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とらふみおえづか
5 years ago
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SHEED SH-wave Super-sonic Exploration Equipment for Drum by Alpha-product SH 波による外面からのドラム缶内面欠損調査システム 1 金属板の外面内面を問わず SH 波の伝搬範囲内のキズを1 回で探知できる 2 探触子固定の場合 1 回の探査時間は約 1 分以下 3SH

1 SHEED SH-wave Super-sonic Exploration Equipment for Drum by Alpha-product SH 波による外面からのドラム缶内面欠損調査システム 1 金属板の外面内面を問わず SH 波の伝搬範囲内のキズを1 回で探知できる 2 探触子固定の場合 1 回の探査時間は約 1 分以下 3SH 波の伝搬範囲は概ね頂角 29 度高さ1mの二等辺三角形 ( 約 0.24m2) 4 探触子を回転させ探触子から半径 1mの半円内を探査できる特許取得 5 厚さ10mm 程度までの金属板であれば形状を問わず探査できる 6ドラム缶の場合内容物が液体や固体でも問題なく探査できる 7 回転探傷法ではパレット積のドラム缶の側板と底板が積載状態で探査可能

2 1 SH 波による垂直方向探査探触子固定での基本技術開発 SH 波伝搬範囲 SH 波は振動方向が探傷面に平行な横波である表面での反射が少ない効率がよいモード変換が少ない疑似エコーが少ない距離減衰が比較的少ない長距離探傷が可能

3 技術開発の発端浜岡原子力発電所から六ヶ所村に移送予定の低レベル放射性廃棄物収容ドラム缶で孔食による液ダレが発見され調査の結果内部腐食が原因である事が判明した ( 中部電力株式会社プレスリリース資料抜粋 ) ここからドラム缶内部腐食の外面からの探査技術の検討が始まった

4 開発計画 < 目的 > 内面腐食の発生位置を特定し発生位置の残厚測定によって残余寿命を推定する < 検査手順 > 検査手順は検査効率を考慮して以下の 2 段階とした 1 次調査 ( スクリーニング ) 2 次調査 ( 板厚測定 ) < 検査対象 > 亜鉛めっき缶 (JIS Z 1600 に準ずる ) : 内径 (567±3mm) 外高 (890±5mm) 容量 (212L 以上 ) 板厚 (1.6mm) < 開発順序 > 1SH 波による垂直方向探査探触子固定での基本技術開発 2 側板の回転探査法技術開発 3 底板の探査技術開発

5 1SH 波による垂直方向探査探触子固定での基本技術開発

6 SH 波を第 1 候補表面波を第 2 として選定 1SH 波は振動方向が探傷面に平行な横波である表面での反射が少ない効率がよいモード変換が少ない疑似エコーが少ない距離減衰が比較的少ない長距離探傷が可能入射後の波は板厚一杯まで広がって伝搬する 2 表面波の特色も SH 波と同様であるが伝搬経路が明確でないため第 2 候補とし探触子を作成して実験結果を比較する

7 対比試験片の作成 Φ5mm Φ10mm Φ20mm

8 対比試験片の疑似腐食孔孔径 :φ5mm 孔径 :φ10mm 孔径 :φ20mm 深さ :1.2mm 深さ :0.8mm 深さ :0.4mm

9 対比試験片での測定各々直径及び深さの異なる人工きずからの反射エコー高さを表示器上の 40% 高さに調整したときの探傷図形 ( 波形 ) およびその時の超音波探傷器の感度読み値をデータとして採取した

10 対比試験片での測定結果この3つの探触子では探査不能な傷があった選択試験片の腐食を模した人工きずはプラズマ加工によるもので表面が極めて滑らかであり実際の腐食によるきずでははるかに検出が容易であることが実機での探査で判明している

11 SH 波の距離減衰確認試験 ( 実機貫通孔試験体 ) 貫通孔番号孔までの距離 mm ビーム路程 mm 感度読み値 db K K K K K K (51.5dB dB)/(785mm 240mm)= (db/mm) 実際の探傷時にはこの距離減衰量を考慮した距離振幅特性曲線を超音波探傷器の表示器上にプロットしておくことにより距離に依存されずにきずを検出することができる

12 実機試験体の作成 1 ( 腐食孔試験体 : 側板 )

13 試験体の作成 2 ( 腐食孔試験体 : 底板 ) B9 B8 B7 B1 B2 B3 B4 B5 B6

14 腐食孔試験体の探傷結果 : 側板 ( 上方下方 )

15 腐食孔試験体の探傷結果 : 側板 ( 下方上方 )

16 腐食孔試験体の探傷結果 : 底板 1 回の測定で 9 点全点確認

17 探傷ピッチ ( 測線 ) の検討 : 側板入射方向入射方向

18 探傷ピッチ ( 測線 ) の検討 : 底板底板についても 8 方向探傷とすることで全域が探査できる

19 2 次調査 ( 板厚計による板厚調査 ) 1 次調査で腐食カ所が発見された場合その個所の板厚を測定することにより残存板厚と経過年数から残余寿命が推定できる残厚 (mm) 板厚測定結果 (mm) 人工きず φ5mm 人工きず φ10mm 人工きず φ20mm 測定値差測定値差測定値差 ± ± ±

20 発錆部の検知実験腐食模擬試験体内面の健全部 ( 錆 A 部 ) とドリル孔加工位置 ( 錆 B 部 ) の 2 箇所について塗膜をグラインダーにより除去した後に硝酸を塗布し約 2 週間放置して錆を発生させ SH 波による探傷実験を行ったドリル孔 (S6)

21 SH 波による発錆部探傷 : ドリル孔なし錆錆錆なし錆あり ( 上下 ) 錆あり ( 下上 ) 錆はある程度高さのそろった小さな波形の集合として検知されている

22 SH 波による発錆部探傷 : ドリル孔あり錆なし錆あり ( 上下 ) S6 S5 S6 S5 S7 S4 S3 S2 S1 錆 S7 S4 S3 S2 S1 ドリル孔 S6 の下部にやはり小さな波の集合として錆が検知されている

23 検討結果のまとめドラム缶内面に発生する減肉箇所の検出およびその程度と範囲を推定する手法として周波数 0.5MHz の SH 波が最適であるという結果を得た実機腐食模擬試験体で実験した結果側板に加工したドリル孔からの反射エコーを明瞭に確認することができた探傷を上方からと下方から行うことによりドラム缶の上端部近傍および下端部近傍の断面欠損を見落とすことなく全領域を探傷する事が可能であることが確認できた側板同様に底板 ( 天板 ) のドリル孔も全測定線で明瞭に確認することができた 2 次調査 ( 詳細調査 ) として超音波垂直探傷法等による板厚測定手法により残厚を測定することが可能である

24 充填ドラム缶での追加実験可燃物 ( ウエス古着シュレッダー屑 ) 不燃物 ( 金属片塩ビホースゴムホース電線硬質塩ビ等 ) 可燃物と不燃物の混在状態でも実験を行った

25 測定結果代表例比較 : 底板 ( 外周中心 ) 空 1 可燃物 2 可燃物不燃物混在 3 不燃物内容物の有無や種類に関係なく検知できている

26 測定結果代表例比較 : 側板 ( 下上 ) 空 1 可燃物 2 可燃物不燃物混在 3 不燃物内容物の有無や種類に関係なく検知できている

27 2 側板の SH 波回転探査技術開発横方向探査の実験回転探査法の検討特徴 : 探査範囲が広がりきずの方向と距離を特定することができる某電力会社様のドラム缶内面腐食探査で実績あり特許取得 : 特願第号日本原子力学会平成 29 年度 30 年度北関東支部大会にて日本原子力研究開発機構から SH 波によるドラム缶内面探査の基礎研究論文発表

28 開発動機 : パレット積載状態での調査要望某社でのドラム缶探査が実施検討となったが実際の保管状態はパレット積載での多段積であり調査のために 1 本づつ取り出すことは困難であるとの指摘があったのでこれまでの技術開発を踏まえて積載状態での探査手法開発を開始した調査に使用できるドラム缶側板の面積は約 1/3 であることからまず横方向の入射実験を行ったこの場合側板にある溶接線が問題となるので溶接線を越えての探査が可能かどうかの確認実験を行った

29 横方向探査実験のエコーと対応するきず探触子 S1 S2 200mm は溶接線 S3 S4 溶接線 340mm は s2 探査波形 mm のエコーは mm は s3 実験開始前にあった未確認の内面のきずであること確認したきず S1-S3 はドリルによる貫通孔である

30 側板での伝搬範囲非貫通のきず R1 を対象に伝搬範囲を確認した上端では検知しない 52mm 下げた位置で検知している R1 上記の関係から側板での伝搬範囲は図のようになり伝搬角度は約 29 度となる伝搬距離は外周 1/2 の 890mm

31 横方向探査の問題点有利な点垂直方向探査での探触子接触面が入射方向に平行な接線であるのに対して入射方向に直角な接線であるため伝搬角度が 18 度に対して 29 度と大きい溶接線は問題なく探査できる ( 感度低下は別途実験の必要あり ) 問題点探触子の反対側からの発振を感知するため探触子側半分の面しか探査できない側板全面を探査するためには左右対称に配置した探触子のセットを上端から下端までスライドさせさらに反対面を別途探査する必要がある SH 波回転探査技術開発

32 SH 波探触子回転探査法の実験探触子を回転させた場合縦方向と横方向で入射効率が変わることが分かっているが 15 度ずつ角度を変えて確認実験を行った ( きずはφ2.0 深さ0.5mm 前後不均一 ) 探触子取り付けベースのアクリル製治具きずの配置ネオジム磁石ベースに取り付けた探触子

33 エコー (%) 同じきずへの探査角度差によるエコー変化探触子 360mm θ きず θ:0~25 同じきずに対し探触子の角度を5 度単位で変更しエコー高さの変化を2 種類の探触子で測定した探触子は0.5Z20 20HA90と同じく20 10であり 20 10HA90の方が角度による感度差が小さいと推測できる測定結果角度エコー高さ (%) 20x20 20x : エコーが小さすぎるため計測不可 y = -2.74x y = -4.52x 角度 ( ) 20x20 20x10 線形 (20x20) 線形 (20x10) 角度の変化に対してエコー高さはきれいに変化している 20 10HA90 の方が角度による感度差が小さく側板の回転探査に有利である

34 3 底板の勘合部からの入射による探査技術開発パレット積載状態のドラム缶探査で最も困難なのが底板と天板の探査である内部腐食の発生頻度でいえば底板が最も高く次いで側板天板となる天板はバンドで密封されるためバンドを外さなければ探査はできないため底板もしくは側板に傷が発見されなければ天板は問題なしと仮定する底板については勘合部からの入射が可能であると思われるので実験を行った SH 波入射特許取得

35 底板への探触子設置と探査実験底板の曲率に合わせたアクリル治具を製作し探触子を固定する測定波形端部からの反射と複数の人口きずからの反射エコーが見られる感度 40dB 非貫通きず A1-A8 複数の反射エコー対面の端部ミリ貫通孔 B1-B8

36 底板反射エコーの確認 < 端部 > 対面の端部ミリ端部エコーまでの距離 mm を確認するほぼ 620mm と確認できる

37 底板反射エコーの確認 < きず > 感度をあげて再度測定しエコーまでの距離を確認した 145mm,180mm,200mm,220mm,240mm,265mm,300mm である複数の反射エコー mm のエコーは B6 である 200mmのエコー : B4 220mmのエコー : B3 240mmのエコー : B2 265mmのエコー : B1 180mm のエコーは B5 である

38 回転探査法による感度別ドラム缶探査結果例感度設定 85dB 90dB 感度設定によって錆の検知エリアが異なる内面写真は探査後に開缶して撮影

腐食部の残存板厚測定部位錆超音波板厚測定マイクロ M 健全部減肉 SH 波測定感度 T-1 底 A 不可 0.00 1.21 85dB T-1 底 1.21M B 不可 0.28 0.93 85dB T2-1 1.06 1.07 1.12M 0.05 85dB A 0.82 0.

06 1.07 1.12M 0.05 85dB T2 底 A 不可 0.86 0.30 85dB 1.16M t B 1.11 1.09 0.07 85dB A 不可 0.37 0.85 85dB T5 底 1.22M B 不可 0.38 0.

39 腐食部の残存板厚測定部位錆超音波板厚測定マイクロ M 健全部減肉 SH 波測定感度 T-1 底 A 不可 dB T-1 底 1.21M B 不可 dB T M dB A dB T M B dB T M dB T2-4 A B M dB C T M dB T2 底 A 不可 dB 1.16M t B dB A 不可 dB T5 底 1.22M B 不可 dB M はマイクロメータ測定 t は板厚計 T-1 底内面 A B 腐食のあるドラム缶について SH 波探査で錆があるとされた箇所について超音波板厚計による測定を行った後錆を除去してマイクロメータによる測定を実施し一覧にまとめたものが上記である進行した腐食では超音波板厚計は計測できずその他の箇所でも不安定である

40 SH 波回転探査法と SH 波垂直探査法の比較比較項目 SH 探触子固定探査 SH 探触子回転探査パレット積載状態での探査〇探査作業効率低い高いきず位置の確定 2 点探査の交点から求めるがきずが多数の場合は特定が困難〇探触子の角度と反射エコーの距離から極座標として 1 回の探査で特定できる錆の範囲の確認〇某電力会社様で SH 波回転探査によるドラム缶調査を実施 (2017 年 1 月 ) キズや錆等を効率良く検知できているとの評価をいただいた

41 SH 波探査その他厚さ 10mm 程度以下の金属板であれば形状を問わず適用できる一般の金属板では特殊な材質を除いて探査可能である形状に沿って超音波が伝搬するのでプレス加工等の変形部分も探査可内容物が液体でも問題なく探査できるがピッチタールギヤオイル等極度に粘性の高い内容物では探査範囲が狭くなる金属が直接接触していても感度に影響はないガムテープやブチルゴム等は音を吸収するので感度が低下する通常の塗膜の影響は受けないが厚い塗膜では塗膜をはがす必要がある SH 波の伝搬範囲は平版で頂角 29 度高さ 1m の二等辺三角形である回転探査法では回転方向によるエコー高さの変化からきずの方向を特定できる

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<4D F736F F F696E74202D D837B E90DA837D836A B91E6338FCD81698FBC89BA8F4390B3816A205B8CDD8AB B83685D> 25 度狭開先ロボット溶接マニュアル - 冷間成形角形鋼管と通しダイアフラム接合部への適用 - 第 3 章超音波探傷検査 1/21 3.1 総則テキスト P63 解説解 3.1 総則開先角度が35 度から25 度に変わっても, 超音波探傷検査における欠陥の検出性が不利になる事項はない超音波探傷検査方法は,AIJ UT 規準を適用する解説ではマニュアル作成にあたって実験等で得られた知見, 探傷の際の留意事項を中心に記述