平成10年度 研究朝告 大分県産業科学技術センター

超音波探傷を利用した配管の外面腐食検査
高橋芳朗＊。岡林裕司＊＊・下郡貴久＊＊＊材料開発部・＊＊新日本非破壊検査株式会社‡n8peCもion払r SⅦp即鮎ies Corrosion piping by Ul七柑Sonie T朗ting
Yoshiroh TAXAHASHI＊，YujiOKABAYASHI＊＊and Takahisa SHIMOGORI＊＊＊MaterialDevelopment Divisionand＊＊shin Nippon Non Destructive‡nspection CoHLtd．
要旨

化学工場などのプラント内に設置されているSGP配管50Aで問題になっている外面腐食の検査方法として，可変角探触子を使用した反射法，板波探触子を使用した透過法および斜角探触子を使用した透過法の適用について模擬欠陥を用いた検討を行った．その結果，可変角探触子を使用した反射法iこよる検査では，超音波の最適入射角度を390，腐食部と探触子間との距離を125mm以下かつ腐食深さを2．Omm以上とした条件で，腐食部からの反射エコーを十分に検知することができた．板波探触子を使用した透過法による検査では，探触子間の距離が100mmの時においてのみ超音波の減衰を確認することができた．斜角探触子を使用した透過法による検査では，探触子の角度450 および60〇，探触子間の距離100m恥 探触子の周波数5MHzの時に超音波の減衰が明確であることが分かった．また，腐食深さと超音波の減衰量との関係にある一定の関係があることから，SGP配管50Aの外面腐食検査方法として，斜角探触子を使用した透過法による検査が最も適していることが分かった．

1．緒言

は底面からの反射エコーを検知することで欠陥部（腐食部など）の位置や大きさなどを調べる方法である．

化学工場などのプラント内に設置されているSGP配板波は薄板の両表面を対称および斜対称に振動させな管50A（板厚t＝3．8mm）は，その多くが架台上に設置がら伝搬する波1）であるため，欠陥部（腐食部など）かされており，配管と架台との接触部に雨水などが浸入らの反射エコーを得ることができる．この反射エコーすることで発生する外面腐食が問題となっている．腐から欠陥部（腐食部など）の位置や大きさなどを推定

食部の非破壊検査方法として，垂直探触子を使用したすることができる．また別の方法として，透過法によ残肉厚測定やディプスゲージを使用した腐食深さ測定

り超音波の減衰量から探傷する方法がある．透過法となどがある。しかし，配管と架台との接触部では，垂は，探触子を超音波パルスの送信部と受信部との2つに直探触子やディプスゲージを直接当てることができず，分け，欠陥部（腐食部など）が中心となるように配置

配管をクレーンで吊り上げて腐食部のスケールを除去し，超音波の減衰量から残肉厚を推定するものである．

してから検査を行わなければならない，また，限られ本研究では，外面腐食を想定して模擬欠陥を施したた時間内で全て検査し，危険な箇所が発見された場合

SGP配管50Aを用いて，上述した可変角探触子を使用は配管の取替えも行わなければならない．よって，検した反射法，板波探触子を使用した透過法および斜角査を請負う側に相当の労働負担がかかるとともに，検探触子を使用した透過法の外面腐食検査への適用につ査を依頼する側にも相当の費用負担がかかることとないて，探触子屈折角，周波数，探触子間距離などの条る．そこで，工期短縮，労働力削減，検査費用節約な件から検討を行った．

どを目的として，配管を吊り上げずに検査を行うこと2．実験方法のできる新しい方法の確立が求められている．

超音波を用いた検査方法の中で垂直探触子を使用した残肉厚測定以外に考えられる方法として，薄板中に2．1実験装置伝搬する板波を利用した反射法がある．反射法とは，本研究では，以下の探傷器，探触子および接触媒質試験体内部に超音波パ′レスを送信し，試験体内部またを用いて試験を行った．

−76−

平成10年度 研究報告 大分県産業科学技術センター
探傷器；クラウトクレーマー綿製採傷暑算USl〕・15型板厚）×（探触子の周波数）および超音波の入射角度に依探触子：㈱技研製作所製可変角探触子

存する2）．そこで，実採傷に板波を通用する場合は，試（2ZlOx20VA型）

験体への超音波の入射角度および試験体の板厚，探触子の周波数などの条件を十分に検討する必要がある．

新日本非破壊検査㈱製横波探触子

よって，今回の実験では可変角探触子の周波数は2MH（P204型）z，試験片の板厚はt＝3．8mmの固定値であるため，超クラウトクレーマー淋製斜角探触子

音波の入射角度を変化させて最適値を測定した．

（2Z8Ⅹ9A45型7 5ZlOxlOA45型）
三菱電機㈱製斜角探触子

具体的には，試験体端部を反射板として，入射角度（2ZlOxlOA45型，5ZlOxlOA45型，と反射エコー高さとの関係を調べた．㈱技研製作所製

2ZlOxlOA60型，5ZlOxlOA60型）可変角探触子（2ZlOx20VA型）を試験体端部から150〜500mmの位置に順に配置し，探触子のくさび平におけ

接触媒質：グリセリン

る超音波の入射角壁を1G 〜640（最高値）まで10 ピッチ
2．2 実験試料の作製で変化させ，試験体端部からの反射エコーが明確に得Fig．1に模擬欠陥を施した試験体の形状を示す．本研られた時の入射角度を測定した．次に，上記によって究で使用する試験体は，実際に現場で外面腐食が問題求められた入射角度でめ1．0，5．Ommのドリル穴を探傷となっているSGP配管50A（板厚t＝3．8mm）とする．

し，最も傷の識別性が良かった角度を最適入射角度とそれぞれの試験体iこは深さ0ふ1．0，1．5，2．0，2．5mした．また，上記最適入射角度を用いて，腐食によるmの腐食による減肉を想定した模擬欠陥を機械加工に減肉を想定した模擬欠陥と探触子間との距離を変えたより施しており，腐食と貫通した孔食を区別するため超音波探傷試験を実施した．Fig．2に探触子配置図を示

iこ￠1．0，5．Ommの穴を別途機械加工により施している．

す．また，本実験では腐食部の中心を原点に配管の径

ただし，試験体の長さは800mmとする．

方向をⅩ軸，配管の軸方向をY軸として、Y軸のみを変化させて測定を行った。
探触子円※断面図

巨※ヤ軸 圭深さ ＝0．5mm
Y＝125mmF主g．2 探触子配置園（反射法）
2．3．2 板波探触子を使用した透過法による検査

Fig．1試験体形状

新日本非破壊検査㈱製板波探触子（P204型）を使用
2．3 実験方法

して，送信部と受信部との間隔を100mmおよび200m

2．3．1可変角探触子を使用した反射法による検査

mと変化させた時の超音波の減衰量を測定した．ただ超音波の伝搬様式の1つである板波は，縦波や横波がし，超音波の減衰量は各配管から得られる無欠陥部のジグザグに反射され，相互に重畳されて生じる．また，透過エコー高さおよび腐食部の透過エコー高さを測定

板波の伝搬様式には板の両表面を対称に振動させながし，その透過エコー高さの差より算出している．また，ら伝搬する対称モード（sモード）と板の両表面を斜対ドリル穴との比較により，腐食形態の識別が可能か確

称に振動させながら伝搬する斜対称モード（aモード）認を行った．の2つがあり，縦波や横波のように各材料中に一定の音

Fig．3に探触子配置図を示す・ただし，探触子は腐食部を中心として配管の軸方向に配置している．

速を持っておらずモードにより音速が著しく異なることが知られている．よって，板波の音速は，（試験体のⅦ77−平成10年度 研究親告 大分県産業科学技術センタ・−−1二．

また7 予備実験として，各人射角度における超音波（板波）の音速を求めた．Tabl￠2にその結果を示す．
音速の測定は探傷器の音速測定機能を利用し，試験体端部を反射源として探傷器の音速を調整し，試験体端部からの反射エコーが実際の位置に現れるように調節∴i二．

探触子間隔100mmor200mm
Fig．3 探触子配置園（透過法）

Table2 各入射角度での音速測定値

2．3．3 斜角探触子を使用した透過法による検査

超音波の減衰豊から腐食部の形状，深さなどを推定するため，クラウトクレーマー㈱製斜角探触子（2Z8Ⅹ
9A45型，5ZlOxlOA45型）および三菱電機㈱製斜角探触子（2Zユ0Ⅹ10A舶型，5ZlOxlOA45型，2ZlOxlOA60型，5ZlOxlOÅ60型）を使用して，Tablelに示すよう次に、超音波の最適入射角度を390 とし，腐食によに探触子の屈折角，周波数，探触子間距離の組み合わる減肉を想定した模擬欠陥を探傷した時の探傷波形をせを変えた最適条件の検討を行った．ただし，探触子

Fig．4に示す，この結果より，腐食深さが2．0，2．5mm

ほざig．3に示すように，腐食部を中心として配管の軸方の時，模擬欠陥から得られる反射エコーがFの位置に向に配置している．

現れることが分かった。しかし，腐食深さが1．5mmになると模擬欠陥からの反射エコーは確認できず，腐食Tablel深海魚件†屈折角（C）深さが0鼠 j‥Ommの時にも同様の結果が得られた．よ周波数（M勒探触子間隔（mnl）って，腐食深さが2．Omm以上あれば，模擬欠陥と探触子間との距離が125皿皿離れていても検出が可能である

u 胆 ざJn10〔き5200

臨 ‖200 fH

ことが分かった．また，腐食深さ2．5mmの時の反射エ100

コーが腐食深さ2．Ommの時の反射エコーに比べて低く現れているが，これは探傷する配管の裏面の状況や板厚の微妙な変化によるものと考えられる．
以上の結果から，検波を利用した可変角探触子によるSGP配管50Åの外面腐食検査は，探傷条件に制限はあるものの，十分に適用の可能性があることが分かった．よって，今後は現場での実証試験により，実験データとの相関性を求めることが必要となる。

3。実験結果及び考察

3．2 板波接触予を使挿した透過法による検査
Fig．5に探触子闇距離100m恥 腐食深さ2，5ヱnmの時3．1可変角探触子を使用した反射法による検査の探傷波形を示すヶ（a）図は腐食部の探傷波形，（b）図は可変角探触子を用いた超音波の最適入射角度を測定無欠陥部の探傷波形を示している．この結果より，腐した結果，試験体端部からの明確な反射エコーは探触食により超音波が減衰し，透過エコー高さが低くなっ子のくさび中iこおける超音波の入射角度が20∵390，ていることが分かった．また，波形右上に表示されて530，600 の時に得られることが分かった．また，これいる借が超音波の減衰量であり，（b）図の無欠陥部の透らの入射角度で￠1ラ 5mmのドリル穴を探傷した緯果，過エコー高さを基準に何dB低下したかを測定すること

入射角度が39〇 の時に最も高い反射エコーが得られた．

ができる．

よって，腐食による減肉を想定した模擬欠陥の検出に

このような方法を用いて，探触子間距離を100mmおおける超音波の最適入射角度は390 であることが分かよび200皿mと変化させた時の各腐食深さに対する超音−78−平成10年度 研究朝告 大分県産業科学技術センター

腐食深さ（mm〉
0123三「事義『厄て（a）腐食深さ：2．5mm Y＝125mm（a）探触子闇路離：100mm
腐食深さ（mm）
1220ウ︼︵ロp︶

46

嘲髄楽︹む仲）腐食深さ：2．Omm Y＝125mm

0−1仲）探触子間距離：200mm

Fig．6 腐食深さと超音波減衰量との関係波の減衰量を算出した．Fig．6にその結果を示す，
上記の結果よりラ 探触子間距離が200mmの時よりも100mmの時の方が腐食による超音波の減衰が明確であり，ある一定の傾向を持つことが分かった．このこと（C）腐食深さ：1．5mm Y：＝125mm

は，超音波が試験体中を透過する過程で干渉され減衰することに関係しており，その畳も探触子間距離が大きくなると増加し，腐食による超音波の減衰との相互Fig．4 模擬欠陥から得られる反射エコー作用により検出が困難になるものと考えられる．

また，Fig．7に￠5mmのドリル穴を探触子問距離100mmで採傷した時の結果を示す．この結果より，腐食部は無欠陥部に比べ約2dBの透過エコー高さの低下が認められた．しかし，波形形状から腐食による減肉とドリル穴を見分けることは困難であった．

よって，板波探触子を使用した透過法によるSGP配管50Aの外面腐食検査は，探触子間距離を100mmとした時に腐食による超音波の減衰量にある一定の関係が（a）腐食部の透過エコー （b）無欠陥部の透過エコ血得られたため，現場で実証試験を繰り返すことで十分Fig，5 板波探触子を使用した深海波形例に適用の可能性があるものと期待される．

（腐食深さ：2．5m吼 探触子開法艶：100mm）∬79一平成10年度 研究報告 大分県産業科学技術センター

ト， −2〔）

腐食深さ （mm）之、邑 23、a虎㌍ −2．伽告

5両

000．5

11．5

22．5330ti卜自貞一UIDTH︵≡エ摘鹿褒60．⑳8ⅧEqS KEV富 戸噂」E

ガマ

岩も（a）￠5mmドリル穴部の透 仲）無欠陥部の透過エコが

5∩︺
l l▲

白一言T白RT
4①．QQ肺過エコー

Fig．7板波探触子を使用した￠5皿mドリル穴の探侮波形（探触子問題離：100mm）
Fig．9 腐食深さと超音波減蓑量との関係
3．3 斜角探触子を使用した透過法による検査（屈折角：600，周波数：5MHz，探触子間距離：100mm）

探触子の屈折角，周波数，探触子間距離の組み合わせを変えた最適条件の検討を予備実験で行ったところ，

00．5

腐食深さ （mm）
11．5

22−5屈折角が450 ぉよび60〇′，周波数が5MHz，探触子間5距離が100mmの時に腐食による超音波の減衰が明確に

01ー〇Fig胤こ屈折角60〇 周波数5M‡iz，探触子間距離100・腐食部の探傷試験を実施した．

−︵等︶梱髄壌現れることが分かった．よって，この条件をもとに各2mmの条件で，腐食探さ2．5mmの模擬欠陥を探傷した

2∩︺時の結果を示す．この結果より，腐食部の透過エコー高さは無欠陥部の透過エコー高さとあまり差がないこ5とが分かった．しかし，腐食部の透過エコー高さは探傷感度を30d王i上げているので，実際には無欠陥部と33．

ぎig．10 腐食深さと超音波減衰量との関係2d王〕の透過エコー高さの差があることに注意を要する．

（屈折角：45∵周波数：5M‡iz，探触子問題離：100mm）
また，これらの結果と比較するため，Fig．11に屈折角60〇、周波数2M‡iz，探触子闇距離200mmの条件で，各腐食深さに対する超音波の減衰量を算出した結果を示す．この結果より，腐食深さに関係なく腐食による超音波の減衰は明確に得られたものの，腐食深さと超音波の減衰量との問にある一定の関係を見出すことは（a）腐食部の透過エコ岬 （b）無欠師部の透過エコーできなかった．よって，斜角探触子を使用した透過法

Fig．8 斜角探触子を使用した探傷波形例による検査は横波探触子を使用した場合と同様に，探（探触子展折角：600，探触子周波数：5MHz，触子間距離が200mmの時よりも1C10mmの時の方が腐腐食深さ：2．5mm．探触子聞達離：100mm）

食による超音波の減衰傾向を明確に得ることができる．

Fig．9に屈折角600，周波数5MHzラ 探触子間距離100

さらに，周波数が高くなると減衰係数が大きくなる3）こmmの条件で，各腐食深さに対する超音波の減衰量をとに起因して，周波数は2MHzより5M壬izの方が腐食iこ算出した結果を示す。また，Fig．10に屈折角45C，周波よる超音波の減衰が明確であることが分かった．

また，Fig．12に屈折角60∵周波数5MHz，探触子間数5MIiz，探触子間距離100mmの条件で，各腐食探さに対する超音波の減衰量を算出した結果を示す．これ

距離100mmの条件で￠5mmのドリル穴を探傷した時らの結果より，腐食深さに関係なく腐食による超音波の減衰が明確に得られ，腐食深さと超音波の減衰量との結果を示す．この結果より，腐食部は無欠陥部に比べて約3dBの透過エコー高さの低下が認められたが，の間にある→定の関係が成り立つことが分かった．

板波探触子を使用した場合と同様に，波形形状から腐ー80−3平成10年度 研究朝告 大分県産業科学技術センター

食による減肉とドリ／レ穴を見分けることは困難であっ

4．緒言

．

配管の外面腐食検査に各種超音波探傷技術の適用を腐食深さ （mm）
0．5011．522．5

試みた結果，以下のことが分かった．

3（1）可変角探触子を使用した反射法によるSGP配管500Aへの超音波の最適入射角度は39C である．
．

（2）可変角探触子を使用した反射法によるSGP配管50
弓 −10Aの外面腐食検査は，腐食深さが2．Omm以上かつ抽腐食部と探触子間との距離が125mm以下の条件で㈱ −15 儀腐食部の検出が可能である．
（3）板波探触子を使用した透過法によるSGP配管50A

一20の外面腐食検査は，探触子間距離が100mmの時に−25明確に腐食部の検出が可能である．
Fig．11腐食深さと超音波減衰量との関係（4）斜角探触子を使用した透過法によるSGP配管50A（屈折角：60∵周波数ニ2MHz，探触子間距離：200皿皿）の外面腐食検査は，屈折角450 および60C，周波数5MHz，探触子間距離100mmの条件で腐食深さに関係なく腐食による超音波の減衰が明確に得られ，腐食深さと超音波の減衰量との間にある一定の関係が成り立つことが分かった．
（5）斜角探触子を使用した透過法によるSGP配管50Aの外面腐食検査は，垂直探触子やディプスゲージなどを用いた従来の検査方法に変わる新しい検査（a）￠5mmドリル穴部の透 仲）無欠陥部の透過エコー方法として最も有力なものと期待される．よって，過エコー

今後は現場での実証試験を行うことで，実験デー

Fig．12板波探触子を使用した￠5mm

タとの相関性を求めることが必要である．

ドリル穴の探鳥波形（6）腐食による超音波の減衰波形から腐食による減肉（屈折角：600，周波数：5MHz，探触子開運離：100mm）とドリル穴を見分けることは困難であった．

以上の結果から，斜角探触子を使用した透過法によ

参考文献

るSGP配管50Aの外面腐食検査は，屈折角45C および

1）藤森房雄：やさしい超音波の応用，P．14

600、周波数5MHz，探触子問距離100mmの条件で腐食

2）新日本非破壊検査株式会社技報Vol．11，P．16

深さに関係なく腐食による超音波の減衰が明確に得ら

3）超音波探傷試験Ⅱ（日本非破壊検査協会），P．5

れ，腐食深さと超音波の減衰量との間iこある一定の関係が成り立つことが分かった。また，この方法による検査は可変角探触子を使用した反射法による検査および板波探触子を使用した透過法による検査に比べて，より一層明確な腐食による超音波の減衰傾向を示していることから，垂直探触子やディプスゲージなどを用いた従来の検査方法に変わる新しい検査方法として最も有力なものと期待される．よって，今後は現場での実証試験を行うことで，実験データとの相関性を求めることが必要である．

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