技術紹介

石油タンク底板溶接部のコーティング上からの非破壊検査技術の検討
藤原貢＊

Fujiwara Mitsugu

戸 部 訓 子 ＊＊To b e S a t o k o

土 田 智 彦 ＊＊＊＊

Ts u c h i d a To m o h i k o

荒 川 敬 弘 ＊＊＊A r a k a w a Ta k a h i r o

岩 田 克 己 ＊＊＊＊
Iwata Katsuki

当社は、平成 21 年度に独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構が公募した「平成 21 年度タンク開放検査の合理化に関する研究（コーティング上からの溶接線検査）」に応募し、タンク底板溶接部のコーティング上からの超音波探傷試験及び一様渦流プローブを用いた渦流探傷試験の検討を開始し、長さ4mm を超えるきずを十分に検出できることを確認した。
キーワード：タンク底板溶接部、コーティング、クリーピング、フェーズドアレー、一様渦流プローブ
蓄として 114 日分、民間備蓄と併せて 200 日分の1．はじめに国内消費量の石油が備蓄されている（1）。

昭和 48 年 10 月に勃発した第四次中東戦争の影

一方、これらの大量の石油を備蓄するためには響を受け、我が国も第一次オイルショックに見舞容器が必要であり、大型の石油タンクが、洋上タわれ、総需要抑制策が取られた結果国内消費が低ンク方式や地下岩盤タンク方式を含めて 10 基地迷し、大型公共事業も凍結され、素材産業等の構に多数建造されている。これらの地上タンクは直造不況業種が縮小された。トイレットベーバーや径 80m、重油貯蔵量 10 万 kℓを超える巨大建造物

洗剤等の原油価格とは直接関係のない物資の買占であり、安全・安心に対する細心の対策が施され騒動などの社会現象も生じ、国民生活が大きな影ている。例えば、万一の石油流出に対する防護壁

響を受けた。このことは、輸入に依存している石の設置は当然ながら、長期間の備蓄期間における油の安定供給が必要不可欠であることを再認識さ

タンク腐食に対する防護のために、タンク底板表せ、これを契機に我が国でも石油備蓄に本格的に面には全面にわたって分厚くて頑丈なコーティン取り組むことになった。民間備蓄事業は昭和 47

グが施され、また、定期的な開放検査が義務付け年度に開始され、国家備蓄事業は昭和 53 年よりられ、わずかな経年損傷に対しても十分な対応が実施されており、2010 年 2 月現在では、国家備できる体制が整えられている。

＊＊＊
＊＊＊
＊＊＊＊

検査事業部 技術部 ＮＤＥグループ 部長
検査事業部 技術部 ＮＤＥグループ
フエロー 工学博士 横浜国立大学安心・安全の科学研究教育センター客員教授（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構 石油備蓄部—

DJ618_03_石油タンク_07[011-017].indd 1111—

IIC REVIEW/2010/10. No.44

10/09/16 13:00

レー探傷法を用いた超音波探傷試験方法も検討ししかしながら、タンク底板の溶接部の検査におている。

いては、分厚く頑丈に施されたコーティングを除去して溶接部表面を顕在化させた後に磁粉探傷試

コーティング厚さがきずの検出性に及ぼす影響験が行われている。これは、国家備蓄タンクの建と最適検査手法を検討したうえで、底板突合せ溶造が始まった頃の検査技術としては、部分的には接線およびアニュラ板と側板との隅肉溶接線を模厚さ 1mm を超える可能性のある分厚いコーティ擬した試験片の溶接部に施した各種人工ノッチのングの上から高精度に検査する方法が確立してい検出性確認試験を行い、消防危 93 号に示されてなかったためである。検査技術も著しい進歩を遂いる補修を行わなくても差し支えないきず長さげた今日において、検査の合理化や、コーティン4mm を超えるきずの検出性を確認している。

グの除去並びに再塗装のための環境負荷低減の目

突合せ溶接線検査システムの概念設計では、実的で、コーティングを除去することなくコーティ際の国家備蓄タンクの底部溶接線をコーティングング上からの信頼性の高い検査技術が強く望まれ上より検査するための検査システムに要求されるてきている。

項目、並びに効率よく確実に検査を行うための溶この目的に対して、超音波探傷試験並びに渦流接線倣いシステムなどに関して調査し、検査シス探傷試験についてコーティング上からの検査技術テムの“概念設計”を行った。

開発に取り組み、超音波探傷試験ではフェーズド

なお、引き続き公募された平成 22 年度の研究

アレー探傷を用いることにより、渦流探傷試験でにも応募して委託を受けた研究開発において、人は一様渦流プローブを用いた渦流探傷試験を用い工ノッチの検出性に続き自然欠陥の検出性の確認ることにより、微小きずをコーティング上から十を行うとともに、突合せ溶接線検査システムを試分に検出できることを確認している。

作し、実機タンクに適用可能な検査システムの構築を目指して開発を進めている。

2．プロジェクトの概要

3．コーティングがきずの検出性に及ぼす影響の検討

平成 21 年度に委託を受けた研究では、コーティング上からのきずを検出する非破壊検査方法を検討し、また、人工ノッチ及び自然欠陥を有する溶コーティングがきずの検出性に及ぼす影響とし接部標準試験片の製作及び突合せ溶接線検査シスては、コーティングによる伝達損失の影響の他にテムの概念設計を行った。非破壊検査方法の検討

も、コーティング厚さの不規則さに伴う影響が考では、平成 12 年消防庁通達・消防危 93 号の技術えられる。溶接変形の生じている部分や試験片表的根拠になった検討委員会である、平成 10 年度、面に窪みのある部分に、タンク底板に使用されて平成 11 年度 ｢新技術を活用した石油タンクの検いるような厚いコーティングを施した場合に、査・判定方法に関する研究委員会」で推奨されてコーティングの表裏面に傾斜が生じることが考えいる、クリーピング波を用いた超音波探傷方法とられ、これによって超音波の試験片への入射角が渦流探傷法及び交流電磁場探傷試験法で確認され変化することが予測される。特にクリーピング探たような試験片表面に平行で一様な電流を誘導す

触子は縦波臨界角の特殊な幾何条件で製作されてる一様渦流プローブを用いた渦流探傷試験方法をおり、クリーピング波の発生に影響を及ぼすこと検討し、さらに近年注目されているフェーズドアも懸念された。

—DJ618_03_石油タンク_07[011-017].indd 1212

—10/09/16 13:00図 1 は、表裏面に種々の傾斜角を持たせたアリル板の傾斜角が変化すると急激にエコー高さはクリル板を用いて、コーティングの不規則さを模低下して SN 比も低下することが確認され、± 1.5擬して行った試験方法と結果を示している。試験度変化するとノッチの検出性にも大きな影響を及は ク リ ー ピ ン グ 探 触 子（5K15 × 7LAD90 － N）ぼすことがわかった。

を送信用に用い、試験片の端面（図では上面）に一方、超音波の屈折角に影響するアクリルの縦受信用の垂直探触子（先端を 1mm φにした遅延波音速 2720m/sec. は、3 社の塗材メーカーのビニ材付きの集束探触子 :PPIPS-20-3-P-20R）を用いてルエステル樹脂ガラスフレークコーティングを用端面上を直線走査して最大エコー高さが得られる

い て 実 測 し た コ ー テ ィ ン グ の 縦 波 音 速 2370 ～位置とそのときの超音波伝搬時間を測定した。

2560m/sec. と大きな違いがないことを確認していアクリル板の傾斜角が－ 3 度から＋ 3 度弱（探る。これより、くぼみや溶接変形などの生じた部触子が前下がりとなる角度を＋で表示）の範囲は、分に厚いコーティングを施した場合に、コーティクリーピング探触子を設置した面と同じレベルのングの表裏面に傾斜角が生じて、クリーピング波位置の 0mm 近傍で最大エコー高さが示されておの発生に重大な影響が生じ、きずの検出性に影響り、クリーピング波が伝搬している領域と考えらするといえる。一方、フェーズドアレー探傷で超れる。一方、アクリル板の傾斜角が－ 3 度以下に音波ビームの屈折角を順次変化させるセクタスなると、むしろ横波斜角探傷の傾向が強くなり、キャンを行えば、超音波ビームの振り角の範囲を3 度を超えると縦波斜角探傷の傾向が大きくなる調整することによりコーティング厚さの不規則のことがわかる。

影響を補うことができるといえる。

コーティングを模擬した表裏面に傾斜角を持つ

一方、厚いコーティング部を超音波が伝達する

ア ク リ ル 板 を 介 し て、 長 さ 4mm（ 深 さ 1.5mm）ので超音波の損失が生じることも予測され、予めの放電加工ノッチのエコー高さを評価した結果でこの損失量を把握し、探傷においてはこの損失量も、試験片への入射角が 2 度小さくなる傾斜角 2を考慮した探傷が必要である。この目的で、図 2度で最もエコー高さと SN 比が大きくなり、アクに示すコーティングの厚みを種々変えた試験片を（ａ）試験方法
図１（ｂ）試験結果

コーティングの不規則さを模擬した傾斜を持つアクリル板を介したクリーピング探傷における伝搬経路の検討—

DJ618_03_石油タンク_07[011-017].indd 1313—

IIC REVIEW/2010/10. No.4410/09/16 13:00

作製した。予め段差を付けた試験片を加工し、表1.5mm）に対して、クリーピング探傷とセクタス面がほぼ平らなコーティング面とすることによりキャンを用いたフェーズドアレー探傷を行い、最コーティングの厚みを約 300μm から約 2mm ま大エコー高さを比較した結果を示している。コーでの変化を持たせている。また、各コーティングティングを超音波が伝達するときの損失量は、探厚さの異なる部分に長さ 4mm、深さ 1.5mm の同触子のくさびの音響インピーダンスに影響を受け形状の放電加工ノッチを加工した。コーティングることが予測される。このために、音響インピーの種類は、国家備蓄タンクに一般に使用されていダンスの異なるくさび素材のアクリル樹脂（AC:るビニルエステル樹脂ガラスフレークとした。な

音響インピーダンス 3.21 × 106kg/m2s）、ポリエーお、メーカーのそれぞれ異なる塗材を用いて 3 体テルイミド樹脂（PEI: 音響インピーダンス 3.12の試験片を製作した。

× 106kg/m2s）とポリスチレン樹脂（PS: 音響イン
ピーダンス 2.46 × 106kg/m2s）を用いて比較している。

（ａ）クリーピング探傷（ａ）コーティングを施す前の試験片形状（ｂ）フェーズドアレー探傷
図３（ｂ）コーティングを施した試験片の外観
図２

コーティング上からのクリーピング探傷及びフェーズドアレー探傷によるノッチ検出性に及ぼすコーティング厚さの影響

厚さの異なるコーティングを施した試験片の概要クリーピング探傷では、縦波臨界角で作製した

図 3 は、各コーティング厚さのコーティングクリーピング探触子の他に、コーティングを模擬下に設けた同一形状のノッチ（長さ 4mm、深さした傾斜を持つアクリル板の試験で、屈折角が 2—

DJ618_03_石油タンク_07[011-017].indd 14

14—

10/09/16 13:00

度小さくなるアクリル板でエコー高さが増大した

場検査装置を用いた A プローブでは、深さ 0.5mm

ことより縦波屈折角 88 度で製作したクリーピンのノッチが疑似コーティング厚さ約 500μm 以上

グ探触子を用いて試験している。公称周波数はで、また深さ 1.0mm のノッチでは疑似コーティ2MHz と 5MHz を用いた。フェーズドアレー探傷

ング厚さ約 1500μm 以上で検出が困難になったでは、公称屈折角 45 度のくさびを用いて± 10 度が、渦流探傷装置を用いた K プローブ、I プローのセクタスキャン（横波屈折角 35 度～ 55 度）を

ブでは、厚さ約 2mm の疑似コーティング厚さま行い、同時にフォーカッシングを行った。

ですべてのノッチの検出が可能であった。

クリーピング探傷では、コーティングのないまた、各種コーティング厚さを持つ試験片でのコーティング厚さ 0mm のときのエコー高さに比結果では、深さ 1.5mm のノッチの検出はすべてべて、コーティングのある面でエコー高さの低下のプローブで可能ではあったが、試験データの再がなく、むしろエコー高さが改善する傾向も見ら

現性の観点で K プローブ、I プローブが優れていれ、伝達損失にコーティングはほとんど影響を及ると考えられた。これより本研究目的に対しては、ぼさないことがわかる。一方、フェーズドアレー

K プローブ、I プローブの方が適していると考え探傷では、コーティングが厚くなるにつれてエられた。

コー高さが低下し、感度補正が必要なことがわかる。また、くさびの素材にポリスチレン樹脂（PS）を用いる方が、クリーピング探傷及びフェーズド
アレー探傷の場合共にノッチのエコー高さは高く安定し ている。ポリスチレン樹脂（PS）をくさび に 用 い た フ ェ ー ズ ド ア レ ー 探 傷 で は、 予 め
10dB の感度補正を行うことで、コーティング厚さが 2mm であっても、きずを過小評価することなく探傷できることがわかる。
図 4 は、フェーズドアレー探傷を行ったときの放電加工ノッチの探傷画像を各コーティング厚さで比較した結果を示している。図中には電磁膜厚計で計測したコーティング厚さを示しているが、コーティング厚さが約 1mm 以下の場合には探傷画像に大きな変化は見られずに安定してノッチを検出しており、コーティング厚さ 2mm においてもなお十分な SN 比でノッチを検出できるのがわかる。
一様渦流プローブを用いた渦流探傷法での検討

図４

結果の例を図 5 に示している。長さ 4mm で各種深さの放電加工ノッチにシートをかぶせてコーティングを模擬して試験した結果である。交流磁—

DJ618_03_石油タンク_07[011-017].indd 1515—

各種コーティング厚さにおけるノッチのフェーズドアレー探傷画像の比較（くさび素材：ポリスチレン樹脂、公称屈折角 45 度くさび）
IIC REVIEW/2010/10. No.44

10/09/16 13:00

（ａ）A プローブ
（交流磁場測定装置）
図５（ｂ）Ｋプローブ（渦流探傷装置）（ｃ）Ｉプローブ（渦流探傷装置）

コーティングを模擬して人工ノッチにシートを被せたときのノッチ検出性に及ぼす疑似コーティング厚さの影響度 で 製 作 し た ク リ ー ピ ン グ 探 触 子（5K15 ×4．人工ノッチ付溶接試験片での検出性検証試験

7LAD88-N）も試験に用いている。

突合せ溶接試験片及び隅肉溶接試験片ともに 3溶接止端部に設けたノッチに対しては、浅い体製作し、1 体には 600μm 厚さのコーティングを、ノッチの一部で検出の困難なものも見られたもの

また 1 体には 1000μm 厚さのコーティングを施の概ね良好であったが、溶接金属内に設けたノッしている。また、残りの 1 体には止端部近傍にグチの検出性は悪くなることが確認された。ノッチ

ラインダーでくぼみを設けた後に 600μm のコーまでの距離が長くなることによるクリーピング波ティングを行っている。の減衰と、余盛内にノッチがあるため探傷面から突合せ溶接試験片は厚さ 12mm の平板を手溶接ノッチの位置が高くなり、浅いノッチに対してはで突合せ溶接し、溶接止端部及び溶接金属内の溶クリーピング波が到達しにくくなることが要因と接幅の中央位置及び 1/3 の位置に長さで 3mm かして考えられた。

ら 6mm、深さで 1mm から 2mm の放電加工ノッ

一方、屈折角 35 度～ 55 度のセクタスキャンにチを 1 体につき 11 ノッチを施している。隅肉溶よるフェーズドアレー探傷（5MHz: フォーカッシ

接 試 験 片 で は 板 厚 22mm の ア ニ ュ ラ 板 と 板 厚ングを併用）によれば、隅肉溶接試験片の溶接金

36mm の側板を隅肉溶接し、アニュラ板側止端部、属内に設けた長さ 3mm、深さ 1mm のノッチに対側板側止端部及び溶接幅の 1/3 及び 2/3 に当たるして検出困難となったが、これを除いてすべての位置に、長さ 3mm から 6mm、長さで 1mm から場合にノッチを検出できることを確認している。

2mm のノッチを 1 体につき 12 ノッチ作製していまた、手溶接で製作した突合せ溶接試験片で、ノッる。

チ位置が溶接ビードの影になり、指示が小さくな

クリーピング探傷では、探触子先端を止端部にる場合も、溶接部をまたいで反対側から探傷する接する位置で左右走査する場合と、止端部からことにより明確な指示の得られることも確認して5mm 離れた位置で左右走査する場合を試験している。図 6 に突合せ溶接試験片のフェーズドアいる。また、探触子には縦波臨界角で製作したクレー探傷の探傷画像の例を示している。

リーピング探触子（5K15 × 7LAD90-N）の他に、一方、K プローブ及び I プローブを用いた一様コーティング上からは縦波屈折角 88 度の方の検渦 流 プ ロ ー ブ を 用 い た 渦 流 探 傷 法 で も、 長 さ出性が優れているとの結果より、縦波屈折角 883mm、深さ 1mm のノッチで指示波形は確認でき—

DJ618_03_石油タンク_07[011-017].indd 1616—

10/09/16 13:00確立できた。今後は引き続き自然欠陥に対するコーティング上からの検出性の確認を続け、併せて突合せ溶接用検査装置を試作してコーティング上からの“きず”の検査システムの試作を進めている。
謝辞

本研究は平成 21 年度に独立行政法人石油天然ガス・金属鉱物資源機構殿からの委託を受けて実図６施したものであり、研究の推進にあたり、関根和

突合せ溶接試験体のフェーズドアレー探傷結果の例

喜先生を主査とする研究プロジェクト評価委員会を設けて研究の評価とご指導を賜った。関根和喜

るものの出力信号が低く判定が困難となるものも先生並びに各委員の山田實先生、阪上隆英先生、見られたが、特に本研究の目的である長さ 4mm

河野和間先生、石井正義先生、小島隆先生に深いを超える人工ノッチに対しては十分に検出が可能

謝意を表します。また、研究プロジェクト推進会であることを確認できている。

議委員の㈱カシワバラ・コーポレーション
保久氏、ジャパンプローブ㈱5．まとめ

木村高橋修氏にも貴重な助言を賜っており、感謝します。

本研究において、国家備蓄タンク底板に用いら参考資料れているコーティングがきずの検出性に及ぼす影響を検討するとともに、フェーズドアレー探傷を

1） http://www.jogmec.go.jp/jogmec_activities/

用いた超音波探傷法及び一様渦流プローブを用いstockpiling_oil/ 独立行政法人

石油天然ガス・た渦流探傷法の両者ともに本研究の目的である長金属鉱物資源機構ホームページ（2010 年 8 月）

さ 4.0mm を超えるきずを十分に検出できる手法を

検査事業部

藤原

技術部

ＮＤＥグループ

検査事業部

部長

貢

ＮＤＥグループ

戸部 訓子

TEL. 045-791-3523

TEL. 045-791-3523

FAX. 045-791-3547
フエロー

技術部

FAX. 045-791-3547

工学博士

横浜国立大学安心・安全の科学研究教育センター客員教授

荒川 敬弘

TEL. 045-791-3522
FAX. 045-791-3547（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構（独）石油天然ガス・金属鉱物資源機構

石油備蓄部

石油備蓄部

土田 智彦

岩田 克己

FAX. 044-520-8965

FAX. 044-520-8966

TEL. 044-520-9068

TEL. 044-520-9304—

DJ618_03_石油タンク_07[011-017].indd 17

17—

IIC REVIEW/2010/10. No.44

10/09/16 13:01