INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

104

エルボ管テーパ部の軸方向欠陥に対する超音波探傷試験条件の検討（第３報）- フェーズドアレイ探触子の最適化検討 Study…on…Ultrasonic…Testing…Conditions…for…an…Axial…Flaw…in…a…Taper…of…Pipe…Elbow…
on…Weld…Piping（III）-…The…phased…array…probe…specifi…cations…石田仁志（Hitoshi…Ishida）＊1

市来＊2
隆一（Ryuichi…Ichiki）

堤田

正一（Shoichi…Tsutsumida）＊3

要約
加圧水型原子炉（PWR）の１次冷却材管等に使用されている鋳造ステンレス鋼は，その柱状晶組織による超音波の散乱減衰，偏向が大きいため，配管外面からの超音波探傷試験は困難であるとされていた．INSS は大型２振動子探触子および自動超音波探傷システムを開発し，実機適用に至っている．しかし，この探触子では，配置が制限されるエルボ管テーパ部の内面にある
軸方向欠陥を探傷することが難しい．そこで，この軸方向欠陥に対して，探触子の配置可能な位
置から超音波を斜めに入射するスキュー探傷に対応するフェーズドアレイ探触子の振動子の寸法と配列を超音波探傷シミュレーションにより検討した．その結果，前後方向 32 列×左右方向 8 列の探触子による疲労き裂反射波の強度は，既存探触子（前後 16 列×左右 4 列）の約３倍となり，探触子の超音波波長に相当する深さ 14mm の疲労き裂検出の可能性を見出した．
キーワード…超音波探傷試験，鋳造ステンレス鋼，フェーズドアレイ技術，走査不可範囲，超音波探傷シミュ
レーション，スキュー探傷

Abstract
Casting… stainless… steel… used… for… the… primary… coolant… pipe… of… a… pressurized… water…
reactor（PWR）has…large…ultrasonic…scattering…attenuation…and…defl…ection…due…to…material…columnar…
structure,…so…it…is…diffi……cult…to…perform…an…ultrasonic…testing…from…the…outer…surface…of…the…pipe.…
INSS…has…developed…a…large…twin…crystal…probe…and…an…automatic…ultrasonic…testing…system,…which…
has…been…applied…to…actual…plants.…However,…it…is…diffi……cult…this…probe…to…detect…axial…defects…on…the…
inner…surface…of…the…tapers…of…the…elbow…pipes…that…the…placement…of…the…probes…is…restricted.…
Therefore,… the… dimensions… and… arrangement… of… the… elements… of… the… phased… array… probe…
corresponding…to…the…skew…scanning…for…this…axial…defect…with…angle…incident…from…the…accessible…
position… are… determined… by… the… ultrasonic… testing… simulation.… As… a… result,… it… was… found… that…
the… probes… with… 32… rows… in… the… front-rear… direction… and… 8… rows… in… the… left-right… direction… can…
detect…fatigue…cracks…with…refl…ected…waves…that…are…about…three…times…higher…than…the…existing…
probes（16…rows…x…4…rows）.…We…evaluated…the…possibility…of…detecting…a…fatigue…crack…of…14…mm…
that…corresponds…to…a…wave…length…of…ultrasonic…waves…used…for…the…probe.
Keywords…ultrasonic…testing,…cast…stainless…steel,…phased…array,…inaccessible…zone,……
ultrasonic…testing…simulation,…skewed…beam…method

1. は
 じめに

ち，これによる超音波の散乱減衰，異方性と結晶粒界を超音波が通過する際の偏向によって，超音波探加 圧 水 型 軽 水 炉（Pressurized… Water… Reactor，

傷試験において，信号強度低下による欠陥識別性のPWR）の１次冷却材管の溶接部は，供用期間中検低下や欠陥位置の誤認等を発生させる．結晶異方性査において体積試験として超音波探傷試験が要求さと結晶粒における超音波の散乱と減衰への対処とし（1）．この１次冷却材管には，鋳造ステンレスて，INSS は縦波，低周波数，送受信振動子の分割，鋼が使用されている．鋳造ステンレス鋼は，鍛造ス

集束型振動子を採用した大型２振動子探触子を開発

テンレス鋼と比較して非常に大きな結晶組織を持した．この探触子と自動探傷装置からなる，鋳造ス

れる＊ 1 （株）…
原子力安全システム研究所 技術システム研究所＊ 2 …元（株）原子力安全システム研究所 技術システム研究所＊ 3 …非破壊検査（株）

現…関西電力（株）

INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

テンレス鋼の１次冷却材管の超音波探傷試験システ
（2）
~
（8）

，実機の検査に適用させるに至っ

ムを開発し
（9）

ている

．

105

目し，軸方向欠陥の欠陥面に対して探触子の走査可能な位置から超音波を斜めに入射して探傷（以下，
スキュー探傷という）する技術の開発を行ってき配管系統を構成するために，直管とエルボ管が溶（13）．これまでに，超音波伝搬シミュレーショ
た（12）接され，その中にはエルボ管のテーパが溶接部にンにより，スキュー探傷の方法として，探触子の向隣接しているものがある．図１にテーパのある配

きはそのままに超音波のみを欠陥方向に入射する

管溶接部の断面の例を示す．体積試験範囲は，断Beam-skew 探傷に比べ，探触子を欠陥方向に向け

面において軸方向に溶接止端から両側にそれぞれて入射させる Probe-skew 探傷が適していること，

10… mm，板厚方向に配管外面から内面までの A-B-

その際の探触子の最適な位置を明らかにした．しかC-D（赤線）で囲まれ，周方向に全周の範囲である．

し，既存のフェーズドアレイ探触子を用いた実験にエルボ管のテーパ部などがあると，探触子を走査でよる検証では，欠陥の識別には至っていない．検出きない範囲（以下，走査不可範囲）が生じる．この性を向上させるための方策の一つとして，探触子仕ような走査不可範囲があっても，欠陥面が周方向に様の最適化がある．具体的には，欠陥に正対した位ある欠陥（以下，周方向欠陥）は，直管部に配置し置から探傷する場合よりも，欠陥に対して超音波をた探触子により斜角探傷が可能である．開発した超斜めに入射させて探傷する場合に長くなる路程に必

音波探傷システムは，このような周方向欠陥の検出

要な振動子の大きさを明らかにすることである．

（4）
（5）
．
が可能である（2）

そこで本研究では，斜め入射の路程に対して必要なフェーズドアレイ探触子の振動子の寸法と配列に

軸方向
A

板
厚
方
向

ついて，超音波シミュレーションにより検討した．

10mm

探触子

D

B

テーパ部
溶接止端部

C

内面
最接近距離
：体積試験範囲（A-B-C-D）

図１

2. 検
 討対象

配管溶接部の断面の例

図２に，フェーズドアレイ探触子の仕様を検討したテーパのある配管溶接部を示す．軸方向欠陥の中心があると想定した体積試験範囲の境界を，超音波探傷のねらいとする位置とした．探触子は，想定する欠陥に最も近づき探触子ホルダがテーパに接触する位置で，探触子の向きを欠陥に向ける

一方，欠陥面が軸方向にある欠陥（以下，軸方向

Probe-skew 探傷とした．Probe-skew 探傷のこれま欠陥）は，周方向において斜角探傷を行う必要があるが，探触子を欠陥面に正対して配置することがで

体積試験範囲きれば，探傷が可能であり，開発した超音波探傷シ（7）．
ステムにより軸方向欠陥の検出も可能である（6）しかし，軸方向欠陥が走査不可範囲にあるような場

軸方向欠陥合，欠陥面に正対して探触子を配置することができず，開発した超音波探傷システムのような従来の斜

スキュー角(Probe－skew角)角探傷法では探傷することができない．このような構造上接近または検査が困難な箇所の検査は免除（1）
果による評価等の代替措置を講じることが要求（11）
されている．原子力発電所のさらなる安全性向上の観点から検査が困難な箇所を低減し，残余のリスクを小さくすることが望ましい．

管の周方向されているが，記録を残し（10），類似箇所の試験結

エルボ
テーパ部

直管部

そこで，著者らは，欠陥面の凹凸により生じる散管の軸方向

乱波と欠陥端部に生じる回折波（端部エコー）に着

図２

検討対象とした探触子と欠陥の配置

INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

106

でに明らかにした最適な探触子位置範囲に相当する

Lw…：ウェッジ内の路程（mm）

Probe-skew 角 40°
，50°
，60°
の位置に探触子を配置

f… ：周波数（MHz）=0.5

し，想定欠陥までのそれぞれの路程から，探触子仕νt…：試験体の音速（m/s）=5770

様である振動子の寸法と配列を検討した．図中の探νw…：ウェッジの音速（m/s）=2350

触子の中心と欠陥の中心を結ぶ線分を配管表面に投

α… ：入射角

影した線と配管の周方向とが成す角を Probe-skew

β… ：屈折角角と定義した．

である．

3. 必 要な探触子寸法の検討（1）式の第１項は斜角探傷および振動子が矩形の場合の近距離音場限界距離であり，有効近距離音場

3.1 近 距離音場限界距離

限界距離は，第２項により斜角探傷の際に用いる
ウェッジ中の路程を差し引く．

フェーズドアレイ技術は，複数の振動子を配列し表１に，超音波探傷システムとして開発した大たアレイ探触子の各振動子の励振のタイミングを電型２振動子探触子（以下，既存探触子という）の子的に制御し，各振動子から発生する超音波を合成

Probe-skew 探傷の Probe-skew 角 40°
，50°
，60°
，周

して，任意の方向と距離に焦点を設定し，超音波を方向探傷，軸方向探傷，垂直探傷の屈折角，有効近集束させることが可能な技術である．フェーズドア

距離音場限界距離，各条件での路程 W を示す．

レイ探触子の振動子で構成される全体寸法と使用すprobe-skew 角 40°
，50°
，60°
での有効近距離音場

る周波数から算出される近距離音場限界距離内に，限界距離は，それぞれ 26mm，30mm，35mm と路

（14）
（15）

．

焦点を設定することが望ましい

程の 1/3 以下であった．欠陥位置で超音波が十分に前述の１次冷却材管の超音波探傷試験システム

集束していない可能性がある．しかし，軸方向探傷の大型２振動子探触子の配列した振動子の長さの場合の有効近距離音場限界距離 45mm は路程の半71.5mm，幅 24.7mm を基準に，これまではフェー分程度であるが，開発した超音波探傷システムによズドアレイ探触子の寸法を設定し，スキュー探傷のり周方向欠陥の検出が可能である（2）~（5）．このこと

最適化の検討を行ってきた．この基準とした寸法のから，有効近距離音場限界距離が欠陥までの距離よ

フェーズドアレイ探触子を，テーパのある溶接部

り短くても，欠陥を検出できる可能性があることがに対する異なる Probe-skew 角条件で使用する場合分かった．

の，実際の材料中で有効な近距離音場限界距離 Ne

3.2 必 要な探触子寸法（以下，有効近距離音場限界距離という）を次式（16）により求めた．

ܰୣ ൌ௞ሺ௅ౙ ୡ୭ୱ ఉΤୡ୭ୱ ఈ ሻమ ௙
ସఔ౪

െ

௅౭ ఔ౭

欠陥位置に超音波を集束させるために，その路程

（1）

ఔ౪

が有効近距離音場限界距離以下となうような探触子の配列する振動子の前後方向の長さは，（1）式からここで，
k… ：…近距離音場限界距離補正係数…

求められる .
振動子の寸法は，
既存探触子より大きくなり，テー（矩形探触子の縦横比による補正）

パに接触しないように配置するため，探触子と欠陥

Lc…：…配列した振動子の前後方向の長さ（mm）…

の幾何学的な位置関係が変化する．その結果，路程=…71.5はさらに長くなり，必要な振動子の大きさも大きく
表１

探傷方法
項目
β［°
］

既存探触子の有効近距離音場限界距離

スキュー探傷（probe-skew 角）
40°

50°

60°

周方向
探 傷

軸方向
探 傷

57.5

55.5

52.7

36.4

47.6

垂
探

直
傷
0

Ne［mm］

… 26

… 30

… 35

… 66

… 45

110

W［mm］

166

141

124

… 91

102

… 69

INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

なる．最も路程が短い probe-skew 角 60°
で，ウェッジを含むこの送受信探触子の寸法を長さ 253mm ×
幅 206mm まで大きくしても，有効近距離音場限界
距離は欠陥までの路程に至らなかった．
この寸法は，

107

ローブは現れる．位相が一つずれた m=1 の場合，
p ≧ λ の時，βg は 90°以下となり，グレーティングロー
ブが発生する．p ＜ λ では，式（4）を満足するような
βg はなく，グレーティングローブは発生しないが，これを使用する自動超音波探傷装置の大きさは，実超音波ビームの走査角度によって発生することがあることから，一般的に p ＜ 0.67λ ＝ 7.7mm が推奨さ機への搬入・据付，配管での駆動という点で，実用れている（17）．

に支障をきたす可能性が考えられる．

既存探触子の振動子ピッチは走査角度が大きい長手（前後）方向で p ＝ 4.5mm ≦ λ/2 ＝ 5.7mm を，走既存探触子（100mm × 100mm）の２倍以上大きく，

4. 振 動子寸法と配列の検討

査角度が小さい短手（左右）方向で p ＝ 6.3mm ≦4.1 振 動子の寸法

チおよびギャップは，既存探触子と同じとした．

0.67λ ＝ 7.7mm を満足していることから，振動子ピッ検討の前提とした装置に係る条件は，①…振動子
数はフェーズドアレイ装置の最大の接続，駆動数である 256 個，②…周波数は既存探触子と同じ 0.5MHz

4.2 振 動子の配列
既 存 探 触 子 の 振 動 子 と 同 じ ピ ッ チ（ 前 後 方 向
4.5mm，左右方向 6.3mm）およびギャップ（0.5mm）とした．
フェーズドアレイ技術は，探触子に配列させた振で，個数は既存探触子の 64 個以上，フェーズドア

動子からの超音波の位相を制御することによって，レイ装置の最大チャンネル数 256 個以下とし，異な超音波ビームを構成する．図３に示すように，ねらる振動子配列を検討した．

いとする超音波ビームとは異なる方向に，グレー

表２に，検討した振動子配列を示す．前後方向とティングローブと呼ばれる疑似的な超音波ビームが左右方向の振動子数すなわち開口幅／長さ比の異な構成されることがある．これは，振動子から発せらる組み合わせ８種類を検討した．既存探触子 No.0

れる超音波の複数の波面のうち，隣り合う振動子かの振動子の開口幅／長さ比 0.35 と同じで，振動子数

らの異なる波面によって主ビームとは別の波面が構が異なる探触子 No.1 〜４を選定した．さらに，振成されることによる．

動子配列の前後方向と左右方向における振動子数の次式に示す条件で，グレーティングローブの波面

影響を調べるために，開口幅／長さ比の異なる場合
として探触子 No.5 〜７を選定した．

が構成されるḟᘧ࡟♧ࡍ᮲௳࡛㸪ࢢ࣮ࣞࢸ࢕ࣥࢢ࣮ࣟࣈࡢἼ㠃ࡀᵓᡂࡉࢀࡿ㸬௠ఒ

（4）

 ߚ୥ ൌ ቀ ௣ ቁ, m=s1, s 2, ͐

探触子に使用する探触子ウェッジは，既存探触子(4 )の開口寸法（71.5mm × 24.7mm）とウェッジ外形ࡇ ࡇ ࡛ 㸪  g ࡣ ࢢ ࣞ ࣮ ࢸ ࢕ ࣥ ࢢ ࣟ ࣮ ࣈ ࡢ ୺ ࣅ ࣮ ࣒ ࠿ ࡽ ࡢ ゅ ᗘ表２
㸪 m 振動子配列の検討
ࡣ᣺ືᏊ㛫ࡢἼ
ここで，βg はグレーティングローブの主ビームから
m は振動子間の波面の位相のずれ，
の角度，
は波長，
㠃
ࡢ఩┦
ࡢ ࡎ ࢀ 㸪 λ ࡣ Ἴ 㛗 㸪 p ࡣ ᣺λ ືᏊ ࡢ 㓄 ิ ࣆ ࢵ振動子数ࢳࢆ♧ࡍ㸬
p は振動子の配列ピッチを示す．

図３に示すように，βg ＜ 90°で，グレーティング
振動子

振動子からの波面pl
主ビームの波面グレーティングローブ

bg

グレーティングローブの波面

主ビーム

図３

図3 グレーティングローブの発生

グレーティングローブの発生

16（… 71.5）
前後方向（開口長さ）p

左右方向（開口幅）

５６７８（振動子開口寸法［mm］） ４（24.7）（31.0）（37.3）（43.6）（49.9）
No.0
0.35
No.4

20（… 89.5）
24（107.5）

0.35

0.56

No.6

No.3

0.23

0.35
No.2

28（125.5）32（143.5）

No.7

0.35
No.5

No.1

0.17

0.35

上段：振動子配列番号，下段：開口幅／長さ比INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4108

寸法（100mm × 100mm）の関係と同じとした．最疲労き裂は，切断開放した鋳造ステンレス鋼の疲も大きい振動子配列番号 No.1 のウェッジ外形寸法，

労き裂面を３次元形状計測器により計測した凹凸

長さ 172mm ×幅 151mm は，既存探触子の 1.5 倍程を数値化してモデル化した．図４に疲労き裂のモ度である．この探触子の大きさであれば，必要な自デルを示す．形状は半楕円形で，長さ 50mm，深さ

動探傷装置は実機で使用可能な大きさになると考え14mm，間隙 0.5mm とした．

られる．

5. 超
 音波探傷シミュレーションによる
検討

外径 836mm，厚さ 69mm の直管の外表面に，前章で選定した８種類の探触子を，既存探触子と同じ

14mm

5.1 探
 傷条件

幅の探触子ホルダを保持し，テーパ部に最も近接できる位置に配置した．探触子は，探傷方向に向かって左側を送信用，右側を受信用とする左右分割型で

図４ある．周波数は 0.5MHz，波のモードは縦波とした．

疲労き裂のモデル

ウェッジのウェッジ角および屋根角は，探傷条件毎解析領域を１辺 0.2mm の８節点立方体要素で分に探触子と欠陥の位置から幾何学的に算出した．ま割した．図５に，解析モデルの例を示す．配置した

た，ウェッジの底面は配管表面に合わせた曲率を有探触子と欠陥の間を伝搬する超音波に影響のないする．

ことを確認して，解析領域を設定した．要素数は，検出対象に疲労き裂を想定し，使用する周波数の波長に相当し板厚の 20% となる深さ 14mm のき

最も解析領域の小さい No.0 で 5.4 億個，最も大きい
No.1 で 14.2 億個であった．

裂とした．疲労き裂は超音波の路程が最も長くなる

初期条件として，図６に示す送信波形に相当する

ように，探触子位置から最も遠い体積試験範囲の変位を送信振動子位置に，欠陥開口部中心位置に焦エルボ側境界が中心となる位置に，割れ面を軸方向点化するように，振動子ごとの遅延時間に応じて入として配置した．

力した．超音波が送信振動子から欠陥で反射して受Probe-skew 角は，既存探触子で最適と評価された範囲（13）の中間の 50°とし，配管内面の欠陥開口部中心に焦点を設定した．

信振動子まで伝搬するのに十分な時間の解析を行
なった．

5.3 解
 析結果と考察

5.2 モ
 デル化と解析方法

5.3.1 超 音波の伝搬状況

超音波伝搬解析を行い，スキュー探傷による欠陥までの超音波の伝搬状況と欠陥反射波の最大振図７に伝搬する超音波の分布を示す．送信探触子

幅値を調べた．解析には，超音波伝搬解析ソフトの中心と欠陥開口部中心と欠陥頂部の３点を結ぶ平（18）を使用した．

ComWAVE

面内の縦波を表す体積ひずみの最大振幅の分布を色ComWAVE に認定する材料物性値として，振動で示しており，送信振動子からの超音波ビームの形

子およびウェッジの縦波音速，横波音速および密度状に相当する．既存探触子を含め，欠陥開口部中心

3

3

3

を，2.35 × 10 …m/s，1.15 × 10 …m/s，1.05 × 10 …kg/
m3 に，同じく配管について，5.77 × 103… m/s，3.15
× 103… m/s，7.85 × 103… kg/m3 とした．振動子配列の有効性を調べることを目的としたため，材料は減衰のない等方均質材とした．

まで超音波ビームが形成されている．

INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

109

管の軸方向
管の軸方向
管の軸方向
242 mm

欠陥

送信振動子

欠陥
欠陥
242 mm 242 mm
送信振動子
送信振動子
受信振動子

受信振動子
受信振動子 側面視

管の軸方向

管の軸方向

242 mm

150 mm

xz

z

z

受信振動子
側面視

mm
送信振動子150 欠陥
x
z
受信振動子
正面視

正面視 正面視(1) 上面視側面視(1) 上面視(1) 上面視(1) 上面視150 mm
x

ウェッジ

z

69 mm

69 mm

y

69 mm

y

y

x

x

y x

x z

外面

外面
配管

配管y

x

y

z

x

(2) 側面視(2) 側面視zx(2) 側面視(2) 側面視

内面

配管

z配管

(2) 正面視

内面

内面

内面

z z

内面

(2) 正面視解析モデル例（No.0（振動子配列 16 ×４））(2) 図５正面視縦波に相当する体積ひずみの振幅，横軸は送信波発(2) 正面視(2) 正面視信後の経過時間である．受信信号波形において，入射点から欠陥開口部の中心までの伝搬距離に相当

0.5

振幅(arb. unit)

y

yz

z

(2) 側面視(2) 正面視

z

1.0

x

z

xy

x

ウェッジ 外面
ウェッジ 配管

x 外面

y

z

(1) 上面視 (2) 側面視

配管

外面

z

y

正面視

ウェッジ ウェッジ

y
内面
ウェッジ

x

69 mm 69 mm

外面
正面視(1) 上面視

69 mm

側面視

正面視

150 mm242 mm
x

欠陥
側面視
送信振動子
側面視

受信振動子

x
150 mm 150zmm 管の軸方向x欠陥242 mm

送信振動子する時刻（以下，欠陥中心の路程相当時刻という．
）
0.0

0

1

2

3

4

5

6

付近の信号を欠陥反射波と判断した．全ての探触子の解析結果において．この欠陥反射波と判断される信号が得られた．

-0.5

表３に，
８種類の探触子の受信信号の最大振幅値，-1.0

時間 (µs)

図６

送信波形

5.3.2 受 信信号

路程および有効近距離音場限界距離を示す．路程に対する有効近距離音場限界距離は１以下であり，必要な路程以下であるが，欠陥開口部中心まで超音波が伝搬していることは，図７に示した通りである．
図９には，総振動子数と最大振幅値の関係を示

図８に，探触子 No.1（振動子配列：前後方向 32

す．既存探触子 No.0 と同じ幅／長さ比で，No.4，3，×左右方向 8，以下 32 × 8 と記す．
）および探触子

2，1 の順に総振動子数が増加すると最大振幅値はNo.0（16 × 4）の受信信号波形の例を示す．縦軸は増加する．最も振動子数の大きい探触子 No.1 での

INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

110

左右方向

振動
子数

5

4

6

7

8

No.0

16
No.7

No.4

20
No.3

No.6

前
後
方
向

24

max

No.2

0

28
No.1

No.5

32

図７

0.3

超音波ビーム形状

0.25

欠陥中心の路程相当時刻

0.0
-0.1
-0.2
-0.3

0

20

40

60
80
時刻 (µs)

100

120

140

欠陥中心の路程相当時刻

0.00

No.0

0

0.1

50

100

150
総振動子数(個)

200

250

300

受信信号振幅

最大振幅値 0.197 が最も大きく，既存探触子 No.0 よ

-0.2
-0.3

No.4

図９

0.0
-0.1

No.2

No.7

No.6

0.10

0.05

0.2

No.5
No.3

0.15

(1) No.1（振動子配列32×8）
0.3

振幅 (arb. unit)

No.1

0.20

0.1

最大振幅値(arb. unit)

振幅 (arb. unit)

0.2

り振動子数の多いいずれの探触子も，既存探触子
0

20

40

60
80
時刻 (µs)

100

120

140

No.0 よりも大きな最大振幅値を得た．これらの値は，実際の試験体に導入した深さ 14mm の放電加工(2) No.0（振動子配列16×4）
図８（electric…discharge…machining,：以下…EDM とする）

受信信号波形

スリットを既存探触子 No.0 で検出できた探傷結果
表３

欠陥エコーの最大振幅値

探触子番号

No.…0

No.…1

No.…2

No.…3

No.…4

No.…5

No.…6

No.…7

最大振幅値［arb.…unit］

0.066

0.197

0.173

0.150

0.116

0.153

0.121

0.125

路程［mm］

141.0

196.4

179.5

167.8

155.9

166.4

155.2

176.2

有効近距離音場限界距離［mm］… 30.3101.7… 82.0… 62.2… 46.4119.2… 69.4… 42.4有効近距離音場限界距離／路程

0.215

0.518

0.457

0.370

0.298

0.717

0.447

0.241

INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

を，解析した場合の最大振幅値 0.108 より大きい．
このことから，既存探触子 No.0 より振動子数の多

111

参
 考文献

い探触子は，実際の鋳造ステンレス鋼試験体の深さ（1）… 発 電 用 原 子 力 設 備 規 格… 維 持 規 格（2012 年

14mm の疲労き裂を，欠陥コーナーエコーによって版）（JSME… S… NA1… –… 2012），日本機械学会，

検出できる可能性が推定される．

（2013）．

探触子 No.4（20 × 5）から左右方向に振動子数を（2）… 黒住保夫，“ 鋳造ステンレス鋼の超音波探傷増加させた No.7（20 × 8）の最大振幅値は，総振動検 査 技 術 の 開 発 ,”… INSS… JOURNAL，Vol.7,…

子数が No.7 より小さい No.3（24 × 6），
No.5（32 × 4）

p.159-171，（2000）．

よりも小さい．また，探触子 No.0（16 × 4）から

（3）
… 黒住保夫，“ 鋳造ステンレス鋼の超音波探傷に

前後方向のみに振動子数を増加させた No.6（24 ×おける結晶組織が超音波の入射角と欠陥検出

4），No.5（32 × 4）において，既存探触子 No.0 と同感度に与える影響 ,”… INSS… JOURNAL,… Vol.10,…

じ幅／長さ比で振動子数を増加させた場合と同等以

p.198-209，（2003）．

上に増加している．このことは，探触子の開口寸法（4）… 黒 住 保 夫， 石 田 仁 志，“ 新 開 発 自 動 超 音 波において前後方向の効果の方が大きいことを示して

探傷システムを用いた鋳造ステンレス鋼

いる．自動探傷装置の制限がある場合などに，探触中の欠陥検出感度およびサイジング特性 ,”…

子開口の前後・左右方向の寸法を検討する際に，有効な知見となる．

6. お
 わりに

INSSJOURNAL,…Vol.11,…p.182-197，（2004）．
（5）… 黒 住 保 夫，“ 鋳 造 ス テ ン レ ス 鋼 の 超 音 波 探
傷技術：鋳造ステンレス鋼試験片中疲労欠
陥 の 深 さ・ 長 さ 測 定 - 端 部 エ コ ー 法 に よる 深 さ サ イ ジ ン グ（ 寸 法 測 定 ）- ,”… INSS…

スキュー探傷の長い路程に適した振動子の寸法とJOURNALVol.12,…p.251-270，（2005）．

配列の影響を，超音波探傷シミュレーションにより（6）… 西川嘉人，石田仁志，黒住保夫，“ 鋳造ステン検討した．その結果，以下のことが分かった．
①……有 効近距離音場限界距離が路程以上となる
探触子の大きさは，既存探触子の２倍以上大レス鋼配管溶接部における軸方向き裂の大型探触子による検出性評価 ,”… INSS… JOURNAL,…
Vol.20,p.182-190，（2013）．

きく，これを保持する自動超音波探傷システ（7）… 西川嘉人，“ 鋳造ステンレス鋼配管溶接部にムは，実用に支障をきたす可能性のある大きおける軸方向き裂の大型探触子による深さサさにする必要があることがわかった．

イ ジ ン グ 性 評 価 ,”… INSS… JOURNAL,… Vol.… 21,…

②……Probe-skew 角 50 °条 件 の 超 音 波 探 傷 シ ミ ュ

p.163-169，（2014）．

レーションにより，フェーズドアレイ超音波（8）… 西川嘉人，“ 鋳造ステンレス鋼の超音波探傷

探傷装置で駆動可能な最大の振動子数である

技 術 の 開 発 状 況 ,”… INSS… JOURNAL,… Vol.22,…

前後方向 32 列×左右方向８列の探触子を用い

p.208-212，（2015）．

た場合，疲労き裂反射波の強度は既存探触子（16 × 4）の約３倍であることがわかった．
③……鋳造ステンレス鋼試験体の深さ 14mm の EDM（9）… 石田仁志，“ ステンレス鋳鋼超音波探傷試験シ
ステムの開発と実機適用 ,”… INSS… JOURNAL,…
Vol.25,…p.209-213，（2018）．

スリットを用いた測定試験とその超音波探傷（10）… 軽水型原子力発電所用機器の供用期間中検シミュレーションの結果から，既存探触子よ査における超音波探傷試験規程（JEAC4207-

り 振 動 子 数 を 大 き く す る と， 深 さ 14mm の2008），日本電気協会，（2008）．

疲労き裂を検出できることが推定された．

（11）… 実用発電原子炉及びその付属施設における破今後は，他の Probe-skew 角条件の検討により，壊を引き起こす亀裂その他の欠陥の解釈，令

実用上も最適な探触子の大きさを選定し，疲労き裂

和２年１月 15 日改正，原規技発第 2001159 号，を段階的に進展させることによって，深さ 14mm ま原子力規制委員会，（2020）．

でおよびそれ以上の深さの疲労き裂に対する検証を行う予定である．

（12）… 市来隆一，遠藤賢，堤田正一他，“ エルボテー
パ部の軸方向欠陥に対する超音波探傷条件…
の検討 ,”…INSS…JOURNAL,…Vol.26,…p.164-172，

INSS JOURNAL Vol . 28 2021 NT-4

112

（2019）．
（13）… 市来隆一，堤田正一他，“ エルボテーパ部の軸方向欠陥に対する超音波探傷条件の検討（第２報）,”… INSS… JOURNAL,… Vol.27,… p.197-205，（2020）．
（14）… 超音波による欠陥寸法測定編集委員会，超音波による欠陥寸法測定，共立出版，p.167,（2009）．
（15）… 日本非破壊検査協会，超音波探傷試験Ⅲ，p.71,（2017）．
（16）… OLYMPUS… NDT,… Introduction… to… Phased…
Array… Ultrasonic… Technology… Applications…
Olympus…NDT…Guideline,…p.50，（2006）．
（17）… OLYMPUS… NDT,… Introduction… to… Phased…
Array… Ultrasonic… Technology… Applications…
Olympus…NDT…Guideline,…p.112，（2006）．
（18）… 伊藤忠テクノソリューションズ，超音波伝播解析ソフトウェア ComWAVE,… http://www.
engineering-eye.com/ComWAVE/index.html