火力分野（第一検査部）の「売りの技術」
用についても 2006 年より独自に取り組んでいる。

火力発電所における検査技術

また、それ以外の超音波の各性質を利用した検査

社会は、持続的発展を目指す上で、電気エネルについても、各種取り組んできている。

ギーの安定供給を必要不可欠としている。また環境（3）

2. クリーピング波による探傷破壊を懸念して脱炭素化への動きもあり、エネルギーの効率的運用についての関心は高い。東日本大構造物に用いられている溶接部の形状も千差万震災以降、原子力発電所の稼働停止に伴う火力発別であり、JIS Z 3060「鋼溶接部の超音波探傷試験

電所の焚き増しによって、火力発電に対する依存度方法」などの探傷規格に基づいた探傷方法での傷のはさらに高まり、その中でも経済的で、かつ安定供検出が困難になる場合もある。この場合は、これら給が可能な石炭焚火力発電の役割は大きい。の特殊部位に発生する傷に対して、あらかじめモッ

ここでは、石炭焚火力発電を効率的に運用するクアップ試験を行い、探傷方法を確認している。一ために必要とされている検査と今後の取組みにつ例としてオーステナイト系ステンレス鋼の隅肉溶いて紹介する。

接部のルート部に発生するき裂を検出するための超音波探傷試験方法を、クリーピング波を用いた検1. 検査技術について査方法が、他の方法よりも傷の傾きの影響が少な

火力発電所におけるボイラの検査では、一般的く、最も検出性の高い手法であることが確認でき、には次の検査を実施している。

この結果に基づいて、実機において調査した結果、・ 浸透探傷検査（PT：Penetrant Testing）検出性に優れた手法であることを確認できた。

・ 磁粉探傷検査（MT：Magnetic Particle Testing）
・ 超音波探傷検査（UT：Ultrasonic Testing）
・ 放射線探傷検査（RT：Radiographic Testing）
これらは非破壊検査であり、ボイラ建設時の健全性確認、法令点検や自主点検でも採用されている。一般的にはこれらの非破壊検査により、傷の有無や傷の大小、超音波による肉厚測定等の検査が（a）射角探触子による一回反射法大部分を占める。当部では、こういった一般的な非破壊検査技術だけで検査、測定できないものに対して検査技術、検査手法を開発してきている。その中でも UT については、RT と同様に金属の内部の状況を把握するのに役立つ検査方法として着目され、その一つの手法であるフェーズドアレイ探傷（b）クリーピング波法

（1）
（2）法

図1

（UPA：Ultrasonic Phased Array）の実機への適—7—

試験対象部位と探傷方法の例
IIC REVIEW/2018/10. No.60

図 1 に対象とした溶接部形状と傷の形状およびさのほぼ等しい内層スケールと外層スケールから探傷方法の例を示している。傷は隅肉溶接部の構成されていることが確認されている。

ルート部から母材部側に発生したき裂である。ここのうち内層スケールは Fe、Cr を含むスピネル

れらの傷の探傷方法としては、横波斜角探触子に型酸化スケール、外層スケールはマグネタイトをよる一回反射法、クリーピング波法が考えられる。

主成分とする酸化スケールで構成されている。こ横波斜角探触子による一回反射法は、裏面で超れまで従来の低合金鋼では内面スケールの剥離や音波を一度反射させ、裏面からの反射波を傷に入浮き上がりは大きな問題となっていないが、高 Cr射させて探傷する方法であり、最も一般によく用系鋼のような高強度のフェライト鋼では数万時間いられている方法である。しかし、平板の表面に以内の比較的短期間の運用においても、スケール設けたスリットの場合と異なり、隅肉溶接ルートの剥離や浮き上がりが生じる場合があることが報部に生じるき裂では、コーナー反射（き裂の側面告されている。このため初めに UT による内面スと試験体表面で 2 回反射することで得られる反射ケールの付着形態の確認試験を実施した。

波）が生じにくく、き裂からのエコー高さは、き剥離・浮き上がりを確認するために、人為的に裂の傾きに著しく依存する。また、隅肉溶接部のスケール剥離部を加工した試験片を用いて実験室ルート部や止端部などから発生する妨害エコーと的に B- イメージ法により剥離の状況を検証した。の識別が難しくなると考えられる。したがって、本計測要領および画像の例を図 3 に示す。ここで B-探傷方法では、比較的大きく、単純な形状のき裂イメージ法とは波形の増幅強度をカラー諧調で変の検出を対象として適用するのが望ましい。

換し、探触子の移動ごとにカラーバーを積み重ね

3. 水蒸気酸化スケールの剥離、浮き上がりの（4）検出技術
実機で使用されたボイラ用鋼管（火 STBA28）の伝熱管内面に生成した水蒸気酸化スケールの断面マクロ観察結果を図 2 に示す。
低合金鋼や高 Cr 系鋼の内面スケール厚さは、厚図2図3実機で使用された火 STBA28 の伝熱管内面  に生成した水蒸気酸化スケール—8—

内面スケール剥離・浮き上がりの検証試験
結果て作成した画像を示している。スケールの剥離とUPA 法は、微小な素子を多数隣接して、電子的浮き上がり有無は、スケールが全体的に厚く付着に各素子を励起させることでリニアスキャン（直している中で、断続的に薄い付着となっている画線的に超音波ビームを移動させる走査）やセクタ像から判断が可能である。

スキャン（超音波ビームの屈折角を順次変化させスケールの剥離と浮き上がりの区別は当該部をることで行う扇状の走査）などが可能であり、こ含む周方向、軸方向操作などにより総合的な見地

れによって探触子を置いたまま高速でデータを取からの判断が必要なことがわかり、実機の剥離確り込み、傷を画像化して表示できる。この他にも、認の一つの判断手法として有望であると考える。

超音波ビームの幅を任意の深さに集束させる集束機能を用いることによって、狭いビーム幅で傷を（5）（6）4. 高 Cr 鋼の余寿命評価技術評価できて評価精度を改善できる。この UPA の優火力発電設備の主蒸気管や高温再熱蒸気管などれた長所を活用して、既に原子力プラントの SCCの高温蒸気配管は、運転中に高温・高圧環境下にの寸法計測や水力発電プラントの鋳鋼や鋳鉄部材さらされる。さらに、発電の高効率化のために、この寿命評価などに適用してきている。高 Cr 鋼を含れらの配管の設計温度と圧力は増大する傾向にあむ金属材料は、部材の損傷が進行していくと、ボり、従来の低合金鋼に代わり、高 Cr 量の材料が採イドやボイドが連結してマイクロクラックが発生用されるようになってきている。温度と圧力の上することになる。これらの発生具合を比較するこ昇に伴い、溶接熱影響部（HAZ）のクリープ損傷とで余寿命診断をすることが可能になる。

による配管のリークも懸念されており、計画的な図 4 に試験体形状を示す。試験体は火 SCMV28修理、交換を可能にし、効率的な発電設備の運用の溶接継手部から製作した厚さ約 60mm の狭開先の手助けのためにも、また、近年では母材およびクリープ試験体である。なお、試験体形状は実際溶接部のクリープ判断強度の低下が懸念されていの継手を模擬するため、外面の余盛りおよび内面ることからも、継手溶接部に対する健全性評価ののシーニング部を残したままの形状とした。また、重要性が高まってきている。このような状況から、クリープ試験条件は試験温度 650℃および 675℃、火力発電プラントの保守点検においては、より精試験応力 50MPa および 60MPa をそれぞれ組み合わ度の高い余寿命診断が求められており、IHI グルーせた条件とし、複数の試験体を用いて試験を行っプではその取組みの一つとして、UPA を用いたクた。なお、試験体には探傷側を表す - 側および +リープ損傷検出技術の研究開発をしている。

側の符号を便宜的に付けている。

図4

クリープ試験体形状—

9—

IIC REVIEW/2018/10. No.60

UPA の探傷には超音波の波長が同程度となるよ

図 6 にサンプル A の横波 UPA の探傷結果を示う横波 5MHz および縦波 10MHz の探触子を用いす。画像は - 側および + 側からの断面画像である。

た。UPA のスキャンパターンは図 5 に示す通りセ

寿命消費率 71％にて損傷による指示を検出し破断

クタスキャンとし、溶接部全体が確認できるように至っていることがわかる。なお、寿命消費率 71％な探触子配置とした。

では指示高さがなく、- 側と + 側では指示形状に大きな差はないが、寿命消費率 93％では、- 側からの探傷では一つの大きな指示形状を示し、一方、+側からは複数の小さな指示を示しており、- 側から反射しやすい性状、つまり + 側の開先面に沿った面状の損傷であることが推測できる。
寿命消費率 70％程度から指示を検出し 95％付近から急激に指示が大きくなる結果となった。寿命消費率に対する指示高さの傾向については、継手仕様によっても異なると考えられるが、寿命予測を行う上では、UPA は損傷の変化や状態を確認す図5ることができる有用な検査技術であるといえる。

探触子配置

注：クリープ試験条件 675℃× 50MPa
図6

クリープ試験体の横波 UPA 探傷結果（断面画像比較）—10—

5. 渦電流探傷検査のボイラへの適用

参考文献

ファイヤークラックは火炉内が高温となり、熱（1） 芝田三郎、船戸一寛：フェーズドアレイ法によ

疲労と腐食環境により発生する外表面割れである欠陥検出技術、IIC REVIEW、Vol.33、2005/04、り、主に炉壁管の円周方向に連続的に発生し進展

pp.27-35する。従来この検査には MT 検査が採用されてい（2）芝田三郎、梶ヶ谷一郎、中川博勝：フェーズ

るが、火炉内全面を検査するとなると、前処理をドアレイ法による複雑な裏面形状を有するボ含め多大な労力を要し、定期検査の工期短縮の観イ ラ 配 管 の 割 れ 探 傷 技 術、IIC REVIEW、点からも改善しなければいけない項目である。

Vol.39、2008/04、pp.11-19

当部では、粗探傷として渦電流探傷検査（ET：（3） 芝田三郎、梶ヶ谷一郎：縦波斜角モード変換

Eddy Current Testing）を実施し、損傷程度の著しい法による SUS304 隅肉溶接部のルート部き裂箇所に対してのみ、精密探傷である MT 検査の適の探傷技術、IIC REVIEW、Vol.36、2006/10、用を検討している。図 7 は、健全管とファイヤー

pp.9-16クラック管の相違が確認されている。この精度を（4） 梶ヶ谷一郎、大黒光喜、田中丸天兵 : ボイラ用高めると共に定性評価である ET 検査も、条件を限高 Cr 系伝熱管の非破壊検査・計測によるクリー定することにより定量評価をするため、引き続き

プ寿命評価法の検討、IIC REVIEW、Vol.54、検討する。

2015/10、pp.19-30（5）畠中宏明、長沼隼人、菅井孝郎、荒川敬弘、

文責

柳原有紗、野瀬裕之、田上稔：高 Cr 鋼溶接部
検査事業部
兼

クリープ損傷評価の信頼性向上に関する検副事業部長

第一検査部長討、IIC REVIEW、Vol.47、2012/04、pp.25-30

庄野 統夫（6） 引地達矢、梶ヶ谷一郎、齋藤規子、中川博勝、
塩田佳紀 : フェーズドアレイ法を用いた高クロム鋼溶接部の余寿命検査技術、IIC REVIEW、Vol.57、2017/04、pp.12-17（a）健全配管（b）ファイヤークラック管

図7

ファイヤークラックと ET 信号例—11—

IIC REVIEW/2018/10. No.60