【第20回新規制要件に関する事業者意見の聴取に係る会合資料】

資料２０－１0

PWR1次系ステンレス鋼配管粒界割れの知見拡充に関する検討状況について

原子力エネルギー協議会（ATENA）
2022年 6月 24日
本資料には、経済産業省「令和3年度原子力発電所の安全性向上に資する技術開発事業（原子力発電所の長期運転に向けた髙経年化対策に関する研究開発）」の成果が含まれています。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

1目次
1. 振り返り2．2021年度検討内容
2.1 発生メカニズム・亀裂有り健全性評価
2.2 検査技術の向上
3．まとめ

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

2目次
1. 振り返り2．2021年度検討内容
2.1 発生メカニズム・亀裂有り健全性評価
2.2 検査技術の向上
3．まとめ

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

3

PWR1次系ステンレス鋼配管粒界割れの概要
本検討の発端となった大飯発電所３号機加圧器スプレイ配管溶接部での事象の概要を以下に示す。
実機の破壊調査結果
発生箇所
加圧器スプレイライン（材質:オーステナイト系ステンレス鋼（SUS316））

断面図（上面図）

14.0mm60mm

114.3mm

傷（イメージ）
長さ60mm、深さ4.4mm

断面図（横面図）
１次冷却材系統設備概要図

管台側（配管外側）

溶接金属

加圧器側

14.0mm（配管内側）

 供用期間中検査（ＩＳＩ）にて、加圧器スプレイラインの1次冷却材管台と管継手（エルボ部）の配管溶接部に有意な指示が認められた。その後の破壊調査により、溶接熱影響部にて長さ60㎜、深さ4.4㎜の亀裂があることが明らかとなった。

関西電力の公開会合資料を抜粋

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

4

配管溶接部の割れの概要＜亀裂発生及び亀裂進展の状況整理＞(公開会合における関西電力説明)• 過大な溶接入熱と、管台-エルボ部の剛性の影響が重畳し、表層近傍において特異な硬化と応力が影響したことにより割れが発生と推定。
（現時点で、初期欠陥が認められていないが、溶接により微細な割れが発生していた可能性が否定できていない）• また、亀裂進展に対しては、硬化したオーステナイト
系ステンレス鋼の割れが進展する既存知見と合致しており、粒界型SCCと推定。

管台

エルボ

管台

• ATENAとして、PWR1次系ステンレス鋼配管における割れについては特異な事象であり、発生メカニズムなど知見がほとんどなく、原因の特定および知見拡充の観点から、研究・調査が必要であると認識。

5mm

約3.6mm

外表面

内表面

400μm

亀裂の断面

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

5

超音波探傷検査の概要＜超音波探傷検査による亀裂性状把握状況＞(公開会合における関西電力説明)
 超音波探傷検査による非破壊試験で、亀裂の深さについては適切に評価。
 亀裂はエルボ側から管台側の方向に溶接部を進展していると推定したが、破壊調査の結果、亀裂はエルボ側母材の溶接部境界で板厚方向に進展していた⇒ ATENAとして、亀裂性状の誤認に対する検討が必要であると認識。
現地フェーズドアレイUT結果より推定した亀裂性状

現地フェーズドアレイUTでは、亀裂はエルボ側から管台側の方向に進展していると推定

亀裂の調査結果

亀裂プロファイル

現地UT結果破壊調査結果

亀裂深さ

4.6mm

4.4mm

溶接中心(ケガキ線) 外表面
管
台
側

内表面

亀裂先端

エ
ル
ボ
側

破壊調査結果

亀裂起点

破壊調査の結果、亀裂は板厚方向に進展していた

現地フェーズドアレイUT結果

エ
ル
ボ
側

管
台
側

亀裂先端

亀裂性状の差異

亀裂起点

現地フェーズドアレイUT結果より推定した亀裂性状

亀裂

断面マクロ組織観察結果
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

PWR1次系ステンレス鋼配管粒界割れに対するATENAの取り組み

6

 大飯３号機において発生した亀裂の更なる調査を含め、PWRの1次冷却材環境下における亀裂の発生及び進展のメカニズムについて研究を行い、亀裂進展評価に用いる基礎データ拡充、フェーズドアレイUTにより亀裂進展方向を誤って評価したことに対する原因調査のため、ATENAはWGを立ち上げ、課題検討の取り組みを実施。
 検討を進めるにあたり、技術課題は大きく分けて「①発生メカニズムの解明」、「②亀裂有り健全性評価」、「③検査技術の向上」の３分類あると整理。
 課題検討にあたっては、外部専門家と意見交換を実施した上で、研究計画を策定するとともに、実施状況を踏まえて、計画を見直していく予定。
①発生メカニズムの解明
主な課題
認識②亀裂有り健全性評価③検査技術の向上

 「硬さ」「硬さ以外」各々で割れ  亀裂有り健全性評価に
 亀裂性状把握技術 及びの要因の再整理用いるデータの拡充
その関連検査技術の向上
 「硬くなる要因」は何か・亀裂進展速度（機械加工,溶接,形状,…）・亀裂進展評価／亀裂有り
 発生メカニズム自体の探求
健全性評価に用いる応力 亀裂進展後の亀裂有り
健全性評価手法の確立
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

PWR1次系ステンレス鋼配管粒界割れ検討の体制

7

 活動にあたっては、ATENA体制下にWG及びSub-WGを立ち上げ、その検討に当たっては、外部専門家の意見含め、考えられ得る検討項目を全て洗い出し、知見拡充に取組むこととした。
ATENA
粒界割れWGATENA P/B電力 P/B国内メーカ

技術連携

電中研
（経年劣化、検査専門家）
外部専門家
発生/亀裂有り健全性 知見

発生メカニズム解明／亀裂有り健全性評価
Sub-WGATENA
PWR電力
PWRメーカー

検査技術向上Sub-WG
ATENA
PWR電力
PWRメーカー大学
研究機関 等

専門家意見
の反映

検査 知見
大学
研究機関 等
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

8

PWR1次系ステンレス鋼配管粒界割れに関する検討方針

 2021年度は専門家意見を反映した①②の研究計画を策定、③は技術向上策の取りまとめを実施。

2021年度
検討範囲

1ヶ年
程度
で実施

翌年
以降
継続
研究
完了時

①発生メカニズムの解明②亀裂有り健全性評価③検査技術の向上

専門家意見を反映した研究計
画を１ヶ年程度で固め，次ス
テップから具体的研究に着手

既存データ不足分取得を主とし、専門家意見を反映した計画立案の上で研究に着手

専門家意見も交えた検証を1ヶ年程度で実施した上で、実機反映検討に着手するステップ 1

知見整理・専門家
研究計画素案 反映 意見

知見整理・
専門家
研究計画素案 反映 意見

専門家
要因整理・
検証計画素案 反映 意見ステップ 2

研究計画策定／ATENA研究計画
公開

研究計画策定／ATENA研究計画
公開

2.1章にて報告

ステップ 3

研究実施
専門家／実施状況・
計画公開 反映 意見(1年毎目処)研究実施／実施状況・
専門家
反映
計画公開
意見
(1年毎目処)ステップ 4

研究纏め／ATENAレポート公開

研究纏め／ATENAレポート公開

検査技術検証
／要因分析
／対策検討
専門家
／実施状況・ 反映 意見
計画公開2.2章にて報告

検査技術纏めATENAレポート公開

実機保全に反映（ISI定点・頻度／規格基準類／メーカー検査要領）
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

9

目次
1. 振り返り2．2021年度検討内容
2.1 発生メカニズム・亀裂有り健全性評価
2.2 検査技術の向上
3．まとめ

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

10

発生メカニズム／亀裂有り健全性評価 検討概要
2021年度に実施した課題検討プロセスは以下のとおり。

＜発生メカニズム＞
ⅰ）規制委員会との公開会合で議論されたFT図を含め、事象概要を外部専門家に説明し、考えられる要因をゼロベースで洗い出し

11ⅱ）事業者の調査結果等、既知見を踏まえて、原因となり得る要因の絞込みを実施
11ⅲ）絞込んだ結果を踏まえて、対応方針を検討

12ⅳ）対応方針に基づき、具体的な実施項目を検討し、研究計画として取りまとめ
13 ～ 17＜亀裂有り健全性評価＞
技術課題の整理（亀裂進展速度線図が規格化されていない等）および、技術課題を踏まえた実施項目を検討し、研究計画としてとりまとめ

12 ～ 17

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

11

発生メカニズムに関する要因候補と絞り込み結果
事業者調査時の推定因子
事象

加
圧
器
ス
プ
レ
イ
ラ
イ
ン
配
管
溶
接
部
の
傷

要因

因子

機械的疲労

振動による疲労高サイクル熱疲労
熱疲労
熱過渡による疲労事業者調査時の結果と今回得られた専門家意見
事業者調査結果と今回得られた専門家意見• マクロ・ミクロ観察により、破面からビーチマークやストライエーションは確認されなかった。

• マクロ・ミクロ観察により、破面からビーチマークやストライエーションは確認されなかった。
• 単一の亀裂であり、熱疲労のような亀甲状の亀裂は確認されなかった。

判定※

×

×
×

粒界型SCC• 破面ミクロ観察の結果、粒界割れが主に認められた。
• 硬さ計測の結果、表層で350HV、内部で200HV～240HVが認められた。
＜外部専門家意見＞
有力な因子と考えらえるが，粒界型SCCによる亀裂発生機構・原因と断定する（他の因子を排除する）には、事業者調査では実施していないEBSD等も用いて当該部の特異性を追加調査すべき。

〇

粒内型SCC• 破面ミクロ観察の結果、粒内割れは殆ど認められなかった。
• 付着物EDS分析の結果、塩素等の有害な元素は認められなかった。

×

溶接欠陥

・破面観察の結果、ブローホール、スラグ巻込み、融合不良、高温割れ等は認められなかった。
・PT及び断面観察の結果、アンダーカットは認められなかった。
・付着物EDS分析の結果、高温割れの原因となるP(リン)は認められなかった。
・その他、溶接手順は通常手順で実施されていた。

SCC

溶接欠陥/
溶接不良
溶接不良

• 破面観察の結果、補修溶接の痕跡は認められなかった。
• 裏波部の外観、周方向断面観察の結果、明瞭な溶接欠陥は確認されず、補修溶接の痕跡も認められなかった＜外部専門家意見＞
明確な溶接欠陥／溶接不良が存在した可能性は低いものの、微細な欠陥／特異な溶接箇所が存在した可能性を完全に否定はできず、破面SEMでの拡大観察や、EDS分析での元素同定他により確認すべき。

※：局所的な特異性による粒界型SCCや、微細な溶接欠陥／溶接不良等を念頭に置いた詳細調査の結果により、他の因子の判定に影響無きかも併せて検討
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

△

△

12

亀裂発生メカニズムの解明／亀裂有り健全性評価 対応概要
得られた課題

亀
裂
発
生
メ
カ
ニ
ズ
ム

亀
裂
有
り
健
全
性

対応方針

特異な硬化、応力によ[粒界型SCC]
り割れが発生するメカ
過大な溶接入熱と、管台-エルボ部の剛性の影響が重畳し、 ニズムについて深掘り
表層近傍において特異な硬化 が必要と応力が影響した可能性[溶接欠陥/不良]
溶接により微細な割れが発生していた可能性

進展予測評価式について、規格化されていない（検証が不十分）

高倍率の観察など詳細
調査が必要

実施項目
〇実機詳細調査（損傷部位、比較部位）
・局所ひずみ測定（SEM/EBSD）
・断面マクロ硬さ測定（裏波幅と硬さの相関取得）
・溶接欠陥の調査(SEM/EDS）・潜在き裂の調査(SEM/EDS）・被膜分析、亀裂先端ミクロ組織分析（TEM）〇発生特性に関する調査

進展予測評価に関する知見の拡充が必要〇SCC進展特性知見の調査〇SCC進展特性データの取得〇SCC進展速度線図案の策定〇溶接残留応力評価〇構造健全性評価〇LBB評価の知見拡充

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

参考資料：亀裂発生／進展研究計画 必要な対応と実施項目(案) [1/4]13

外部専門家コメントを踏まえつつ、現状認識に対し必要な対応と実施項目を検討した。
後続検討に影響を与える亀裂の発生メカニズム・原因をまず確定すべく、実施項目のうち優先度の高いものを2022年度より着手し、その結果に応じて適宜計画を見直していくこととした。
＜最新知見の調査＞
項目

概要

必要な対応

•

実施項目

仏国PWRの安全注入系配管のSCC事例等、継続的に最新知見を調査し、研究計画に反映する。
1. 最新知見の調査＜亀裂発生メカニズム・原因＞
項目

概要

現状認識

•
•
•

溶接熱収縮による硬化が亀裂発生の原因と考えているが、硬化により粒界割れに至る知見が不足。
亀裂発生形態（単一or 複数亀裂の発生）に関する知見が不足。
亀裂発生機構はSCCが有力との認識だが、微小な潜在亀裂が存在した可能性を否定できていない。

必要な対応

•

実機損傷部位や健全部（含むモックアップ）に対する下記の調査を行い、既往知見の調査結果と併せて、亀裂発生メカニズム・原因の特定を行う。
具体的には、亀裂が生じた粒界近傍での局所的な歪や硬さ、特異な残留応力等が生じた可能性について、事業者調査では実施しなかったEBSD等も用いて実機（含むモックアップ）に対する詳細調査を実施し、硬さ、もしくは硬さ以外の粒界割れ発生要因を調査する。
併せて、SEM、EDS等を用い、微小な潜在亀裂等の初期欠陥の有無を調査する。

•

•
実施項目

2. 実機詳細調査（損傷部位、比較部位）(1)-①局所ひずみ測定（SEM/EBSD）(1)-②断面マクロ硬さ測定（裏波幅と硬さの相関取得）(2)-①溶接欠陥の調査(SEM/EDS）(2)-②潜在き裂の調査(SEM/EDS）(3)被膜分析、亀裂先端ミクロ組織分析（TEM）

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

参考資料：亀裂発生／進展研究計画 必要な対応と実施項目(案) [2/4]14＜亀裂発生条件＞
項目

概要

現状認識

•

亀裂発生機構がSCCであったとしても、その発生条件の明確化が必要。

必要な対応

•

前項に示す実機詳細調査により亀裂発生メカニズム・原因を特定しつつ、その発生条件を明確化する。

実施項目

2. 実機詳細調査（損傷部位、比較部位）（前表記載内容を通じて明確化）＜亀裂発生特性＞
項目

概要

現状認識

•

SCC発生特性（発生時間と作用応力の関係）に関する知見が不足している。

必要な対応

•
•

電力共通研究等、SCC発生特性に関する知見に関し、調査を実施する。
本項は、実機詳細調査による亀裂発生メカニズム・原因を見極めた上で、実施する。

実施項目

3. 発生特性に関する調査 （2023年度以降実施）＜SCC進展特性＞
項目

概要

現状認識

•

PWR1次系環境下のSCCの進展特性は、硬化度（加工度）・応力・高温条件が加速因子である
事等、一定の知見は取得されている。

必要な対応

•

SCC進展特性に関し得られている既往知見が、本事象の条件（進展速度・進展経路）を十分に網羅できているか調査する。
その進展特性知見の調査結果を踏まえ、必要に応じ本事象の条件に合致するSCC進展データの取得を行う。

•
実施項目

5.(1)SCC進展特性知見の調査
5.(2)SCC進展特性データの取得 （2023年度以降実施）
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

参考資料：亀裂発生／進展研究計画 必要な対応と実施項目(案) [3/4]15＜SCC進展評価＞
項目

概要

現状認識

•

SCCに対する基本的な亀裂進展評価手法は確立されている一方、維持規格にPWR1次系環境中のSCCに対する亀裂進展速度線図は整備されていない。

必要な対応

•

SCC進展特性の項目で整理したSCC進展データを基に、SCC亀裂進展速度線図案を策定する。

実施項目

5.(3)SCC進展速度線図案の策定 （2023年度以降実施）＜残留応力評価＞
項目

概要

現状認識

•

溶接残留応力の基本的なFEM解析手法は国プロIAFで整備されている一方、詳細な当該部位の条件を押さえた残留応力分布は得られていない。

必要な対応

•

本検討で得た実機詳細調査結果を考慮に入れつつ、当該部位の条件を当てはめ、溶接残留応力分布を解析的に得る。

実施項目

6.溶接残留応力評価 （2023年度以降実施）

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

参考資料：亀裂発生／進展研究計画 必要な対応と実施項目(案) [4/4]16＜健全性評価＞
項目

概要

現状認識

•

当該部位に関する暫定的な健全性評価は事業者調査時に実施されているが、本検討で得られた知見を反映した健全性評価を実施する必要がある。

必要な対応

•

本検討で得た実機詳細調査結果とそれを基にした残留応力評価、SCC進展特性知見等を用い、亀裂進展
評価と破壊評価による健全性評価を実施する。

実施項目

7.(1)構造健全性評価 （2023年度以降実施）＜破断前漏えい（LBB）の評価に対する知見拡充＞
項目

概要

現状認識

•

今後、仮に亀裂が存在した場合のLBBに対する裕度に関し更なる知見拡充を進める必要がある。

必要な対応

•

今後、仮に亀裂が存在したとしても、その亀裂が破損に繋がらないよう管理することが重要である。そこで、SCC進展、破壊評価を高度化しLBBに対する裕度を明確にする。

実施項目

7.(2)LBB評価に対する知見拡充 （2023年度以降実施）＜技術基盤の整備＞
項目

概要

現状認識

•
•

粒界割れの水平展開部位に対し、向こう3年間を目途に超音波探傷検査を毎年実施している。
本検討成果を反映した健全性評価手法を確立する必要がある。

必要な対応

•

本検討の成果を基に、検査範囲の明確化を図り、検査・健全性評価手法の技術基盤を整備する。

実施項目

8. 技術基盤の整備（2023年度以降実施）
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

17

亀裂発生メカニズムの解明／亀裂有り健全性評価 研究実施工程（案）
検討時期について、後戻りが発生しないよう、以下にて実施することとした。
目標
全般

実施項目

2022年度

2023年度

2024年度

2025年度

1. 最新知見の調査
2. 実機詳細調査（損傷部位、比較部位）

実機損傷/健全部位

モックアップ(1)-①局所ひずみ測定（SEM/EBSD）
発生メカ
ニズム解
明

(1)-②断面マクロ硬さ測定(2)-①溶接欠陥の調査(SEM/EDS）(2)-②潜在き裂の調査(SEM/EDS）(3)被膜分析、亀裂先端ミクロ組織分析（TEM）
3. 発生特性に関する調査

検査技術
向上

4.

検査技術向上策検討（2021年度）

5. (1) SCC進展特性知見の調査
5.(2)SCC進展特性データの取得
構造健全5.(3)SCC進展速度線図案の策定

性評価の
確立

6.溶接残留応力評価
7.(1) 構造健全性評価
7.(2) LBB評価に対する知見拡充

技術基盤
の整備

8. 技術基盤の整備

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

18

参考資料 ～実施項目の相関整理～
I. 実機とモックアップの比較
b. モックアップ材

TEMによる微細組織の観察

TEMによる微細組織観察

局所、残留歪みの測定（硬さ，EBSD)

溶接時の入熱影響
溶接時の形状影響
機械加工の影響硬化機構の基礎（EBSD)

溶接残留応力の評価

残留応力の把握c. 解析

硬化機構の基礎（FEM）
評価用残留応力の整備(解析)

III. 応力の評価

II. 硬さの評価

a. 実機材

潜在亀裂の可能性

1) 実機とモックアップを比較し特異性を解明
2) 粒界割れが発生・進展する
硬さ

IV. ラボ試験による検証
e. 亀裂進展試験
d. 粒界割れ発生試験
粒界割れ発生条件の検証

国内外の亀裂進展データ整備
低K値のCGR（Kth)の有無
HAZ部粗大化結晶粒の影響
溶金部への亀裂進展試験
高K値のCGR
進展解析・健全性評価

3) 粒界割れが発生・進展する応力

実施項目の相関について整理し、専門家の意見含め、考えられ得るものは全て洗い出した。
⇒取組項目が多いこと等から、優先度を明確にし、効率的に検討を進めることとした。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

19

目次
1. 振り返り2．2021年度検討内容
2.1 発生メカニズム・亀裂有り健全性評価
2.2 検査技術の向上
3．まとめ

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

20

検査技術の向上 検討概要

2021年度に実施した課題検討プロセスは以下のとおり。
ⅰ）規制委員会との公開会合で議論された点を含め、事象概要を外部専門家に説明

5 ・ 21ⅱ）FT図を用いて考えられる要因をゼロベースで洗い出しの上で、事業者の調査結果等の既知見を踏まえ、原因となり得る課題を絞込み・整理

22 ～ 23ⅲ）絞込んだ課題を踏まえ、検査技術の向上策を検討し取りまとめ

24 ～ 27

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

21

検査技術の向上 課題認識
 第一段階検査にて、亀裂からのエコーを検出。
 第二段階検査（現地フェーズドアレイUT）にて、亀裂高さ4.6mmと評価。なおこの段階ではAスコープによる亀裂高さのみ報告し、亀裂は板厚方向に進展しているとしていた。
 その後、追加調査(Bスコープ)にて亀裂はエルボ側から管台側の方向に進展していると推定。
③追加調査①第一段階検査

溶接中心(ケガキ線) 外表面

管台側(上流)エルボ側(下流)

管
台
側

内表面

亀裂先端
PSI及び10回定検時の反射源。裏波からのエコー

18回定検時の反射源。
亀裂からのエコー

エ
ル
ボ
側

亀裂起点

現地フェーズドアレイUT結果(Bスコープから性状評価)②第二段階検査

現地フェーズドアレイUT結果(Aスコープから亀裂高さ評価）
高さ4.4mmの亀裂を、UTにて4.6mmと評価した

追加調査では明確な反射源は検出せず
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

22

UTによる推定と破壊調査結果の亀裂性状乖離に関する要因分析
事象

U
T
に
よ
る
推
定
と
破
壊
調
査
結
果
の
亀
裂
性
状
乖
離

要因

因子

要因分析と見解

判定

幾何学的形状• エルボ曲率を含む外表面形状による超音波屈折角の変化と、亀裂位置・高さ・板厚の相対的位置関係により、亀裂先端からのエコー検出位置が変化する可能性がある〇

材料• オーステナイト系ステンレス鋼溶接金属部へのUTは、柱状晶組織による超音波の音速変化や超音波ビームの屈曲が起き得るため、エコーの検出位置が変化する可能性がある〇

亀裂• 亀裂先端性状の枝分かれ等、開口幅により端部エコーの検出性に影響した可能性があ
る。

〇

探触子

• 超音波の収束位置と亀裂先端部の差異による超音波の広がり等、探触子の要素がUTにおける反射源位置特定に影響を与える可能性がある。

〇

探傷ソフト
／端末

• 異なる端末の画面でも亀裂性状乖離が再現しており、探傷ソフト／端末の影響は無い。

×

罫書き• ISI-UTで用いていた溶接中心を示すケガキは、破壊調査結果から得られた溶接中心より約3mmエルボ側にずれていた。この結果はコーナーエコーと端部エコーの位置関係には影響しないが、端部エコーがエルボ側ではなく管台側で得られたと考え、亀裂がエルボ側から管台側方向に溶接金属部を跨ぐように進展したとの判断に影響を与えた可能性がある。

〇 ⇒溶接線中心

試験対象

機材

UT手法
に関する
課題

位置把握
技術に関する
課題

要領

検査要領

• 要領はサイジング要領を適用している。他方、適用範囲の観点では、適用口径の観点で実機と差があるものの、配管と探触子の隙間は0.2mm程度であり、接触媒質の通常の充てん範疇であるため、幾何学形状による超音波の伝ぱ性は問題無い。

×

試験環境

作業環境

• 通常実施しているISIの環境条件から大きく逸脱する要素は無く、特異な影響は無い。

×• 有資格者であり、工事経験等も十分に積んでおり影響は無い。

×• サイジングは亀裂の高さを測定する事が目的であり、試験関係者に亀裂性状を評価する
意識が薄かったこと、また、評価関係者がデータに疑義を感じた為再探傷したものの、同等の結果が得られたこと等より、亀裂端部位置の誤認を見抜けなかった。

〇 ⇒評価体制に

資格
体制・試験員
評価体制※本図は要因分析結果のうち、商業機密事項を含む箇所は省略して記載

関する課題

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

23

検査技術の向上 課題整理

検討の結果、本事象の主たる要因は、以下の3点と整理した。
①評価体制に関する課題
亀裂のサイジングに傾注していてBスコープの結果を過信し、溶接金属を横切って進展する亀裂であるという判断をしてしまった。
②溶接線中心位置把握技術に関する課題
溶接中心位置の想定が実機とずれていたことにより、亀裂の位置にずれが生じ、溶接金属部を跨ぐように進展した亀裂であると判断してしまった。
③UT手法に関する課題
Bスコープ上で亀裂が管台方向に進展しているように端部エコーが表示された事象は、
配管外表面の幾何学的形状の影響、超音波の拡がりの影響、溶接金属部による超音波の屈曲の影響などが複合したことにより発生した。
この課題を解決するために必要な向上策について整理した結果を次頁に示す。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

24

検査技術の向上策（案）(1/4)
原因調査結果に対する①～③の対策案について、以下に示す。

①評価体制への対策• 関係者に対し、本事象のようにBスコープ表示と実際の亀裂性状には乖離があり得ることを認識できるよう教育する。
• さらに検査員に対しては、Bスコープ表示と実際の亀裂性状に乖離を生む外表面形状等の因子について理解させる。
②溶接線中心位置把握技術の高度化• 溶接中心位置のずれについては、外表面ポンチからのトレースにより溶接線中心位置を把握する
場合、現場の作業環境、マーキング、開先部の公差等により2ｍｍ程度の誤差発生は回避できない。
• このため、亀裂性状を評価する際には、前述の誤差の影響を受けることがないようなデータ採取（例：垂直探傷のBスコープ画像）により、
UTデータ側で可能な限り詳細な、溶接線中心位置の評価を行う。

溶接線中心
底面エコー

例：垂直探傷のBスコープ画像
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

25

検査技術の向上策（案）(2/4)③UT手法による対策• シミュレーション解析およびモックアップ試験による妥当性検証の結果、以下の対策により亀裂性状を把握できることを確認した。
(1)探触子設置位置に応じた超音波入射条件の設定
 超音波集束条件（管軸方向、板厚方向）を複数準備することにより、外表面形状の影響を受けない位置で探傷可能とする（図③(1)参照）。
(2) セクタ走査による探傷
 外表面形状の影響を受けない位置で、電子的に超音波ビームの屈折角を変化させるセクタ走査を利用し、任意の屈折角でのBスコープ画像とセクタ画像を組み合わせ、総合的に亀裂性状の評価を行う（図③(2)参照） 。

屈折角を変化させて電子的に走査

図③(1) 外表面形状の影響を受けない位置からの探傷 図③(2) セクタ走査による探傷
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

26

検査技術の向上策（案） (3/4) ～UT手法による対策の有効性確認結果～
SCCを付与したモックアップによる対策の有効性確認結果
SCC付与モックアップにて、今回の事象の現地波形を再現（図1,2）。その上で、超音波入射条件の見直しを行い、外表面形状の影響が無い探触子位置でセクタ走査によりデータを採取。
端部・コーナーエコーの性状を正しく把握できた(図3,4)。

端部エコー

コーナーエコー端部エコー

コーナーエコー

端部・コーナーエコーの性状を正しく把握できた

内表面

図1：実機SCC検出時の波形(現地波形)

図3：セクタ走査による探傷(SCC付与モックアップ)
外表面形状の影響が無い探触子位置で探傷

現地探傷時と同じ探傷システム
にて現地波形における端部・
コーナーエコーの関係を再現

実機の外表面形状

端部エコー

端部エコー

コーナーエコー

図2：SCC付与モックアップによる現地波形の再現

電子的に超音波ビームの屈折角を変化させる
セクタ走査

SCC付与モックアップでの探傷イメージ

図4：外表面形状の影響を受けない
位置からの探傷(SCC付与モックアップ)

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

27

検査技術の向上策（案）(4/4)
亀裂性状把握に関する改善方針
向上策①：UT結果の評価者に対する教育• 検査員に対し、外表面形状等Bスコープ表示と実際の亀裂性状に乖離を生む因子について理解させる。
向上策②：裏波性状把握による溶接線中心位置推測の高度化• 亀裂性状を評価する際には、開先部の形状公差や、溶接中心を公差等の積み上げによる誤差の影響を受けることがないようなデータ採取(例えば垂直探傷のBスコープ画像)により、
UTデータ側で可能な限り詳細な評価を行う。

向上策③：UT手法による亀裂性状把握高度化(1)探触子設置位置に応じた超音波入射条件の設定• 超音波集束条件（管軸方向、板厚方向）を複数準備することにより、外表面形状の影
響を受けない位置で探傷可能とする。
(2) セクタ走査による探傷• 外表面形状の影響を受けない位置で、電子的に超音波ビームの屈折角を変化させるセク
タ走査を利用し、任意の屈折角でのBスコープ画像とセクタ画像を組み合わせ、総合的に亀裂性状の評価を行う。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

28

目次
1. 振り返り2．2021年度検討内容
2.1 発生メカニズム・亀裂有り健全性評価
2.2 検査技術の向上
3．まとめ

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

29

まとめ
〇発生メカニズム解明／亀裂有り健全性評価

詳細調査／技術検討が必要な項目について、外部専門家の意見を基に研究計画を策定した。
• 本計画に基づき、2022年度以降も継続して知見拡充を進める。
•〇検査技術の向上••

UTによる推定と破壊調査後の亀裂性状に関する差異について検討した結果、①：評
価体制への対策、②：溶接線中心位置把握技術の高度化、③：UT手法による対策、により、亀裂性状を正しく評価可能となることが、外部専門家に了解された。
実機保全に反映するアクションとしては、以下の通り。
 今回検討した対策について、実際の検査業務における亀裂検出時の対応へ反映が行われるよう、ATENAから事業者へ要求事項を提示する（ATENAステアリ
ング会議の決議を経て進める予定）。
 規格・基準を扱う学協会へ、情報を提供する。

なお、上記の進捗については、従前同様、規制当局と定例面談等で適宜情報共有し、必要に応じ会合にて説明を行う。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

30

参考資料
発生／亀裂有り健全性 外部専門家会議概要（2021年度 第１回～第４回）
検査技術向上 外部専門家会議概要（2021年度 第１回～第４回）
外部専門家会議 メンバーリスト
略語集

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

31

第1回 外部専門家会議(1/2)
2021/10/1 発生／亀裂有り健全性に関する第１回外部専門家会議を開催

事象の概要、および関西電力・三菱重工業による従来の調査結果について、ATENAから外部専門家に説明した。
外部専門家より今後取り組むべき課題について御意見を頂いた。第2回以降の外部専門家会議で、実施項目(案)を提示するよう、コメントを頂いた。
No.

事象に対する#1外部専門家コメント（参考）候補となる実施項目

1.局所、残留歪の評価
9.溶接による硬化機構の基礎検討
5.硬さと応力で粒界割れが発生する条件の検2 スローライジングロード(変動荷重)の影響
討
3.溶接残留応力の評価
3 歪みとマイクロビッカースの関係。FEMの精緻化
9.溶接による硬化機構の基礎検討
1 溶接境界近傍の軟化の状況

4 腐食生成物の分析

4.TEMによる微細組織

5 ビード形状の特徴

6.溶接時の入熱影響

6 始終端での溶接残留応力分布、クレータの影響

1.局所、残留歪の評価
3.溶接残留応力の評価
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

32

第1回 外部専門家会議(2/2)
事象に対する専門家コメント(第1回会合)
No.

事象に対する#1外部専門家コメント

7 初層TIGの低フェライト部での亀裂
8 入熱量と硬さの関係
9 入熱と拘束の関係
10 亀裂発生部位の特定
11 実機亀裂の詳細観察

12 モックアップ作成時の拘束の効果
13 溶接欠陥の可能性
14 想定される溶接欠陥と破面の特徴
15 発生進展解析の妥当性は慎重に実施

第1回会合で多数の専門的な意見が得られた（参考）候補となる実施項目
15.HAZ部からの溶接金属への伝播
6.溶接時の入熱影響
7.溶接時の形状影響
8.機械加工の影響
9.溶接による硬化機構の基礎検討
1.局所、残留歪の評価
4.TEMによる微細組織
5.硬さと応力で粒界割れが発生する条件の検討
6.溶接時の入熱影響
2.潜在亀裂の可能性

1.局所、残留歪の評価
2.潜在亀裂の可能性
4.TEMによる微細組織
5.硬さと応力で粒界割れが発生する条件の検討
14.HAZ部粗大化結晶粒専門家意見に該当する実施項目（第2回会議の整理結果より本表へ参考記載）
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

32

33

第2回 外部専門家会議(1/4) ～技術課題/目的/実施項目の抽出～2021/11/8 発生／亀裂あり健全性に関する第２回外部専門家会議を開催

第1回外部専門家会議の御意見を受け、実施項目(案)について、ATENAから外部専門家に説明。
実施項目に対して、取り組み内容等についてコメントを頂いた。
実施項目について、すべて実施計画に含めるのか、最初にどの実施項目に着手するべきかについて判断するために、重要度・有効性の考え方を整理し、次回会合で提示するようコメントを頂いた。
事象に対する専門家意見を踏まえ、「検査対象の明確化」「亀裂残存運転の確立」「検査頻度の明確化」に分類を分けて技術課題を整理。対応する実施項目を抽出した。
大分類
検
査
対
象
の
明
確
化

小分類

技術課題

実施項目

実機調査

「硬化」が粒界割れの主要因と推定されたが、以下の詳細は明確にできていない。
 熱影響部の母材側粒界で割れが発生
 溶接境界の極近傍で発生
 亀裂は単一で扇状の形態

1. 局所、残留歪の評価
2. 潜在亀裂の可能性
3. 溶接残留応力の評価
4. TEMによる微細組織発生条件「硬化」が影響したと判断されたが、粒界割れが生じる条件は明らかになっていない。

5. 硬さと応力で粒界割れが発生する条件の検討

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

第2回 外部専門家会議(2/4) ～技術課題/目的/実施項目の抽出～
大分類

検
査
対
象
の
明
確
化
（
続
き
）

小分類

技術課題

実施項目

硬化要因

シンニング加工（機械加工）による微細化層の影
響有無が明確ではない。

6. 溶接時の入熱影響
7. 溶接時の形状影響
8. 機械加工の影響
9. 溶接による硬化機構の基礎検討
10. 硬化していると粒界割れが発生するメカニズムの解明(機械加工)(溶接入熱)

亀裂発生個所において、「過大な溶接入熱」が確認された。「過大な溶接入熱」となった要因、硬化への影響が明確ではない。

硬化要因

溶接部の形状（管台とエルボ）が硬さに及ぼす影響が定量的に評価できていない。

硬化要因(溶接形状)

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

34

35

第2回 外部専門家会議(3/4) ～技術課題/目的/実施項目の抽出～
大分類

亀検
裂査
残頻
存度
運の
転明
の確
確化
立

小分類

進展速度

残留応力

評価方法

技術課題

実施項目

亀裂進展評価の詳細（PWR条件下の 11. 進展に関する国内現状知見を整理、既存デー
ステンレス鋼の速度線図、残留応力
タの公知化評価等）が、規格化されていない。 12. 国内データに海外データも含めた亀裂進展
データの整備LBB評価に関して更なる知見拡充を
亀裂進展速度のデータ拡充進める必要がある。
13. 低K値のKth
14. HAZ部粗大化結晶粒
15. HAZ部から溶接金属への伝播
16. 高K値
17. 進展評価に用いる残留応力の整備（解析）18. 溶接方法、配管径、溶接部位などによる残留応力を把握
19. 粒界割れの進展速度・応力を用いた亀裂進展
評価や亀裂進展後の健全性に関する評価手法の検討

実施項目が多岐に亘ることから、取り組みの関係を再整理し、漏れなく議論できているか確認した

各項目の詳細を議論

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

36

第2回 外部専門家会議(4/4) ～実施項目の相関整理～
I.実機とモックアップの比較
b. モックアップ材

4. TEMによる微細組織の観察

10.TEMによる微細組織観察

1.局所、残留歪みの測定（硬さ、EBSD）

6.溶接時の入熱影響
7.溶接時の形状影響
8.機械加工の影響
9.硬化機構の基礎（EBSD)

3.溶接残留応力の評価

18.残留応力の把握

c. 解析

9.硬化機構の基礎（FEM）
17. 評価用残留応力の整備(解析)

III. 応力の評価

II. 硬さの評価

a. 実機材2. 潜在亀裂の可能性

1) 実機とモックアップを比較し特異性を解明

2) 粒界割れが発生・進展する
硬さ

IV. ラボ試験による検証
e. 亀裂進展試験
d. 粒界割れ発生試験
5.粒界割れ発生条件の検証

11.12.国内外の進展データ整備
13.低K値のCGR（Kth)の有無
14.HAZ部粗大化結晶粒の影響
15.溶金部への亀裂進展試験
16.高K値のCGR
19.進展解析・健全性評価

3) 粒界割れが発生・進展する応力

実施項目の相関について整理し、専門家の意見含め、考えられ得るものは全て洗い出した。
⇒取組項目が多いこと等から、優先度を明確にし、効率的に検討を進めることとした。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

37

第3回 外部専門家会議(1/4)
2021/12/13 発生／亀裂あり健全性に関する第3回外部専門家会議を開催「実施項目の重要度・有効性整理(案)」をATENAから外部専門家に説明し、後続検討に影響を与える亀裂の発生メカニズム・原因をまず優先する、等の考え方について合意が得られた。
外部専門家会議において頂いたコメントを基に、研究計画案を第4回有識者会議に向けて作成することとした。

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

38

第3回 外部専門家会議(2/4) ～実施項目に対する専門家コメント(第2回会合)と優先度～
研究項目に対して再度外部専門家と議論し、コメントを踏まえ優先度を選定した。

優先度が高い項目
優先度の考え方
大分類

①検査対
象の明確
化

小分類

実機
調査

項目

No.

実機保全への有益度

後段研究への必要性・研 技術成立性・実現
究の重要性
性

1-①

SEM/EBSD歪計測

○

○

○

1-②

断面ミクロ、ビッカース硬さ計測

○

○

○

2-①

破面SEM/EDS観察での潜在亀裂確認

○

○

○

2-②

断面ミクロ潜在亀裂確認

○

○

○

溶接残留応力の評価

○

○

△

4-①

TEM/EDS金属組織観察、粒界偏析分析

○

○

○

4-②

TEM/EDS酸化被膜分析

○

○

○

4-③

亀裂先端部の断面ミクロ、SEM/EDS/EBSD分析

○

○

○

4-④

水素分析

○

△

△

3

実機調査の項目は、いずれも優先度が高いと判断された
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

39

第3回 外部専門家会議(3/4) ～実施項目に対する専門家コメント(第2回会合)と優先度～
優先度の考え方
大分類

①検査対象
の明確化

小分類

No.

項目

発生
条件

５

硬さと応力で粒界割れが発生する条件の検討（発生する場合には，硬さと応力に関する閾値を確認する
取り組み手法を検討）

○

○

△

６

溶接時の入熱影響（モックアップ試験，解析等）

○

△

○

７

溶接時の形状影響評価（モックアップ試験、解析等）

○

△

○

８

機械加工の影響評価（モックアップ試験，解析等）

×

△

○

９

溶接による硬化機構の基礎検討（EBSDによる局所塑性の評価やFEM解析等)

○

△

○

１０

硬化していると粒界割れが発生するメカニズムの解明（TEMによる微細組織観察等）

○

△

△

硬化要因
（機械加工・
溶接入熱・溶接形状）

実機保全への有 後段研究への必要 技術成立性・益度性・研究の重要性
実現性

発生条件、硬化要因については、実機調査の状況を受けて研究内容を判断する必要があるCopyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

40

第3回 外部専門家会議(4/4) ～実施項目に対する専門家コメント(第2回会合)と優先度～優先度が高い項目
優先度の考え方
大分類

小分類

進展
速度

②検査頻度
の明確化
・
③亀裂残存
運転の確立
残留
応力

評価
方法

No.

項目

実機保全への有 後段研究への必要 技術成立性・益度性・研究の重要性
実現性

１１

進展に関する国内現状知見を整理，既存データの公知化

○

○

○

１２

国内データに海外データも含めた亀裂進展データの整備

○

○

○

１３

低K値のKthに対する亀裂進展速度のデータ拡充

△

△

△

１４

HAZ部粗大化結晶粒に対する亀裂進展速度のデータ拡充

○

○

△

１５

HAZ部から溶接金属への伝播に対する亀裂進展速度のデータ拡
充

○

△

△

１６

高K値の亀裂進展速度のデータ拡充

△

△

△

１７

進展評価に用いる残留応力の整備（解析）

○

△

○

１８

溶接方法，配管径，溶接部位（機器等の溶接部含む）などによる残留応力の把握（モックアップ試験）

○

△

△

１９

粒界割れの進展速度・応力を用いた亀裂進展評価や亀裂進展後の健全性に関する評価手法の検討

○

〇

○

亀裂進展データの整備と評価方法の確立は重要な項目と判断された
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

41

第4回 外部専門家会議(1/6)
2022/2/10 発生／亀裂あり健全性に関する第4回外部専門家会議を開催。

第１～３回会議を踏まえた研究計画(案)の策定および纏めについて、ATENAから外部専門家に説明し、研究計画(案)について同意頂いた。

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

第4回 外部専門家会議(2/6) ～優先度を踏まえた研究項目の再整理(検査の重点化)～
優先度と外部専門家コメントを踏まえ、再度実施項目を整理した。
目標

項目

現状認識

必要な対応

実施項目

全般 最新知見 ・フランスのPWRプラントの安全注入 左記の損傷事例を含む最の整理
系配管溶接部におけるSCCと推測さ 新知見を継続的に把握し、 1.
最新知見の調査れる割れを筆頭に、最新知見は更新 本検討の実施計画に反映。
されている。
・原因としてSCCが有力との認識もあるが、微小な潜在亀裂が存在した可2. 実機詳細調査（損傷部位、比較部位）能性を否定できていない。
発生機
・溶接熱収縮による硬化がSCC発生の 実機損傷部位や健全部（含 (1)-①局所ひずみ測定（SEM/EBSD）
構・原因 原因と考えられている。
むモックアップ）に対する (1)-②断面マクロ硬さ測定
詳細調査を行い、既往知見（裏波幅と硬さの相関取得）
・亀裂発生形態（単一or 複数亀裂の発 の調査結果と併せて発生機 (2)-①溶接欠陥の調査(SEM/EDS）生）に関する知見が不足している。 構・発生原因、発生条件の (2)-②潜在き裂の調査(SEM/EDS）
・実機損傷部位および健全部位のミク 明確化を行う。
(3)被膜分析、亀裂先端ミクロ組織分析
ロ組織、局所ひずみなどの状態が十
（TEM）
検査の
分に把握できておらず、発生条件の重点化 発生条件 明確化に至っていない。
・SCC発生特性（発生時間と作用応力 電力共通研究等の知見に関の関係）に関する知見が不足してい する調査を行い、成果を検 3. 発生特性に関する調査る。
査方針の設定に反映する。
・損傷部位に対する超音波による非破壊検査で割れを検出できた。
検査に関する外部専門家委・割れの先端位置を正しく評価できな 員会で、割れ先端位置の誤 4.
検査技術
非破壊検査における対応・改善策の検討かった。
判定の原因、対応策等を検・割れ深さについては正しく評価でき 討する。ていた。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

42第4回 外部専門家会議(3/6) ～優先度を踏まえた研究項目の再整理(健全性評価の確立)～
目標

項目

現状認識

必要な対応

43

実施項目

粒界割れ進展 ・割れ進展機構はSCCであることにつ 現時点では無し。実機調査であたらな知機構
いて合意が得られている。
見で得られた場合には再度検討する。

-

得られている知見が本事象の条件を十分 5. (1) SCC進展特性知に網羅できているか確認する必要がある。 見の調査

SCC進展特性

SCC進展評価
構造健全
性評価の
確立

残留応力評価

破壊評価
健全性評価

破断前漏洩
（LBB）評価の知見拡充
技術基盤 検査・評価手
の整備
法の整備

・SCCの進展特性に関する知見はある
必要に応じて本事象の条件に合致する程度得られている。
SCC進展特性（進展速度・進展経路）の追加調査を行う。
・SCCに対する基本的な進展評価手法は確立されている。
SCC進展速度線図案を策定する。
・維持規格にPWR1次系環境中のSCC
進展速度線図は整備されていない。
・溶接残留応力の基本的なFEM解析手
法はIAFプロジェクトで整備されて当該部位の溶接残留応力分布を解析的にいる。
得る。
・当該部位の溶接残留応力分布は整備されていない。
・ステンレス鋼配管の破壊評価手法は無し
維持規格に規定されている。
・当該部位に関する暫定的な健全性評 本検討で得た知見を基に亀裂進展評価と価は実施されている。
破壊評価を実施する。
今後、仮に亀裂が存在したとしても、そ・LBB評価に関して更なる知見拡充を の亀裂が配管破損に繋がらないよう、進める必要がある。
SCC進展、破壊評価を高度化しLBBに対する裕度を明確にする。
・当該部位に対する検査は3年を目途 本検討の成果を基に検査範囲の明確化とに1年毎に実施している。
図り、検査・評価手法の技術基盤を整備
・健全性評価手法は確立していない。 する

5.(2)SCC進展特性デー
タの取得
5.(3)SCC進展速度線図
案の策定

6.溶接残留応力評価

7.(1) 構造健全性評価
7.(2)
拡充

LBB評価の知見

8. 技術基盤の整備

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

44

第4回 外部専門家会議(4/6) ～今後の実施工程（案）～
検討時期について、後戻りが発生しないよう、以下にて実施することとした。
目標
全般

実施項目

2022年度

2023年度

2024年度

2025年度

1. 最新知見の調査
2. 実機詳細調査（損傷部位、比較部位）

実機損傷/健全部位

モックアップ(1)-①局所ひずみ測定（SEM/EBSD）
発生メカ
ニズム解
明

(1)-②断面マクロ硬さ測定(2)-①溶接欠陥の調査(SEM/EDS）(2)-②潜在き裂の調査(SEM/EDS）(3)被膜分析、亀裂先端ミクロ組織分析（TEM）
3. 発生特性に関する調査

検査技術
向上

4.

検査技術向上策検討（2021年度）

5. (1) SCC進展特性知見の調査
5.(2)SCC進展特性データの取得
構造健全5.(3)SCC進展速度線図案の策定

性評価の
確立

6.溶接残留応力評価
7.(1) 構造健全性評価
7.(2) LBB評価の知見拡充

技術基盤
の整備

8. 技術基盤の整備

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

45

第4回 外部専門家会議(5/6) ～2022年度実施内容（案）～1.

最新知見の調査– フランスのPWRプラントで認められた安全注入系配管溶接部のSCCと推測される欠陥などの最新情報を収集し、本検討の計画に反映する必要があるか否かについて調査する。

2.

実機詳細調査(1)-①局所ひずみ測定（SEM/EBSD）(1)-②断面マクロ硬さ測定（裏波幅と硬さの相関取得）(2)-①溶接欠陥の調査(SEM/EDS）(2)-②潜在き裂の調査(SEM/EDS）(3)被膜分析、亀裂先端ミクロ組織分析（TEM）

5.

次ページに示す。

(1) SCC進展特性知見の調査––

PWR1次系冷却水環境中のステンレス鋼のSCC進展特性およびSCC進展速度
データに関する知見を収取、整理する。
既存知見が実機条件を網羅できているか確認し、知見拡充が必要な項目を整理する。

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

46

第4回 外部専門家会議(6/6) ～2022年度実機詳細調査（案）の内容～
実施項目

実施内容
•

①局所ひずみ測定（SEM/EBSD）(1)•②断面マクロ硬さ
測定•①溶接欠陥の調査(SEM/EDS）(2)•②潜在き裂の調査(SEM/EDS）•

対象部位

当該管0°の亀裂周辺のHAZ部（結晶粒の粗大化） • 当該管0°の亀裂部周辺の断面及び表層側のシンニング部する断面ミクロ試験片（管台側/エルボ側）
を用いたSEM付属のEBSDによるIPF結晶粒分布， • 当該管のクレータ部，
KAMマップ等を活用した結晶構造及び局所歪分布
90°,180°,270°の断面•の確認。
比較管も同様位置（ 0°(ｸﾚｰﾀ
標準偏差大，粗大粒の重畳により当該部の粒界応部),90°,180°,270°）の断面力が増大する可能性を調べるために，上記のEBSDでのKAM値等との相関検討として，同断面でのマイクロビッカース硬さ計での追加測定。
• 当該管0°近傍の破面全体（表当該管0°亀裂周辺のHAZ部やその他領域（周方向）での溶接欠陥有無の確認のために，破面SEM面側に着目）
での拡大観察（すべり帯）。 EDS分析での溶接欠 • 当該管0°の亀裂周辺の断面
陥の識別（Mn, Si, Mg, P, S等の溶接欠陥に起因（5断面程度：管台側/エルボ
する元素の同定）。
側）•
当該管0°以外の複数（5断面程度）での断面ミク比較管も同様な位置の断面（5ロ観察での存在亀裂の形態（IG/TG，長さ，幅）
断面程度：エルボ側/直管側）や方向性の確認。
比較管でも同様な断面ミクロ観察での潜在亀裂有
無の確認。

詳細の取り組みは外部専門家の意見を踏まえて実施していく。

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

47

第1回 外部専門家会議

2021/10/11、第１回 検査技術に関する外部専門家会議を開催。

 事象の概要(前ページ参照)及び当時検討していた原因究明状況について、ATENAから外部専門家に説明。
 亀裂の検出性及びサイジング精度については気づき事項なく、今回の論点は亀裂性状の誤認であると外部専門家も認識。
 外部専門家より頂いたコメントに基づき、本会議の進め方として、 UTによる推定と実際の亀裂性状との乖離について原因と考えられる要因・因子は、探傷状況やヒューマンエラー等、直接関係無いと考えるものも含めて詳細に洗い出し、その内容確認と解釈を説明することとした。
 なお、原因究明にあたってはシミュレーションの適用が骨子となるため、シミュレーションのインプットを明確化し、結果の正当性を示すこととした。

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

48

第2回 外部専門家会議 (1/4)

2021/11/22、第2回 検査技術に関する外部専門家会議を開催。
 第1回会議にて定めた方針に基いた対応内容と結果について、ATENAから外部専門家へ説明し、本事象の原因と考えられる主たる要因・因子が以下の3点である旨合意し、そのうち、③のシミュレー
ション結果の正当性について合意した。

①亀裂のサイジングに傾注していてBスコープの結果を過信し、溶接金属を横切って進展する亀裂であるという判断をしてしまった。
②溶接中心位置の想定が実機とずれていたことにより、亀裂の位置にずれが生じ、溶接金属部を跨ぐように進展した亀裂であると判断してしまった。
③Bスコープ上で亀裂が管台方向に進展しているように端部エコーが表示された事象は、
配管外表面の幾何学的形状の影響、超音波の拡がりの影響、溶接金属部による超音波の屈曲の影響などが複合したことにより発生した。

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

第2回 外部専門家会議 (2/4) ～シミュレーションと実機の比較 –インプット情報 ～前頁③について、抽出した要因・因子を基に、シミュレーションへのインプット項目を決定。
シミュレーションの結果と実機UT時に得られた波形の端部・コーナーエコー反射源位置を比較することで、シミュレーションが実機を想定した状況として適切であるか評価することとした。
シミュレーションにて実機を模擬した要素
インプット情報
試験対象の材料 (母材・溶接)
外表面の形状・亀裂の性状
探触子の仕様(実機と同仕様)
探触子の走査状況(次ページ参照)

実機断面を基に形状を模擬

実機断面写真シミュレーションにて模擬した形状
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

49

第2回 外部専門家会議 (3/4)～シミュレーションと実機の比較 –シミュレーションでの想定～

50

シミュレーションにおける実機の想定状況
外表面の凸形状の影響で探触子は後ろのめりで、点接触の状態

外表面の凸形状の影響で
探触子は後ろのめりの状態

点接触の影響により超音波の入射位置が変化

端部エコー検出時の想定状況
コーナーエコー検出時の想定状況
シミュレーションと実機の比較結果
シミュレーションの結果と実機波形の端部・コーナーエコー反射源位置を比較した結果、シミュレーションが実機を想定した状況として適切であると評価頂いた。

コーナーエコー
端部エコー
端部エコー

シミュレーション結果

溶接中心（破壊調査結果を反映）

コーナーエコー

当該亀裂に対するフェーズドアレイUT結果
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

第2回 外部専門家会議 (4/4)～シミュレーションと実機の比較 –シミュレーションでの想定～

51

実機の想定状況

コーナーエコー検出時の想定状況
シ
ミ
ュ
レ
ー
シ
ョ
ン

外表面の凸形状の影響で
探触子は後ろのめりの状態

端部エコー検出時の想定状況
外表面の凸形状の影響で探触子は後ろのめりで、点接触の状態

点接触の影響により超音波の入射位置
が変化

モ
ッ
ク
ア
ッ
プ
:顕著な浮きCopyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

52

第3回 外部専門家会議 (1/4)
2021/12/23、第3回 検査技術に関する外部専門家会議を開催。
第2回会議にて合意した原因調査結果に対する①～③の対策案について、ATENAから外部専門家へ説明。対策案について合意した。
① 評価体制への対策

関係者に対し、本事象のようにBスコープ表示と実際の亀裂性状には乖離があり得ることを認識できるように教育を行う。

さらに検査員に対しては、外表面形状等Bスコープ表示と実際の亀裂性状に乖離を生む因子について理解させる。
② 溶接線中心位置把握技術の高度化
原因として考えられる要因のうち溶接中心位置のずれ(詳細は第3回会議参考資料参照)については、外表面ポンチからのトレースにより溶接線中心位置を把握する場合、現場の作業環境、マーキング、開先部の公差等により２ｍｍ程度の誤差は回避できない。このため、亀裂性状を評価する際には、前述の誤差の影響を受けることがないようなデータ採取（例：垂直探傷のBスコープ画像）により、UTデータ側で可能な限り詳細な、溶接線中心位置の評価を行う。

溶接線中心

底面エコー

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

53

第3回 外部専門家会議 (2/4)③ UT手法による対策(1) 探触子設置位置に応じた超音波入射条件の設定
超音波集束条件（管軸方向、板厚方向）を複数準備することにより、外表面形状の影響を受けない位置で探傷可能とする。

(2) セクタ走査による探傷
外表面形状の影響を受けない位置で、電子的に超音波ビームの屈折角を変化させるセクタ走査を利用し、任意の屈折角でのBスコープ画像とセクタ画像を組み合わせ、総合的に亀裂性状の評価を行う。

屈折角を変化させて電子的に走査3 (1)外表面形状の影響を受けない位置からの探傷

3 (2)セクタ走査による探傷
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

54

第3回 外部専門家会議 (3/4)
SCCを付与したモックアップによる対策の有効性確認
超音波入射条件の見直しを行い、外表面形状の影響が無い
探触子位置でセクタ走査によりデータを採取。端部・コーナーエ
コーの性状を正しく把握できた。

端部エコー

コーナーエコー端部エコー

コーナーエコー

端部・コーナーエコーの性状を正しく把握できた

内表面

実機SCC検出時の波形(現地波形)

セクタ走査による探傷(SCC付与モックアップ)
外表面形状の影響が無い探触子位置で探傷

現地探傷時と同じ探傷システム
にて現地波形における端部・
コーナーエコーの関係を再現

実機の外表面形状

端部エコー

端部エコー

コーナーエコー

SCC付与モックアップによる現地波形の再現

電子的に超音波ビームの屈折角を変化させる
セクタ走査

SCC付与モックアップでの探傷イメージ

外表面形状の影響を受けない位置からの探傷(SCC付与モックアップ)

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

55

第3回 外部専門家会議 (4/4)
亀裂性状把握に関する改善方針
向上策①：UT結果の評価者に対する教育• 検査員に対し、外表面形状等Bスコープ表示と実際の亀裂性状に乖離を生む因子について理解させる。
向上策②：裏波性状把握による溶接線中心位置推測の高度化• 亀裂性状を評価する際には、開先部の形状公差や、溶接中心を公差等の積み上げによる誤差の影響を受けることがないようなデータ採取(例えば垂直探傷のBスコープ画像)により、
UTデータ側で可能な限り詳細な評価を行う。

向上策③：UT手法による亀裂性状把握高度化(1)探触子設置位置に応じた超音波入射条件の設定• 超音波集束条件（管軸方向、板厚方向）を複数準備することにより、外表面形状の影
響を受けない位置で探傷可能とする。
(2) セクタ走査による探傷• 外表面形状の影響を受けない位置で、電子的に超音波ビームの屈折角を変化させるセク
タ走査を利用し、任意の屈折角でのBスコープ画像とセクタ画像を組み合わせ、総合的に亀裂性状の評価を行う。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

56（参考）ISI-UTと破壊調査結果との溶接中心のずれ (1/2)＜概要＞
破壊調査による断面形状とISI-UTの亀裂起点位置を重ね合わせた結果、ISI-UTで用いていた溶接中心を示すケガキは、破壊調査結果から得られた溶接中心より約3mmエルボ側にずれていた。

約3mmのずれISI-UTにおけるケガキ作業に基づく溶接線中心亀裂の起点

破壊調査による当該部断面写真

破壊調査結果に基づく
溶接線中心
ISI-UTにおけるケガキと破壊調査結果の比較

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

（参考）ISI-UTと破壊調査結果との溶接中心のずれ (2/2)

57

ISI-UTのケガキ方法
溶接施工前に施工されたポンチの中点にケガキを行い、ISI-UTにおける溶接中心としている (図1-2) 。
※探触子を走査可能とするためにグラインダ等により配管の余盛を除去しており、目視による溶接中心の識別は困難である(図2参照)。
ﾎﾟﾝﾁ施工位置

ﾎﾟﾝﾁ施工位置

ポンチ

上下流のポンチの中点を溶接中心としてケガキ

溶接線中心
ポンチ

溶接肩部

図1-1

ポンチ施工のイメージ

図1-2 ISI-UTにおけるポンチからの溶接中心ケガキのイメージ

図2 実機配管外表面のイメージ(写真はモックアップ)

溶接中心がずれた要因
今回生じた溶接中心のずれの要因は、開先形状の寸法公差内でのバラツキ、ポンチ加工のずれに加え、当該箇所はエルボ－管台の接合部であり、拘束条件が均等ではないことから溶接による不均一な収縮によるものと想定される。更にケガキ線（マジックペンによる描線）の幅などを考慮すればあり得ないずれ量ではないが、悪条件が重なった結果であると考えられる。
溶接中心がずれたことによる影響評価
PSIから現在のISI-UTに至るまで、UT指示の解析は何れもポンチを起点に描線した溶接線中心にて評価しているため、溶接線中心のずれが生じていても、亀裂等の有無の確認及び過去の記録との経年変化比較に影響は無い。なお、探傷においては要求される試験範囲を十分満足するよう広く探触子を走査しているため、溶接線中心のずれが生じていても試験範囲が不十分となることは無い。
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

第4回 外部専門家会議（1/1） ～原因究明結果と対策案～

58

2022/1/26、第4回 検査技術に関する外部専門家会議を開催。
専門家会議の報告書案の審議を行い、出席者間で記載内容の合意を得た。
以下に合計4回の外部専門家会議を通して論点となった事象や、原因究明及び対策について外部専門家に評価頂いた内容を纏める。
きず深さ測定:適切かつPD 認証の合否基準と比較しても精度良く測定できていた。
(高さ4.4ｍｍの亀裂を4.6ｍｍと評価)
亀裂性状評価:UTによる推定と切断調査結果に相違があり、その原因と対策が外部専門家会議での主な論点となった。
亀裂性状の誤認に至った原因究明結果• 超音波探傷試験で亀裂が管台方向に進展しているように端部エコーが表示された事象は、管外表面の幾何学的形状の影響、超音波の拡がりの影響、溶接金属部による超音波の屈曲の影響などが複合して発生したものと報告。外部専門家より、妥当な原因であると評価された。 ⇒対策③へ• また、亀裂が管台方向に進展していると誤認したのは、亀裂性状の評価が重要な事項であるとの認識不足、溶接金属部を跨ぐように進展した亀裂であると判断したのは、ケガキ作業に基づく溶接中心位置のずれ等によるものと報告。外部専門家より、当時そのように判断したことは理解できると評価された。 ⇒対策①,②へ原因を受けた対策• 議論の結果、下記の対策①～③により、上記原因究明で特定された要因を抑えられ、かつ亀裂
性状をUTにて正しく評価可能となることが外部専門家に了解された。
• 対策①：評価体制への対策 [関係者・検査員への教育]• 対策②：溶接線中心位置把握技術の高度化• 対策③：UT手法による対策 [(1)探触子設置位置に応じた超音波入射条件の設定 (2)セクタ走査による探傷]
Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

59

外部専門家会議 メンバリスト
発生メカニズムおよび亀裂有り健全性評価に関する外部専門家（敬称略）
組織名

所属

役職

⽒名

東北大学

大学院工学研究科 量子エネルギー工学専攻

教授

渡邉 豊

東京大学

大学院工学系研究科附属 総合研究機構

特任教授

鈴⽊ 俊一

大阪大学

工学研究科 マテリアル生産科学専攻

教授

望月 正⼈

東北大学

大学院工学研究科 量子エネルギー工学専攻

准教授

阿部 博志

日本製鉄㈱

技術開発本部 関西技術研究部

主幹研究員

⽵⽥ 貴代子

日本核燃料開発㈱研究部 材料グループ

研究参与

越⽯ 正⼈

㈱IHI

技術開発本部 技術基盤センター

主査

榊原 洋平

㈱原子力安全システム研究所

技術システム研究所 熱流動・構造グループ

熱流動・構造グループリーダー

釜⾕ 昌幸㈱原子力安全システム研究所

技術システム研究所 高経年化研究センター 材料グループ

主任研究員

⼭⽥ 卓陽

(国研)日本原子力研究開発機構

原子力基礎工学研究センター

副センター⻑

加治 芳行(国研)日本原子力研究開発機構

安全研究センター 材料・構造ディビジョン 兼 構造健全性評価研究グループ

材料・構造ディビジョン⻑ 兼 構造健全性評価研究グループリーダー

李 銀生

検査技術向上に関する外部専門家（敬称略）
組織名

所属

役職

⽒名

東北大学

大学院工学研究科および高等研究機構新領域創成部

教授

三原

毅

(一財)発電設備技術検査協会

溶接・非破壊検査技術センター

所長

古川

敬

愛媛大学

大学院理工学研究科生産環境工学専攻

教授

中畑 和之

東北大学

大学院工学研究科および高等研究機構新領域創成部

准教授

小原

(国研)日本原子力研究開発機構

安全研究センター 材料・構造ディビジョン 兼 構造健全性評価研究グループ

材料・構造ディビジョン⻑ 兼 構造健全性評価研究グループリーダー

李 銀生

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.

良和

60

略語集
略語

和名

名称

CGR

亀裂進展速度Crack Growth Rate

EBSD

電子線後方散乱回折Electron Back Scattered Diffraction

EDS

エネルギー分散型X線分光法

Energy dispersive X-ray spectroscopy

FEM

有限要素法

Finite Element Method

HAZ

熱影響部

Heat-Affected Zone

IG/TG

粒内／粒外

Intergranular／Transgranular

ISI

供用期間中検査

In Service Inspection

KAM

カーネル平均方位差

Kernel Average Misorientation

LBB

破断前漏洩

Leak-Before-Break

SCC

応力腐食割れStress Corrosion Cracking

SEM

走査型電子顕微鏡

Scanning Electron Microscope

TEM

透過型電子顕微鏡

Transmission Electron Microscopy

TIG

タングステン不活性ガス

Tungsten Inert Gas

Copyright © Atomic Energy Association All Rights Reserved.