技術紹介

新 UT（PhasedArray 法、TOFD 法）技術の実機適用状況
船戸 一寛 *

芝田 三郎 **

Kazuhiro Funato

Saburou Shibata

新 UT 技術と言われている PhasedArray 法や TOFD 法の実機工事への適用状況を紹介する。PhasedArray法や TOFD 法は通常 UT とは表示方法が異なり、PhasedArray 法は多振動子を電子制御し受信した信号を画像化するので優れた描写力を有する。一方、TOFD 法は固定角探触子を対向配置して内部きずからの回折波を受信して特有の縞模様画像を得る、きずの高さ寸法測定に優れた手法である。当社ではさまざまな産業分野で客先からの多様なニーズに応じて、これら新 UT 技術の最適手法を提案している。
キーワード：プラント、産業機械、NDI、超音波探傷、PhasedArray 法、TOFD 法

状況を紹介する。

1．はじめに

2．PhasedArray 法の概要

UT（超音波探傷）は発電プラント、化学プラ
ント、航空／宇宙、船舶、橋梁、産業機械などさPhasedArray 法は、医療分野で結石や胎児の診まざまな産業分野で製品の信頼性を高める技術と断に使われているエコー診断装置の技術を工業分して古くから適用されてきた。しかし、従来法野に応用したものである。その原理は超音波の振UT は、一般的に記録保存性に乏しく探傷波形お動子を複数（16 ～ 128Ch）ならべて配置した探よび探触子の位置関係で判断するため専門知識や触子に電子制御で時間差をつけて励起することに経験が必要であり、検出性や検査精度は検査員のよりビームの向きを制御し、受信した信号を画像技量に負うところが多かった。

化するもので、検出能力や精度は原子力配管の溶

近年、コンピュータの急速な発展に伴い、溶接接部欠陥サイジング、その他構造物の検査などで金属内部のきずの描写性や検出精度に優れる実証済である。

PhasedArray 法 や TOFD 法 な ど の 画 像 化 UT も 数

装置は従来型 UT 装置と同等以下に小型化され多く適用されるようになってきている。本稿ではており、かつ装置単体でデータ処理まで可能である。

新 UT 技 術 と 言 わ れ て い る PhasedArray 法 や従来の平板振動子を用いた探触子では、材料中TOFD 法を用いて実施している実機工事への適用を超音波が伝搬するに従って超音波ビームは拡散＊検査事業部 技術部 課長＊＊ 元 検査事業部 技術部 （現株式会社アデルコ）—

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探傷を行うと隣接するきずを分離できず、大きなPhasedArray 法はビーム角度を電子制御したセな一つのきずと過大評価する場合も生ずる。

クタスキャンと左右走査の組み合わせで画像化す

また、従来 UT の通常の探傷感度での探傷は、るので一軸のエンコーダなどを用いるだけでよ選定した固定屈折角での探傷であるため、きずのく、装置が簡易になり、かつ複雑形状にも対応可

傾きによっては十分な反射エコーがえられず、ま能である。ダイナミックフォーカシングを用いる

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図１ 超音波 PhasedArray 法の概要—

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ので、きずの深さに対して最も超音波ビームが細はエンコーダ位置信号と合成することによって、くなる条件で探傷し、きずの鮮明な像を短時間にTOFD 法特有の縞模様（円弧模様）画像が得られ得ることができる。従って、隣接するきずの分離る。それら模様の検出された位置および時間からが容易になり、欠陥全体像の把握ができ欠陥情報

欠陥寸法を求める探傷法で圧力容器、配管、そのを精度良く測定できる。

他構造物の検査などで主に欠陥高さのサイジング要求がある部分に適用されている。

3．TOFD 法の概要

装置は当初、外国製であったが現在では国産品

TOFD 法は Time of Flight Diffraction（飛行時間も開発されて低価格化も進み、TOFD 法の適用範

差超音波探傷法）と呼ばれ 1970 年代に英国で開囲が拡大しつつある。検査要領、判定基準につい発された超音波探傷技術である。探傷要領は同一ても BS、ASME、JIS などの規格が整備され一般屈折角を持つ送・受信探触子を同一探傷面に探傷的な検査技術となりつつある。

部を挟んで対向配置し、平行又は直交方向に走査

TOFD 法は固定角探触子の組合せで走査するたしてきずからの回折波（散乱波）を時間、あるいめ選定した屈折角にもよるが、一度の走査で探傷

図2

超音波 TOFD 法の概要—

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可 能 な 検 査 範 囲 は 概 ね 50mm 程 度 で あ る た め発、 検 証 試 験 な ど に も 積 極 的 に 取 組 み

100mm を超えるような厚板では交軸点（探触子

PhasedArray 法の適用範囲を拡大している。

間距離）を変化させて複数回走査しなければ全厚（2）火力発電の検査範囲を探傷できない。また、きずからのエ

火力発電用ボイラは、高温高圧下で長時間使用

コーは面反射波ではなく回折波を受信するが、回されることからクリープ損傷の発生に注意しなけ

折波は微弱信号のため高感度探傷となり金属組織ればならず、主に、主要配管の溶接継手を対象との影響などでノイズが多く、識別困難な場合もあして微視的損傷にはノイズ分析法を、巨視的損傷るので適用する場合は材質や金属組織に注意するには TOFD 法を適用し、適用実績は多い。

必要がある。

中でも TOFD 法は、微視的損傷が連結して面状きずとなった損傷が大きく成長する前に検出する

4．実機工事適用状況紹介
4.1

手法として位置づけて実施しているが、これまで発電プラント分野面状きずが検出された例はない。

（1）原子力発電

また、大口径の高温高圧配管だけでなく小口径国内の原子力発電設備では安全性を重視するた管の損傷にも TOFD 法を適用している。小口径管め 定 期 的 に 供 用 期 間 中 検 査（ISI：Inservice

でもクリープ損傷の検出に適用されるが、その他Inspection）が行われ、超音波探傷法（UT）が主に、内面に生じる腐食・ピット腐食などへの適用に適用されている。

も多い。この場合、管の肉厚が薄いため機構を工供用期間中検査とは、通常の運転休止期間中に夫したセンサーを試作しながら対応してきており実施する非破壊検査で、機器に要求される安全上これまでの実施例は多い。の機能の確認を行うものである。

このように、ボイラでは、TOFD 法が活発に適

ISI で欠陥が検出された場合は欠陥の進展状況

用されており、今後も適用範囲が拡大されると考を解析することにより残存寿命を検討した上で運えられる。

転継続の可否を判断する。この寿命評価を行うた

また、クリープ損傷計測法として PhasedArray

めには欠陥寸法を正しく把握することが必要であ法の適用性を検討してきたが、適用できる見通しり、超音波探傷による欠陥の検出性に加えて、欠を得ていることから今後は、実機データを蓄積し陥寸法の測定精度とその信頼性が重要である。欠ボイラへの適用を図る所存である。

陥の検出性と寸法測定能力を担保するための手法（3）水力発電と し て 検 査 技 術 の 認 証 試 験 PD（Performance

水力発電所主要設備の余寿命解析の初期条件とDemonstration）があり国内では 22 名（H20.3）のなる欠陥情報を精度良く測定する目的で有資格者が存在する。一般的に PD は ISI に適用

PhasedArray 法を適用している。

される超音波探傷の装置、要領書、および検査員

水力発電所の水車ケーシング・ステーベーンはの技能が十分な能力を有していることを証明する

昭和初期に製造され現在も使用されているものがためのシステムであり、当社では寿命評価の初期多く、従来 UT 法では保守的（安全側）に評価すデータとなる欠陥寸法を高精度に測定するためるため余寿命は短くなる傾向があった。その結果、PD 資格者が PhasedArray 法を適用して実施して設備更新が予防保全的に行われ、工事も大規模とおり、高い信頼を得ている。また、適用技術の開なり費用負担も大きかった。

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一般的に応力が集中し、き裂が発生しやすいス

く、材料も特殊なものが使用されていて寸法や形テーベーン付根部分に UT を適用する場合、形状状も検査性を考慮したものになっていないことがが複雑で材料の成分が不均一なため検出性／識別ある。実機適用例では宇宙機器部品への TOFD 法性や探傷感度の設定が困難である。これらの課題適用がある。これは特殊な材質、形状の接合部にを改善し、残存寿命評価精度の向上を図るために、合わせて専用 TOFD 探触子を開発し、適用を可能

欠陥全体像の描写性に優れ、欠陥情報を精度良くとしたものである。部品形状は複雑で超音波を入測定できる PhasedArray 法を適用して残存寿命評射するための探触子接触スペースも限られた範囲

価精度の向上をはかることにより水力発電所主要しかなく、通常 UT のパルス反射式のように波形部位の設備更新時期の延伸ができ、発電原価の低の判断では識別できないような微小な欠陥を対象減に寄与している。としているため画像化による識別は必須であった。このように航空／宇宙機器に適用する場合は4.2

化学プラント分野

検査仕様が決まっているものを除き要求される検Reactor など大型厚肉容器は板厚 100mm 以上、査精度、手法の選択、適用技術など、すべてに開容器直径が約 5 ｍ以上で重量が 1000 TON を超え発要素があり必要とされる結果を提供できるようるものも製作されている。このような超大型容器検討しながら対応している。

では既存の放射線照射設備では撮影不可能な場合4.4があり、放射線透過試験（RT）の代替として超音波探傷法（UT）を実施する RT 代替え試験の適

船舶分野

大型コンテナ船の厚板溶接部の検査には放射線用が必須条件となる。

透過試験（RT）が義務付けられているが、近年、この試験では検査結果の自動記録が必要となる脆性き裂の引金になる可能性がある一定以上の大ため、通常の規格検査（パルス反射式超音波探傷きさの初期欠陥を検出するための適用技術が検討法）に加えて、きず検出能力およびきずの寸法評されている。これは最新技術の UT 法で実用的な価精度に優れた TOFD 法を併用して、きずの有無、検査をするためのプラクティスであり、当社では欠陥サイズを評価・記録している。

TOFD 法および PhasedArray 法を適用して試験体TOFD 法による RT 代替検査は検査要領、判定に付与された自然欠陥、人工欠陥を探傷して手法基準についても規格整備され一般的な検査技術との検出限界、検出精度の確認試験を実施した。今なりつつあるが PhasedArray 法で RT 代替検査が後、適用手法、許容欠陥、UT 検査標準／基準な可能か、その検出性、精度および規格要求事項などについて NK などの船級協会で検討される予定

どについても研究しており、適用技術を開発中でである。それに先立ち、溶接技量の安定化を図るある。

目的で溶接士にフィードバック可能な方法として
PhasedArray 法を用いて具体的適用方法の検討を4.3

航空／宇宙機器分野おこない、眼に見える（判別し易い）検査結果を航空／宇宙機器分野では複合材料や特殊金属の提示できるようにした。

接合部について信頼性を向上する目的で超音波探放射線透過試験（RT）と PhasedArray 法（UPA）

傷法を適用する機会が増えている。宇宙機器ではを比較した場合、RT ではフィルムによる平面情試験段階から性能を優先して開発されることが多報しか得られず欠陥の分布は確認できても開先内—

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部の位置や深さは測定できない。またフィルムのなく三次元で表示できれば適用拡大が見込めると濃度差で識別するため体積の少ない欠陥の識別は考えられる。

難しく、厚板ほど識別可能な欠陥も大きくなる。
4.6

UPA では RT と同等以上の検出性が確認でき、欠産業機械分野

陥性状の推定に重要な開先内部の位置や深さも測産業機械では一般的に構造物の製造時に溶接内定可能なため、PhasedArray 法を適用した検査技部を検査する手法が用いられないことが多い。大術は溶接技能教育だけでなく実機検査にも展開さ量生産工場で使用されている大型プレス機などはれていくと思われる。

稼 働 率 を 上 げ る た め 連 続 運 転 さ れ て い る が、

その他、次世代船舶材料の研究では軽量化が図

万一、構造部分になんらかのトラブルが発生してれ破壊靭性に優れる複合材料の検査で画像化 UT停止した場合、経済的損失も大きなものとなる。

（B スコープ法）や PhasedArray 法を適用して欠陥これらの損傷調査に PhasedArray 法を適用して検の分布状況や剥離の範囲測定などを実施してい査結果の可視化画像を提供することにより専門知る。将来的には実機検査に適用すべく材料の開発

識がなくても溶接内部の欠陥状況を確認すること段階から適用技術、検査手法、検査要領の開発をができ、損傷に至る原因推定および損傷原因とな行ない適用範囲を拡大する計画である。

り得る不具合を事前に把握してトラブルを未然に防止できれば稼働率の向上に寄与できる。

4.5

橋梁分野

また、回転機械ではポンプなどの圧縮機に使用鋼製橋梁への適用事例は少ないが TOFD 法の適されるインペラ（羽根車）接合部の健全性調査に用性については実験室レベルで検討し、実機の主PhasedArray 法を適用している。

桁ウェブおよび主桁フランジの溶接部において検インペラの形状は一対の円盤状ディスクに翼形証した例がある。本検討結果によれば、検査スピー状の羽根が内包されたもので、高速回転で使用すドは満足できたが、データ採取後の解析に時間がるため許容欠陥の指定があり、全体はバランス修かかることや、介在物および無害な微小なきずも正されている。このインペラのディスク側から

TOFD 法特有のきず指示（縞模様）として表示さPhasedArray 法を適用して翼形状の描写、欠陥がれるため評価法の難しさから適用には至っていなあればその位置や深さを測定している。

い。

5．今後の展開

PhasedArray 法も橋梁への適用事例としてあるものの極めて少ない。これまで、隅肉溶接部の止TOFD 法および PhasedArray 法の実機適用状況

端部に開口しているき裂に対し奥行き寸法を計測を紹介したが、どちらの手法も一長一短があり今した例では、寸法計測後に当該部位を切削して検後も新 UT 技術の適用拡大をはかるために TOFD証したところ、き裂の指示長さおよび深さとも実法および PhasedArray 法それぞれの優れた能力を寸とほぼ一致した結果となり、PhasedArray 法の合体、発展させた改良 TOFD 法（ArrayTOFD 法）有効性を確認した例がある。しかし、箱桁の三線の適用技術開発をおこなっている。

が交差する部位に対しては、ビームを伝搬させ難改 良 TOFD 法 と は TOFD 法 の 試 験 要 領 でいため超音波法本来の適用が問題となっている

PhasedArray 探触子を対向配置して探傷をおこなが、PhasedArray 法で三線交差の部位探傷だけでうもので PhasedArray 装置を使用する。探傷方法—

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は PhasedArray の機能であるビーム角度を電子制電子制御したセクタスキャンやダイナミック御したセクタスキャンで板厚全体を一度に探傷すフォーカシングにより得られる UT データを画像ることが可能となりフォーカス効果で、きずの鮮化、可視化することによって検査対象部の形状や明画像を得ることができる。さらに欠陥寸法測定

欠陥全体像の優れた描写性、欠陥情報を精度良く精度に優れる TOFD 法を組合わせることにより全測定する能力を応用した適用技術であり、医療用体積を一度の走査で探傷でき、欠陥寸法を精度良エコー診断装置のように立体表示が可能な装置もく測定可能な手法である。

ある。

人工欠陥を付与した試験体の確認試験結果では

TOFD 法は回折波（散乱波）と位置信号を合成

従来 TOFD 法では交軸点近傍のみ指示が明瞭であして特有の縞模様（円弧模様）画像から高精度にるのに対し、改良 TOFD 法はフォーカス効果が有欠陥寸法を求める適用技術であり、いずれも表示効で全板厚範囲で明瞭に識別でき TOFD 法特有の法は異なるが欠陥情報の客観性に優れ、説得力の円弧状の指示も小さく解像度が非常に良い。またある検査結果が得られる。

指示がシャープで良好な検出性、識別性を有し、PhasedArray 法は一般的に特殊な UT 法として指示部の強度分布については従来 TOFD 法よりダ適用される機会が多いが、原子力発電プラントのイナミックフォーカシングを持つ改良 TOFD 法の寿命評価に代表されるように定量的評価のため将方が優れていることが確認できた。

来的に規格化は必須であり、各社、各機関で規格今後、改良 TOFD 法のデータ採取／解析に必要化の検討が進められている。

な機能、探傷システムの改善、測定精度の向上、

TOFD 法は RT 代替検査に適用可能な検査要領、TOFD 表示 Soft など周辺技術を開発して実機適用判定基準について BS、ASME、JIS などの規格が可能な範囲を拡大していく。

整備され、一般的な検査技術となりつつある。
PhasedArray 法 や TOFD 法 に 代 表 さ れ る 新 UT

6．まとめ技術の実機適用状況を紹介したが今後も適用拡大

新 UT（PhasedArray 法、TOFD 法）技術は通常を図るためさまざまな産業分野へ展開する所存での UT 検査と異なり、要求されるアウトプットはある。

多種多様である。PhasedArray 法はビーム角度を検査事業部

元技術部課長技術部（現株式会社アデルコ）

船戸 一寛

芝田 三郎

TEL. 045-759-2163

TEL. 045-759-2163

FAX. 045-759-2146

FAX. 045-759-2146—

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