保守に対する検査の役割といくつかの対応

1.

で構造物を安全に評価しようとすると、最も残存はじめに寿命の短い曲線 ABC で残存寿命を評価すること

国内の構造物も長寿命化が進み、保守に対するになる。

関心がますます高まってきており、非破壊検査は製造履歴や稼動条件を考慮することで不確実さ

保守の合理化の手段として活用されている。しかを低減することは可能と考えられるが、より確実

し、構造物の種類は多種多様であり、また同種のにするためには非破壊検査を実施することであ構造物においても製造履歴や稼動履歴などの多様る。適切な非破壊検査の適用により、不確実さを化のために、構造物の残存寿命にも大きな差異が大きく低減できる。

生じることも予測される。したがって、画一的なしかし、非破壊検査結果にも必然的に誤差を含検査の適用や保守方法では極めて保守コストが増

み、かつ検査後の稼動条件によって残存寿命は変大することも懸念される。

化するので、検査後においても残存寿命に対する合理的な保守手法として、リスク・ベース・メ

不確実さはなくならない。検査後の残存寿命のンテナンスが注目を集めている。各部位におけるばらつきの範囲を DEF 及び D E F

リスクを定量化し、よりリスクの高い部位に対しると、検査後の残存寿命は、より安全側の曲線

集中的に投資することを目的としている。リスク

DEF で評価される。

には破壊の生じる確率と破壊が生じたときの被害の大きさが考慮される。

にあるとす

ここで、次回の定期検査時期における残存寿命を予測すると、検査前の B100-B から検査によってこのようにリスクが定量化されるに伴って、非B100-E まで延伸できたことになる。もし残存寿命

破壊検査の結果の定量化とともに、非破壊検査のがなお不十分な場合には、定期検査時期を前倒し

多様化が強く求められてきている。本報告では、

するか、あるいはより誤差の少ない高度な検査を

非破壊検査のニーズの多様化の検討と、当社が実施しているいくつかの非破壊検査の試みについて
紹介する。
2.

非破壊検査の多様化の検討

検査による構造物のリスク低減の様子を模式的に図１に示している。構造物は運転時間の増加に伴って経年劣化が進み、寿命消費量を増加させる。
しかし、この寿命消費量は構造物の製造履歴、稼
動履歴や稼働環境において大きな不確実さを持っている。構造物の寿命消費は、曲線 ABC と曲線
AB Cの間にばらつきを持っており、この状態

図１

検査実施によるリスク低減を示す模式図

̶ 2 ̶

02.indd 2

08.10.16 0:02:46 PM

適用して誤差を低減して評価しなおす必要がある

単結晶セラミックスの圧電素子（キューリー点：といえる。このことより、構造物の検査は経年劣1200℃）をろう付で接合することにより耐熱性を化の進捗に伴ってより精度の高い検査が要求され著しく改善した高温用超音波センサを開発し、カるといえる。

ナダの CANDU 炉で約 300℃で 10 年の連続監視

また、最も危惧される損傷を稼働中に連続監視の実績に貢献している。

できれば、予測される残存寿命の不確実さをより

高温用超音波センサの概要を図２に示す。ま

軽減でき、各時点における残存寿命を逐次予測でた、耐熱性の試験結果の例を図３に示している。

きるので有益である（図中 DGH、DG H ）。この

450℃の電気炉中に約 5 年半放置した試験においため、稼働中の劣化監視技術も期待されている。

て、感度の低下もほとんど見られず極めて優れた

他方、残存寿命に不確実さを含む多数の特定の耐熱性が実証されている。また、この結果から、構造物に対して、損傷の程度をランク付けするグ

300℃においては、CANDU 炉の 10 年の連続監視

ローバル診断も期待されてきている。グローバル

実績でも更に充分な耐熱性の余裕があることも推診断における非破壊検査に対しては、低コストで定される。

構造物のランク付けが迅速にできることや安全側

図４に CANDU 炉における減肉監視部位近傍のにランク付けが行われることが求められる。より概要を示している。多数の小口径配管が炉心部に経年劣化が進行しているランクに位置する構造物

配置されている。図５に高温探触子の配管への取に対して集中的に保守することで、全体の保守コ付けの例を示している。ここではセンサと配管のストの合理化が図られる。

間に柔らかい金箔を挟み、ねじで締め付けて、取3.
3.1

付けたバネによって加圧することで金箔を介して連続監視への取り組み

超音波を試験体に直接に伝搬させている。

高温超音波センサの適用測定した超音波波形は最新のデジタル・シグナ

高温で長期間の耐久性に優れた高温超音波セン

ル・プロセッシングにより、数 µm での減肉測定

サを開発し、高温配管の減肉監視システムを開を可能にしている。図６に本方法によって配管の発している。この高温超音波センサは、カナダ

減肉を連続監視した結果の例を示しているが、微CANDU 炉の原子炉近傍の小口径配管に適用され小な減肉の過程をよく評価できている。なお、温ており、減肉を既に 10 年に亘り連続監視を続け

度による音速変化は、配管近傍に取付けた熱伝対ている。また、この 10 年の連続監視の実績を踏

で温度を測定することで補正している。

まえ、2015 年に計画されている新型 CANDU 炉

3.2

では、減肉や流速の状態監視を強化することで、経年劣化の連続監視に光ファイバセンサの活用

定期検査の間隔を 1 年から 3 年に延長することがも期待されてきている。光ファイバを直接にセン計画されている。

サとして用いるので、光通信により信号を長距離

原子炉のような高温で稼動される構造物の損傷伝送できること、電磁ノイズに強いことや、光信の連続監視を行うには、高温でも安定して長期間号を利用しているので火災や爆発の恐れがないな

計測可能なセンサの開発が不可欠となる。圧電素

どの特長を持っている。

子を保護板やシューに取り付ける際に接着剤を用

当社は 2000 年に Smartec 社（スイス）より静いていた従来のセンサに対し、ニオブ酸リチウム

的計測専用の SOFO V システムを、また 2005 年

̶ 3 ̶

02.indd 3

光ファイバセンサの適用検討

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:02:49 PM

リード線
ケース
電極
圧電素子
ろう付

図２

高温用超音波センサの構造

耐熱試験温度

（℃）

経過年
600
580
560
540
520
500
480
460
440
420
400
100

図３

0.１

1000
時間

0.5 １

10000
（ｈｒ）

５

図５

高温での減肉連続監視方法の例

図６

高温での減肉連続監視結果の例

100000

高温用超音波センサの耐熱性に動的計測専用の SOFO Dynamic を導入し、建物及び橋梁のヘルスモニタリングへの適用検討を実施してきている。
SOFO とはフランス語の Surveillance d Ouvrages
par Fibres Optiquesの略称で、「光ファイバによる構造物のモニタリング」の意味を持っている。
この SOFO システムは導入時点において既に橋梁、トンネル、ダム、杭、アンカー壁、原子力発電プラントや歴史的建造物などに多数の適用実績
図４

監視部位の模式図が紹介されていた。本システムの導入後、国内で̶ 4 ̶

02.indd 4

08.10.16 0:02:50 PM

の普及を図るべく適用開発に取り組み、架設中の（1）建設中に柱に作用する荷重変化を長期的に測橋梁のプレキャストコンクリート床版の変形モニ定し、構造設計検証の一助とすること、（2）建設

タリングや、建設中のビルの静的及び動的モニタ

後に、地震、台風、地盤沈下などによる荷重分布

リングへの適用などの実績を得ている。

変化を長期的に測定し、ビルの健全性を監視する

図７に SOFO の標準センサの概要を示していこと、（3）建設中および建設後に動的計測（固有る。センサは測定用ファイバと参考用ファイバの振動数、振動モード、減衰など）を行い、ビルの２本で構成されており、測定用ファイバには予め

動的挙動の把握と健全性監視を行うことである。

プリテンションが加えられており、一方、参考用

図８に柱への SOFO センサ取付けの例を示していファイバはらせん状に巻かれてフリーな状態とる。

V システムは、この 2 本の

図９は建設中の柱の変位の変化の測定結果の例

光ファイバの長さの差をマイケルソン干渉計によを示している。2 階の柱に設置したセンサで、上り計測するものである。すなわち、レーザ光源よ

層部の階が建設されていくにつれて圧縮ひずみがり発射された光（波長：1550 nm）はセンサ内の増大していくが、ビルの頂上に設置されていた 2

カップラーで分割されて測定用と参考用の２本の基の巨大なクライミングクレーンがそれぞれ撤去

光ファイバに導かれ、各ファイバの端部に設けらされた図中の期間１、期間２においてひずみの変れた鏡で反射し、再びカップラーで集光され、本化が生じている。特に、クレーンと共に各種の重体の計測器に導かれる。２重マイケルソン干渉計

機、ストックされていた鋼材・足場などが撤去さ方式のため、2µm の分解能での高精度の測定がれた期間１におけるひずみの減少がより顕著に測可能になる。

定されている。

なっている。SOFO

Dynamic の場合は、ヘテロダイン低コ

図 10 は、最大瞬間風速 15m/s の強風日に、動ヒーレンス干渉計を介して 0.01µm という高い分的計測を行った例を示している。図中には、比較解能で計測できる。この他、各種長さのセンサ（標のためにひずみ式加速度センサによる計測結果も

準で 0.25m 〜 10m、オプションで 10 〜 20m）を示しているが、ノイズのみの波形となり、微小な揃えており、用途に応じて変位を精度よく測定可

加速度を計測できていないのがわかる。これに対能である。

して、SOFO システムでは、1µm 以下の微小な振

SOFO

東京豊洲地区における 33 階建ての高層ビル（高動をも明瞭に捉えており、これの周波数分析結果

さ 147 ｍ）の建造中に SOFO システムを取り付

よりビルの一次曲げ固有振動数：0.38Hz が明確

けてヘルスモニタリングを行った。この目的は、に捕らえられた。
この他、橋梁への適用を検討している。橋梁のヘルスモニタリングでは、橋桁のたわみがモニタ
リングすべき重要なパラメータの一つである。独
立行政法人土木研究所内の鋼製試験橋梁に SOFO
センサを設置し、橋桁のたわみ計測を行い、実測値と比較しても妥当なたわみ分布が得られることを確認している。

図７

SOFO標準センサの概要

2 個の支点を有する 1 スパン梁の 1/4L、1/2L 及̶ 5 ̶

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び 3/4L の位置に上下 900mm の間隔で合計 6 本の3m 長さの SOFO センサを取り付けた。ここで測SOFOセンサ

定される変位は橋軸方向の変位であるが、曲率解析法を用いて垂直方向の変位分に変換して実測値と比較した。図 11 に得られた試験結果の例を示している。なお、ここでの載荷は、総重量 20 ト

接続箱

ンのダンプカーにより各種の荷重を与えた。
×で示した実測値は、インダクタンス式変位計
で定点からの距離の変化を求めたもので、測定値には剛体変位も含まれるので、図中には剛体変位

2006.07.14

2006.06.16

2006.05.18

2006.04.14

2006.03.16

2006.02.24

2006.01.30

2005.12.22

2005.12.08

2005.12.05

2005.11.22を補正した値を示している。SOFO からの測定値

2005.10.21

2005.10.03

2005.09.21- 60 02005.09.02- 40 02005.07.19

荷 重 変 化（Ton）- 20 02005.06.20

02005.05.30

柱へのSOFOセンサ取付例

2005.05.18

図８

Ｘ４Ｙ２
Ｘ４Ｙ５
Ｘ６Ｙ５
Ｘ７Ｙ９
Ｘ８Ｙ６

- 80 0- 1 00 0- 1 20 0- 1 40 0- 1 60 0- 1 80 0

期間１- 2 00 0

期間２

日付

図９

SOFOセンサによる建設中の柱の変位の変化の測定例

変位（歪換算μ）

1.5

4
加速度（gal）

ＳＯＦＯ変位（μ）

3
加速度（ｇａｌ）

0.5

2
1

0
2680
-0.5

2690

2700

2710

2720

0
2730
-1

加速度(gal）

変位（歪換算μ）

1

-2
-1

-3

-1.5

-4
経過時間(sec）

図10

SOFOによる高層ビルの強風時の変位の動的計測の例

̶ 6 ̶

02.indd 6

08.10.16 0:03:16 PM

図11

SOFOシステムによる橋梁の垂直方向変位計測結果と実測地の比較例

を曲率解析法で用いて垂直方向の変位分布に換算
した結果は、実測値とよく一致しており、ヘルス

光ファイバ

モニタリングに SOFO システムが適していること

試験片が実証できた。なお、ここでの測定は静的変位をFBG センサ

求めたものであるが、動的変位の計測も有効であ試験片ることも確認している。

変形用治具
モータ

また、光ファイバの一部にブラッグ格子を持たせた FBG センサの適用技術開発にも努めている。
ブラッグ格子部のひずみ（又は温度）の変化に伴って変化するブラッグ格子部からの反射光の波長の変化よりひずみ（又は温度）の変化を監視する方

図13

法である

FBGセンサによる
回転体ひずみ計測概念確認機外観図 12 に計測システムのブロック図の例を示す

ムであり、電気量で変化量を測定することより高が、ブラッグ格子部を透過および反射した光を光速での計測が可能であることや、光の波長を直接フィルター（WDM フィルタ）に通した後の光量測定するための光学系を用いていないために耐震を光電変換素子で電圧に変換して測定するシステ性に優れているなどの特長を持っている。高速で微弱な変化の測定が可能であるために、AE 計測

FBGセンサFBG 反射光を入射WDM フィルタ

WDM
透過光への適用も可能であり、検討を進めている。
本システムを用いて、回転体の監視システムを
電圧
光電変換器

光電変換器
WDM
反射光

VT

開発した。図 13 に本システムの外観を示してい電圧VRる。回転部に取り付けた FBG センサからの信号は軸心に取り付けた光ロータリージョイントを介広帯域

して外部に取り出して処理している。なお、回転

光源

図12

WDMフィルタを使った
FBGセンサ計測システム構成図

体に応力を付加する目的で、下部に突起部を設けて回転体が衝突するようにして試験した。2000

̶ 7 ̶

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08.10.16 0:03:20 PM

過大に損傷を評価する結果となる。グローバル診断としてみれば、安全サイドの評価であり、グロー
バル診断の必要条件は満たされるものの、経済性を大きく損なう結果となる。このことから、腐食に伴う信号とノイズとの積極的な識別技術に注力している。特に近年のコンピュータ技術の発展は目覚しく、これに伴って AE 計測装置も高度化し、AE 信号を高速で取り込むと共に、種々の処理シ
ステムも充実してきている。
ノイズの発生要因には風によるノイズ、配管を
図14

ひずみ波形と周波数解析結果

伝播してくるノイズや油の払い入れや払い出し時の内部流体の流れに伴うノイズなどが知られていrpm における計測結果の例を図 14 に示している。

る。図 15 は、同一の健全なタンクに対して、異回転体に加わる応力のほかに、羽部の曲げによるなる風環境のときに AE 試験を行って、1 時間で共振周波数が計測できており、損傷に伴う共振周発生した 1 チャンネル当たりのヒット数を計測時

波数の変化の監視にも期待している。

の風速で比較した結果である。風が強くなるにつ

なお、FBG センサシステムの構築では、独立産業技術総合研究所

行政法人
ア部門

計測フロンティ

秋宗淑雄部門長と津田浩博士から多くのれて急激にヒット数が多くなり、健全な同一タンクの計測であることから風によるノイズが多く発生していることがわかる。
ノイズの発生の少ない環境での計測に努めるとご指導と助言を頂いている。
4.
4.1

ともに、より経済的な計測法を確立するために、

グローバル診断への取り組み

ノイズを積極的に除去することに努力している。

アコースティック・エミッション（ＡＥ）

ノイズ除去には、損傷に伴う信号の波形特徴を試験
30,000

アコースティック・エミッション（ＡＥ）試験によるタンク底板腐食診断に取組んでいる。この診断手法は、欧米では既に数千基の適用実績があり、国内でも日本高圧力技術協会規格 HPIS G 110 TR
2005「ＡＥ法による石油タンク底部の腐食損傷評
価手法に関する技術指針」が 2005 年に制定され25,000（Hit/hr/Ch)

物の広い範囲の損傷程度を評価する技術）として1時間１チャンネル当りのヒット数

グローバル診断（短時間での計測で機器・構造

20,00015,00010,0005,000

るなど適用の機運も高まってきている。

0

0

ＡＥでの測定精度を阻害する最大の要因とし

10

15

最大風速(m/s)て、種々の原因で発生するノイズが挙げられるが、ノイズが損傷に伴う信号に加算されることでより

5

図15

ノイズ発生に及ぼす風の影響̶ 8 ̶

02.indd 8

08.10.16 0:03:23 PM

抽出してノイズを識別する方法も時には有効であず、1 時間 1 チャンネル当たり 8187Hit と非常にる。ここでは、信号の発生位置を三次元的に標定

多くの信号が計測され、設計肉厚を未だ割ることして音源位置からノイズを特定することがタンクもない健全なタンクにもかかわらず、激しい腐食の AE 計測で有効なことについて紹介する。

状態を示す結果となった。

固定屋根を持つタンクの場合、タンク内で蒸発

これに対して、更にガードセンサとして用いる

した内容物がタンク内面で結露し、それが液滴とために、高さ 2m の位置に一連（90 度ピッチ）のなり液面に落下することでノイズが発生すること

センサを取り付けて計測した二次元位置標定結果がある。この場合、タンク側板に上下 2 段でセンを図 17 に示す。ガードセンサによるノイズ処理

サを取り付け、上段のセンサをガードセンサとしでは、除去前と比較して、ヒット数で 91％、標て用いることが一般に行われる。

定イベント数で 95％の信号が除去され、大きな汎用の AE 計測装置による計測では、最初の信ノイズ除去効果があることが確認できた。しかし、号受信から、一定の時間内に受信された信号の全

1 時間 1 チャンネル当たり 739 のヒット数は、腐てを同一の AE 事象（イベント）により発生した

食のない健全なタンクと判定するにはなお、不十信号であると認識する。ガードセンサによるノイ分である。

ズ除去は、このイベント識別機能を利用し、同一二段にセットした 8 個のセンサによって三次元イベントで発生した最初の信号をガードセンサに位置標定してノイズを評価することを検討した結指定したセンサで受信した場合、ノイズと判断し果を図 18 に示す。液面高さ 5.4m 近傍に音源が除去する方法である。

集中しており、液滴が液面に落下することで発生

直径 15.5m、高さ 12.2m、材質 SS400、底板のしたノイズであることがわかる。これらの波形は、設計厚さ 9mm のコーンルーフタンクを対象とし

図 19 に示すように、腐食基礎試験で得られた腐て AE 計測したときの底板二次元位置標定結果を食に伴う波形とは顕著に異なるものであった。タ

図 16 に示す。センサ (30kHz 共振型 ) を側板上（高ンク底板に標定される音源のみを評価することでさ 1m）の周囲方向に 90 度ピッチに 4 個取り付け

より精度の高い評価が可能になると考えられる。

て測定した結果である。最大風速 3.0m/s、平均風

なお、ガードセンサによる方法で大きな改善が

速 0.5m/s と穏やかな環境での測定にもかかわら見られるものの、発生した AE は底面などでも反射を起こし、液面で発生した AE であってもあた
かも下部の方に虚像を結ぶ場合もあり、十分にノイズを除去しきれないと考えられる。ガードセン
サで除去された信号の中にも、液敵の明確な波形特徴を持つものも多く観察されている。
今回の試験で、3668 個のイベント数であった
計測結果に対し、ガードセンサによるノイズ除去の結果 179 個のイベント数に、また三次元位置標定を行い、音源位置が底板位置の± 1m の範囲の

図16

液滴によるノイズを伴うタンクのＡＥ測定結果

イベントを加算することで 103 個に、更に波形識別ソフトも活用することで 39 個のイベント数に̶ 9 ̶

02.indd 9

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08.10.16 0:03:25 PM

図17

ガードセンサを用いたノイズ除去によるＡＥ測定結果

図19

図18

(ｂ)

腐食によるＡＥ波形

液滴ノイズと腐食によるＡＥ波形の比較評価できる。
図 20 に測定の原理を示している。電流を遮る

識別が有効であることを確認している。

割れなどのきずが存在すると、きず中央部の電流

交流電磁場測定法（ACFM）

塗膜面上から鋼材の表面検査を行える交流

はきず底部に回りこんで流れ、またきずの端部で電 磁 場 測 定 法（ACFM：Alternating Current Field

はきずの端部を迂回して流れる。このためきず端

Measurement）は、検査前の前処理工程を大幅に部の電流密度はより高くなると共に、回転した電削減でき、かつ高速の表面検査が可能であり、グ流の流れが生じる。

ローバル診断の有力な手段として開発している。

きずの長手方向の磁束（Bx）分布に注目すると、交流電磁場測定法は英国で開発された電磁誘導をきず直上ではきずの中央部で磁束は低く、きずの利用した検査手法である。コイルを試験体上に配端部でより高い磁束が得られる。一方、板厚方向置して交流電流を流して交流磁場を発生させ、この磁束（Bz）分布に着目すると、きずの端部で、れによって試験体表面に均一な交流電流を流す。

きずを回り込む電流による板厚方向の磁束が生試験体表面にきずがあり、これによって電流が乱じ、かつきずの両端部で回転方向が異なるためにされると、電流によって発生する磁場分布に変化

極性が逆になる。従って、きずの長手方向の磁束が生じるので、この磁場の変化を測定してきずを（Bx）分布と板厚方向の磁束（Bz）分布を測定す̶

02.indd 10

液滴ノイズ波形

三次元位置標定による液滴ノイズの識別減少でき、ノイズの識別に三次元位置標定や波形

4.2

(ａ)

10 ̶

08.10.16 0:03:27 PM

油掘削リグ溶接部の海中での探傷を始め、鉄道

ることできずの検査ができる。
この ACFM 法の最も大きな特長は、他の表面

レール、発電プラントや石油タンクなどに多く用検査である磁粉探傷試験および浸透探傷試験でいられている。国内においては、西日本旅客鉄道

は、塗膜を剥離する必要があるが、ACFM 法は塗株式会社殿および財団法人鉄道総合技術研究所殿

膜上から鋼材表面のき裂検査が可能なことであと当社の 3 社で ACFM 法を用いた台車枠検査技る。また、渦流探傷試験などに比べて、リフトオ術を開発している。台車枠は検査時に 40mm を超フ（センサと試験体との間隔）によるきずの検出

えるき裂が検出できれば脱線などの大きな事故が性がさほど顕著に影響しないことである。このこ

生じないことが充分に確認されている。ACFM 法とは、試験体表面に塗膜が存在しても、あるいはにより疲労き裂の塗装上からの検出性を確認した

錆が存在しても、手間隙の要する前処理を施すこ

ところ、長さ 10mm で深さ 1mm 以上のき裂であとなく所定の大きさの有害欠陥を検出しうる能力

れば十分に検出できることを確認した。このき裂を持つ可能性があるといえる。

は、台車枠側ハリ部のき裂長さと台車走行距離の図 21 は、塗装上からの探傷を想定して、長さ関係より定期検査の間隔である 60 万 km を走行10mm で深さ 3.0mm の開口きずに対して、リフト

しても 40mm 長さに至らないことが確認されていオフ量（センサと試験体との距離）を 0.0mm 〜

る。

5.0mm まで変化させ、得られるきずからの信号

この他、センサのリフトオフによるノイズを低値を比較した結果である。リフトオフ量の増大に減する目的で、Bx-Bz 曲線によるベクトル積計算

伴って、きずからの信号値も減少するが、その減法を開発し、き裂の有無の判断を容易にする信号

少の割合ははるかに緩やかであり、リフトオフ量処理技術も開発している。また、実機での適用を5.0mm まで信号値はノイズ値を超えて検出が可能

容易にするために装置の携帯性の改善や小型化なであった。これより、塗膜上からでもきずの検出どを行い、更に探傷作業の電子管理化を可能にす能力があることが確認できた。

るインターフェースプログラムも開発した。開

ACFM 法は、この特長を活かして、欧米では石図20

交流電磁場測定法（ACFM）の測定原理̶

02.indd 11発した台車枠用 ACFM 検査装置を 37 台のボルス

11 ̶

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08.10.16 0:03:31 PM図21

リフトオフ量と信号レベルの関係の例

タレス台車枠の 296 箇所に対して塗膜上から探傷の適用が可能であるという優れた特長がある。図し、その後に塗膜を除去して磁粉探傷試験を実施

22 に本装置の概要を示している。

して比較したが、両者ともに 1 箇所でき裂を検出

配管の探傷には、ガイドウェーブの振動様式にし、同等の評価が得られることを確認している。

よって種々のものが使われるが、主に伝搬方向に4.3対して対称的な振動様式の L モードや、円周方

ガイドウェーブ探傷法

配管などにガイドウェーブを伝搬させて長距離向にねじられながら伝搬する T モードの波を用間の腐食やきずの有無などを一度に検査するガイいている。L モードのガイドウェーブの送受信方

ドウェーブ探傷法も迅速にグローバル診断する

法は、試験体の厚み方向に永久磁石で直流磁場を有効な手法として検討している。ガイドウェー

印加し、その部位に交流電流を流したコイルを設

ブを送受信する機構も種々のものが開発されて置して行う。

い る が、 当 社 は 米 国 SwRI（Southwest Research

一方、T モードのガイドウェーブの送受信方法

Institute） が 開 発 し た 電 磁 気 力 の 作 用 で ガ イ ド

は、強磁性体プレートを磁歪効果で伸縮させて発ウ ェ ー ブ を 発 生 さ せ る MsS（Magnetostrictive

生させるもので、試験面に磁化した薄い強磁性体

Sensor）方式を用いた手法の開発に取り組んでいプレートを接着／圧着し、その上に交流電流を流る。

したコイルを設置して行う。図 23 に T モードのこの方式は、永久磁石とコイル又は強磁性体プ
レートとコイルを組合せて、電磁気力の作用で直ガイドウェーブを送受信させている様子を示している。

接試験体にガイドウェーブを発生させるもので、板材に対しては、板の片側表面に磁化した薄多数の圧電素子を用いたセンサを取付けて共振さ

い 強 磁 性 体 プ レ ー ト を 接 着 し て、 そ の 上 に 約せる方式などに比べてセンサは安価で構造も単純

200mm 長さのセンサを設置する。なお、板材にで操作性に優れる特長を持っている。また、配管発生した波は板表面に平行な波である SH 波が発のみならず、板材や熱交換器などのチューブ材へ生する。一方、熱交換器用チューブの検査には、

̶ 12 ̶

02.indd 12

08.10.16 0:03:32 PM

図22

MsSガイドウェーブ探傷法の概要①センサー先端部

挿入

ガ イ ド ウ エ ー ブ 伝搬

ガイドウエーブ発生

圧接

図24
図23

図 24 に示すようにセンサ先端をチューブ内に挿を加工した試験体では、それぞれ 3m の伝搬距離入し、その後先端部をチューブ内面に圧着させて、の位置にきずエコーが明瞭に得られていることがセンサ内部で発生させたガイドウェーブをチューわかる。
ガイドウェーブでは、超音波を長距離伝搬させブに伝搬させている。
図 25 は熱交換器用チューブ（材質：SUS304、るために、数十 kHz の超音波を伝搬させること

外 径：25.4mm、 肉 厚：2.0mm、 長 さ：4m） の きが多い。数 MHz の短い波長を用いる通常の超音ずの検出性を評価した結果の例を示している。き

波探傷試験に比べるときずの評価精度にはおのずずの無い健全なチューブの場合には、送信波と端と限界がある。しかし、ガイドウェーブ技術を用

面の反射波のみで、その他の有意義なエコーは観いれば数十メートルの配管などの評価が一度にで察されていないが、3m の位置に深さ 1mm で周方きる可能性があり、更に探傷部のみを露出させれ

向に 15mm のスリットおよび f2.5mm のドリル穴

ば、検査部分が埋設されていようが、保温材など

̶ 13 ̶

02.indd 13

熱交換器用ガイドウェーブのセンサの構造

Tモード用ガイドウェーブセンサの概要

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:03:33 PM

端面信号（１回目）

発信波

端面信号（２回目）（a）健全なチューブ試験体
発信波

端面信号（１回目）

端面信号（２回目）

スリットからの反射波（b）人工きず（深さ1mm、周方向長さ15mmスリット）チューブ試験体
発信波

端面信号（１回目）

端面信号（２回目）

ドリル穴からの反射波（c）人工きず（ f2.5mmドリル穴）チューブ試験体

図25

ガイドウェーブによる熱交換器用チューブのきず検出性の評価試験結果の例

で覆われていようが評価できる可能性があり、グば、保守の合理化を図ることが期待される。この

ローバル診断の重要な一手段として検討を進めて目的で、既に欧州で多数の適用実績のあるドイツ・いる。

IZFP 研究所が開発した街路灯地中埋設部の腐食

4.4

LIMA- test システム

検査装置 LIMA-test システムを導入し、国内での金属製の街路灯や電柱などは、地中埋設部にお適用検討を行ってきている。

いて腐食が進行し、強風時などに倒壊する恐れが

LIMA-test システムは、スキャナー、制御装置ある。一般には定期的に地表部分を目視検査するおよび PC（パソコン）より構成されており、スキャ

か、埋設部を掘削して検査が行われるが、地上部

ナー部は国内での検査物に適合するように当社でから簡便に埋設部を含めて検査する手法があれ開発したもので、街路灯などの地表部に容易に着̶ 14 ̶

02.indd 14

08.10.16 0:03:36 PM

大きな表面腐食でセンサーが浮いてしまった箇所。

鋼管柱

スキャナー

不感帯
（デッドゾーン）

深
さ
方
向

センサー
地際部の腐食アスファルト地中

ベースプレート

円周方向

図26

実機適用試験結果（新桜ケ丘線32）脱が可能である。超音波は、電磁超音波センサよて、応力集中部位で腐食検出を要求される地表部

り送受信されるために、試験体表面とセンサ間にから 200mm 深さを探傷有効範囲としている。

液体の接触媒質を塗布する必要はない。センサは得られた結果は探触子位置と超音波の伝搬時間

地中部にむけて SH 波である超音波を送受信しなにおけるエコー高さ分布として表示される。すな

がら、ベルト式の走行機構によって街路灯などのわち、通常の超音波探傷試験における B スコー

被検査物の周囲を一周する。なお、本システムにプ画像で評価される。腐食の激しい箇所は高いエ

おいて、最大 1.5m までの距離表示が可能となっコー高さの表示となり、腐食の度合を評価できる。

ているが、埋設などによる減衰や実用性を考慮し

図 26 は、実機での適用試験結果の例を示してお̶

02.indd 1515 ̶

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:03:39 PM図27

実機掘削試験体での確認試験の例

り、図 27 は実機より掘削した腐食のある程度進

図 28 に示している。これらのチームには、集束行した試験体の探傷結果を外観および放射線透過

探触子を用いたチームや TOFD 探傷を取り入れた試験結果と比較した結果を示している。

チームが含まれている。また、種々の探傷手法を5.
5.1組合せた複雑な探傷を行っている。

自然欠陥の定量化と精密探傷技術

超音波探傷試験の検出性に最も大きな影響を及

自然欠陥の定量化

ぼす因子に、きずを構成する面の傾きがあげられきずの評価精度に関する議論は古くから多く行る。超音波が割れ面に垂直に入射して、割れの最われてきている。原子炉圧力容器の溶接部を模擬

大エコー高さが得られる条件においては、割れのして溶接部に欠陥を導入した 12 体の大型の溶接大きさとエコー高さを関連付けることができる。

試験体を世界 15 ヶ国 50 チーム間で回送して行わ水素による遅れ割れを対象として統計的に検討しれたラウンド・ロビン・テストを含む PISC- Ⅱ計て、割れの大きさとエコー高さの関係を確率式で画は、最も大きなプロジェクトの一つであろう。

現している。これによれば、例えば高さ（割れのこのプロジェクトは、Dr.R.W.Nichols（英国）を幅）1mm で有効ビーム幅より長い割れのエコー議長として 1981 年に開始されている。

高さは、図 29 のように確率分布 R(h) として求め各チームがそれぞれ提案した超音波探傷試験方案に従って探傷し、得られた探傷試験結果は欧州

振幅特性曲線を基準とした場合 )。

の JRC（Joint Research Center）に集められ、探傷

ここで、もし極めて詳細に種々の方向から超音

試験後に行われた試験体の切断試験によって明波ビームを割れに入射させ、いずれかの探傷でほらかにされたきずの実態と比較して評価された。

ぼ割れの面に垂直に超音波ビームを入射する探傷

1986 年 10 月に試験結果を評価する最終のシンポ

方法を適用すれば、検出レベル（閾値）をもってジウムがイタリアで開かれ、多くの試験結果の紹検出できる割れの数と検出できない割れの数の比介と議論が行われている。

を求めることができ、高さ 1mm の割れの検出確

これらの試験において、当時の ASME 規格による探傷に比べて、探傷感度の修正や 70 度斜角率を求めることができる。例えば -14dB を検出レベルとしたときの検出確率は約 92％となる。

探傷やタンデム探傷などの追加で探傷精度が改善

但し、割れの面にほぼ垂直超音波を入射させよされることが明らかになり、ASME 規格が修正さうとすると、例えば屈折角 15 度ピッチ以下の斜れている。また、注目されるのは新しい探傷原理

角探傷やタンデム探傷を行う必要があり、探傷にに基づく手法を取り入れた 6 つのチームの探傷結は膨大な時間を要して極めて非能率的である。通果が極めて優れていたということである。結果を

常では、二つの屈折角の斜角探傷を組合せる探傷̶

02.indd 16

られる (5MHz で、対比きず 3.2mm φ横穴の距離16 ̶08.10.16 0:03:46 PM

ASME 20％DAC

ASME 10％DAC
許容欠陥

MCRP

0.5

0.5

許容欠陥

MCRP

1.0

1.0

10 25
80
欠陥寸法（高さ）(mm)

10 25
80
欠陥寸法（高さ）(mm)

特殊探傷方案

ASME 50％DAC

0.5

許容欠陥

MCRP

1.0

0.5

許容欠陥

MCRP

1.0

10 25
80
欠陥寸法（高さ）(mm)

10 25
80
欠陥寸法（高さ）(mm)

MCRP：不合格欠陥を正しく不合格と判定した各探傷グループの平均確

特殊探傷グループの内容

DDF：きずの検出確率
CRF：不合格欠陥を正しく不合格と判定した確率
CAF：許容欠陥を正しく合格と判定した確率

確率

図28
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
-30

PISCⅡラウンド・ロビン・テストで得られた各探傷手法グループ別の探傷結果の比較が行われるが、この場合には、必ずしも超音波ビー
ムは割れ面に垂直入射するとは限らない。このために、探傷で得られるエコー高さは、割れ面への超音波ビームの入射角に起因してエコー高さが低
下して、閾値を超えなくなり検出されない割れが生じる。この確率を図 30 に曲線 ABCD で示している。ここで、B 点は探傷における検出レベル（閾
値）を示している。従って、エコー高さ分布を示
-20

-10

0

10

エコー高さ：ｈ（ｄB)
図29

す確率関数 R（h）に割れの傾きを考慮した検出確率を示す曲線 ABCD を掛け合わせて得られる

幅１mmの細長い割れ（低温割れ）に超音波
ビームがほぼ垂直に入射したときのエコー
高さ分布の計算例（5MHz、3.2φ横穴対比きず）

関数 S（h）が検出された割れのみに対するエコー
高さ分布を示す結果となり、これより検出確率が̶ 17 ̶

02.indd 17

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:03:49 PM

求められる。

てきずの像を求め、エコー高さの閾値を設けて二値

ここで、直線 BC は、探傷の数を増やしてより化した像より寸法を得ることを原則としている。こ

詳細な探傷を行うほど傾きが急になり、検出確率のときの閾値としては、用いる対比きずのエコー高が上がる。ただし、探傷の数が増えるだけ検査にさを基準とする方法や、きずからの最大エコー高さ

時間を要することになる。これに対して、フェーを基準とする方法など種々の方法が提案され、それズドアレイ探傷は、電子的に超音波ビームを扇状

ぞれの探傷規格で基準化されている。

に走査することができる。従って、割れ面に超音

一般に閾値のレベルを低くして高感度の探傷を波ビームが垂直に近い角度で入射する確率が増行うと、きずの像は大きくなる。特に、超音波ビー

大し、図 30 における直線 BC の傾きを急にして、ムが拡散する平板の振動子を用いた通常の探触子結果として探傷時間を増大させることなく検出確を用いた場合には、特にこの傾向は顕著になる。

率を向上できる。

一方、閾値を高くした場合には、きずの傾きによ

一方、きずの寸法を測定する場合、探触子を走査る影響が顕著になり、きずの一部しか寸法を測定させ、得られるエコー高さと音源位置の関係を求めしなくなる。閾値を順次低くしていくと、いずれC

1

かのレベルで誤差の平均値はゼロとなるが、このDときの標準偏差は一般に大きく、寸法の測定誤差
R(h)

確率

0.8

はあまり改善しない。

0.6

S(h)

0.4

割れの傾き
による検出
確率

0.2
0 A
-30

より改善した測定を行うには、集束探触子を用いることが有効である。通常探触子の場合と比較してきず高さの測定精度を図 31 に示しているが、B-20

集束探触子を用いる場合には、誤差の平均値がゼ
-10

0

10

ロになる閾値において誤差の標準偏差値もゼロに

エコー高さ：ｈ（ｄB)

近づき、測定精度が改善できているのがわかる。
割れの傾きを考慮した割れの検出確率の求め方

測定誤差の平均値と標準偏差値
(mm)

図30

集束探触子は、一般に凹面上の圧電素子を用い

1510

拡散型：誤差平均5

拡散型：誤差標準偏差値

0

集束型：誤差平均-5

集束型：誤差標準偏差値-10

板厚200mm
平板突合せ
溶接試験体

-15
-20
-35 -30 -25 -20 -15 -10

-5

0

5

きず高さ測定の評価レベル(dB)

図31

通常探触子と集束探触子による場合のきず高さ測定精度の比較̶

02.indd 18

18 ̶

08.10.16 0:03:57 PM

て超音波ビーム集束させている。ただし、集束位置は一定の深さに限定され、集束位置を離れた位置で電子スキャン

は超音波ビームは広がりを持つので、きずの深さによって異なる集束探触子を使い分ける必要があり、探傷にはかなりの時間を要する結果となる。

超音波の進行方向

一方、フェーズドアレイ探傷では電子的に超音波を任意の深さに集束させ、特に集束位置の情報

(a)

垂直探傷

(b)

斜角探傷

のみを採取させるダイナミックフォーカッシング
図32によれば、短時間に精度のよいきずの像を得るこ

フェーズドアレイ探傷（電子走査式超音波探傷法）の原理とができる。
なお、超音波探傷では一般に 1mm 前後の超音が可能になる。

波を用いており、集束位置といえどもビームの太一方、素子の励起の時期を対象的に変化させる

さには波長のオーダーでの太さがあり、レーザのことで、超音波ビームを集束させたり、より拡散ように点に集束させることはできない。更にきずさせたりもできる。通常は、両端の素子から順次の高さ測定精度を改善する方法に TOFD 法があり、励起させることで得られる集束ビームがより重要

これらの最新技術の適用技術を開発することによである。励起させる素子の数（振動子の大きさ）

り短時間で精度の高い探傷を可能にしている。

と素子を励起させるタイミングを調整することに

5.2

より集束深さをある程度自在に変化できる。

新技術の適用（1）フェーズドアレイ探傷

図 33 は、凹面振動子を用いた従来の集束探触

フェーズドアレイ探傷は、微小に分割した素子

子とフェーズドアレイ探触子による、種々の深さを並べて、それぞれを独自に励起できるようにし位置の横穴を探傷した結果を比較したものである。

たフェーズドアレイ探触子が用いられる。隣接すフェーズドアレイ探傷では、電気的に集束深さをる複数の素子を同時に励起させて、一つの垂直探

変化させつつ、かつ集束位置における情報のみを触子と同様の音場を形成させ、励起する素子を順画像化するダイナミックフォーカッシング行って次一つ毎ずらせていけば、図 32(a) に示すようにいるので、それぞれの深さの横穴が鮮明に描かれ垂直探触子を機械的に走査する代わりに電気的なている。一方、従来の集束探触子では、超音波ビー

走査が可能になり、高速な画像表示ができる。

ムが集束する深さの横穴の像は鮮明であっても、より重要な活用方法は、各素子の励起タイミン

集束位置から離れた深さの横穴の像は、急激に幅グを順次ずらすことによって得られる。例えば、の広い不鮮明な像として示されているのがわかる。

図 32(b) に示すように、隣接する素子の励起タイ

セクタスキャンやダイナミックフォーカッシン

面のグを用いることによりフェーズドアレイは探傷時ように素子面に傾いた向きに進行する超音波が発間を節約しつつ高精度な探傷を可能にできる他、生し、斜角探傷の電子走査が可能になる。また、通常の手探傷では時には評価が困難になる複雑形

順次励起させるタイミングを少しずつ変えること状の部位への適用や、組織の荒い高減衰材などにで、潜水艦のソナーのように、超音波の進行方向

適用しても効果が得られる。

ミングを順次片側に遅らせていくと、A-A

図 34 はボイラスプレー管（材質：2.25Cr-1Mo、の角度が順次変化する扇状の走査（セクタ走査）̶02.indd 1919 ̶

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:03:59 PM

フェイズドアレイプロープ

130mm
横穴φ3

（ｂ）フェーズドアレー探傷（電子ﾌｫｰｶｯｼﾝｸﾞ）( ａ) 固定焦点集束探触子（焦点深さ25mm）

図33

固定焦点（深さ25mm）集束探触子法とフェーズドアレイ探傷（電子ﾌｫｰｶｯｼﾝｸﾞ）の探傷結果の比較
起点

走査距離 220mm
94mm

アレイプローブ

走査
外表面

上
流
側

下
流
側
未溶着部
き裂発生部位

溶接部
テーパ部

固定リングの端面
20

固定リング

内表面

0

肉厚(mm)
50

未溶着部

き裂発生部位底面

テーパ部

固定リングの底面
100

ビード形状
94mm

図34

当該部の監視位置

裏面に複雑な取付け物のあるボイラスプレー管のフェーズドアレイ探傷の例

̶ 20 ̶

02.indd 20

08.10.16 0:04:01 PM

外径：f570mm、肉厚：83mm）の裏面の複雑な取SUS 配管をつなぐもので、低合金鋼の開先面お付け物の様子をフェーズドアレイ探傷で評価した

よび内面には予め SUS 系でバタリングされ、そ例を示している。管内面には固定リングが隅肉溶の後にオーステナイト系の溶接金属で突合せ溶接

接で取付けられているが、取付けの様子が明瞭にされている。オーステナイト系溶接部は結晶粒が示されている。探傷は 5MHz で 64 チャンネル（素粗大化して超音波の伝搬を阻害するほか、音速異子寸法：1 × 27mm）のフェーズドアレイ探触子

方性があって超音波の直進を阻害するので、一般を用い、+40 〜‐40 度のセクタスキャンと裏面にに探傷が困難になる。このため、熟練した技術者

相当する位置に集束させた探傷を行っている。まが、音速異方性のより少ない縦波を用いた特殊なた、隅肉溶接部に種々の深さのノッチを作製して探傷手法により十分な探傷時間を用いて探傷する

ノッチの検出性を検討したところ、0 〜 60 度ののが一般的である。

セクタスキャンを用いることで深さ 3mm 以上のフェーズドアレイ探傷を用いれば、縦波によるセクタスキャンをきずを検知した位置で溶接線にノッチを評価できることを確認している。
図 35 は、沸騰水型原子炉圧力容器ノズル部の平行な直線走査のみによって、極めて客観的で迅

異材継手部のきずの検出性を検討した結果を示し

速な評価が、従来の高度な技術を用いた場合と同ている。この異材継手部は、管台の低合金鋼と等以上の精度で得られることを確認している。

図35

異材継手部のフェーズドアレイ探傷法セクタスキャンによるきず高さ結果の例
̶ 21 ̶

02.indd 21

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:04:05 PM

水力発電所は昭和初期に建設され、クリーンエ
ネルギーとして現在なお発電を続けているものも

36 に探傷結果の一例を示している。
（2）TOFD 法

多い。これらの精度高い余寿命評価が求められて

TOFD 法は、図 37(a) に示すように、きずを挟おり、特に建屋基礎に埋め込まれている水車ケー

んで二つの斜角探触子を対抗して配置し、きずの

シング・ステーベンなどの評価が期待されてい長手方向に直線的に探触子を走査する方法である。これらの素材は古くに製造された鋳物であり、る。このとき、二つの探触子間の距離は一定とな

現在の製品に比べると組織や成分にばらつきが多るように、ジグを用いて固定しておく。きずのな

い。

い健全部では、表面を伝搬するラテラル波（Ａ波）

余寿命評価には、きずの寸法を精度高く求めと裏面で反射する反射波（C 波）のみが得られる。

る必要があり、セクタスキャンとダイナミック

内部にきずが存在すると、更にきずの端部で回折

フォーカッシングを併用したフェーズドアレイ

して得られる回折波（C 波）が得られる（図 37

探傷法を適用している。実機より切り出したサン（b））。得られた信号波形の振幅値（エコー高さ）

プルを用いて、従来のパルス反射式探傷法に比べをカラー（または濃淡）表示させると、一本の線て十分に評価精度の高いことを確認している。図でエコー高さを表示でき（図 37(c)）、これを探触

図36

水車ケーシング・ステーベンのきずの断面マクロ写真とフェーズドアレー探傷結果の例

̶ 22 ̶

02.indd 22

08.10.16 0:04:09 PM

A

B

C

P方向

(ｃ)
A

B

A
B

探傷波形の一軸表示

C
探触子位置（X)

X

エコー高さ

カラー表示

C

A

B

C

ビーム路程

A:表面透過波
B:欠陥散乱波
C:底面反射波ビーム路程（欠陥深さ情報）( a ) 探傷要領(b) 探傷波形

図37( d ) TOFD画像表示

超音波TOFD法の概要

子の直線走査に対応して並べると探傷画像が得らものである。き裂の進展を精度よく監視できていれる（図 37(d)）。従って、探傷画像は探触子位置るのがわかる。

と超音波が送受信される伝搬時間の関係を示し、このように、TOFD 法は比較的簡便にき裂の高得られた音圧はカラー（または濃淡）で表示されさを得ることができ、またきずの検出に用いる場る。

合には、溶接線方向に探触子を直線的に走査する

TOFD 法では、きずの端部（き裂などが内部にだけでかなりの範囲を探傷でき、探傷速度も速い

あるときには、上端と下端）を経由して得られるなどの特長を持っている。反面、面での反射波に回折波の伝搬時間を用いて、幾何学的に端部位置比べるとはるかに微弱な端部の回折波を受信するを求めることになる。時間軸の値は極めて精度よ

ために、探傷の感度は極めて高く、探傷に留意す

く測定できるので、結果として、きずの端部位置

べき点も多い。このため、種々の確認試験を行い、を正確に求めることができ、またきずの高さ（板実機適用を図っている。

厚方向の寸法）を正確に測定できる。なお、きず

図 39 は、ボイラ耐圧部配管 (2.25Cr −１Mo 鋼 )の深さ位置は、探触子ときずとの相対位置によっへの超音波 TOFD 法の適用の状況と探傷例を示て変化する。このため、深さ位置を正確に求めるしている。なお、ボイラ主蒸気配管などの高温高には、きずの長手方向に直行する方向に探触子を圧配管では、クリープ損傷が懸念され、損傷評ときの最もビーム路程が短くなるときの深さ位置を測定する。
図 38 は、疲労き裂を三点曲げ試験で進展させ、き裂の進展過程で TOFD 法によりき裂高さを測定して、測定時のきずの実測値と比較した結果である。TOFD 法でき裂高さを測定した時点で、破面にビーチマークを残しておき（荷重を変えたサイ

超音波TOFD法測定値 (mm)

走査し、きずが二つの探触子間の中央に位置する

クルで少しき裂を進展させ、その時点のき裂進展
位置を残しておき）、試験終了後にき裂面で破断させてき裂面上に残されたビーチマークの位置を読み取って、き裂高さの測定時の実測値を求めた

̶ 23 ̶

02.indd 23

20

15

+10％
−10％

10

5

0
0

図38

5
10
15
疲労き裂深さ実測値 (mm)20

超音波TOFD法による疲労き裂の進展計測精度IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:04:13 PM

とを確認している。
（3）クリープ損傷評価の超音波ノイズ法
クリープ損傷をボイド発生の初期の段階より評価する方法として超音波ノイズ法を適用している。クリープ損傷の評価方法としては組織検査法、硬さ測定法や、ミニチュアのサンプルを構造物から採取して評価する方法など多くの方法が提案されている。しかし、これらの方法は、いずれも試
験体表層部のクリープ損傷を評価するための手法である。近年、9％あるいは 12％などの Cr を含有する高 Cr 鋼が用いられ始めるに伴い、クリー
プ損傷がより内部の方で先行して起こることが懸図39

ボイラ耐圧部配管への超音波TOFD法の適用の状況と探傷例念されている。超音波ノイズ法は内部のクリープ
損傷を感度よく評価しうる方法として開発しており実機への適用を図っている。

価が必要とされている。クリープ損傷は、損傷のこの方法は、図 40 に示すように、底面エコー

初期には結晶粒界に微小なボイドが発生し、やがの手前にゲートを設けてノイズ波形を採取し、周て微小ボイドが連結して微小き裂となり、マクロ

波数解析する方法である。クリープ損傷によってのき裂に発展して破壊に至る現象である。超音波

微小ボイドが発生すると、微小ボイドによる散乱

TOFD 法では損傷初期のボイドの状態を評価する

エコーもノイズ成分を形成する。特徴の最も現れことはできないが、ミクロのき裂が連結し始める

る高い周波数成分範囲の積分強度を求めて、ノイ寿命比 73％以上では評価できる可能性が高いこ

ズ値とする。超音波ノイズ分析法とは、このノイ

未損傷材
電圧

損傷材
電圧

RF波形

RF波形

時間ゲート

送信パルス

時間ゲート

1回目底面エコー

1回目底面エコー

送信パルス

時間

周波数解析

周波数解析

時間

強度

強度

周波数スペクトル
周波数

図40周波数スペクトル
周波数

超音波ノイズ法の原理

̶ 24 ̶

02.indd 24

08.10.16 0:04:15 PM

ズ値を監視する方法である。

ていない。これに対して、溶接熱影響部で測定し2·1/4Cr-1Mo 鋼に対するノイズ分析法の確認試

たノイズ値比は、クリープ損傷比が約 50％を超験の例を図 41 に示す。測定は、溶接部を挟んでえると増大している。このノイズ値は、クリープ

両側（図中 A 側および B 側）の溶接熱影響部の損傷で発生するボイドの面積率とよい相関関係に

他に、母材部と溶接金属部で実施している。Cr-あることも確認している。

Mo 鋼のクリープ損傷は溶接熱影響部において進

なお、クリープ損傷の発生領域を画像化して損行することが知られており、母材部や溶接金属部

傷の評価精度を改善する目的で、ゲートを板厚方で測定したノイズ値比にはほとんど変化が見られ

向に分割してクリープ損傷を評価する新ノイズ分

ノイズ値比（Nｃ/Ｎo）

析法を開発し、適用を図っている。図 42 に測定
3例を示している。溶接線に直行する方向に探触子

母材
Ａ側ＨＡＺ
Ｂ側ＨＡＺ
溶着部
系列5

2.5
2

Ａ側ＨＡＺ Ｂ側ＨＡＺ

1.5を順次移動させながら測定をし、結果を画像化した結果である。クリープ損傷が進行している領域
ｂ部に生じたボイドを把握することができている。

ｂ部

なお、ノイズ分析法は㈱ IHI で開発された方法
1であり、当社は測定方法を完全に手順化すると共0.5
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120
クリープ損傷比（％）
クリープ損傷比：（クリープ試験時間/クリープ破断時間）×100

図41（4）ウェーブレット解析による信号処理技術装置が活用され始めている。これにパルサーを組画像化した超音波ノイズ分析法の例（寿命比と超音波ノイズ値画像）

̶02.indd 25する事業を実施している。

オッシロスコープにウィンドウズを内蔵した

クリープ損傷材のクリープ損傷比とノイズ値比の関係

図42に、データベース化を通してクリープ損傷を評価

25 ̶

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:04:18 PM

み込んで種々の損傷に対する専用の検査システム

Convolution in Freq. Domain
Convolution in Time Domainを構築できる。ソフトの切り替え、あるいは差し度の改善には SN 比の改善が共通して不可欠であり、SN 比改善のためにウェーブレット解析を組み込んだ超音波探傷システムの開発に取り組んでいる。
ウェーブレット解析は時間軸の情報を失うこと

Calculation Time (s)

替えによって各損傷に対応できる。損傷の評価精10

なく周波数解析する手法であり、試験体の超音波

8
6
4
2
0
10

11

図43

したアルゴリズムにより演算することで SN 比の

15

16

17

リアルタイムウェーブレットと従来の時間軸コンボリューションによるウェー
ブレットの演算時間の比較結果を示している。連続ウェーブレットの解析よ

ウェーブレット解析は比較的古くより多くのり、底面エコー高さの周波数はいずれも低い周波分野で活用され、効果を得てきている。しかし、数帯に偏在していることがわかる。また、原波形

ウェーブレット解析には現在のコンピュータ技術と 1.2MHz における抽出波形を比較しているが、を用いても時間を要し、高速での処理を求められ

連続ウェーブレットより適切な周波数を求めて波る現場でのリアルタイムでの超音波探傷試験への形を抽出することで SN 比を改善できることがわ

適用は困難であった。現在、東工大の協力を得かる。

て、周波数軸上でコンボリューションを行うこと

リアルタイムウェーブレットを組み込んだ溶射により、演算時間を著しく短縮したリアルタイム

肉厚測定専用の超音波探傷試験を開発し実用してウェーブレット解析の超音波探傷試験への適用にいる。例えば、ボイラでは構造の多様化や燃料の取り組んでいる。

多様化が進み、高温腐食や耐摩耗性を向上するた

図 43 は、従来の時間軸上でのコンボリューショ

めに溶射の適用が多くなっている。溶射部の肉厚ン演算による連続ウェーブレットの演算時間と周が寿命に及ぼす影響が大きく、溶射膜厚の管理が波数軸上でコンボリューションしたリアルタイム

重要である。

連続ウェーブレットの演算時間をデータ数に対して比較した結果を示している。

図 45 には、6.3MHz の周波数の波形を抽出す
ることが溶射部と母材界面エコーの SN 比の改善

板厚 80mm のオーステナイト系ステンレス鋼に有効であることを示す一例を示している。なお、

肉盛溶接金属部の底面エコー高さを測定し、連続

ここでは既にポスト処理で実機へ適用してきた過ウェーブレット解析した結果を図 44 に示す。マ

去の実施例との整合性を持たすために、あえて離ザーウェーブレットに周波数分解能の高いガボー

散ウェーブレットを用いている。

ルウェーブレットや時間軸分解能の高いメキシカ

本 シ ス テ ム は、 オ ッ シ ロ ス コ ー プ LeCroy

ンハットウェーブレットなどを使い分けることがWaverunner を用いており、カスタム演算機能をできる。ここではガボールウェーブレットによる用いている。信号解析には Matlab のプログラミ̶

02.indd 26

14

Number of Data 2を向上できる。また、複数の周波数の波形を構築向上に寄与できる。

13

Nの散乱減衰や損傷部からの反射波の波形特徴より最も評価に適した周波数の波形を選択して SN 比

12

26 ̶

08.10.16 0:04:21 PM

図44

Raw data

100

リアルタイムウェーブレット結果の例（ガボールマザーウェーブレット）(a)

管内面反射エコー50
0-50Extracted data

-100

100
50

(b)

皮膜-基材界面エコー0-50

膜厚 450μm-100Time [0.5μs/div.]
図45

ウェーブレット解析による溶射膜厚測定精度向上の例（ａ図：原波形、ｂ図：ウェーブレット処理後の波形）ングを用いている。開発した装置のフロントパネ

は、内部の検定線に基づいて直接溶射膜厚が表示

ルを図 46 に示す。4 つの波形が示されているが、される。

上段が原波形であり、下の 3 つの波形が特定周波

このリアルタイムウェーブレットの活用で、従数範囲での波形を示している。カーソルを用いて来の採取したデータを事務所で専用のパソコンで時間軸を読み取ることができ、読み取られた時間

処理していたときに比べ、作業時間を約 2/3 に短̶ 27 ̶

02.indd 27

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基材底面反射エコー

皮膜 - 基材界面エコー

図46

リアルタイムウェーブレット解析を用いた溶射膜厚測定専用検査装置のフロントパネルの例

縮できたほか、探触子の接触不良などに基づく後器（ディジタイザ）を用いてディジタル画像を掛かりをなくし、データの信頼性向上に寄与でき得るフィルムディジタイジングを用いる。当社ている。

は、GE Inspection Technologies 社の解像度 50um の

なお、リアルタイムウェーブレットを搭載した

FILM Digitizer FS50 を採用して取り組んでいる。

水

フィルム像をディジタル化することで各種の画像

谷助教授並びに黒川氏に多大のご指導とご援助を処理技術を適用でき、きずを強調することで経年賜っている。

変化をより容易に判断することに寄与できる。

超音波探傷システムの開発では東京工業大学（5）ディジタルラジオグラフィの適用

一方、放射線透過試験時にフィルムを用いずに放射線透過試験では、放射線像をフィルムに捉ディジタル画像を得る方法も用いられてきておえた後にこれを保管するのが一般である。放射線り、配管などの減肉調査などに活用されてきてい透過試験は、フィルム上に透過度計などを同時撮る。しかし、日本工業規格にこれらのディジタル

影して、適正に検査が行われたことを証明できる

ラジオグラフィに関する規定がなく、溶接部の検など、極めて記録性に優れた手法ではあるが、一査への国内での適用の制約となっている。一方、つのプラントで保存されるフィルム枚数も一般に国外規格では既に規格に取り入れている場合もあ相当な量となる。このため、フィルムの保管に大り、これらに関連する輸出工事に対する積極的なきなスペースが必要になるほか、経年変化を評価

活用を進めている。

するために、過去のデータとの照合を行う際には対象とした海外工事における透過度計識別度

膨大なフィルムからの検索に時には膨大な時間を（板厚に対する画像より識別できる最小の線径の要する結果となる。このために、フィルム上のデー

比率）の要求は 2％であったので、これを満足さ

タを電子化することが期待されている。

せるために、線源に焦点寸法の小さな（ミニフォー

フィルム画像を電子化するには、画像読取りカス）線源を採用し、X 線画像処理装置 FCR（Fuji̶ 28 ̶

02.indd 28

08.10.16 0:04:26 PM

Computed Radiography）と組合せることで 2％の及び FBG センサの光ファイバセンサの連続監視

透過度計識別度を満足できることを確認した。

について紹介した。また、グローバル診断ではアFCR とは輝尽性蛍光体に放射線像を補足した後

コースティック・エミッション（AE）試験によに、画像読取装置で輝尽発光を電気信号に変換しるタンク腐食診断でのノイズ除去に関する検討て画像を表示させるものである。

や、交流電磁場測定法（ACFM）、MsS 方式のガフィルム濃度に相当する画像の任意点での QL

イドウェーブ探傷法や LIMA- test システムの高速値から裏ビード高さの管理を行った。この目的で探傷技術の開発状況や実機適用状況を紹介した。

は基準厚さにより測定システムの校正が必要とな

また、超音波探傷試験に関する定量化に関してるので厚さ 0.5mm 毎のステップウェッジを FCR紹介した後に、更に高精度な探傷を工業的な検査

画像に取り込み、これの QL 値を基準として用い

時間で実施するためのフェーズドアレイ探傷技術た。図 47 に測定の例を示す。

や TOFD 探傷などの技術を紹介し、クリープ損傷

本 工 事 で は、4B 配 管（ 肉 厚：6.0mm）18,000

評価のためのノイズ分析法、ウェーブレット解析

継手対象に 1 日平均 400 枚の撮影枚数で 10 ヶ月

技術を用いた信号処理技術を取り込んだ新しい検の工事期間で完了した。1 枚の照射に対して、通査システム構築に向けて開発状況を紹介し、最後

常のフィルム法では 9.3 分を要するのに対して、に、ディジタルラジオグラフィの適用について紹FCR の採用で 7.5 分と約 20％の照射時間の短縮介した。

にも寄与できている。
6.

なお、保全に関してはここに示した監視技術や各種の非破壊検査技術のみならず、応力（ひずみ）まとめ

測定、振動測定や形状測定などの各種の計測技術

構造物の保守に対する非破壊検査の役割についも重要な役割を果たす。例えば、吊橋、斜張橋なて検討した。構造物の多様化や稼動履歴の多様化

どは多くのケーブルで支えられており、ケーブルに伴って非破壊検査も多様なニーズへの対応が必の張力は橋の保全における重要監視項目の一つと要になっている。この検討結果に基づくいくつなっている。当社は、ケーブルの固有振動数を加かの対応を紹介した。連続監視システムに関し

速度センサで計測し、これよりケーブル張力を解ては、カナダ CANDU 炉で適用されている高温探析する技術（振動法）を有しており、国内外で多触子による減肉連続監視の様子と、SOFO センサ

くの適用実績を持っている。なお、高温環境下の

c:0.06cm

ａ点
QL

b:1.28cm

a:1.34cm

QL 615:1.28cm
ｂ点
透過度計φ

図47

X線画像処理装置FCR（Fuji Computed Radiography）を用いた裏ビード高さ管理の例

̶ 29 ̶

02.indd 29

裏ビード高さ (ｃ)＝ａ−ｂ＝1.34-1.28＝0.06cm ＝

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08.10.16 0:04:28 PM

応力（ひずみ）計測は、「研究開発支援のためのin Ultrasonic Devices for Monitoring Critical技術」の 3.1 項で、翼振動計測は 3.3 項で、またParameters in Canadian Nuclear Reactors, IEEE

三次元形状計測は 3.7 項に紹介しているので参照

International Ultrasonic Symposium (Oct.-1998)

願いたい。

IIC REVIEW No.24（20007）三上：SOFO システム、
年 10 月）、pp.29-33

また、損傷は、複雑な形状の場所や接近が困難
な部位に発生することがある。このため、損傷が8）三上：光ファイバによる動的変位計測システ顕在化した部位あるいは危惧される部位に対するム（SOFO Dynamic）、IIC REVIEW

探傷技術の開発に努めるとともに、狭隘部の検査

年 4 月）、pp.54-58

用ロボットを開発しているが、検査用ロボットの9）三上：光ファイバセンサによる高層ビルのヘ開発については、「社会産業の安心・安全に寄与

ルスモニタリング、IIC REVIEWする製品展開」の５. 原子力関連機器の項でも紹年 10 月）、pp.2-8

介している。

No.35（2006No.36（200610）三上：光ファイバ変位センサによる橋梁ヘル

少しでもご参考になるところがあれば幸いであ

スモニタリング技術「その１」、IIC REVIEWる。

No.37（2007 年 4 月）、pp.35-43

文責11）三上：光ファイバ変位センサによる橋梁ヘル
技術研究所所長
計測事業部

検査事業部

工学博士

技師長

荒川 敬弘

スモニタリング技術「その 2」、IIC REVIEW

技術士（機械部門）技術部部長

No.38（2007 年 10 月）、pp.15-25

三上 隆男12）中 島、 荒 川：FBG セ ン サ に よ る 高 速 ひ ず

佐藤 秀一

み 計 測 技 術 に つ い て、IIC REVIEW、 No.38（2007 年 10 月）、pp.37-44

参考資料

13）天 野、 中 村、 田 上：AE 法 に よ る タ ン ク 底1）笹原：リスク評価に基づく非破壊検査、IIC
REVIEW

板腐食検査技術の研究開発、IIC REVIEW

No.29（2003 年 4 月）、pp.35

No.25（2001 年 4 月）、pp.6-112）荒川、中島、畠中、中村：保守に対する検査

14）中 村、 萩 原、 荒 川、 田 上、 井 戸：AE 法 にの役割といくつかの対応、日本非破壊検査協

よ る タ ン ク 底 板 腐 食 検 査 技 術 の 概 要、IIC

会

REVIEW

保守検査特別研究委員会ミニシンポジウ

No.31（2004 年 4 月）、pp.47-55

ム（2007 年 9 月）、資料 No.004-674、pp.87-96

15）森田、荒川、畠中、萩原：石油タンク底板3）熱田：超音波を用いたコロージョンオンライの腐食 AE 波検出に関する研究、圧力技術、

ンモニタリングの開発、IIC REVIEW

No.21（1999 年 4 月）、pp.33-42

Vol.40、No.4、(2002)、pp.31-40
16）中 村：AE 測 定 技 術 の 概 要、IIC REVIEW

4）鈴木、垣田：連続高温肉厚監視システム、IIC
REVIEW

No.24（2000 年 10 月）、pp.43-45

No.32（2004 年 10 月）、pp.45-49
17）中 村、 滝 沢、 荒 川： 高 速 AE 測 定 シ ス テ5）笹 原、 荒 川： 高 温 で の モ ニ タ リ ン グ、ム AMSY-5 の 特 徴（ 技 研： 中 村 他 ）、IIC

RUMPES（CIW 通信：日本溶接協会）、Vol.17、

REVIEW

No.34（2005 年 10 月）、pp.56-60

18）中村、荒川、滝沢、鳩、前田、鈴木：タンク

No.2、p.p.8-96）P. Kielczynski et al.: Recent Developments

AE 計測における液滴ノイズの識別及び除去

̶ 30 ̶

02.indd 30

08.10.16 0:04:29 PM

方法の検討、日本非破壊検査協会平成 19 年度春季大会講演概要集、pp.181-182

pp.9-1631）T.Arakawa： An approach on detection of crack

19）中村、荒川：タンク AE 計測におけるノイズ除去に関する検討、IIC REVIEW

surface and flaw tip by ultrasonic testing, IIW

No.39（2008

Commission XI (Joint minisymposium with

年 4 月）、pp.56-62

Commission V) XI-811-04

20）大 黒： 交 流 磁 場 測 定 法 に よ る 探 傷、IIC

32）T.Arakawa, N.Ooka：Dimensional measurement

REVIEW、No.30（2003 年 10 月）、pp.46-50

accuracies obtained by focused ultrasonic beam21）大 黒、 藤 原、 笹 原、 大 津 山、 武 藤、 養 祖、

on flaws in heavy section steel plate weldments、坂本、 牧野：ACFM による台車枠検査技術

ASME/JSME PVP conference (July 1995 Hawaii),の開発、IIC REVIEW、No.35（2006 年 4 月）、

PVP

pp.33-38

and Piping Codes and Standards: Volume 122）大黒、藤原、大津山、小林、武藤、坂本、養祖：ACFM による台車枠検査技術の開発

pp.315-321

そ33）芝田、梶ヶ谷、中川：フェーズドアレイ法にの 2、IIC REVIEW、No.36（2006 年 10 月 ）、

よる複雑な裏面形状を有するボイラ配管の割

pp.17-24

れ探傷技術、IIC REVIEW

23）小 林、 田 仲： 新 し い 台 車 枠 探 傷 技 術(ACFM) の 開 発、JREA、Vol.50(2007)、No.9、

34）芝田：フェーズドアレイ法による異材継手の欠陥検出技術、IIC REVIEW

24）笹原：超音波ガイドウェーブ、IIC REVIEW、No.26（2001 年 10 月）、pp.20-22

No.39（2008 年 4月）、pp.11-19

pp.32766-32768

No.38（2007 年

10 月）、pp.7-1435）船戸、引地：水車ステーベーンの超音波フェー25）本間：ガイド波を利用した超音波技術貫通配

ズ ド ア レ イ 法 の 適 用、IIC REVIEW管におけるガイドウェーブの適用検討、IIC
REVIEW、No.31 (2004 年 4 月 )、pp.33-39

No.37（2007 年 4 月）、pp.2-736）芝 田、 米 山、 荒 川、 笹 原： 超 音 波 TOFD 法26）本間、小林：ガイドウェーブ検査技術の開の適用拡大

石川島播磨技報

発状況、IIC REVIEW、No.39（2008 年 4 月）、1998 年 3 月

pp.119-123

Vol.38、No.2

37）猪 股：TOFD-UT 技 術 の 紹 介、IIC REVIEW

pp.20-30
27）本 間： 街 路 灯 地 中 埋 設 部 の 腐 食 検 査 装 置、No.22（1999 年 10 月）、pp.28-31

IIC REVIEW、No.33（2005 年 4 月）、pp.36-43

38）芝 田： 超 音 波 TOFD 法 に よ る き ず 検 出 技 術、

28）荒川：非破壊試験の欠陥検出能力の調査の動

IIC REVIEW No.24（2000 年 10 月）、pp.34-42

き、溶接学会誌

第 55 巻29）荒川：非破壊検査技術

第4号

第４回

pp.35-42

39）本間：新しい検査技術「TOFD 法による健全超音波探傷性評価」、IIC REVIEW

試験の検出性、IIC REVIEW No.33（2005 年 4月）、pp2-11

No.26（2001 年 10 月）、

pp.23-2740）芝田：ボイラプラントの耐圧部配管における30）T.Arakawa, S.Hirose, T.Senda ：The detection

非破壊検査の現状、IIC REVIEWINTERNATIONAL、Vol.18、No.1 (Feb.1985)、

No.28（2002年 10 月）、pp.26-33

of weld cracks using ultrasonic testing、NDT41）米山、中代、村上、芝田、大友：石川島播磨

̶ 31 ̶

02.indd 31

Vol.313-1, International Pressure Vessels

IIC REVIEW/2008/10. No.40

08.10.16 0:04:30 PM

技報

第 28 巻（1988）第 5 号

46）庄司：ディジタル X 線画像処理システム（FCR）42）荒川、畠中、芝田：クリープ損傷評価のためのノイズ分析法、IIC REVIEWの 溶 接 継 手 検 査 へ の 適 用、IIC REVIEW、No.33（2005 年 4 月）、pp.74-77

No.34（2005年 10 月）、pp.26-31

47）庄司、栗原：HRSG スタブ管溶接部の超音波

43）畠中、井戸、降駒、荒川：9％ Ni 鋼溶接部の探傷法、IIC REVIEW、No.26（2001 年 10 月）、

超音波 TOFD 法による探傷へのウェーブレッ
ト信号処理技術手法の適用検討、非破壊検査
第 53 巻 2 号

pp.31 〜 3548）芝田、梶ヶ谷：縦波斜角モード変換法による SUS304 隅肉溶接部のルート部き裂の探傷(2004)、pp.88-92

44）中島、荒川：リアルタイムウェーブレットの技 術、IIC REVIEW、No.36（2006 年 10 月 ）、

超音波探傷への応用、日本非破壊検査協会平成 19 年度春季大会講演概要集、pp.165-166

pp.9-1649）庄司：内挿式超音波肉厚測定システム、IIC

45）畠 中、 中 島、 荒 川、 梶 ヶ 谷、 熊 谷、 井 戸：

REVIEW、No.30（2003 年 10 月）、pp.73 〜 77

超音波による溶射皮膜膜厚計測へのリアル

50）山 田： 狭 所 内 点 検 ロ ボ ッ ト の 開 発、IIC

タイムウェーブレット解析の実機適用、IIC

REVIEW、No.22（1999 年 10 月）、pp.45-48

REVIEW、No.38（2007 年 10 月）、pp45-50

̶ 32 ̶

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