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超音波探傷器
管径：350〜700mm「実機用高性能多機能超音波探傷装置」

超音波を利用した新しい非破壊検査法―― 高精度・短時間での測定を可能に ――■ 超音波で金属内部の傷を見つける■ より高精度に、より短時間に■ 非破壊検査のニーズは拡大● ひとこと 材料科学研究所 構造材料評価領域 主任研究員 福冨 広幸

超音波で金属内部の傷を見つける
金属部材は、その使用状況などによって徐々に劣化し、傷などの欠陥が生じてくる可能性があります。このため、火力発電所や原子力発電所などの、配管と配管の溶接部分などについて、詳細な検査が行われています。しかし、金属部材内部の欠陥を調べるにあたっては、配管を破壊することなく行う「非破壊検査」でも、現状の技術では時間を要しています。材料が破損に至るまでの寿命をより正確に、またより早く推定することができれば、より高い信頼性の確保が可能になります。また、その各部材の交換時期を適切に把握することで、より信頼性の高い、合理的な運用・保守もできるようになります。
このため、電力中央研究所では、これまでよりも金属内部の傷などの欠陥を、短時間で精度よく測定可能な、超音波非破壊検査技術を開発しました。

■ 非破壊検査とは■ これまでの超音波検査法

発電設備などで用いられている配管などでは、金属内部の傷を検査するための超音波探傷検

最初は小さな傷が、次第に大きなき裂に進展し、査のうち、古くから行われているのは、一つの最後に破損に至る場合があります。このため、プローブ（センサー）で対象物全体を順次検査破損する以前の、初期の微小な段階での損傷をしていく「斜角探傷法」で、検査に非常に時間調べることが重要です。

がかかるという問題点がありました。

配管などを調べるためには、直接、配管などまた、「TOFD法」（Time of Flight Diffraction：の一部を切り出して検査を行う方法もあります

飛行時間解析の略）と呼ばれる方法では、超音が、その際には機器を一度分解しなければなり波が表面と内部の欠陥で反射して受信用プローません。このため、機器をそのままの状態で検ブに到達する時間の差から、欠陥を評価する際査が可能な「非破壊検査」が、現在では重要視に重要となる「欠陥の深さ」を精度良く検査でされています。

きますが、欠陥の「位置」を測定することは困

非破壊検査には、金属表面を検査する方法と難でした。

して、専用の塗料を使う浸透探傷検査や渦電流一方、検査対象物内部の任意の点に超音波ビーを発生させる渦電流探傷検査があります。また、ムを集中させて測定する「フェーズドアレイ法」

金属内部を検査する方法としては、超音波や放は、検査時間が非常に短く、また欠陥の「位置」射線を用いた検査があります。の測定精度は高いというメリットがありました。

送信用

TOFDプローブ

受信用

フェーズドアレイプローブ

単一振動子

超音波

超音波
探傷領域：
広い

：探傷領域

：欠陥

探傷領域：
狭い
溶接部

溶接部

図

TOFD法

（表面と内部の反射の時間差を利用して測定）

図

フェーズドアレイ法（内部の反射波を測定）

より高精度に、より短時間に■ 二つの方法を併用する■ 測定精度の検証

当研究所では、従来の方法よりも、より高い開発した欠陥判別手法の妥当性の検証を進め精度で、より迅速に、金属内部の欠陥を測定するために、実際のプラント配管を模擬した溶接ることを目指しました。

部の熱影響部（Heat Affected Zone：HAZ）の中

そこで、TOFD法による「欠陥深さの測定精度の良さ」と、フェーズドアレイ法の「欠陥位に、き裂欠陥を人工的に作った厚さ50mmの試験体を用いて、試験を行いました。

置の測定精度の良さ」、および「検査時間がかかこの結果、位置測定に関して、斜角探傷法でらないメリット」というそれぞれの長所を組みは一個所あたり約60分かかっていた検査時間を、合わせ、従来は別々にしか行われていなかった１分程度にまで大幅に短縮できることがわかりこれらの方法を同時に行って、欠陥を正確に把ました。

握することができる新しい評価プロセスを考案しました。

また、寸法測定についても、同じ時間の中で、高さ2〜10mmの金属内部にあるき裂欠陥を、±1.3mm（板厚に対して2.6％）以下の測定誤差で測定できることを確認しました。

き裂寸法（mm）
高さ
幅（2, 3.03） （0.2, 0.34）（5, 4.34） （0.2, 0.11）（10, 10.53） （0.2, 0.11）（設計値

内在模擬き裂実寸）

模擬き裂
溶接欠陥
溶接金属 粗粒域 細粒域

図

内在き裂評価用試験体のマクロおよびミクロ組織＊
測定誤差（mm）＊＊
寸法
位置
深さ 軸方向 周方向
1.44
TOFD法
─0.360.51
フェーズドアレイ法 0.39 0.35
TOFD法＋0.51
0.36 0.35
フェーズドアレイ法＊

平均二乗誤差図

母材＊＊

周方向溶接の場合

１．試験体の厚さ：50mm
２．内表面欠陥：・半楕円形状・寸法（mm）
深さ（a） 長さ（2c）
15
試験体断面
210
拡大図
315a525c
き裂状欠陥TOFD法とフェーズドアレイ法の併用による測定精度改善

非破壊検査のニーズは拡大■ 実用化に向けてこれら二つの方法を組み入れた「高性能多機■ 信頼性と合理性のキーテクノ
ロジー

能超音波探傷装置」を用いて、実際の発電所の非破壊検査の結果を基に、一層の事故防止を現場で、性能確認試験を行いました。

図ったり、部材交換をより計画的に効率よく実現在、より現場での操作性を高めるための改施するなど、今後のプラント運用・保守におい良を進め、さらに使いやすい実機用の測定装置て、信頼性を高めながらコストを低減していくを開発しています。
（表紙頁参照）

ためには、検査が必要とされる現場の作業個所において、より「正確」かつ「迅速」に検査することが、ますます重要となってきます。
当研究所は、今後も引き続き、より優れた検パソコン

プローブ実装ユニット
円筒試験体

２軸スキャナ 回転ステージ

スキャナ
コントローラ

査法を開発し、それらが実際の現場に適用されていくことで、プラントの運用に貢献します。

● ひとこと非破壊検査は、電気事３軸スキャナ

業のみならず、一般の化学プラントなど、さまざまな産業分野で、社会の超音波探傷器

信頼感を高めることと同時に、合理的なプラント

試験体
母材
フェーズドアレイ
プローブ

溶接部

母材ユニット
移動方向

材料科学研究所
構造材料評価領域
主任研究員

福冨
TOFDプローブ：プローブ実装ユニット

図開発した「高性能多機能超音波探傷装置」試作機■ 既刊「電中研ニュース」ご案内
No.403 CRIEPIのうごき 2004.10秋
No.402 極微量の組成や構造を明らかに広幸管理をするために、とても重要な技術です。
当研究所では、いろいろな測定技術のメリットを最大限活かして、精度良く測定するための研究を、試行錯誤で進めてきました。
これからも、本技術をさまざまな産業分野に展開していくことで、広く社会に役立っていきたいと考えています。

No.401
No.400

解明すすむ微量放射線の影響
瞬低対策用の解析ツールを開発

2004年12月28日発行〒100-8126（財）電力中央研究所 広報グループ
東京都千代田区大手町1-6-1（大手町ビル7階） TEL.（03）3201-6601 FAX.（03）3287-2863
http : //criepi. denken. or. jp/ E-mail : www-pc-ml@criepi. denken. or. jp

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古紙配合率100％の再生紙を使用しています