超音波探傷試験技術者に対するUTシミュレータ訓練の有効性検討
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カテゴリ: 第15回
超音波探傷試験技術者に対する UT シミュレータ訓練の有効性検討
Investigation of Applicability of Inspection Skill Training using UT Simulator for Ultrasonic Personnel
（一財）発電設備技術検査協会
平澤
泰治Taiji HIRASAWA
Member
（一財）発電設備技術検査協会
（一財）発電設備技術検査協会
松田
牧原
誠司Seiji MATSUDA
善次Zenji MAKIHARA
In our country, the ultrasonic testing (UT) has been carried out according to the JEAC 4207 in ISI. In this code, the ultrasonic personnel are required to the education and training concerning the UT of ISI in the nuclear power plant. Therefore, the ultrasonic personnel are trained to keep the high-level skills such as defect detection, classification of detected echoes and so on, using the own training program of the inspection companies. Thus, in order to keep the inspection skills of the ultrasonic personnel, it is necessary to conduct the training program with transparency and objectivity. The training for ultrasonic personnel is two approaches. One is approach using the real specimen, UT probe, UT equipment and so on. The other is approach the UT simulator using the simulated specimen, UT probe and so on. In order to investigate the manner of utilization of UT simulator, the trial of UT training for ultrasonic personnel was conducted using the UT simulator with ultrasonic waveform data in austenitic stainless steel piping welds. In this paper, the outline of the UT training program for ultrasonic personnel was shown. Then, the results of UT simulator training were shown, and applicability of the UT simulator for UT training were investigated.
Keywords: In-service Inspection, Ultrasonic Testing, UT Training Program, UT Simulator, Trial of UT Simulator Training, True Call Probability, Miss Call Probability, False Call Probability
1 緒言
原子力発電プラントの供用期間中検査（ISI：
In-Service Inspection）では、体積検査として超音
探傷試験（UT：Ultrasonic Testing）が行われ、機器・構造物の健全性の確認を行っている[1][2]。ISI における UT では， 転中に発生する亀裂を確実に検出することが要求されており、UT を行う試験技術者には高い探傷技量（欠陥検出能力）が求められている。そのため、各国では一般的な UT 資格に加えて、独自の方法を定めて試験技術者の技量確認を行っており、欧米では、性能実証（PD：Performance Demonstration）試験[3]や技術実証（TJ：Technical Justification）[4][5]で実施している。
一方、わが国では、ISI における UT は、JEAC 4207[2]に って実施している。この規程では、試験技術者に対する訓練・経験に いて要求しているものの、具体的な訓練内容に いては明記されていない。そのため、プラントメーカ（検査会社含む）は、独自の訓練プログラムを定めて 用し、試験技術者の探傷技量の習得・維持に努めている。このように、わが国の試験技術者に対する要求事項が、欧米のそ
連絡先: 平澤 泰治、〒230-0044 横浜市鶴見区弁天町
14-1, 一般財 法 発電設備技術検査協会、
E-mail: hirasawa-taiji@japeic.or.jp
れと異なっている要因としては、過去に実施した国内調査研究[6][7]において、熟練した試験技術者は十分な探傷技量を保持していたこと、調査研究の成果及び知見を上記規程に反映したこと等が挙げられる。これらの 用に いては、 、試験技術者の探傷技量が問題となる事象は生じていないが、透明性、客観性及び説明性をより向上させる観点から、試験技術者の探傷技量の確認方法に関する制度の構築が要望されている。また、試験技術者の技量訓練に関する提言[8]、探傷技量に及ぼす訓練の有効性に関する検討結果[9]等が報告されており、訓練の重要性や効果が認識されている。
このような背景から、ISI で UT を行う試験技術者の探傷技量の維持・向上を継続的に確保するための訓練制度の構築に向けた検討が進められており、実 用を 定した、 ン 継 試験体を用いた試験技術者に対する訓練（試 用）の結果が報告されている[10]。
本報告では、初めに UT 訓練制度（案）の概要を紹介する。次に、実際の試験体や探傷機材を使用せずに、試験技術者が模擬的に行う探傷操作に応じて探傷 形を表 させる UT シ、ュ ータ[11]を用いた、試験技術者に対する UT シ、ュ ータ訓練（試
用）の結果を すとともに、UT シ、ュ ータの
UT 訓練 の 用性に いて検討した結果を す。
2 UT 訓練制度の概要
在検討中の UT 訓練制度（案）は、ISI で UT を行う試験技術者の探傷技量の習得・維持を目的とした制度で、以下の考え方に基づいている。
① 透明性及び客観性を確保した第三者による訓練制度とする。
② 行の UT 規程（JEAC 4207）に基づく標準的な探傷訓練とする。
③ 訓練は、UT に関する知識及び探傷技量の習得
（技量習得）とその確認（技量確認）とする。
④ 技量確認では、海 の方法（特に、米国の PD 制度）と比較して遜色の無い達成度を設けた内容とする。
上記の考え方をもとに検討した UT 訓練制度（案） の 組 を Fig.1 に す。本制度では、透明性及び客観性を確保するため、第三者機関としての訓練機関（中立訓練機関）を設置する。中立訓練機関では、訓練プログラム、訓練用 材（試験体、探傷機材等） 等を整備し、本制度の 理・ 営を行う。訓練の受講者は、試験員及び試験評価員に加えて、試験員及び試験評価員に対して定期的に反復訓練を行う訓練指導員とする。中立訓練機関では、技量確認で所定の達成基準を満足した受講者に対して認定を行う。
一般訓練機関（通常、プラントメーカ又は検査会社） は、反復訓練を行う機関として中立訓練機関に申請し、承認された組織とする。訓練指導員は、原則として、一般訓練機関に属し、反復訓練で試験員及び試験評価員に対して探傷技量の維持のための指導を行う。また、中立訓練機関は、 営に直接関与しない の 員で構成される訓練 問 員会に対して、訓練に係わる内容に いて報告する。訓練 問 員会では、訓練が独立性及び公平性をもって 営されていることを確認し、必要に応じて提言を行う。
訓練の と有効期間を、Table 1 に す。認定訓
練は、定められた業務を遂行するために必要な技量を習得するための訓練で、技量習得と技量確認で構成し、その有効期間を 5 年とする。更新訓練は、認定の有効期間が満了するとき、その技量を維持・継続するための訓練で、技量習得と技量確認で構成し、その有効期間を 5 年とする。これらの訓練は、透明性及び客観性を確保するため、中立訓練機関で受講する。次に反復訓練は、認定の有効期間において、その技量の維持を目的に定期的に行う訓練で、その有効期間を 1 年とする。この訓練は、一般訓練機関又は中立訓練機関で受講する。このように 用することで、試験技術者の探傷技量を継続的に維持できると考える。
Skill learning
?Classroom lecture
?Hands-on practice
Fig.1 Framework of UT training program
Table 1 Outline of kinds of training
Kinds of training
Contents
Training body
Period of validity
Certification training
?Skill Learning
?Skill Verification
Training center
?3rd party
5 years
Renewal training
?Skill Learning
?Skill Verification
Training center
?3rd party
5 years
Repetition training
?Skill maintenance
Training center
?Inspection company
?3rd party
1 year
3 UT シミュレータによる訓練
3 1 UT シミュレータ
UT シ、ュ ータは、探触子位置測定装置、講師用モニター、PC、試験技術者用モニター、模擬及び模擬探触子で構成されており、その 観を Fig.2 に す。
UT シ、ュ ータは、実際の試験体や探傷機材（超音 探傷器、超音 探触子等）を使用せずに、試験技術者が模擬的に行う探傷操作に応じて、事前に装置に組 込んである探傷 形データを表 させる装置である。主な特徴を以下に す。
① 探傷 形データを再 できる。
② 探傷 形データは、複数のデータを任意に組合せて作成できる。
③ 模擬探触子の走査軌跡を記録・再生できる。
④ 作業環境によらず、どこでも使用できる。
⑤ 模擬探触子の押し付けによる探傷 形の変化は再 できない。
3 2 訓練の概要
第 2 章で述べた UT 訓練制度（案）では、一般に、実技訓練は、実際の試験体や探傷機材（超音 探傷器、超音 探触子等）を用いて行う。ここでは、UT シ、ュ ータの UT 訓練 の 用性を検討するため、UT シ、ュ ータを用いた実技訓練の試 用を行った。
UT シ、ュ ータ訓練は、オー ナイト系ン 溶接継 を対象に、試験員に対する訓練（欠陥検出性試験）として実施した。ここで、受講者は、原子力プラントメーカの協力を得て、UT
2 以上の試験技術者とし、合 6 で行った。UT シ、ュ ータによる探傷訓練は、Fig.3 に すように以下の 順で行った。また、訓練は 2 班に分
け、各々の訓練時間は 7 時間で行った。
① 指 書の説明
② UT シ、ュ ータの操作方法の説明及び操作の習熟訓練
③ UT シ、ュ ータによる探傷訓練（技量習得）
④ UT シ、ュ ータによる探傷訓練（技量確認）
⑤ 試験結果の分析・評価
技量習得では、UT シ、ュ ータの探傷操作に慣れることを目的に、探傷領域（溶接線に対して片側探傷）1 領域に いて、オープン方式の欠陥検出性試験（探傷及び記録作成）を行った。ここで、受講
Fig.2 Overview of the UT simulator
Explanation of test procedure
? Instruction
Handling training of equipment
? UT simulator
Skill learning
? Examination
? Make a examination records
? Feedback of examination results
Skill verification
? Examination
? Make a examination records
? Feedback of examination results
Analysis and Evaluation
Fig.3 Flowchart of UT training trial
者から提出された探傷記録をもとに、探傷結果の評価、欠陥エコーと形 エコー（主に、裏 エコー） の識別性、探触子の走査方法等に いてフィードバックを行った。
次に、技量確認では、ブラインド方式の欠陥検出性試験を行った。ここでは、受講者に対して 1 探傷領域ず 提 し、後戻り探傷は行わないこと、また、探傷時間は、1 探傷領域あたり 40 分として行った。ここで、全ての探傷（ここでは、6 探傷領域）が終了したのち、受講者に対して、UT シ、ュ ータ訓
練に関するヒヤリング及び受講者の試験結果に関するフィードバックを行った。
3 3 試験結果の分析・評価
技量確認として行った欠陥検出性試験の分析結果の一例を、Fig.4 に す。図は、正答率、欠陥の見逃し率、欠陥の誤検出率で表し、各々以下のように定義した。
・正答率：全指 数（探傷領域内に付与した欠陥数
＋誤検出数）に対する欠陥検出数の比率
（TCP：True Call Probability）
・欠陥の見逃し率：全指 数に対する欠陥の見逃し数（欠陥エコーを欠陥以 のエコーと判定した数＋欠陥の未検出数）の比率
（MCP：Miss Call Probability）
的に試験体を探傷する機会がほとんどなくなったことから、探傷技量が若干低下したものと推察される。このことからも、試験技術者の探傷技量の習得・維持のための訓練が重要であるといえる。
Fig.4 TCP, MCP and FCP in training data using the UT simulator
・欠陥の誤検出率：全指 数に対する欠陥の誤検出数（欠陥以 のエコーを欠陥エコーと判定した数）の比率（FCP：False Call Probability）
Fig.4 より、正答率は約 81%、見逃し率及び誤検
Weld metal
Base metal
Probe
④ ③ ② ① ⑤⑥
Ultrasonic beam
出率は、各々約 9%であった。
Root
Crack
ID surface
Counter bore
ン 溶接継 の探傷で検出される代表的なエコーは、Fig.5 に すように、欠陥エコーの他に、裏 エコー、柱 晶伝搬エコー、内表面エコー等が挙げられる。ここで、欠陥の見逃し及び誤検出の要因に いて調べた。欠陥見逃し時の誤判定の要因を、Fig.6 に す。欠陥の見逃しの件数は 5 件で、そのうち欠陥エコーを裏 エコーと判定した件数が2 件、欠陥の未検出の件数が3 件であった。次に、欠陥の誤検出の要因を、Fig.7 に す。欠陥 以 のエコーを欠陥エコーと誤判定した件数は 5 件
で、そのうち裏 エコーが 4 件、内表面エコーが
1 件であった。
上述したように、技量確認（欠陥検出性試験）では、正答率が約 81%であり、概 な結果であったと考えられる。一方、欠陥の見逃し及び誤検出が全体の約 18%を占めていた。受講者のヒヤリング等から、これら誤判定した主な要因は、 の訓練で使用した UT シ、ュ ータの探傷 形の動きが、通常使用している超音 探傷器に比べて粗く、そのため欠陥エコーと形 エコーの分離・検出が難しかったものと考えられる。また、UT シ、ュ ータの探傷操作に慣れず（受講者 1 ）、探傷に集中できなか
ったことも挙げられる。さらに、震災から 7 年、受講者の多くが実機の ISI から遠ざかっており、日常
① Crack echo④ Weld metal echo
② Root echo⑤ ID surface echo
③ Dendritic echo ⑥ Counter bore echo
Fig.5 Typical detected echoes in austenitic stainless steel piping welds
10
8
Number of calls
6
4
2
0
RootID surfaceun- detectable
Fig.6 Distribution of miss call in training data using the UT simulator
10
8
Number of calls
6
4
2
0
RootID surface
Fig.7 Distribution of false call in training data using the UT simulator
次に、UT シ、ュ ータによる訓練と 動 UT による訓練を比較検討するため、UT シ、ュ ータを対象とした探傷領域と同じ領域に いて、実試験体を用いた 動 UT による訓練を行った。 動 UT による技量確認（欠陥検出性試験）の分析結果の一例を、Fig.8 に す。図より、正答率は約 88%、欠陥の見逃し率及び誤検出率は、各々約 6%であり、UT シ、ュ ータの結果と概 同様の結果であった。また、欠陥の見逃し及び誤検出は各々3 件で、いずれも欠陥エコーと裏 エコーの識別性がその要因であった。
4 UT シミュレータのUT 訓練への適用性
上記で述べたように、UT シ、ュ ータによる訓練
（試 用）では、技量確認における正答率が 80%以上であったこと、また 動 UT の結果と概 同様の結果であったこと、さらに、誤判定した要因の多くが、欠陥エコーと裏 エコーの識別性であり、訓練ポイントが明確になったこと等から、UT シ、ュータは、UT 訓練に 用できる見通しが得られた。
ここで、UT シ、ュ ータの 用方法に いて検討した。UT シ、ュ ータは、3.1 節で述べたように、多くの長所を有しており、これらの長所を活用した訓練を行うことができる。ここでは、3.1 節に記載の特徴をもとに、 用方法を記載した。
①探傷 形の再 に いては、探傷 形データは、探触子位置と探傷 形が 1 対 1 で対応しており、探触子を 正に走査することで探傷 形を再 できるため、探触子の走査に伴う探傷 形の挙動を理解する上で、極めて有用なツー である。特に、近接したエコーの分離・検出、欠陥エコーと形 エコー（特に裏 エコー）の識別等に有効であり、上記の訓練（試 用）で された訓練ポイントに合致し、試験技術者の探傷技量の向上に有効と考えられる。
②複数のデータを任意に組合せて探傷 形データ
を作成することに いては、UT シ、ュ ータに組込む探傷 形データは、1 の試験体あるいは複数の試験体から取得した 々の UT データを任意に組合せて作成することができるため、訓練ポイントに応じた様々な探傷 形データを用いて、試験技術者に対する訓練を行うことができる。
③模擬探触子の走査軌跡の記録・再生は、探傷時の試験技術者の の動きを確認するために活用できる。Fig.9 に、探傷時の走査軌跡の一例を す。図より、溶接線に対して右側から溶接線に向かって探傷
しており、左右方向にジグザグした線が探触子の走査軌跡を表している。走査軌跡を表す線が密集している領域は、その領域を詳細に探傷していることを、また密集していない領域は、探傷 数が少ないことを表している。このような走査軌跡の表 は、試験技術者自 が、実際にどのように探触子を走査しているかを確認できるため、実探傷における走査方法の改善等に活用できる。
次に、訓練終了後に受講者 のヒヤリングを行った。ほとんどの受講者が、UT シ、ュ ータは UT 訓練に 用できる、との意見であった。特に、探触子の走査軌跡の再生は、 まで経験していないものであり関心が大きかった。
UT シ、ュ ータは、上述したように、探傷 形の挙動の理解に有用であり、実際の試験体や探傷機材を使った訓練と併用することで、訓練の一層の効果が期待できる。
Fig.8 TCP, MCP and FCP in training data using flawed specimen by manual UT
(a) Probe scanning trace
Fig.9 Scanning trace of UT probe in the UT simulator
4 結言
在検討されている UT 訓練制度（案）において、試験技術者に対する技量習得及び技量確認で行う実技訓練に、UT シ、ュ ータを活用することを検討するため、UT シ、ュ ータを用いた、試験技術者に対する UT シ、ュ ータ訓練の試 用を行った。
訓練は欠陥検出性試験として行い、試験結果の分析から、正答率は概 な結果が得られたが、一
、誤判定したエコーも認められた。誤判定要因の分析から 受講者に対する訓練ポイントを明らかにした。また、UT シ、ュ ータと同じ探傷領域を対象に、実試験体を用いた 動 UT 訓練を行った結果、UT シ、ュ ータと概 同様の結果が得られた。
次に、UT シ、ュ ータの UT 訓練 の 用性にいて検討した結果、UT シ、ュ ータは、探触子走査に伴う探傷 形の挙動、近接したエコーの分離・検出方法、試験技術者の探触子走査 況等の理解に有効であると考えられ、UT シ、ュ ータの訓練における活用方法を提案した。
これらのことから、UT シ、ュ ータは、UT 訓練に活用できる見通しが得られたと言える。
後は、UT シ、ュ ータ訓練（試 用）で された課題の改善に取組 、より実効性のある訓練内容を目指す予定である。
謝辞
本検討で実施した「UT シ、ュ ータ訓練の試用」には、原子力プラントメーカ（検査会社含む） の試験技術者に協力 き、 重なデータを得ることができた。ここに、 の意を表す。また、本検討は、電力共同 託として実施したものである。
参考文献
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平澤泰治、 林 、牧原善次、 、” ン 合せ溶接継 の超音 探傷試験員に対する 育・訓練の有効性に関する検討”、保全学、Vol.15,No.1、2016、pp.77-91.
平澤泰治、 林 、牧原善次、 、”超音
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