂと、を含む。

【0052】

Ｌ_１導出ステップＳ２２ａでは、計測ステップＳ２１において計測した変質層１０ａの厚さｄと、変質層１０ａの厚さｄと溶着金属１０のラーソンミラーパラメータＬとの関係を示す情報（図８に示す直線Ａ２）と、に基づいて、計測ステップＳ２１で計測した変質層１０ａの厚さｄに対応する溶着金属１０のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出する。ここで、図８に示す直線Ａ２は、事前にクリープ破断試験を行って求めておけばよい。例えば、複数の応力条件（溶着金属１０に発生する応力が互いに異なる複数の条件）下でクリープ破断試験を行って、各応力条件における変質層１０ａの厚さとラーソンミラーパラメータＬとの関係をプロット（図５における黒丸のプロット）し、各プロットに対する回帰直線を直線Ａ２として求めてもよい。

【0053】

このように、変質層１０ａの厚さｄに基づいて求めたラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１に基づいて、図４を用いて説明した温度推定ステップＳ１２ｂ、全寿命推定ステップＳ１３及び余寿命推定ステップＳ１４と同様の方法により、熱交換器２の運転時における溶接部８の温度Ｔ、溶着金属１０の未使用時から破断までの全寿命ｔ_０、及び溶着金属１０の現在から破断までの余寿命ｔ_２を精度良く求めることができる。

【0054】

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。例えば、上述した実施形態では、変質層１０ａの硬さｈ又は厚さｄに基づいて、溶着金属１０のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出したが、変質層１０ａの硬さｈと厚さｄの両方に基づいて、溶着金属１０のラーソンミラーパラメータの現在値Ｌ_１を導出しても良い。

【符号の説明】

【0055】

２ 熱交換器
４ 第１伝熱管
６ 第２伝熱管
８ 溶接部
１０ 溶着金属
１０ａ 変質層
１２ 母材
１４ 熱影響部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】