特開 2024-126558 金属疲労評価装置、該システム、該方法および該プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024126558

(43)【公開日】2024-09-20

(54)【発明の名称】金属疲労評価装置、該システム、該方法および該プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/205 20180101AFI20240912BHJP

   G01N 23/2055 20180101ALI20240912BHJP

【ＦＩ】

G01N23/205

G01N23/2055 310

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023034976

(22)【出願日】2023-03-07

(71)【出願人】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】100115381

【弁理士】

【氏名又は名称】小谷 昌崇

(74)【代理人】

【識別番号】100111453

【弁理士】

【氏名又は名称】櫻井 智

(72)【発明者】

【氏名】杵渕 雅男

(72)【発明者】

【氏名】高嶋 康人

【テーマコード（参考）】

2G001

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA18

2G001CA01

2G001DA09

2G001KA07

2G001LA02

(57)【要約】

【課題】本発明は、金属の溶接部において、金属疲労の評価指標における精度の低下を抑制できる金属疲労評価装置、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムを提供する。
【解決手段】本発明は、金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求める金属疲労評価装置Ｄであって、回折する性質を持つビームを前記評価対象に、一方向に長尺なスリット状となるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて前記評価指標を求める。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求める金属疲労評価装置であって、
回折する性質を持つビームを前記評価対象に、一方向に長尺なスリット状となるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて前記評価指標を求める指標部を備える、
金属疲労評価装置。

【請求項2】

前記一方向は、前記溶接部における止端の延長方向に沿う方向である、
請求項１に記載の金属疲労評価装置。

【請求項3】

前記回折環データは、互いに異なる複数の照射位置それぞれについて、前記ビームを前記評価対象に、当該照射位置に前記スリット状になるように照射することによって形成された回折環を表すデータであり、
前記複数の照射位置は、前記溶接部における止端および止端と隣接する母材を含む領域に含まれるとともに、止端からの距離が互いに異なり、
前記指標部は、複数の回折環データに基づいて統計処理を用いて前記評価指標を求める、
請求項２に記載の金属疲労評価装置。

【請求項4】

前記指標部は、
前記回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、前記回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、データ分布として求める分布処理部と、
前記分布処理部で求めたデータ分布から前記評価指標を求める指標処理部とを備え、
前記分布処理部は、照射位置ごとにデータ分布を求め、
前記指標処理部は、照射位置ごとにデータ分布から当該照射位置における分布の均一性の程度を表す均一性指標を求めるとともに、照射位置ごとに求めた均一性指標を統計処理して前記評価指標を求める、
請求項３に記載の金属疲労評価装置。

【請求項5】

前記指標部は、
前記回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、前記回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、データ分布として求める分布処理部と、
前記分布処理部で求めたデータ分布から前記評価指標を求める指標処理部とを備える、
請求項１に記載の金属疲労評価装置。

【請求項6】

前記指標処理部は、前記分布処理部で求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を除去した除去結果に基づいて前記評価指標を求める、
請求項５に記載の金属疲労評価装置。

【請求項7】

請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の金属疲労評価装置と、
前記回折環データを生成して取得する測定装置とを備える、
金属疲労評価システム。

【請求項8】

金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求める金属疲労評価方法であって、
回折する性質を持つビームを前記評価対象に、一方向に長尺なスリット状となるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて前記評価指標を求める指標処理工程を備える、
金属疲労評価方法。

【請求項9】

金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求める金属疲労評価プログラムであって、
コンピュータを、請求項１ないし請求項６のいずれか１項の金属疲労評価装置として機能させるための金属疲労評価プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回折環を用いて金属疲労の程度を評価する金属疲労評価装置、金属疲労評価システム、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

金属疲労による装置の損傷は、プロセスの不意な停止や事故等に繋がる虞があるため、金属疲労の程度を評価することは、重要であり、要望されている。この金属疲労の程度を評価する技術は、例えば、特許文献１に開示されている。

【0003】

この特許文献１に開示された金属疲労評価装置は、金属の評価対象における金属疲労の程度を表す評価指標を求める装置であって、前記評価対象に回折する性質を持つビームを照射することによって形成された回折環を表す回折環データを取得するデータ取得部と、前記データ取得部で取得した回折環データに基づいて前記回折環におけるピーク強度の均一の程度を表す均一性指標を前記評価指標として求める指標処理部とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－１７９０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、金属疲労は、金属の母材でも生じ得るが、通常、母材よりも溶接部で生じ易いため、金属の溶接部における金属疲労の程度の評価が望まれる。母材は、その製造の際に一定の組織形態が得られるように調整されため、その組織形態には、位置に対する分布が比較的生じ難い。一方、溶接部では、溶接の際、金属が再溶融された後に凝固し、溶接に伴う熱が周囲に伝導するため、前記再溶融および前記凝固する部分（ＤＥＰＯ）および前記溶接に伴う熱の影響を受ける部分（ＨＡＺ）が生じるので、その組織形態には、位置に対する分布が生じ得る。回折環は、原子でのブラッグ反射により生じるため、組織形態の分布に影響を受ける虞がある。前記特許文献１では、溶接部における上述の事情が考慮されていないため、評価指標の精度が低下してしまう虞がある。

【0006】

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、金属の溶接部において、金属疲労の評価指標における精度の低下を抑制できる金属疲労評価装置、金属疲労評価システム、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる金属疲労評価装置は、金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求める金属疲労評価装置であって、回折する性質を持つビームを前記評価対象に、一方向に長尺なスリット状となるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて前記評価指標を求める指標部を備える。好ましくは、上述の金属疲労評価装置において、前記スリット状のスリット幅（短尺方向（前記一方向に直交する方向）の長さ）は、０．５［ｍｍ］～２．５［ｍｍ］以下である。好ましくは、上述の金属疲労評価装置において、前記スリット状のスリット幅は、０．７［ｍｍ］～２．０［ｍｍ］である。好ましくは、上述の金属疲労評価装置において、前記スリット状のスリット幅は、１．０［ｍｍ］～１．５［ｍｍ］である。

【0008】

このような金属疲労評価装置は、ビームを評価対象にスリット状となるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて評価指標を求めるので、評価指標における精度の低下を抑制できる。すなわち、スリット状で照射することで、前記スリット状の短尺方向（前記一方向に直交する方向）では、組織形態の分布による影響が低減できる一方、前記スリット状の長尺方向（前記一方向）では、ブラッグ反射が生じ得るから、回折環が形成されつつ、組織形態の分布による影響が低減できる。したがって、上記金属疲労評価装置は、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0009】

なお、前記数値範囲の上限は、ＨＡＺにおける組織バラツキの影響を低減するために設定され、その下限は、十分な数の結晶粒に対してビームを照射し、十分な回折を得るために設定され、これらは、精度の向上に寄与する。

【0010】

他の一態様では、これら上述の金属疲労評価装置において、前記一方向は、前記溶接部における止端の延長方向に沿う方向である。好ましくは、上述の金属疲労評価装置において、前記一方向と前記溶接部における止端の延長方向とは、略平行である。

【0011】

溶接に伴う熱による影響の程度は、止端からの距離に依存すると推察されるので、止端の延長方向における組織形態の分布は、比較的生じ難いと考えられる。上記金属疲労評価装置は、一方向が溶接部における止端の延長方向に沿う方向であるので、より適正な回折環を得ることができるから、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0012】

他の一態様では、これら上述の金属疲労評価装置において、前記回折環データは、互いに異なる複数の照射位置それぞれについて、前記ビームを前記評価対象に、当該照射位置に前記スリット状になるように照射することによって形成された回折環を表すデータであり、前記複数の照射位置は、前記溶接部における止端および止端と隣接する母材を含む領域に含まれるとともに、止端からの距離が互いに異なり、前記指標部は、複数の回折環データに基づいて統計処理を用いて前記評価指標を求める。好ましくは、上述の金属疲労評価装置において、前記指標部は、前記回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、前記回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、データ分布として求める分布処理部と、前記分布処理部で求めたデータ分布から前記評価指標を求める指標処理部とを備え、前記分布処理部は、照射位置ごとにデータ分布を求め、前記指標処理部は、照射位置ごとにデータ分布から当該照射位置における分布の均一性の程度を表す均一性指標を求めるとともに、照射位置ごとに求めた均一性指標を統計処理して前記評価指標を求める。好ましくは、これら上述の金属疲労評価装置において、前記指標部は、前記複数の回折環データそれぞれについて、当該回折環データに基づいて前記評価指標を求め、前記求めた複数の評価指標を平均した平均値を最終的な評価指標とする。

【0013】

このような金属疲労評価装置は、複数の照射位置での複数の回折環データに基づいて、所定の統計処理を用いて評価指標を求めるので、溶接部における組織形態の分布による評価指標のばらつきを低減できるから、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0014】

他の一態様では、これら上述の金属疲労評価装置において、前記指標部は、前記回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、前記回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、データ分布として求める分布処理部と、前記分布処理部で求めたデータ分布から前記評価指標を求める指標処理部とを備える。好ましくは、上述の金属疲労評価装置において、前記評価指標は、前記データ分布の均一の程度を表す均一性指標である。好ましくは、上述の金属疲労評価装置において、前記均一性指標は、前記データ分布における標準偏差、または、前記データ分布における標準偏差を前記データ分布の平均値で除算した除算結果である。

【0015】

他の一態様では、上述の金属疲労評価装置において、前記指標処理部は、前記分布処理部で求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を除去した除去結果に基づいて前記評価指標を求める。

【0016】

このような金属疲労評価装置は、データ分布から、ノイズであるうねり成分を除去した除去結果に基づいて評価指標を求めるので、より信頼性の高い評価結果を得ることができる。

【0017】

本発明の他の一態様にかかる金属疲労評価システムは、これら上述のいずれかの金属疲労評価装置と、前記回折環データを生成して取得する測定装置とを備える。

【0018】

このような金属疲労評価システムは、これら上述のいずれかの金属疲労評価装置を備えるので、金属の溶接部において、金属疲労の評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0019】

本発明の他の一態様にかかる金属疲労評価方法は、金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求める金属疲労評価方法であって、回折する性質を持つビームを前記評価対象に、一方向に長尺なスリット状となるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて前記評価指標を求める指標処理工程を備える。

【0020】

このような金属疲労評価方法は、ビームを評価対象にスリット状で照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて評価指標を求めるので、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0021】

本発明の他の一態様にかかる金属疲労評価プログラムは、金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求めるプログラムであって、コンピュータを、これら上述のいずれかの金属疲労評価装置として機能させるためのプログラムである。

【0022】

これによれば、金属疲労評価プログラムが提供でき、この金属疲労評価プログラムは、これら上述の金属疲労評価装置と同様な作用効果を奏する。

【発明の効果】

【0023】

本発明にかかる金属疲労評価装置、金属疲労評価システム、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、金属の溶接部において、金属疲労の評価指標における精度の低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態における金属疲労評価装置の構成を示すブロック図である。

【図2】前記金属疲労評価装置におけるデータ取得部の一例の構成を示すブロック図である。

【図3】一例として、評価対象の溶接部が形成された金属管を示す図である。

【図4】一例として、評価対象の溶接部に、ビニールテープでスリット部材を形成した様子を説明するための図である。

【図5】一例として、評価対象を母材および溶接部それぞれとした場合における方位角に対するピーク強度分布を示す図である。

【図6】一例として、ＨＡＺと母材の境界付近における溶接によるばらつきを説明するための図である。

【図7】入射角と方位角とによるＸ線侵入深さの変化を示すグラフである。

【図8】入射角による、方位角に対する回折環のピーク強度分布の変化を説明するための図である。

【図9】離間間隔抽出処理を説明するための図である。

【図10】一例として、３個の照射位置それぞれにおける、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。

【図11】一例として、図１０に示す損傷度に対する均一性指標の変化率を平均した、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。

【図12】３点曲げ疲労試験を説明するための図である。

【図13】一例として、３点曲げ疲労試験において、方位角に対するピーク強度分布を示す図である。

【図14】一例として、２個の照射位置それぞれにおける、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。

【図15】一例として、図１４に示す損傷度に対する均一性指標の変化率を平均した、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。

【図16】前記金属疲労評価装置の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

【0026】

実施形態における金属疲労評価装置は、金属の溶接部を評価対象として金属疲労の程度を表す評価指標を求める装置である。前記溶接部は、主に、再溶融および凝固する部分（ＤＥＰＯ（Ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｍｅｔａｌ）、溶接金属部）および溶接に伴う熱の影響を受ける部分（ＨＡＺ（Ｈｅａｔ Ａｆｆｅｃｔｅｄ Ｚｏｎｅ）、溶接熱影響部）を備える。この金属疲労評価装置は、回折する性質を持つビームを前記評価対象に、一方向に長尺なスリット状となるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて前記評価指標を求める指標部を備える。以下、このような金属疲労評価装置、ならびに、これに実装される金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムについて、より具体的に説明する。

【0027】

図１は、実施形態における金属疲労評価装置の構成を示すブロック図である。図２は、前記金属疲労評価装置におけるデータ取得部の一例の構成を示すブロック図である。図２Ａは、全体的な構成を示し、図２Ｂは、撮像部１５と評価対象Ｏｂとの関係を示す。なお、図２Ｂでは、スリット部材１６の図示が省略されている。図３は、一例として、評価対象の溶接部が形成された金属管を示す図である。図４は、一例として、評価対象の溶接部に、ビニールテープでスリット部材を形成した様子を説明するための図である。

【0028】

実施形態における金属疲労評価装置Ｄは、例えば、図１に示すように、データ取得部１と、制御処理部２と、入力部３と、出力部４と、インターフェース部（ＩＦ部）５と、記憶部６とを備える。

【0029】

データ取得部１は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、金属（合金を含む）に回折する性質を持つビームを、金属の溶接部を評価対象として前記評価対象に、一方向に長尺なスリット状になるように照射することによって形成された回折環を表す回折環データを取得する装置である。より具体的には、例えば、本実施形態では、データ取得部１は、前記回折環データを生成して取得する測定装置を備えて構成される。したがって、本実施形態では、図２Ａは、前記測定装の一例の構成を示すブロック図でもあり、図１は、前記金属疲労評価システムの構成を示すブロック図でもある。このデータ取得部の一例としての前記測定装置１は、前記ビームを照射する照射部と、前記照射部の前記ビームを前記評価対象に、前記一方向に長尺なスリット状で照射するためのスリット状の開口を備えるスリット部材と、前記照射部による前記ビームを前記評価対象に、前記スリット部材によってスリット状で照射することによって形成された回折環を撮像して前記回折環データを生成する撮像部とを備える。

【0030】

より詳しくは、測定装置１は、図２に示すように、高圧電源１１、冷却部１２、データ取得制御部１３、Ｘ線照射部１４および撮像部１５を備える。スリット部材１６は、測定装置１と別体であってよく、測定装置１の構成要素であってもよい。高圧電源１１は、電子線加速用の高電圧をＸ線照射部１４に供給する装置である。冷却部１２は、Ｘ線照射部１４を冷却する装置である。データ取得制御部１３は、データ取得部１全体の動作を制御する装置である。なお、データ取得制御部１３は、制御処理部２に機能的に構成される後述の制御部２１と兼用されてよい。

【0031】

Ｘ線照射部１４は、電子線をターゲットに衝突させてＸ線を発生させるＸ線発生装置と、発生したＸ線を細束のＸ線ビームとして評価対象Ｏｂに照射するＸ線照射管とを備える。前記Ｘ線発生装置は、例えば、電子線を高電圧で加速して陽極に衝突させＣｒＫα特性Ｘ線を発生させるためのＸ線管球（真空管）である。前記Ｘ線照射管は、例えば、発生したＸ線を細い平行ビームに絞り照射するピンホールコリメータである。

【0032】

なお、評価対象Ｏｂに対し回折する性質を持つビーム（回折光）として、ここでは、Ｘ線を用いる例を説明するが、回折の性質を持つビームには、Ｘ線に限らず、電磁波(可視光、紫外線、γ線を含む)、中性子線、電子線等が含まれる。

【0033】

スリット部材１６は、Ｘ線照射部１４の前記ビームを評価対象Ｏｂに、一方向に長尺なスリット状となるように照射するためのスリット状の開口１６１を備える部材である。スリット部材１６は、ビームがスリット状の開口１６１以外の部分で回折した場合に、その回折した回折したＸ線が撮像部１５で受光されないような材料で形成される。図３には、一例として、評価対象の溶接部の形成された金属管が図示され、図４には、溶接部に、ビニールテープ１６－１、１６－２でスリット部材１６を形成した様子が図示されている。評価対象Ｏｂに照射されるＸ線は、強度が小さいため、図４に示すように、スリット部材１６を形成する材料は、厚手のビニールで十分であり、図４では、２個のビニールテープ１６－１、１６－２でスリット幅（短尺方向（前記一方向に直交する方向）の長さ）が１．５［ｍｍ］のスリット状の開口が形成されている。なお、図４に示す例では、スリット部材１６は、厚手のビニールテープ１６－１、１６－２を備えて構成されたが、スリット部材１６は、これに限定されるものではなく、例えばスリット状の開口を形成した樹脂材料性の板状部材等であってもよい。スリット部材１６は、評価対象Ｏｂ上に配置され、図４に示す例では、評価対象Ｏｂに密着されているが、必ずしも密着している必要は無く、前記回折した回折したＸ線が撮像部１５で受光されない程度にスリット部材１６と評価対象Ｏｂとの間に隙間があってもよい。

【0034】

図３に示すように、溶接部の止端の延長方向にｙ軸が設定され、溶接ビード（またはＤＥＰＯ）から離れる方向、図３に示す例では、ｙ軸に直交する方向にｘ軸が設定された場合に、スリット状の開口１６１が配置（形成）される位置（スリット配置位置）、すなわち、ビームが評価対象Ｏｂにスリット状で照射される照射位置は、溶接部における止端（ｙ軸）から、溶接ビード（またはＤＥＰＯ）から離れる方向（ｘ軸）に、予め設定された所定の距離だけ離れた位置である。前記止端は、一般に、溶接継手の表面における母材と溶接ビード（溶接金属）の境界線であり、溶接線に沿う方向に延長される。そして、図３に示す例では、スリット状の開口１６１の長尺方向（前記一方向）は、溶接部における止端の延長方向（ｙ軸）に沿う方向である。言い換えれば、前記一方向と前記溶接部における止端の延長方向とは、略平行である。

【0035】

このようなスリット状の開口１６１は、後述の実施例では、そのスリット幅は、好ましくは、前記スリット幅は、０．５［ｍｍ］～２．５［ｍｍ］以下であり、より好ましくは、前記スリット幅は、０．７［ｍｍ］～２．０［ｍｍ］であり、さらに好ましくは、前記スリット幅は、１．０［ｍｍ］～１．５［ｍｍ］である。前記数値範囲の上限は、ＨＡＺにおける組織バラツキの影響を低減するために設定され、その下限は、十分な数の結晶粒に対してビームを照射し、十分な回折を得るために設定され、これらは、精度の向上に寄与する。前記スリット幅は、一例では、１．５［ｍｍ］を有する開口１６１が、一例では止端から０［ｍｍ］以上２．５［ｍｍ］以内の領域内に位置するように設定される。

【0036】

Ｘ線照射部１４がビームを評価対象Ｏｂに照射することにより、評価対象Ｏｂの表面の、スリット部材１６の開口１６１に対応した領域にビームが照射される。評価対象Ｏｂの表面におけるビームの照射領域は、溶接部の止端の延長方向（ｙ軸）に長尺なスリット状となる。このビームの照射領域のアスペクト比は、１以上であり、好ましくは２以上である。アスペクト比を大きくすることにより、Ｘ線が照射される面積を大きくすることができ、測定の精度を向上させることができる。一例では、照射領域の長尺方向の長さは５［ｍｍ］である。

【0037】

撮像部１５は、Ｘ線照射部によるビームを評価対象Ｏｂに、スリット部材１６によってスリット状になるように照射することによって形成された回折環を撮像し、前記回折環を表す回折環データを生成する装置である。撮像部１５は、例えば、いわゆるイメージングプレートを備えて構成される。このイメージングプレートには、輝尽性蛍光発光現象が利用されている。大略、輝尽性蛍光体を塗布したフィルムがＸ線によって露光され、露光されたフィルムにレーザ光を照射して生じた蛍光の発光量が計測される。蛍光は、Ｘ線の露光量に応じた発光量で発光するので、発光量を計測することで、Ｘ線像が得られる。

【0038】

なお、データ取得部１は、例えば、外部の機器との間でデータを入出力するインターフェース回路であり、前記外部の機器は、前記回折環データを記憶した、例えばＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリおよびＳＤカード（登録商標）等の記憶媒体であってよい。あるいは、例えば、データ取得部１は、外部の機器との間でデータを入出力するインターフェース回路であり、前記外部の機器は、前記回折環データを記録した、例えばＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ－Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）およびＤＶＤ－Ｒ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）等の記録媒体からデータを読み込むドライブ装置であってよい。あるいは、例えば、データ取得部１は、外部の機器と通信信号を送受信する通信インターフェース回路であって、前記外部の機器は、ネットワーク（ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ、公衆通信網を含む））あるいはＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）を介して前記通信インターフェース回路に接続され、前記回折環データを管理するサーバ装置であってよい。なお、データ取得部１がインターフェース回路や通信インターフェース回路である場合では、データ取得部１は、ＩＦ部５と兼用されてもよい（すなわち、ＩＦ部５がデータ取得部１として用いられてもよい）。

【0039】

図１に戻って、入力部３は、制御処理部２に接続され、評価開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、例えば金属疲労評価装置Ｄによって評価される評価対象の名称（例えばシリアル番号等）等の、金属疲労評価装置Ｄの稼働を行う上で必要な各種データを金属疲労評価装置Ｄに入力する装置であり、例えば、キーボード、マウス、および、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチ等である。出力部４は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、入力部３から入力されたコマンドやデータ、データ取得部１で取得された回折環データで表される回折環、および、金属疲労評価装置Ｄによって求められた評価指標等を出力する装置であり、例えばＣＲＴディスプレイ、ＬＣＤ（液晶表示装置）および有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。

【0040】

ＩＦ部５は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、例えば、外部の機器との間でデータを入出力する回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、および、ＵＳＢ規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部５は、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等の、外部の機器と通信信号を送受信する通信インターフェース回路であってもよい。

【0041】

記憶部６は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、制御処理プログラムが含まれ、前記制御処理プログラムには、制御プログラムおよび指標プログラム等が含まれる。前記制御プログラムは、金属疲労評価装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御するプログラムである。前記指標プログラムは、データ取得部１で取得した回折環データに基づいて評価指標を求めるプログラムである。この指標プログラムは、必要に応じて、分布処理プログラムおよび指標処理プログラムを含み、前記指標処理プログラムは、必要に応じて、うねり成分抽出プログラムおよび指標演算プログラムを含む。前記分布処理プログラムは、データ取得部１で取得した回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、前記データ取得部１で取得した回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、データ分布として求めるプログラムである。前記指標処理プログラムは、前記分布処理プログラムで求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を除去した除去結果に基づいて評価指標を求めるプログラムである。前記うねり成分抽出プログラムは、前記分布処理プログラムで求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を抽出するプログラムである。前記指標演算プログラムは、前記分布処理プログラムで求めたデータ分布から、前記うねり成分抽出プログラムで抽出したうねり成分を除去した除去結果に基づいて評価指標を求めるプログラムである。前記各種の所定のデータには、例えば前記回折環データ等の、これら各プログラムを実行する上で必要なデータが含まれる。このような記憶部６は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を備える。そして、記憶部６は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部２のワーキングメモリとなるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。なお、記憶部６は、大容量を記憶可能なハードディスク装置を備えてもよい。

【0042】

制御処理部２は、金属疲労評価装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、評価対象における金属疲労の程度を表す評価指標を求めるための回路である。制御処理部２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部２には、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部２１および指標部２２が機能的に構成される。

【0043】

制御部２１は、金属疲労評価装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、金属疲労評価装置Ｄ全体の制御を司るものである。

【0044】

指標部２２は、データ取得部１で取得した回折環データに基づいて評価指標を求めるものである。前記評価指標には、一般的な、回折環の半価幅が用いられてよいが、本実施形態では、前記特許文献１に開示されているように、前記データ分布の均一の程度を表す均一性指標が用いられる。すなわち、前記評価指標は、方位角に対する、前記回折環におけるピーク強度の均一の程度を表す均一性指標である。あるいは、前記評価指標は、方位角に対する、前記回折環における半価幅の均一の程度を表す均一性指標である。

【0045】

好ましくは、前記均一性指標は、前記データ分布における標準偏差、または、前記データ分布における標準偏差を前記データ分布の平均値で除算した除算結果である。すなわち、前記均一性指標は、方位角に対する、前記回折環におけるピーク強度分布の標準偏差、または、方位角に対する、前記回折環におけるピーク強度の標準偏差を、前記ピーク強度分布の平均値で除算した除算結果である。あるいは、前記均一性指標は、方位角に対する、前記回折環における半価幅分布の標準偏差、または、方位角に対する、前記回折環における半価幅の標準偏差を、前記半価幅分布の平均値で除算した除算結果である。

【0046】

前記回折環データは、例えば、前記ビームを前記評価対象Ｏｂに、所定の照射位置に前記スリット状で照射することによって形成された回折環を表す１つのデータであり、前記照射位置は、上述したように、溶接部における止端（ｙ軸）から、溶接ビード（またはＤＥＰＯ）から離れる方向（ｘ軸）に、予め設定された所定の距離だけ離れた位置である。

【0047】

ここで、照射位置について、図５および図６を用いて説明する。図５および図６は、溶接継手の疲労損傷試験片によるＸ線回折測定の一結果である。より具体的には、図５は、一例として、評価対象を母材および溶接部それぞれとした場合における方位角に対するピーク強度分布を示す図である。図５Ａは、評価対象を止端近傍（ＨＡＺ）とした場合における方位角に対するピーク強度分布を示す図である。図５Ｂは、評価対象を母材とした場合における方位角に対するピーク強度分布を示す図である。図６は、一例として、ＨＡＺと母材の境界付近における溶接によるばらつきを説明するための図である。図６Ａは、第１評価対象における方位角に対するピーク強度分布を示す図であり、図６Ｂは、止端からの距離が図６Ａの場合と同じ照射位置において、第２評価対象における方位角に対するピーク強度分布を示す図である。図５および図６の各図において、横軸は、方位角［ｄｅｇ］であり、縦軸は、ピーク強度である。前記方位角は、回折環の中心位置Ｏを通るベースラインを基準０度［ｄｅｇ］とした場合に、時計回りに回折環の周方向に、前記ベースラインからの角度である。

【0048】

前記溶接継手は、その材料が、ボイラ管に使用される一般規格の鋼管材料の一例である火ＳＴＢＡ２４Ｊ１であり、その外径がφ５０．８［ｍｍ］であり、その肉厚が１０．４［ｍｍ］である。溶接は、Ｖ開先でＴＩＧ多層溶接（完全溶け込み継手）である。前記疲労損傷試験では、管を長手方向にワイヤーカットで１２個に分割して試験片が採取され、３点曲げ疲労試験（曲げスパン：１４０［ｍｍ］、荷重比：０．１）が実施され、疲労寿命として約３３８００回となる条件が抽出され、中途止め試験が実施され、疲労損傷が０［％］、１０［％］、２０［％］、４０［％］、７０［％］となる各サンプルが作製された（３３８００回が疲労損傷１００［％］）。前記Ｘ線回折測定では、電解研磨処理が施され、Ｘ線は、ＣｒＫα線であり、回折角２θは、１５６．３９６［ｄｅｇ］であり、入射角は、４５［ｄｅｇ］であり、スリット幅は、１．５［ｍｍ］である。照射位置（測定位置）は、止端（ｙ軸）からその離間方向（ｘ軸）へ所定の距離ずつ離れた各位置である。すなわち、照射位置（測定位置）は、Ｘ線の照射領域がｘ＝０～１．５［ｍｍ］となる第１照射位置（幅方向におけるスリットの一方端部が０［ｍｍ］に位置するとともに他方端部が１．５［ｍｍ］に位置する第１照射位置）、Ｘ線の照射領域がｘ＝０．５～２．０［ｍｍ］となる第２照射位置、Ｘ線の照射領域がｘ＝１．０～２．５［ｍｍ］となる第３照射位置、Ｘ線の照射領域がｘ＝２．０～３．５［ｍｍ］となる第４照射位置、Ｘ線の照射領域がｘ＝２．５～４．０［ｍｍ］となる第５照射位置、および、Ｘ線の照射領域がｘ＝４．０～５．５［ｍｍ］となる第６照射位置の６箇所である。その測定結果の一例が、溶接部と母材との比較として図５に示され、溶接部と母材との境界付近での比較として図６に示されている。

【0049】

図５Ａは、損傷度０［％］のＨＡＺ（第１照射位置）での方位角に対するピーク強度分布であり、図５Ｂは、損傷度０［％］の母材（第６照射位置）での方位角に対するピーク強度分布である。図５Ａに示すピーク強度分布と図５Ｂに示すピーク強度とを比較すると分かるように、ＨＡＺと母材とでは、ピーク強度分布に明らかな差が認められ、評価指標（ここでは後述のようにうねり成分を除去後に標準偏差を平均値で除算した除算結果）も図５Ａに示すピーク強度分布では０．０４１であったが、図５Ｂに示すピーク強度では０．０７８であり、約２倍の差異が確認された。このため、金属疲労を評価する場合に、母材とＨＡＺとは、区別して評価することが好ましい。

【0050】

一方、図６Ａは、損傷度０［％］のサンプルについての第４照射位置での方位角に対するピーク強度分布であり、図６Ｂは、損傷度１０［％］のサンプルについての第４照射位置での方位角に対するピーク強度分布である。図５および図６を比較すると、どちらも止端からの距離が同じであるものの、図６Ｂは、図５Ｂに示す母材のプロファイルに類似し、図６Ａは、図５Ｂよりも図５Ａに示すＨＡＺのプロファイルの方に類似している。これは、ＨＡＺと母材との境界付近の第４照射位置では、溶接のばらつきにより、主に母材でのプロファイルに類似するプロファイルを持つピーク強度分布が測定される場合と、主にＨＡＺでのプロファイルに類似するプロファイルを持つピーク強度分布が測定される場合とがあるためと、推察される。

【0051】

通常、疲労き裂は、止端部から発生するため、止端からの距離が大きいほど疲労損傷の感度が下がる可能性が高い。よって、溶接部の疲労損傷度を評価する際にはＨＡＺ内の測定が推奨される。

【0052】

この例では、第１ないし第３照射位置（０［ｍｍ］以上２．５［ｍｍ］以内）の位置が確実にＨＡＺ内と考えられるため、照射位置、すなわちスリット部材１６の開口１６１が０［ｍｍ］以上２．５［ｍｍ］以内の領域内に位置するように設定される。

【0053】

溶接に伴う熱の影響範囲は、溶接による溶接部への入熱量に依存し、入熱量は、溶接の電流、電圧、速度、パス回数（１パス溶接、多パス溶接）等に依存する。このため、照射位置（前記照射位置を規定する、前記予め設定された所定の距離）もこれらに依存し、予め複数のサンプルから適宜に設定されることが好ましい。

【0054】

上述では、回折環におけるピーク強度分布について説明したが、回折環における半価幅分布についても同様である。

【0055】

図１に戻って、指標部２２は、より信頼性の高い評価結果を得るため等の必要に応じて、図１に破線で示すように、分布処理部２２１および指標処理部２２２を機能的に備える。分布処理部２２１は、データ取得部１で取得した回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、データ取得部１で取得した回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、データ分布として求めるものである。指標処理部２２２は、分布処理部２２１で求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を除去した除去結果に基づいて前記評価指標を求めるものである。前記除去結果は、データ分布から直接的に求められてよく、あるいは、うねり成分を求めてから、データ分布からこの求めたうねり成分を除去することで求められてよい。後者の場合には、指標処理部２２２は、図１に破線で示すように、うねり成分抽出部２３１および指標演算部２３２を機能的に備える。うねり成分抽出部２２２１は、前記分布処理部２２１で求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を抽出するものである。指標演算部２２２２は、分布処理部２２１で求めたデータ分布から、うねり成分抽出部２２２１で抽出したうねり成分を除去した除去結果に基づいて評価指標を求めるものである。

【0056】

ここで、うねり成分およびその処理について、図７ないし図９を用いて説明する。図７は、入射角と方位角とによるＸ線侵入深さの変化を示すグラフである。図７の横軸は、方位角α［ｄｅｇ］であり、その縦軸は、Ｘ線侵入深さ［μｍ］である。図７には、入射角Ψ０が０°（０［ｄｅｇ］）である場合における方位角に対するＸ線侵入深さのグラフ、入射角Ψ０が１５°（１５［ｄｅｇ］）である場合における方位角に対するＸ線侵入深さのグラフ、入射角Ψ０が３０°（３０［ｄｅｇ］）である場合における方位角に対するＸ線侵入深さのグラフ、入射角Ψ０が４５°（４５［ｄｅｇ］）である場合における方位角に対するＸ線侵入深さのグラフ、および、入射角Ψ０が６０°（６０［ｄｅｇ］）である場合における方位角に対するＸ線侵入深さのグラフが示されている。図８は、入射角による、方位角に対する回折環のピーク強度分布の変化を説明するための図である。図８Ａは、入射角Ψ０が０°である場合における、方位角に対する回折環のピーク強度分布を示し、図８Ｂは、入射角Ψ０が４５°である場合における、方位角に対する回折環のピーク強度分布を示す。図６Ａおよび図６Ｂにおける各横軸は、方位角α［ｄｅｇ］であり、それらの各縦軸は、ピーク強度である。図９は、離間間隔抽出処理を説明するための図である。

【0057】

Ｘ線回折の測定系では、例えば、図７に示すように、入射角Ψ０と方位角αとにより、材料（評価対象）へのＸ線侵入深さが異なる。Ｘ線侵入深さは、入射角Ψ０が０°である場合には方位角αにかかわらず一定であるが、前記Ｘ線侵入深さは、入射角Ψ０が大きくなるに従って深くなり、方位角αが１８０°で谷（最も深く）となる。図７に示す各グラフは、光路差に基づく減衰により回折強度に与える影響をシミュレーションすることによって生成された。

【0058】

発明者は、入射角Ψ０が０°である場合における、方位角に対する回折環のピーク強度分布、および、入射角Ψ０が４５°である場合における方位角に対する回折環のピーク強度分布それぞれを実測することによって、図７に示すＸ線侵入深さの変化が前記ピーク強度分布に与える影響について、調べた。その結果が図８に示されている。図８には、測定条件を、Ｘ線；ＣｒＫα線、回折角２θ；１５６．３９６［ｄｅｇ］、測定対象；火ＳＴＢＡ２４Ｊ１母材、平均スポット径；入射角Ψ０が０［ｄｅｇ］で約１．７［ｍｍ］、入射角Ψ０が４５［ｄｅｇ］で約２．２［ｍｍ］、表面研磨；電解研磨として実測した、損傷度３０［％］での、回折環のピーク強度が示されている。なお、ここでは、うねり成分に着目した説明の都合上、ビームは、スポットで照射され、スリット状で照射されていない。

【0059】

図７に示すように、入射角Ψ０が０°である場合には方位角αにかかわらずＸ線侵入深さが一定であるので、図８Ａに示す、入射角Ψ０が０°である場合における回折環のピーク強度を基準に、図８Ｂに示す、入射角Ψ０が４５°である場合における回折環のピーク強度を参照すると、０°から３６０°までの方位角の増加に伴う、ピーク強度における相対的に細かな、相対的に小さい変動（増減）は、これら両者間で近いように見えるが、入射角Ψ０が４５°である場合における回折環のピーク強度には、入射角Ψ０が０°である場合における回折環のピーク強度に較べ、０°から３６０°までの方位角の増加に伴い、ピーク強度における相対的に緩やかな、相対的に大きい変動（増減）が見られる。方位角空間における空間周波数について、前者は、高周波成分であり、後者は、うねり成分である。均一性指標を評価指標とする場合、このうねり成分によって均一性が劣化するため、前記均一性指標にとって前記うねり成分がノイズとなってしまうので、前記うねり成分を除去することが好ましい。

【0060】

このため、本実施形態では、データ分布からうねり成分が除去され、その除去結果に基づいて評価指標の一例として均一性指標が求められる。この除去結果は、上述したように、まず、うねり成分を求めてから、データ分布からこの求めたうねり成分を除去することで求められてよい。このうねり成分の抽出には、公知の抽出処理が用いられる。

【0061】

例えば、前記データ分布に対し移動平均（単純移動平均）を求めることによって、うねり成分は、抽出できる。あるいは、例えば、前記データ分布に対し重み付き移動平均を求めることによって、うねり成分は、抽出できる。前記重みには、例えば、ガウス関数が用いられ、ガウシアンフィルタを用いたフィルタリング処理によって、うねり成分は、抽出できる。例えば、データ分布に対し、サンプリング間隔０．７２［ｄｅｇ］で、重み付き移動平均を求める各測定点をサンプリングし、各測定点それぞれについて、当該測定点および当該測定点に対し±１０．０８［ｄｅｇ］の２点の合計３点に間引かれ、この３点の各測定点に、ガウス関数の重みを付ける畳み込み積分を行うことによって重み付き移動平均が求められる。前記サンプリング間隔や前記間引く間隔は、例えば複数のサンプルから予め適宜に設定される。なお、前記間引きが行われること無く、重み付き移動平均を求める測定点およびこの測定点に対し±１０．０８［ｄｅｇ］の範囲内にある各測定点に、ガウス関数の重みをける畳み込み積分を行うことによって重み付き移動平均が求められてもよい。

【0062】

あるいは、例えば、前記データ分布に対し、エンベローブ（包絡線）を抽出するエンベローブ処理（包絡線検波）することによって、うねり成分は、抽出できる。

【0063】

あるいは、例えば、前記除去結果を直接的に求める離間間隔抽出処理が用いられてもよい。この離間間隔抽出処理は、データ分布に設定された複数のサンプリング点それぞれについて、当該サンプリング点とこれに隣接するサンプリング点とを連結した直線と、当該サンプリング点とこれに隣接する前記サンプリング点との間のデータ分布との距離（離間間隔）を求め、これら求めた複数の各距離を前記除算結果とするものである。データ分布がピーク強度分布である場合について説明すると、前記離間間隔抽出処理では、まず、図９に示すように、方位角に対する回折環のピーク強度分布に対し、所定の一定間隔で複数のサンプリング点が設定される。次に、このように設定された複数のサンプリング点それぞれについて、方位角０［ｄｅｇ］から３６０［ｄｅｇ］へ向けて、当該サンプリング点とこれに隣接するサンプリング点が直線で連結され、この直線と、当該サンプリング点とこれに隣接する前記サンプリング点との間のピーク強度分布までの距離が離間間隔として求められる。次に、このように求められた複数の離間間隔が、方位角０［ｄｅｇ］から３６０［ｄｅｇ］へ向けて、順次に連結され、方位角に対する離間間隔の曲線が生成される。次に、前記離間間隔の曲線に与えるサンプリング点の設定位置の影響を低減するために、各回で最初のサンプリング点の設定位置を互いに異なるように設定して、このような離間間隔抽出処理が所定の回数、実行される。そして、これによって各回で生成された、方位角に対する離間間隔の各曲線が平均され、１個の、方位角に対する離間間隔の曲線（平均曲線）が前記離間間隔抽出処理の結果として生成される。この方位角に対する離間間隔の平均曲線は、データ分布からうねり成分を除去した前記除去結果に相当する。

【0064】

上述では、１個の回折環データに基づいて評価指標が求められたが、複数の回折環データに基づいて評価指標が求められてもよい。例えば、前記回折環データは、互いに異なる複数の照射位置それぞれについて、ビームを評価対象Ｏｂに、当該照射位置に前記スリット状で照射することによって形成された回折環を表すデータであり、前記複数の照射位置は、前記溶接部における止端（ｙ軸）から、溶接ビード（またはＤＥＰＯ）から離れる方向（ｘ軸）に、予め設定された互いに異なる複数の距離それぞれだけ離れた複数の位置である。この場合では、指標部２２は、データ取得部１で取得した複数の回折環データに基づいて、所定の統計処理を用いて評価指標を求める。より具体的には、指標部２２は、データ取得部１で取得した複数の回折環データそれぞれについて、当該回折環データに基づいて評価指標を求め、これら求めた複数の評価指標を平均した平均値を最終的な評価指標とする。なお、前記平均値に代え、例えば中央値や最頻値等の代表値が前記最終的な評価指標とされてもよい。

【0065】

また、この場合、分布処理部２２１は、データ取得部１で取得した複数の回折環データそれぞれについて、当該回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、データ取得部１で取得した回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、当該回折環データに対するデータ分布として求める。指標処理部２２２は、分布処理部２２１で求めた複数のデータ分布それぞれについて、当該データ分布から、当該データ分布に含まれるうねり成分を除去した除去結果に基づいて当該データ分布に対する評価指標を求め、これら求めた各データ分布に対する各評価指標に基づいて所定の統計処理を用いて最終的な評価指標を求める。より具体的には、指標処理部２２２は、前記求めた各データ分布に対する各評価指標を平均した平均値を最終的な評価指標とする。

【0066】

前記除去結果を、うねり成分を求めてから、データ分布からこの求めたうねり成分を除去することで求める場合には、うねり成分抽出部２２２１は、前記分布処理部２２１で求めた複数のデータ分布それぞれについて、当該データ分布から、当該データ分布に含まれる当該データ分布に対するうねり成分を抽出し、指標演算部２２２２は、分布処理部２２１で求めた複数のデータ分布それぞれについて、当該データ分布から、うねり成分抽出部２２２１で抽出した当該データ分布に対するうねり成分を除去した除去結果に基づいて当該データ分布に対する評価指標を求め、これら求めた各データ分布に対する各評価指標に基づいて、所定の統計処理を用いて最終的な評価指標を求める。より具体的には、指標演算部２２２２は、前記求めた各データ分布に対する各評価指標を平均した平均値を最終的な評価指標とする。

【0067】

評価指標の一例が図１０および図１１に示されている。図１０は、一例として、３個の照射位置それぞれにおける、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。図１１は、一例として、図１０に示す損傷度に対する均一性指標の変化率を平均した、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。図１０Ａおよび図１１Ａは、ピーク強度の均一性指標の変化率を示し、図１０Ｂおよび図１１Ｂは、半価幅の均一性指標の変化率を示す。図１０Ａおよび図１１Ａの各横軸は、疲労損傷度であり、これらの各縦軸は、ピーク強度の均一性指標の変化率である。図１０Ｂおよび図１１Ｂの各横軸は、疲労損傷度であり、これらの各縦軸は、半価幅の均一性指標の変化率である。回折環データは、図５および図６の場合と同様に、溶接継手の疲労損傷試験片によるＸ線回折測定によって得られた。図５および図６の場合、上述した通り、０［ｍｍ］以上２．５［ｍｍ］以内が溶接部内と考えられることから、照射位置は、第１ないし第３照射位置とされた。この回折環データから、データ分布が求められ、データ分布に対し、上述と同様に、サンプリング間隔０．７２［ｄｅｇ］で、重み付き移動平均を求める各測定点をサンプリングし、各測定点それぞれについて、当該測定点および当該測定点に対し±１０．０８［ｄｅｇ］の２点の合計３点に間引かれ、この３点の各測定点に、ガウス関数の重みを付ける畳み込み積分を行うことによって重み付き移動平均が求められた。このうねり成分を除去した除去結果に基づいて評価指標の一例である均一性指標が求められた。この均一性指標は、ここでは、データ分布（前記除去結果）における標準偏差を前記データ分布の平均値で除算した除算結果である。図１０Ａおよび図１０Ｂにおいて、第１照射位置における均一性指標の変化率は、■で示され、第２照射位置における均一性指標の変化率は、▲で示され、第３照射位置における均一性指標の変化率は、●で示されている。図１０および図１１において、均一性指標の変化率は、損傷度０［％］の均一性評価指標を１．０として求められている。

【0068】

図１０Ａに示すように、ピーク強度の均一性指標の変化率は、損傷度の増加に伴って小さくなる傾向にある。図１０Ｂに示すように、半価幅の均一性指標の変化率は、損傷度の増加に伴って小さくなる傾向にある。したがって、損傷度の増加に伴ってばらつきが少なくなる傾向にあり、これは、回折環の均一化を意味し、前記特許文献１に開示されている通り、金属疲労の進行を表している。よって、ビームをスリット状で溶接部に照射することによって、溶接部の金属疲労が評価できる。

【0069】

一方、図１０Ａに示すピーク強度の均一性指標の変化率および図１０Ｂに示す半価幅の均一性指標の変化率それぞれには、ばらつきがあるので、それぞれの平均を求めた結果が図１１Ａおよび図１１Ｂそれぞれに示されている。図１１Ａに示すように、平均値での、ピーク強度の均一性指標の変化率は、損傷度０［％］、１０［％］、２０［％］、４０［％］および７０［％］のいずれの場合でも、約０．８以下となっており、損傷度０［％］の場合に対し、約２０［％］以上変化している。図１１Ｂに示すように、平均値での、半価幅の均一性指標の変化率は、損傷度０［％］、１０［％］、２０［％］、４０［％］および７０［％］のいずれの場合でも、約０．８以下となっており、損傷度０［％］の場合に対し、約２０［％］以上変化している。このため、一般的に、ピーク強度の均一性指標および半価幅の均一性指標それぞれが共に約２０［％］以上変化すると、評価対象の溶接部が疲労損傷していると判定できる。

【0070】

上述の図５、図６、図１０および図１１は、周溶接継手から採取した試験片の３点曲げ疲労試験の結果を示すが、他の一例として、形状の異なる溶接継手を用いた３点曲げ疲労試験の結果を図１３ないし図１５を用いて説明する。

【0071】

図１２は、３点曲げ疲労試験を説明するための図である。図１３は、一例として、３点曲げ疲労試験において、方位角に対するピーク強度分布を示す図である。図１３Ａは、評価対象をＨＡＺの止端側とした場合における方位角に対するピーク強度分布を示す図である。図１３Ｂは、評価対象をＨＡＺの母材側とした場合における方位角に対するピーク強度分布を示す図である。図１３Ａおよび図１３Ｂそれぞれの横軸は、方位角［ｄｅｇ］であり、縦軸は、ピーク強度である。図１４は、一例として、２個の照射位置それぞれにおける、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。図１５は、一例として、図１４に示す損傷度に対する均一性指標の変化率を平均した、損傷度に対する均一性指標の変化率を示すグラフである。図１４Ａおよび図１５Ａは、ピーク強度の均一性指標の変化率を示し、図１４Ｂおよび図１５Ｂは、半価幅の均一性指標の変化率を示す。図１４Ａおよび図１５Ａの各横軸は、疲労損傷度であり、これらの各縦軸は、ピーク強度の均一性指標の変化率である。

【0072】

試験片は、外径がφ２８．６［ｍｍ］であって 肉厚がｔ５．７［ｍｍ］である火ＳＴＢＡ２１Ｓの鋼管に、板厚が６［ｍｍ］であるＳＵＳ３０４プレートをＴＩＧにて全周すみ肉溶接したものである。この試験片を図１２に示すように、両端部それぞれで支持し、略中央位置に荷重をかけて曲げる３点曲げ試験が実施された。曲げスパンは、１８０［ｍｍ］であり、荷重比は、０．０５である。疲労寿命として約２５０００回となる条件が抽出され、中途止め試験が実施され、疲労損傷が０［％］、１０［％］、２０［％］、４０［％］となる各サンプルが作製された（２５０００回が疲労損傷１００［％］）。上述と同様にＸ線回折測定が実施されたが、ここでは、スリット幅が１．０［ｍｍ］とされた。測定位置は、Ｘ線の照射領域がｘ＝０．２５～１．２５［ｍｍ］となる第１１照射位置、および、Ｘ線の照射領域がｘ＝０．７５～１．７５［ｍｍ］となる第１２照射位置の２箇所である。その測定結果の一例が、図１３Ａおよび図１３Ｂそれぞれに示されている。図１４Ａおよび図１４Ｂにおいて、第１１照射位置における均一性指標の変化率は、■で示され、第１２照射位置における均一性指標の変化率は、●で示されている。

【0073】

図１３Ａおよび図１３Ｂを比較すると分かるように、この例では、図５Ａおよび図５Ｂに示すような測定位置に起因する回折プロファイルの明らかな差異は、認められなかった。したがって、これら２箇所を用いて均一性指標と疲労損傷度の相関が確認された。その測定結果の一例が、図１４Ａおよび図１４Ｂそれぞれに示され、これらそれぞれの平均結果が図１５Ａおよび図１５Ｂそれぞれに示されている。均一性指標は、上述と同様に、うねり成分を除去した除去結果に基づいて求められた。

【0074】

図１４に示すように、この例では、ピーク強度の均一性指標および半価幅の均一性指標それぞれが共に小さいばらつきであり、１個の測定位置における測定結果から疲労損傷の有無が評価可能である。この例では、ピーク強度の均一性指標および半価幅の均一性指標それぞれが共に約５０［％］以上変化すると、評価対象の溶接部が疲労損傷していると判定できる。

【0075】

また、図１５に示すように、２箇所について測定して得られた均一性指標を平均することにより、疲労損傷の有無をより精度良く評価可能である。

【0076】

これら制御処理部２、入力部３、出力部４、ＩＦ部５および記憶部６は、例えば、デスクトップ型やノート型やタブレット型等のコンピュータによって構成可能である。なお、データ取得部１がインターフェース回路や通信インターフェース回路である場合には、ＩＦ部５は、データ取得部１と兼用できるので、データ取得部１も含めて、金属疲労評価装置Ｄは、コンピュータによって構成可能である。

【0077】

次に、本実施形態の動作について説明する。図１６は、前記金属疲労評価装置の動作を示すフローチャートである。

【0078】

このような構成の金属疲労評価装置Ｄは、その電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。制御処理部２には、その制御処理プログラムの実行によって、制御部２１および指標部２２が機能的に構成される。なお、指標部２２には、必要に応じて、分布処理部２２１および指標処理部２２２が機能的に構成され、指標処理部２２２には、必要に応じて、うねり成分抽出部２２２１および指標演算部２２２２が機能的に構成される。ここでは、指標部２２には、分布処理部２２１および指標処理部２２２が機能的に構成されているものとする。

【0079】

評価開始が入力されると、図１２において、まず、金属疲労評価装置Ｄは、データ取得部１から回折環データを取得し、記憶部６に記憶する（Ｓ１）。より具体的には、本実施形態では、データ取得部１は、データ取得制御部１３の制御によりＸ線照射部１４から評価対象Ｏｂに対してＸ線ビームを評価対象Ｏｂの表面においてスリット状になるように照射し、データ取得制御部１３の制御により撮像部１５で回折環を撮像し、前記回折環を表す回折環データを生成する。そして、データ取得部１は、この回折環データを制御処理部２へ出力する。なお、照射位置が複数である場合には、複数の照射位置それぞれについて、回折環データが生成され、データ取得部１は、これら複数の回折環データを制御処理部２へ出力する。

【0080】

次に、金属疲労評価装置Ｄは、制御処理部２の指標部２２における分布処理部２２１によって、処理Ｓ１でデータ取得部１によって取得した回折環データにおける、方位角に対する回折環のピーク強度分布、または、処理Ｓ１でデータ取得部１によって取得した回折環データにおける、方位角に対する半価幅分布を、データ分布として求め、記憶部６に記憶する（Ｓ２）。なお、回折環データが複数の照射位置それぞれでの複数である場合には、分布処理部２２１は、これら複数の回折環データそれぞれについて、処理Ｓ２を繰り返す。

【0081】

次に、金属疲労評価装置Ｄは、制御処理部２の指標部２２における指標処理部２２２によって、処理Ｓ２で分布処理部２２１によって求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を除去した除去結果に基づいて評価指標を求め、記憶部６に記憶する（Ｓ３）。例えば、指標処理部２２２は、前記離間間隔抽出処理によってデータ分布から直接的に前記除去結果を求め、この求めた前記除去結果に基づいて前記評価指標を求める。あるいは、例えば、指標処理部２２２は、うねり成分抽出部２２２１によって、処理Ｓ２で分布処理部２２１によって求めたデータ分布から、前記データ分布に含まれるうねり成分を抽出し、指標演算部２２２２によって、処理Ｓ２で分布処理部２２１によって求めたデータ分布から、うねり成分抽出部２２２１で抽出したうねり成分を除去して除去結果を求め、この求めた前記除去結果に基づいて前記評価指標を求める。

【0082】

より具体的には、本実施形態では、指標処理部２２２は、そのうねり成分を除去した、方位角に対する回折環のピーク強度分布における標準偏差を前記均一性指標、すなわち、前記評価指標として求める。あるいは、指標処理部２２２は、そのうねり成分を除去した、方位角に対する半価幅分布における標準偏差を前記均一性指標（前記評価指標）として求める。あるいは、指標処理部２２２は、そのうねり成分を除去した、方位角に対する回折環のピーク強度分布における標準偏差を、方位角に対する回折環におけるピーク強度分布の平均値で除算した除算結果を、前記均一性指標（前記評価指標）として求める。あるいは、指標処理部２２２は、そのうねり成分を除去した、方位角に対する半価幅分布における標準偏差を、方位角に対する回折環における半価幅分布の平均値で除算した除算結果を前記均一性指標（前記評価指標）として求める。

【0083】

なお、回折環データが複数の照射位置それぞれでの複数である場合には、指標処理部２２２は、これら複数の回折環データそれぞれについて、基本的に処理Ｓ３を繰り返すが、この場合では、さらに、各データ分布に対する各評価指標に基づいて、所定の統計処理を用いて最終的な評価指標が求められる。

【0084】

そして、金属疲労評価装置Ｄは、制御処理部２によって、この求めた評価指標を出力部４から出力し、本処理を終了する（Ｓ４）。なお、必要に応じて、前記評価指標は、ＩＦ部５から外部の機器へ出力されてもよい。

【0085】

また、ユーザ（オペレータ）は、回折環のピーク強度分布に基づく評価指標によって金属疲労を評価してよく、あるいは、回折環の半価幅分布に基づく評価指標によって金属疲労を評価してよく、あるいは、回折環のピーク強度分布に基づく評価指標と、回折環の半価幅分布に基づく評価指標とによって金属疲労を評価してよい。

【0086】

以上説明したように、実施形態における金属疲労評価装置Ｄ、ならびに、これに実装された金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、ビームを評価対象となる溶接部を含む部品の表面に照射することによって形成された回折環を表す回折環データに基づいて評価指標を求めるので、溶接部を含む金属部品について溶接部を切断することなく溶接部の金属疲労を評価できる。そのため、使用中の部品に対して機能を損なうことなく金属疲労を評価することも可能である。

【0087】

さらに、ビームを評価対象の表面においてスリット状になるように照射することによって評価指標における精度の低下を抑制できる。Ｘ線の照射領域を限定する方法としてコリメータ等によりＸ線のスポット径（照射面積）を小さくすることもできるが、このようにすると回折に資する結晶数が少なくなり、回折環の連続性が悪く測定精度が低下する。特にＨＡＺには粗大粒が含まれることによりこの傾向が顕著であり、回折に資する結晶数を増やすために照射面積を確保する必要がある。実施形態では、スリット状で照射することで、前記スリット状の短尺方向では、組織形態の分布による影響が低減できる一方、前記スリット状の長尺方向では、ブラッグ反射が生じ得るから、回折環が形成されつつ、組織形態の分布による影響が低減できる。したがって、上記金属疲労評価装置Ｄ、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0088】

上記金属疲労評価装置Ｄ、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、照射位置を規定することで、ＨＡＺと母材との区分けが可能となり、溶接部の評価指標を求め得る。

【0089】

溶接に伴う熱による影響の程度は、止端からの距離に依存すると推察されるので、止端の延長方向における組織形態の分布は、比較的生じ難いと考えられる。上記金属疲労評価装置Ｄ、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、スリットの長尺方向が溶接部における止端の延長方向に沿う方向であるので、より適正な回折環を得ることができるから、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0090】

上記金属疲労評価装置Ｄ、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、ビームの断面形状を変えるのでは無く、スリット部材によってスリット状でビームを評価対象に照射するので、安定した一定の照射条件でビームを照射できるから、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0091】

複数の照射位置での複数の回折環データを用いる場合、上記金属疲労評価装置Ｄ、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、複数の照射位置での複数の回折環データに基づいて、所定の統計処理を用いて評価指標を求めるので、溶接部における組織形態の分布による評価指標のばらつきを低減できるから、評価指標における精度の低下を抑制できる。

【0092】

うねり成分を除去する場合、上記金属疲労評価装置Ｄ、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、データ分布から、ノイズであるうねり成分を除去した除去結果に基づいて評価指標を求めるので、より信頼性の高い評価結果を得ることができる。

【0093】

うねり成分を抽出してから除去結果を生成する場合、上記金属疲労評価装置Ｄ、金属疲労評価方法および金属疲労評価プログラムは、うねり成分を抽出してから除去結果を生成するので、前記うねり成分の抽出に公知の抽出処理を利用でき、簡易に、データ分布からうねり成分を除去した前記除去結果を生成できる。

【0094】

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

【符号の説明】

【0095】

Ｄ 金属疲労評価装置
１ データ取得部
２ 制御処理部
１１ 高圧電源
１２ 冷却部
１３ データ取得制御部
１４ Ｘ線照射部
１５ 撮像部
１６ スリット部材
２１ 制御部
２２ 指標部
２２１ 分布処理部
２２２ 指標処理部
２２２１ うねり成分抽出部
２２２２ 指標演算部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】