フェーズドアレイ UT によるニッケル基合金溶接部の欠陥深さ測定要領の検討
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カテゴリ: 第8回
1.緒言
加工 (EDM) ノッチ試験体を用いて、欠陥開口面側からフェーズドアレイ UTを適用し、深さ5~20mm 近年、国内外の加圧水型原子力発電プラント(以 の EDM ノッチに対する深さサイジング精度を明ら 下、PWR)の 600系ニッケル基合金溶接部において、 かにした[5],[6]。 一次冷却水環境下での応力腐食割れ (PWSCC) の しかしながら、対象部位の板厚(概略 80mm)の 発生が報告され[1]、原子炉容器管台溶接部では、超 1/2(40mm)程度の深い欠陥についてもサイジング 音波探傷試験(UT)により、SCC き裂の深さ測定 性能を評価し、高精度化を図ることは、プラントの が困難な事例が報告された[2]。検出されたき裂は、 健全性評価の観点から重要である。 その形状(アスペクト比が大きなき裂)により、従 本報告では、探傷領域を板厚方向に領域分けし、 来の UT では、き裂先端からの端部エコーが検出困 各領域について選定した探触子を用いて探傷性能を 難であったことがその要因とされている[3]。明らかにし、その結果に基づき、欠陥情報(位置、 従来、ニッケル基合金溶接部は、溶接金属組織 (柱 概略長さ等)および欠陥深さの大小判別などを可能 状晶組織)の異方性から超音波難探傷材と言われて とした深さ測定要領を作成し、フローとして纏めた。 おり、溶接金属組織での超音波の屈曲、減衰に加え さらに、この探傷要領に従い、ニッケル基合金溶接 て、溶接金属組織からの材料ノイズエコーにより、 部 EDM ノッチ付与試験体に適用した結果、欠陥深 端部エコーの検出性が低下するためである。さは、良好な精度で評価されたので、欠陥深さ測定 フェーズドアレイ UT は、探傷条件の最適化、探 要領およびサイジング評価結果について報告する。 傷データの画像化などの特徴を有する技術であり、 ニッケル基合金溶接部を対象に、多くの機関で研究
2. 試験方法 開発が行なわれている[4]。 著者らは、ニッケル基合金溶接部に付与した放電 - 2.1 供試体
試験体は、探傷性能確認用試験体およびニッケル 連絡先:平澤 泰治, 〒240-0196 横須賀市長坂 2-6-1,基合金溶接部試験体(突合せ溶接部の溶接線直交方 (財)電力中央研究所 材料科学研究所 電話:046-856-2121, E-mail: hirasawa@criepi.denken.or.jp: 向に EDM ノッチが付与)である。2. 試験方法 2.1 供試体 - 試験体は、探傷性能確認用試験体およびニッケル 基合金溶接部試験体(突合せ溶接部の溶接線直交方 向に EDM ノッチが付与)である。17探傷性能確認用試験体は、Fig.1 に示すような横穴 試験体である。試験体には、直径が 2mm の貫通横 穴が、深さ位置Zは、Z=3, 5~40(5mm ピッチ) に合計9個付与されている。 ・ニッケル基合金溶接部試験体は、突合せ溶接部の 溶接線直交方向に半楕円形状の EDM ノッチが付与 されている。試験体の一例を Fig.2 に示す。また、 Table 1 に、EDM ノッチ付与条件を示す。EDM ノ ッチ深さは、2,5,7, 10, 15, 20,30,40mm、 長さはすべて 10mm である。2.2 試験方法 - 試験に用いた探傷装置は、フェーズドアレイ UT 装置(DynaRay 256/256 : Zetec 社製)である。 -用いたアレイ探触子は3種類で、仕様および適用 対象を Table 2 に示す。表より、1は、公称周波数 2MHz、振動子寸法 10mm×0.8mm、チャンネル数 64ch (以下、略号 2L(10)) で浅い欠陥探傷用、2は、 公称周波数 2MHz、振動子寸法 20mm×0.6mm、チ ャンネル数 64ch(以下、略号 2L(20))で中程度の 深さの欠陥探傷用、3は、2 個のマトリクスアレイ 探触子を配置したピッチキャッチ探傷用探触子であ り、公称周波数 2MHz、振動子寸法 3.1mm×3.1mm、 各々のチャンネル数 72ch(以下、略号 2MPC)で、 深い欠陥探傷用として選定した。 -溶接部試験体の探傷は、直接接触法でX-Y スキャ ナを用いた自動 UT で行った。3. き裂深さ測定要領3.1 き裂深さ測定要領の考え方 1. 本研究の対象であるニッケル基合金溶接部の欠陥 深さ測定においては、1) 対象部位の板厚が 80mm 程 度と厚く、2) 検査対象である溶接金属部は、超音波 の減衰・散乱が大きい難探傷部位であり、3) 深さ 40mm 程度までの欠陥を高精度に深さ測定すること を考慮し、複数のアレイ探触子を用いて、き裂深さ を板厚方向に領域分けした探傷方法を検討した。3.2 探傷性能評価ここでは、前報[5],[6]の結果を考慮して選定した2 種類のアレイ探触子 2L(10)および 2L(20)に加え、新 たに選定した 2MPC について、探傷性能を確認した。探傷は、アレイ探触子を横穴試験体上に走査して 行った。ここで、探傷条件は、振動モードは縦波、屈折角は、=30~80° (1°ピッチ)とし、横穴 からの反射波のエコー高さを測定し、反射エコー強 度と超音波ビームの集束深さの関係を調べた。4345 004roooo00010201|25|30|352019/09/02Fig.1 Standard block with side drilled holesEDM notchButteringCarbon steel(06T)A Weld metalBC D Stainless steel-770-80Fig.2 Nickel based alloy weld specimen with EDMnotches in weld metal areaTable 1 EDM notch conditions of nickel alloyweld specimenAreaDirectionDepth (mm)Length (mm)Weld metalAxial| d=2,5,7,10,15,20,30,40L=10Table2 Specification of phased array probesnameSpecificationTargetShallow crack2Type:Linear(Small size)Freq.:2MHz 2L(10) | Mode:LongitudinalElement size:10x0.8mm No. of channels: 64ch Type: Linear (Middle size)Freq.: 2MHz 2L(20) | Mode:LongitudinalElement size:20x0.6mm No. of channels: 64ch Type:Dual matrixFreq.:2MHz 2MPC Mode: LongitudinalElement size: 3.1x3.1mm No. of channels: 72ch (T/R)Middle crackDeep crack183.2.1 アレイ探触子 2L (10)アレイ探触子 2L (10) を用いた探傷は、探触子の 開口寸法を 10mm×12.8mm(16ch)に固定し、集 東深さを F=10、20、30mm の3条件変えて行った。探傷結果の代表例として屈折角 45°の結果を Fig.3 に示す。図は、探傷断面画像(B スコープ; 上 段)と横穴からの反射エコー高さ分布(反射エコー のエンベロープ:下段) である。反射エコー強度は、 深さ 3mm の横穴からが最も大きく、横穴の深さ位 置が大きくなるに従い減少し、かつ超音波ビームの 広がりも大きくなる傾向を示す。次に、横穴反射エ コーの最大振幅を測定(距離振幅特性曲線) し、Fig.4 に示す。横穴反射エコー高さは、集束位置 F に依ら ず、横穴深さ位置が大きくなるに従い低下する傾向 を示す。また、いずれの条件でもエコー高さ分布に 大きな差は認められない。アレイ探触子 2L(10) は、 浅い欠陥を対象としていることから、条件は、開口 寸法 10mm×12.8mm、集束深さ F=10mm とした。3.2.2 アレイ探触子 2L (20) アレイ探触子 2L (20) を用いた探傷は、探触子の開 口寸法を 20mm×19.2mm(32ch)に固定し、集束 深さを F=20、30、40mm の3条件変えて行った。(a) Focal depth: F=10mm(b) Focal depth:F=20(c) Focal depth: F-30mmちなにないですのではある45deg、45deg]45deg45degCHRISM OKIOemonsZ%3D3Z%3D3Z33Echo height (%)Echo height (%)Echo height (%)Beam path length (mm) Beam path length (mm)Beam path length (mm) Fig.3 Effect of focal depth of phased array probe 2L(10)Fig.3 Effect of focal depth of phased array probe 2L(10)Fig.4 DAC curve at array probe 2L(10)(a) Focal depth; F%3D10(b) Focal depth :F=20(c) Focal depth :F=302L(20), 45deg-F1045deg45degHOME45deg-F200-F30Bro seemartneseecementionEcho height (%)Z-310Z10-Z%3D10Echo height (%)Echo height (%)夏になるこEcho height (%)0_1900/02/1810 20_ 30 40 SDH's depth position (mm)Beam path length (mm)Beam path length (mm)Beam path length (mm)Fig.5 Effect of focal depth of phased array probe 2L(20)Fig.6 DAC curve at array probe 2L(20)探傷結果の代表例として屈折角45°の結果を、Fig.5 に示す。図は、探傷断面画像と横穴反射エコー高さ 分布である。横穴反射エコーは、Z=3mm の横穴で 最も大きく、横穴の深さ位置が大きくなるに従い、 横穴からの反射エコー強度は減少する。アレイ探触 子2L(20)の距離振幅特性曲線を調べた結果を、Fig.6 示す。図より、横穴反射エコー強度は、集束位置 F に依らず、大きな違いは認められなかった。アレイ探触子 2L(20)は、中程度の深さを適用対象 としており、探傷条件は開口寸法 20mm×19.2mm、 集束深さ F-20mm とした。3.2.3 アレイ探触子 2MPC 2分割型マトリクスアレイ探触子 2MPC は、探傷条 件として、送受信ともに開口寸法を 37.2mm × 18.6mm(72ch)とし、集東深さを F=10、20、30、 40mm と 4 条件変えて、横穴試験体を探傷した。探傷結果の代表例を Fig.7 に示す。図は、屈折角 45°の結果であり、探傷断面画像と横穴反射エコー 高さ分布を示してある。集束深さ位置を F=10~ 40mm と変えたときに、横穴からの反射強度は、集 束深さ位置Fと同じ横穴位置2で最も高くなってお り、超音波ビームの集束効果が適正に得られている2L(10), 45degJ-F10F20 |--F30Echo height (%10501020 30 40 SDH's depth position (mm)Fig.4 DAC curve at array probe 2L(10)obe 2L(20)Fig.619 -(a) Focal depth: F%3D10(b) Focal depth :F=20(c) Focal depth :F=30(c) Focal depth :F=4045deg45deg45deg45deg一部のMaristatarseaseIMSONinterminiorprothermineeditoreZ=20Z-10(%)Z-30A +Z=40Echo height (%)Echo height (%)Echo height (%)Echo heightBeam path length (mm)Beam path length(mm)Beam path length(mm)Beam path length (mm)120--F10F30Echo height (%)Fig.7 Effect of focal depth of phase2MPC, 45deg ことがわかる。 次に、これらのデータから、距離振幅特性曲線を+F40 調べ、Fig.8 に示す。図は、屈折角 45°の結果であ り、探傷感度は同一条件で表示している。集束条件 を適正に設定することで、深さ 40mm までの欠陥に 対してほぼ同一の感度で探傷が可能となり、欠陥端 部の検出感度の低下を抑えることが可能となり、欠 陥深さを適正に評価できると考えられる。なお、深10_ 10 20 30 40 60 さ10mm 程度以下は不感帯領域である。SDH's depth position (mm)Fig.8 DAC curve at array probe 2MPC 3.3 欠陥深さ測定要領 * 上記の結果をもとに、深さ測定に関する手順を整 ここでは、探傷画像から欠陥の指示の有無を○、 理し、深さ測定フローとして提案した。そのフロー ×で表示し、パターン A および Bの場合は、浅い欠 を Fig.9 に示す。欠陥深さ測定のフローについて、 陥、パターン C の場合は深いき裂と評価する。 ステップごとにその要点を記載する。- 欠陥大小判別の一例として、深さ 5mm と 20mm (1) ステップ1の EDM ノッチの探傷結果を示す。Fig.11 は、アレ 3 種類のアレイ探触子を用いて探傷し、データ収録 イ探触子 2L (10)および 2MPC を用いたときの探 を行う。ここで、適用するアレイ探触子は、1小型 傷画像である。深さ 5mm の EDM ノッチの場合、 アレイ探触子(浅いき裂探傷用)、32分割型マトリー 2L(10)では指示あり、2MPC では指示なしと評価さ クスアレイ探触子(深いき裂探傷用)、および2中型れたため、浅い欠陥(10mm 以下)と評価する。 アレイ探触子(中程度深さのき裂探傷用)である。 一方、深さ 20mm の EDM ノッチの場合は、2L (2) ステップ2(10) および 2MPC の両者で欠陥指示が認められた ここでは、き裂の位置および概略長さ情報を抽出 ため、深い欠陥と評価する。また、2MPC のデータ する。小型アレイ探触子の探傷データの中から屈折では、欠陥端部エコーが深さ20mm 近傍に観察され 角70°の探傷画像 (B, C、D スコープ)を観察し、 ており、欠陥深さは 20mm 程度と推定できる。 欠陥の位置、概略長さを把握する。(4) ステップ4 探傷画像の一例を Fig.10 に示す。図は、深さ 2mm ここでは、き裂深さの詳細解析を行う。 (長さ 10mm) の EDM ノッチの画像であり、Cス き裂深さ測定では、収録した膨大なデータを解析 コープから欠陥の位置および概略長さが求められる。 評価する必要があるが、効率的な測定を行うために、 また、D スコープから欠陥の概略形状も把握できる。 予め評価用基本屈折角を設定して解析を行う。評価 (3) ステップ3用角度は、1小型アレイ探触子では、60°および アレイ探触子1、2、3の探傷画像をもとに、欠陥 45° 、2中型アレイ探触子および、32 分割型マト の大小の判別を行う。リクスアレイ探触子では、45°とする。20詳細解析では、探傷波形データ(A スコープ)お よび探傷画像(B、C 及び D スコープ)から、き裂 指示(き裂面および端部からの指示)の発生状況、 き裂指示の連続性等を確認するとともに、疑似エコ ー(材料ノイズエコー)との識別を行い、端部エコ ー法にて深さ測定を行う。ステップ3で浅いき裂(深さ 10mm 程度以下)と 評価された欠陥については、1小型アレイ探触子の データを用いて深さ測定する。さらに、2中型アレ イ探触子のデータについてもき裂深さを測定し、小 型アレイ探触子によるき裂深さと比較、評価する。これにより、適正なき裂深さ測定が可能となる。 また、ステップ3で深いき裂 (深さ 10mm 程度以上) と評価された欠陥については、32 分割型マトリス アレイ探触子の探傷データを用いて深さ測定する。 ここでは、複数集束条件(F=10、20、30、40mm) の探傷画像データからき裂指示位置を観察し、ほぼ 同じ深さ位置に表示されていることを確認すること で、き裂端部がより適正に把握できる。 (5) ステップ5ステップ4の結果を総合的に評価して、最終的な き裂深さを求める。4. 欠陥深さサイジング評価ニッケル基合金溶接部 EDM ノッチ付与試験体を 用いて、上記探傷手順で欠陥深さ測定を行った。 - 探傷は、EDM ノッチに対して両方向とし、Fig.9 のき裂深さ測定要領に従って、データ収録および欠 陥深さ測定を行った。 - EDMノッチに対する探傷画像を、Fig.12に示す。 図中には、開口部エコーおよび端部エコーを矢印お よび丸印で示してある。深さ 5mm~40mm の EDM ノッチに対して端部エコーを検出でき、深さ評価を 行った。その結果を Fig.13 に示す。データ点数は少 ないが、統計的な誤差評価を試みた結果、誤差平均は 0.91mm、RMS 誤差は、1.03mm であった。 1深さ測定誤差の RMS 誤差は、ASME Code Sec.XI App.VIII の性能実証時の合格基準である RMS 誤差 3.2mm と比べ、良好な精度で評価されたといえる。 - 上記結果から、ニッケル基合金溶接部のき裂深さ 法に対するフェーズドアレイ UT の有効性が明らか となった。今後は、本き裂深さ測定要領について、SCC き裂 に対する深さサイジング性能を評価する。Step 1Step 2Step 3Step 1Inspection1 Small type array probe (Shallow) 2Middle type array probe (Middle) 3Dual type matrix array probe (Deep)Step 2Check of crack information (Crack Position, Crack Length)| Sup]Step 3Evaluation of crack size Discrimination between shallow and deepcrack from inspection images dataIndicationProbe typeBotoloO: Indication x:NoIndicationShallow crackDeep crackStep 4Shallow crack Depth analysis DepthrillingDepth analysisstop al step oDepth analysisDooperack Depth anaboia DoplovidingStep 5Depth sizingDepth sizingFig.9 Flowchart of defect depth sizing procedureC-ScopeD-ScopeコーエバーIndicationProfileLengthSurfacB-ScopeC-ScopeSeirSCC crackSurfaceWeld metalCornerechoD-ScopeB-Scope【らく10000000m mentry1000021000. .... ..Fig.10 Example EDM notch inspection images at 2L(10)2L(10)1970/06/012MPC0345““SurfaceCorner echod=35No indicationtimeicatagransionSurfaceSurfaced%3D20Corner echoTip echoTohotorrowitterFig.11 B-scan images of EDM notches(Array probe:2L(10) & 2MPC)214.結言・ニッケル基合金溶接部に対して、欠陥開口面側か らのフェーズドアレイ UT による深さ測定の高精度 化に向けた欠陥深さ要領を提案し、フローとしてま とめた。さらに、本要領に従い、ニッケル基合金溶 接部 EDM ノッチ付与試験体に適用した。それらの 結果を以下にまとめる。(1) 対象部位の板厚の半分程度(40mm)のき裂の深さ測定に適用するためのアレイ探触子を選定 し、探傷性能を明らかにし、各々のアレイ探触子の適用板厚範囲を明らかにした。 (2)適用アレイ探触子の探傷画像 (B、C、D スコープ表示)から、欠陥情報(欠陥位置および概略 欠陥長さ)の把握および欠陥大小の判別が可能 なき裂深さ測定要領を作成し、フローとしてまとめた。 (3) き裂深さ測定要領に基づき、フェーズドアレイUT をニッケル基合金溶接部に付与した EDM | ノッチ試験体に適用した結果、ノッチ深さ 5mm ~40mm の範囲で深さ測定が可能であり、深さ は、誤差平均 0.91mm、RMS 誤差 1.03mm と良好な精度で評価できた。 (6) 上記結果から、ニッケル基合金溶接部のき裂深さ測定に対するフェーズドアレイ UT の有効性 が明らかとなった。参考文献[1] 原子力・安全保安院:加圧水型軽水炉の一次冷却材圧力バウンダリにおける Ni基合金使用部位 に係る検査等について,NISA-163a05-2 (2005) [2] 関西電力(株)プレスリリース:大飯発電所3号機の定期検査状況について(原子炉容器 A ループ出 口管台溶接部の傷の原因と対策),(2008.9.26) [3] 西田純一朗他:セーフエンド溶接部に対する UTサイジング手法の高度化,日本保全学会 第6回学術講演会要旨集,pp.236-240, (2009.9) [4] 平澤泰治:原子力プラント用フェーズドアレイ 超音波探傷技術,東芝レビュー, Vol.60, No.10, pp.48, (2005)(a)d=32mm(b)d%3D5mmryannerametronment/menteritemSurface.Surface戦いにはおいおいてautioneyCorner echoCorner echoTip echo'(c)d%3D7mm「(d)d%3D10mm はいをすることが出ました。 SurfaceこんにSurfaceCorner echoCorner echo...Tip echoTip echo(0) d%3D16mm(1) d=320mmSurfaceいやーンSurfacemushiおいて、トマンはなるCorner echo ansai hind www.Tip echoi bort vositalarining is not liknTip echo(g) d=30mm(h)d=40mmSurfaceSurface出来るというこョン号Tip echoTip echo2008年07Fig.12 B-scan images of EDM notch specimen by PAUTAverage error: 0.91mm RMS error : 1.03mmMeasured depth by PAUT (mm)10_5010 20 30 40 EDM notch depth (mm)Fig.13 EDM notch depth sizing accuracy[5]平澤泰治,福富広幸:ニッケル基合金溶接部の 欠陥深さサイジングに対する超音波探傷法の適 用性評価,電力中央研究所報告,Q09025, (2010.5) 平澤泰治、福冨広幸:ニッケル基合金溶接部の 欠陥深さサイジングに対するフェーズドアレイ UT 法の適用性評価,日本保全学会 第7回学 術講演会要旨集,pp.61-66, (2010.7)[6]“ “フェーズドアレイ UT によるニッケル基合金溶接部の欠陥深さ測定要領の検討 “ “平澤 泰治,Taiji HIRASAWA,岡田 久雄,Hisao OKADA,福冨 広幸,Hiroyuki FUKUTOMI
加工 (EDM) ノッチ試験体を用いて、欠陥開口面側からフェーズドアレイ UTを適用し、深さ5~20mm 近年、国内外の加圧水型原子力発電プラント(以 の EDM ノッチに対する深さサイジング精度を明ら 下、PWR)の 600系ニッケル基合金溶接部において、 かにした[5],[6]。 一次冷却水環境下での応力腐食割れ (PWSCC) の しかしながら、対象部位の板厚(概略 80mm)の 発生が報告され[1]、原子炉容器管台溶接部では、超 1/2(40mm)程度の深い欠陥についてもサイジング 音波探傷試験(UT)により、SCC き裂の深さ測定 性能を評価し、高精度化を図ることは、プラントの が困難な事例が報告された[2]。検出されたき裂は、 健全性評価の観点から重要である。 その形状(アスペクト比が大きなき裂)により、従 本報告では、探傷領域を板厚方向に領域分けし、 来の UT では、き裂先端からの端部エコーが検出困 各領域について選定した探触子を用いて探傷性能を 難であったことがその要因とされている[3]。明らかにし、その結果に基づき、欠陥情報(位置、 従来、ニッケル基合金溶接部は、溶接金属組織 (柱 概略長さ等)および欠陥深さの大小判別などを可能 状晶組織)の異方性から超音波難探傷材と言われて とした深さ測定要領を作成し、フローとして纏めた。 おり、溶接金属組織での超音波の屈曲、減衰に加え さらに、この探傷要領に従い、ニッケル基合金溶接 て、溶接金属組織からの材料ノイズエコーにより、 部 EDM ノッチ付与試験体に適用した結果、欠陥深 端部エコーの検出性が低下するためである。さは、良好な精度で評価されたので、欠陥深さ測定 フェーズドアレイ UT は、探傷条件の最適化、探 要領およびサイジング評価結果について報告する。 傷データの画像化などの特徴を有する技術であり、 ニッケル基合金溶接部を対象に、多くの機関で研究
2. 試験方法 開発が行なわれている[4]。 著者らは、ニッケル基合金溶接部に付与した放電 - 2.1 供試体
試験体は、探傷性能確認用試験体およびニッケル 連絡先:平澤 泰治, 〒240-0196 横須賀市長坂 2-6-1,基合金溶接部試験体(突合せ溶接部の溶接線直交方 (財)電力中央研究所 材料科学研究所 電話:046-856-2121, E-mail: hirasawa@criepi.denken.or.jp: 向に EDM ノッチが付与)である。2. 試験方法 2.1 供試体 - 試験体は、探傷性能確認用試験体およびニッケル 基合金溶接部試験体(突合せ溶接部の溶接線直交方 向に EDM ノッチが付与)である。17探傷性能確認用試験体は、Fig.1 に示すような横穴 試験体である。試験体には、直径が 2mm の貫通横 穴が、深さ位置Zは、Z=3, 5~40(5mm ピッチ) に合計9個付与されている。 ・ニッケル基合金溶接部試験体は、突合せ溶接部の 溶接線直交方向に半楕円形状の EDM ノッチが付与 されている。試験体の一例を Fig.2 に示す。また、 Table 1 に、EDM ノッチ付与条件を示す。EDM ノ ッチ深さは、2,5,7, 10, 15, 20,30,40mm、 長さはすべて 10mm である。2.2 試験方法 - 試験に用いた探傷装置は、フェーズドアレイ UT 装置(DynaRay 256/256 : Zetec 社製)である。 -用いたアレイ探触子は3種類で、仕様および適用 対象を Table 2 に示す。表より、1は、公称周波数 2MHz、振動子寸法 10mm×0.8mm、チャンネル数 64ch (以下、略号 2L(10)) で浅い欠陥探傷用、2は、 公称周波数 2MHz、振動子寸法 20mm×0.6mm、チ ャンネル数 64ch(以下、略号 2L(20))で中程度の 深さの欠陥探傷用、3は、2 個のマトリクスアレイ 探触子を配置したピッチキャッチ探傷用探触子であ り、公称周波数 2MHz、振動子寸法 3.1mm×3.1mm、 各々のチャンネル数 72ch(以下、略号 2MPC)で、 深い欠陥探傷用として選定した。 -溶接部試験体の探傷は、直接接触法でX-Y スキャ ナを用いた自動 UT で行った。3. き裂深さ測定要領3.1 き裂深さ測定要領の考え方 1. 本研究の対象であるニッケル基合金溶接部の欠陥 深さ測定においては、1) 対象部位の板厚が 80mm 程 度と厚く、2) 検査対象である溶接金属部は、超音波 の減衰・散乱が大きい難探傷部位であり、3) 深さ 40mm 程度までの欠陥を高精度に深さ測定すること を考慮し、複数のアレイ探触子を用いて、き裂深さ を板厚方向に領域分けした探傷方法を検討した。3.2 探傷性能評価ここでは、前報[5],[6]の結果を考慮して選定した2 種類のアレイ探触子 2L(10)および 2L(20)に加え、新 たに選定した 2MPC について、探傷性能を確認した。探傷は、アレイ探触子を横穴試験体上に走査して 行った。ここで、探傷条件は、振動モードは縦波、屈折角は、=30~80° (1°ピッチ)とし、横穴 からの反射波のエコー高さを測定し、反射エコー強 度と超音波ビームの集束深さの関係を調べた。4345 004roooo00010201|25|30|352019/09/02Fig.1 Standard block with side drilled holesEDM notchButteringCarbon steel(06T)A Weld metalBC D Stainless steel-770-80Fig.2 Nickel based alloy weld specimen with EDMnotches in weld metal areaTable 1 EDM notch conditions of nickel alloyweld specimenAreaDirectionDepth (mm)Length (mm)Weld metalAxial| d=2,5,7,10,15,20,30,40L=10Table2 Specification of phased array probesnameSpecificationTargetShallow crack2Type:Linear(Small size)Freq.:2MHz 2L(10) | Mode:LongitudinalElement size:10x0.8mm No. of channels: 64ch Type: Linear (Middle size)Freq.: 2MHz 2L(20) | Mode:LongitudinalElement size:20x0.6mm No. of channels: 64ch Type:Dual matrixFreq.:2MHz 2MPC Mode: LongitudinalElement size: 3.1x3.1mm No. of channels: 72ch (T/R)Middle crackDeep crack183.2.1 アレイ探触子 2L (10)アレイ探触子 2L (10) を用いた探傷は、探触子の 開口寸法を 10mm×12.8mm(16ch)に固定し、集 東深さを F=10、20、30mm の3条件変えて行った。探傷結果の代表例として屈折角 45°の結果を Fig.3 に示す。図は、探傷断面画像(B スコープ; 上 段)と横穴からの反射エコー高さ分布(反射エコー のエンベロープ:下段) である。反射エコー強度は、 深さ 3mm の横穴からが最も大きく、横穴の深さ位 置が大きくなるに従い減少し、かつ超音波ビームの 広がりも大きくなる傾向を示す。次に、横穴反射エ コーの最大振幅を測定(距離振幅特性曲線) し、Fig.4 に示す。横穴反射エコー高さは、集束位置 F に依ら ず、横穴深さ位置が大きくなるに従い低下する傾向 を示す。また、いずれの条件でもエコー高さ分布に 大きな差は認められない。アレイ探触子 2L(10) は、 浅い欠陥を対象としていることから、条件は、開口 寸法 10mm×12.8mm、集束深さ F=10mm とした。3.2.2 アレイ探触子 2L (20) アレイ探触子 2L (20) を用いた探傷は、探触子の開 口寸法を 20mm×19.2mm(32ch)に固定し、集束 深さを F=20、30、40mm の3条件変えて行った。(a) Focal depth: F=10mm(b) Focal depth:F=20(c) Focal depth: F-30mmちなにないですのではある45deg、45deg]45deg45degCHRISM OKIOemonsZ%3D3Z%3D3Z33Echo height (%)Echo height (%)Echo height (%)Beam path length (mm) Beam path length (mm)Beam path length (mm) Fig.3 Effect of focal depth of phased array probe 2L(10)Fig.3 Effect of focal depth of phased array probe 2L(10)Fig.4 DAC curve at array probe 2L(10)(a) Focal depth; F%3D10(b) Focal depth :F=20(c) Focal depth :F=302L(20), 45deg-F1045deg45degHOME45deg-F200-F30Bro seemartneseecementionEcho height (%)Z-310Z10-Z%3D10Echo height (%)Echo height (%)夏になるこEcho height (%)0_1900/02/1810 20_ 30 40 SDH's depth position (mm)Beam path length (mm)Beam path length (mm)Beam path length (mm)Fig.5 Effect of focal depth of phased array probe 2L(20)Fig.6 DAC curve at array probe 2L(20)探傷結果の代表例として屈折角45°の結果を、Fig.5 に示す。図は、探傷断面画像と横穴反射エコー高さ 分布である。横穴反射エコーは、Z=3mm の横穴で 最も大きく、横穴の深さ位置が大きくなるに従い、 横穴からの反射エコー強度は減少する。アレイ探触 子2L(20)の距離振幅特性曲線を調べた結果を、Fig.6 示す。図より、横穴反射エコー強度は、集束位置 F に依らず、大きな違いは認められなかった。アレイ探触子 2L(20)は、中程度の深さを適用対象 としており、探傷条件は開口寸法 20mm×19.2mm、 集束深さ F-20mm とした。3.2.3 アレイ探触子 2MPC 2分割型マトリクスアレイ探触子 2MPC は、探傷条 件として、送受信ともに開口寸法を 37.2mm × 18.6mm(72ch)とし、集東深さを F=10、20、30、 40mm と 4 条件変えて、横穴試験体を探傷した。探傷結果の代表例を Fig.7 に示す。図は、屈折角 45°の結果であり、探傷断面画像と横穴反射エコー 高さ分布を示してある。集束深さ位置を F=10~ 40mm と変えたときに、横穴からの反射強度は、集 束深さ位置Fと同じ横穴位置2で最も高くなってお り、超音波ビームの集束効果が適正に得られている2L(10), 45degJ-F10F20 |--F30Echo height (%10501020 30 40 SDH's depth position (mm)Fig.4 DAC curve at array probe 2L(10)obe 2L(20)Fig.619 -(a) Focal depth: F%3D10(b) Focal depth :F=20(c) Focal depth :F=30(c) Focal depth :F=4045deg45deg45deg45deg一部のMaristatarseaseIMSONinterminiorprothermineeditoreZ=20Z-10(%)Z-30A +Z=40Echo height (%)Echo height (%)Echo height (%)Echo heightBeam path length (mm)Beam path length(mm)Beam path length(mm)Beam path length (mm)120--F10F30Echo height (%)Fig.7 Effect of focal depth of phase2MPC, 45deg ことがわかる。 次に、これらのデータから、距離振幅特性曲線を+F40 調べ、Fig.8 に示す。図は、屈折角 45°の結果であ り、探傷感度は同一条件で表示している。集束条件 を適正に設定することで、深さ 40mm までの欠陥に 対してほぼ同一の感度で探傷が可能となり、欠陥端 部の検出感度の低下を抑えることが可能となり、欠 陥深さを適正に評価できると考えられる。なお、深10_ 10 20 30 40 60 さ10mm 程度以下は不感帯領域である。SDH's depth position (mm)Fig.8 DAC curve at array probe 2MPC 3.3 欠陥深さ測定要領 * 上記の結果をもとに、深さ測定に関する手順を整 ここでは、探傷画像から欠陥の指示の有無を○、 理し、深さ測定フローとして提案した。そのフロー ×で表示し、パターン A および Bの場合は、浅い欠 を Fig.9 に示す。欠陥深さ測定のフローについて、 陥、パターン C の場合は深いき裂と評価する。 ステップごとにその要点を記載する。- 欠陥大小判別の一例として、深さ 5mm と 20mm (1) ステップ1の EDM ノッチの探傷結果を示す。Fig.11 は、アレ 3 種類のアレイ探触子を用いて探傷し、データ収録 イ探触子 2L (10)および 2MPC を用いたときの探 を行う。ここで、適用するアレイ探触子は、1小型 傷画像である。深さ 5mm の EDM ノッチの場合、 アレイ探触子(浅いき裂探傷用)、32分割型マトリー 2L(10)では指示あり、2MPC では指示なしと評価さ クスアレイ探触子(深いき裂探傷用)、および2中型れたため、浅い欠陥(10mm 以下)と評価する。 アレイ探触子(中程度深さのき裂探傷用)である。 一方、深さ 20mm の EDM ノッチの場合は、2L (2) ステップ2(10) および 2MPC の両者で欠陥指示が認められた ここでは、き裂の位置および概略長さ情報を抽出 ため、深い欠陥と評価する。また、2MPC のデータ する。小型アレイ探触子の探傷データの中から屈折では、欠陥端部エコーが深さ20mm 近傍に観察され 角70°の探傷画像 (B, C、D スコープ)を観察し、 ており、欠陥深さは 20mm 程度と推定できる。 欠陥の位置、概略長さを把握する。(4) ステップ4 探傷画像の一例を Fig.10 に示す。図は、深さ 2mm ここでは、き裂深さの詳細解析を行う。 (長さ 10mm) の EDM ノッチの画像であり、Cス き裂深さ測定では、収録した膨大なデータを解析 コープから欠陥の位置および概略長さが求められる。 評価する必要があるが、効率的な測定を行うために、 また、D スコープから欠陥の概略形状も把握できる。 予め評価用基本屈折角を設定して解析を行う。評価 (3) ステップ3用角度は、1小型アレイ探触子では、60°および アレイ探触子1、2、3の探傷画像をもとに、欠陥 45° 、2中型アレイ探触子および、32 分割型マト の大小の判別を行う。リクスアレイ探触子では、45°とする。20詳細解析では、探傷波形データ(A スコープ)お よび探傷画像(B、C 及び D スコープ)から、き裂 指示(き裂面および端部からの指示)の発生状況、 き裂指示の連続性等を確認するとともに、疑似エコ ー(材料ノイズエコー)との識別を行い、端部エコ ー法にて深さ測定を行う。ステップ3で浅いき裂(深さ 10mm 程度以下)と 評価された欠陥については、1小型アレイ探触子の データを用いて深さ測定する。さらに、2中型アレ イ探触子のデータについてもき裂深さを測定し、小 型アレイ探触子によるき裂深さと比較、評価する。これにより、適正なき裂深さ測定が可能となる。 また、ステップ3で深いき裂 (深さ 10mm 程度以上) と評価された欠陥については、32 分割型マトリス アレイ探触子の探傷データを用いて深さ測定する。 ここでは、複数集束条件(F=10、20、30、40mm) の探傷画像データからき裂指示位置を観察し、ほぼ 同じ深さ位置に表示されていることを確認すること で、き裂端部がより適正に把握できる。 (5) ステップ5ステップ4の結果を総合的に評価して、最終的な き裂深さを求める。4. 欠陥深さサイジング評価ニッケル基合金溶接部 EDM ノッチ付与試験体を 用いて、上記探傷手順で欠陥深さ測定を行った。 - 探傷は、EDM ノッチに対して両方向とし、Fig.9 のき裂深さ測定要領に従って、データ収録および欠 陥深さ測定を行った。 - EDMノッチに対する探傷画像を、Fig.12に示す。 図中には、開口部エコーおよび端部エコーを矢印お よび丸印で示してある。深さ 5mm~40mm の EDM ノッチに対して端部エコーを検出でき、深さ評価を 行った。その結果を Fig.13 に示す。データ点数は少 ないが、統計的な誤差評価を試みた結果、誤差平均は 0.91mm、RMS 誤差は、1.03mm であった。 1深さ測定誤差の RMS 誤差は、ASME Code Sec.XI App.VIII の性能実証時の合格基準である RMS 誤差 3.2mm と比べ、良好な精度で評価されたといえる。 - 上記結果から、ニッケル基合金溶接部のき裂深さ 法に対するフェーズドアレイ UT の有効性が明らか となった。今後は、本き裂深さ測定要領について、SCC き裂 に対する深さサイジング性能を評価する。Step 1Step 2Step 3Step 1Inspection1 Small type array probe (Shallow) 2Middle type array probe (Middle) 3Dual type matrix array probe (Deep)Step 2Check of crack information (Crack Position, Crack Length)| Sup]Step 3Evaluation of crack size Discrimination between shallow and deepcrack from inspection images dataIndicationProbe typeBotoloO: Indication x:NoIndicationShallow crackDeep crackStep 4Shallow crack Depth analysis DepthrillingDepth analysisstop al step oDepth analysisDooperack Depth anaboia DoplovidingStep 5Depth sizingDepth sizingFig.9 Flowchart of defect depth sizing procedureC-ScopeD-ScopeコーエバーIndicationProfileLengthSurfacB-ScopeC-ScopeSeirSCC crackSurfaceWeld metalCornerechoD-ScopeB-Scope【らく10000000m mentry1000021000. .... ..Fig.10 Example EDM notch inspection images at 2L(10)2L(10)1970/06/012MPC0345““SurfaceCorner echod=35No indicationtimeicatagransionSurfaceSurfaced%3D20Corner echoTip echoTohotorrowitterFig.11 B-scan images of EDM notches(Array probe:2L(10) & 2MPC)214.結言・ニッケル基合金溶接部に対して、欠陥開口面側か らのフェーズドアレイ UT による深さ測定の高精度 化に向けた欠陥深さ要領を提案し、フローとしてま とめた。さらに、本要領に従い、ニッケル基合金溶 接部 EDM ノッチ付与試験体に適用した。それらの 結果を以下にまとめる。(1) 対象部位の板厚の半分程度(40mm)のき裂の深さ測定に適用するためのアレイ探触子を選定 し、探傷性能を明らかにし、各々のアレイ探触子の適用板厚範囲を明らかにした。 (2)適用アレイ探触子の探傷画像 (B、C、D スコープ表示)から、欠陥情報(欠陥位置および概略 欠陥長さ)の把握および欠陥大小の判別が可能 なき裂深さ測定要領を作成し、フローとしてまとめた。 (3) き裂深さ測定要領に基づき、フェーズドアレイUT をニッケル基合金溶接部に付与した EDM | ノッチ試験体に適用した結果、ノッチ深さ 5mm ~40mm の範囲で深さ測定が可能であり、深さ は、誤差平均 0.91mm、RMS 誤差 1.03mm と良好な精度で評価できた。 (6) 上記結果から、ニッケル基合金溶接部のき裂深さ測定に対するフェーズドアレイ UT の有効性 が明らかとなった。参考文献[1] 原子力・安全保安院:加圧水型軽水炉の一次冷却材圧力バウンダリにおける Ni基合金使用部位 に係る検査等について,NISA-163a05-2 (2005) [2] 関西電力(株)プレスリリース:大飯発電所3号機の定期検査状況について(原子炉容器 A ループ出 口管台溶接部の傷の原因と対策),(2008.9.26) [3] 西田純一朗他:セーフエンド溶接部に対する UTサイジング手法の高度化,日本保全学会 第6回学術講演会要旨集,pp.236-240, (2009.9) [4] 平澤泰治:原子力プラント用フェーズドアレイ 超音波探傷技術,東芝レビュー, Vol.60, No.10, pp.48, (2005)(a)d=32mm(b)d%3D5mmryannerametronment/menteritemSurface.Surface戦いにはおいおいてautioneyCorner echoCorner echoTip echo'(c)d%3D7mm「(d)d%3D10mm はいをすることが出ました。 SurfaceこんにSurfaceCorner echoCorner echo...Tip echoTip echo(0) d%3D16mm(1) d=320mmSurfaceいやーンSurfacemushiおいて、トマンはなるCorner echo ansai hind www.Tip echoi bort vositalarining is not liknTip echo(g) d=30mm(h)d=40mmSurfaceSurface出来るというこョン号Tip echoTip echo2008年07Fig.12 B-scan images of EDM notch specimen by PAUTAverage error: 0.91mm RMS error : 1.03mmMeasured depth by PAUT (mm)10_5010 20 30 40 EDM notch depth (mm)Fig.13 EDM notch depth sizing accuracy[5]平澤泰治,福富広幸:ニッケル基合金溶接部の 欠陥深さサイジングに対する超音波探傷法の適 用性評価,電力中央研究所報告,Q09025, (2010.5) 平澤泰治、福冨広幸:ニッケル基合金溶接部の 欠陥深さサイジングに対するフェーズドアレイ UT 法の適用性評価,日本保全学会 第7回学 術講演会要旨集,pp.61-66, (2010.7)[6]“ “フェーズドアレイ UT によるニッケル基合金溶接部の欠陥深さ測定要領の検討 “ “平澤 泰治,Taiji HIRASAWA,岡田 久雄,Hisao OKADA,福冨 広幸,Hiroyuki FUKUTOMI