平成24年度ボイラー・タービン主任技術者会議最近の非破壊検査技術の御紹介福岡合同庁舎平成25年2月21日非破壊検査株式会社技術本部安全工学研究所 1 目次 1.会社紹介・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 3頁 2.非破壊検査とは・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・9頁 3.非破壊検査の基礎・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 21頁 4. 最近の非破壊検査技術・・・・・・・・・・・・・・・・・ 51頁 2 １．会社紹介 3 ・創立昭和３２年６月・事業所全国２６事業所・社員数５５０名非破壊検査本社ビルグループ社員を含む従業員１１００名・検査資格者数延べ５８００名・基本理念『心と技術が一体となった安全技術サービスの提供』 4 ・事業内容（１）石油精製、石油化学・ガスプラントの建設・保守検査主な検査受注先（順不同）石油関連・ JX日鉱日石ｴﾈﾙｷﾞｰ・コスモ石油・太陽石油・出光興産・東燃ｾﾞﾈﾗﾙ石油殿他化学関連・三菱ｹﾐｶﾙﾎｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞｽ・住友化学・旭化成・三井化学・東ソー殿他ガス関連・東京ガス・大阪ガス・四国ガス殿他 5 （２）原子力・火力・水力発電所の建設・保守検査主な検査受注先（順不同）・東京電力・九州電力・関西電力・四国電力殿他電力6社・三菱重工業・日立製作所・ＩＨＩ殿他重工業各社（３）各種ビル・橋梁等の建設・保守検査主な検査受注先（順不同）・大林組・竹中工務店・鹿島建設殿他 6 （４）航空機・ロケット・鉄道・自動車などの検査主な検査受注先（順不同）・独立行政法人宇宙航空研究開発機構(ＪＡＸＡ) ・財団法人鉄道総合技術研究所・三菱重工名古屋航空宇宙ｼｽﾃﾑ製作所名古屋誘導推進ｼｽﾃﾑ製作所・トヨタ自動車殿他（５）工業高校に『安全管理講座』を設立現在６校 7 ・技術開発（１）安全工学研究所を設立平成５年・日本で初めて専門の研究機関として設立・Ｈ２Ａロケットの設計・製作に参画（信頼性向上を目指した検査技術の開発）・非破壊検査技術の高度化（２）各事業本部に技術部門を設置 8 ２. 非破壊検査とは 9 「非破壊検査」とは？壊せば調べられるけど、壊さずに調べるにはどうすればいいんだろう？例えばレントゲン写真を撮れば中を透かして見ることができる。非破壊検査とは・・・壊さずに中身を調べること拡大すればコインの種類も識別可能 10 非破壊検査の目的-1 信頼性の向上製造技術の向上製造コストの低減その他 1.信頼性の向上：適切な非破壊検査を適用し、機器・構造物の健全性を確認する。 2.製造技術の向上：例えば溶接条件を決定するために、溶接施工－非破壊検査結果をフィードバックすることで、所定の品質が得られる条件を決定できる。 3.製造コストの低減：非破壊検査を行うことで、不良品の低減・無駄な工数など総合的に製造コストを低減することができる。 11 非破壊検査の目的-2 • 欠陥検出：表面欠陥、内部欠陥など割れ、引け巣、空孔など • 厚さ測定：肉厚測定、腐食減肉、膜厚測定 • 材料劣化診断：水素浸食、クリープ、疲労など • 材質判定：機械的性質、成分、粒度、熱処理効果など • 応力ひずみ測定：ひずみ、応力、残留応力 • 漏洩検出：漏れ箇所、ガス検知、液体検知など • 設備異常検出：音響、振動、圧力、温度など 12 非破壊検査はなぜ必要か？化学プラントでの事故例阪神淡路大震災による高速道路の倒壊大型社会資本にひとたび事故が起こると人命に係わる甚大な被害が発生する。事故を未然に防ぐために非破壊検査が必要。 13 日航ジャンボ機の墜落現場事故はなぜ起こるのか？切り欠き引張り応力応力の分布「切り欠き」とは・・・金属疲労により発生する亀裂溶接部の接合不良箇所 etc. 14 事故はなぜ起こるのか？その２：材料の「劣化」金属材料は使われる環境の中で次第に「劣化」し、耐久性が低下して行く。・腐食環境下減肉・繰返し応力の加わる環境下金属疲労（疲労割れ）・高温の環境下熱脆化、クリ－プ劣化等・アルカリの環境下アルカリ脆化・高温蒸気下のオーステナイトＳＵＳ応力腐食割れ etc. 15 非破壊検査の対象（１）大型煙突石油・石油化学・化学プラント塔槽配管貯蔵タンク石油・石油化学・化学プラントでは検査対象物：塔槽（反応炉）、大型煙突、熱交換器、配管、貯蔵タンクなど対象欠陥：腐食による減肉、割れ、高温・薬材などによる鉄鋼材料の劣化など 16 非破壊検査の対象（2）コンクリ－ト構造物橋梁高層ビル建物の構造コンクリ－ト構造物では検査対象物：橋梁、ビル、トンネル、高速道路など対象欠陥：コンクリ－トの割れ、剥離、鉄筋の欠損、腐食など 17 非破壊検査の対象（3）発電プラント原子力発電所発電所の構造発電所のしくみ原子力発電プラントでは検査対象物：原子炉圧力容器、蒸気発生器、ポンプ、配管、タ－ビン、復水器など対象欠陥：割れ、減肉、高温高圧環境下での鋼材の劣化など 18 非破壊検査の対象（４）鉄道航空機自動車ロケット 19 非破壊検査は身近なところでも使われている（民生分野）飛行場での持ち物検査、食品・玩具の異物混入検査、郵便物の危険物混入検査などぬいぐるみに針が入っていないかどうか X線による透視装置の例郵送品に危険物がはいっていないかどうか放射線で透かして見ると一目瞭然 20 ３．非破壊検査の基礎 21 非破壊検査の手段 • 放射線：物質中への透過性、回折 • 音・超音波：物質中への伝搬（振動）、境界面や不連続部での反射 • 電気・磁気：渦電流、電気抵抗、漏洩磁束、磁気ノイズ • 光・レーザー・赤外線：反射や放射 • その他、界面現象など：浸透、漏れなど 22 一般的な非破壊試験手法 • 目視検査：ＶＴ(Visual Testing） • 放射線透過試験：ＲＴ(Radiographic Testing） • 超音波探傷試験：ＵＴ(Ultrasonic Testing） • 磁粉探傷試験：ＭＴ(Magnetic Particle Testing） • 浸透探傷試験：ＰＴ(Liquid Penetrant Testing） • 渦流探傷試験：ＥＴ(Eddy Current Testing） 23 （目視試験） 24 （１）目視検査 VT（Visual Testing） • 表面の状態やきずを経済的に迅速に調べる • 材料、機器、構造物など全てに適用 25 目視検査の方法 • 直接目視検査検査面を直接、または鏡や拡大鏡を用いて観察 • 間接目視検査カメラ、ファイバースコープなどで画像を採取し、テレビモニターなどで観察 • 型取り法表面の形状や状態の型を取って観察 26 間接目視検査の例トンネルのひび割れ検出システム 27 トンネルの変状 28 目視検査の対象きずでないもの不均質部異常状態きず表面欠陥 29 （２）放射線透過試験 (Radiographic Testing：RT) 原理試験体に放射線を照射すると、放射線は透過しながら物体との相互作用により、次第に弱くなる。溶接部の場合ブローホールなどの欠陥は健全部に比べ放射線がよく透過する。その結果、欠陥はフィルム上に黒い像として検出される。特徴 ●金属材料（溶接部・鋳鋼品）、非金属材料に適用できる。 ●放射線の進行方向に奥行きのある内部欠陥を検出しやすい。 ●放射線に対する安全管理が必要。 ●ＩＰ（記憶蛍光体）を使用すれば画像処理により画質の向上が図れる。 ●微小焦点のＸ線管を使用すれば拡大撮影が可能。 30 放射線透過試験の実際欠陥の事例撮影状況 γ線による配管溶接部の撮影（セッティング時） 31 放射線の種類 • 放射線 (Radiation) 波動又は粒子として空間又は物質媒体に放射されるエネルギーの伝搬・α線 → He原子・β線 → 電子・γ線 → 電磁波・Ｘ線 → 電磁波・中性子線→ 中性子 • 放射能(Radioactivity) 放射性崩壊を起こす性質（Bq) 32 電磁波の種類周波数：ｆ 10１２波長：λ マイクロ波ｍｍ 10－３ 10１５ μｍ 10－６ 10１８ｎｍ 10－９ Å 10２１（Hz）ｐｍ 10－１２ (ｍ) X線赤外線可視光線紫外線 γ線ｆ＝ｃ／λ、ｃ：光速度（＝３×10８ｍ／ｓ） 33 放射線透過試験の原理透過線量：I = I０・exp(－μT)、 μ：吸収係数、T：透過厚さコントラスト：ΔD = K・μΔT／(１＋ｎ)、K：比例定数、ΔT：透過厚さの差ｎ：散乱比（散乱線量／透過線量）放射線（X 線又はγ線）実線：透過線破線：散乱線試験体フィルム透過線の強度 → 小試験体の質量 → 大吸収係数μ → 大透過写真 34 放射線透過試験結果の例 35 （３）超音波探傷試験 (Ultrasonic Testing：UT) 原理超音波の発生と受信 ●水晶、チタン酸バリウムなどの圧電材料に電圧を加えると、振動子は伸縮し超音波振動が発生する。 ●逆に振動子に機械的振動が加わると、電極間に高周波電圧が発生する。パルス反射法 ●パルス反射法は試験体の表面から超音波をん内部に伝搬させ、きずから反射された超音波（エコー）を検出する方法である。 36 超音波探傷試験の適用方法（１）・垂直探傷法垂直探傷法は、試験体の表面から垂直に超音波（縦波）を伝搬させる方法である。・斜角探傷法斜角探傷法は、試験体の表面に対して斜めに超音波（横波）を伝搬させる方法である。探傷方法には、直射法と一回反射法とがある。 ●きずの位置（深さ）測定ｄ＝ＷＦ・ｃｏｓθ（直射法）ｄ＝２Ｔ－ＷＦ・ｃｏｓθ（一回反射法） 37 超音波探傷試験の適用方法（２）配管の超音波探傷状況溶接きずの検出方法超音波探傷試験の特徴 ●溶接部、鍛造品などの内部きずの検出に適用される。 ●超音波の進行方向に垂直な面状きずが検出しやすい一方、球状きずの検出は不得意である。 ●粗粒材（オーステナイト系鋼、鋳造品）および、鉛は適用が困難である。 38 （４）磁粉探傷試験 (Magnetic Particle Testing：MT) 原理強磁性体を磁化した場合に、表層部に磁束を妨げる欠陥が存在するとき、外部空間に漏れ磁束を生ずる。この漏洩磁束によって吸着された磁粉模様から表層部の欠陥を検出する方法である。特徴 ●磁石に吸引される強磁性体にだけ適用できる。 ●表面および表面直下の欠陥を検出できる。 ●全ての方向の欠陥を検出するためには、少なくとも２方向の磁化操作が必要となる。 ●欠陥深さはわからない。 39 磁粉探傷試験の適用方法（１） 40 磁粉探傷試験の適用方法（２） 41 磁粉探傷試験の適用例圧力容器の探傷風景（極間法）探傷手順前処理有効範囲の確認磁化欠陥磁粉模様（蛍光）磁粉の適用観察後処理（脱磁）横割れ・縦割れクレーター割れ 42 （５）浸透探傷試験 (Liquid Penetrant Testing：PT) 原理表面に開口している欠陥を、容易に目視できるようにするために、毛管現象及び知覚現象を利用し、より拡大した像にして指示模様を知覚する方法である。試験方法の種類特徴 ●多孔質でなければ、金属でも非金属でも適用できる。 ●内部が空洞で表面が開口している欠陥が検出できる。 ●一回の操作であらゆる方向の欠陥を検出できる。 ●指示模様から欠陥の幅、深さをもとめることは出来ない。 43 浸透探傷試験の手順例試験の手順（溶剤除去性染色浸透探傷試験の場合）前処理浸透処理現像処理除去処理観察 44 浸透探傷試験の適用例指示模様の例探傷状況欠陥名称：高温割れ、ピンホール材料：SUS304Ｌ試験方法：溶剤除去性染色浸透探傷試験速乾式現像法 ●ボルト欠陥名称：疲労割れ材料：SUS304Ｌ試験方法：水洗性蛍光浸透探傷試験乾式現像法 45 磁粉探傷試験結果及び浸透探傷試験結果の例 46 （６）渦流探傷試験 (Eddy Current Testing：ET) 原理導電性のある試験体の近くに交流を通じたコイルを接近させ、電磁誘導現象によって試験体に発生した渦電流の変化を検出して探傷試験を行う方法である。特徴 ●蒸気発生器、復水器等熱交換器細管の保守検査に適用される。 ●試験は導電性のある対象物に限られる。 ●表皮効果のため、対象物は肉厚が５ｍｍ程度以下の細管に適用される。 ●欠陥信号から欠陥の種類、深さを推定できる。 ●多重周波数を用いて支持板信号を消去できる。 47 渦流探傷試験の実際 48 渦流探傷試験の解析 49 渦流探傷試験の適用例 50 ４．最近の非破壊検査技術 51 4.1 スクリーニング技術 ①配管他（１）ロングレンジＵＴ（２）ＳＬＯＦＥＣ（３）パルスＥＴ ②熱交チューブ（鋼管）（４）強磁性チューブ検査技術（ＦＴＥＣＴ） 52 （１）ロングレンジＵＴ (ＬＤＵ） 53 ロングレンジＵＴの結果例 Angle (deg) 300 200 Amp (Linear) 8.0 +F6 6.0 +F5 4.0 +F4 2.0 +F3 0.0 +F1 +F2 -2.0 -F2 -F1 20.0 -4.0 -F3 0 -24dB 100 15.0 10.0 5.0 00 54 （２）ＳＬＯＦＥＣ (Saturation Low Frequency Eddy Current）ＳＬＯＦＥＣとは渦電流探傷技術を利用した手法で、高速に腐食減肉の検出が可能なスクリーニング技術です。コーティング上からの探傷が可能で、主に裏面減肉を検出対象としています。探傷・解析装置配管検査タンク底板検査原理 55 （３）パルス渦流探傷法（パルスＥＴ）パルス渦流探傷法は、電磁誘導法による探傷方法の1つであり、保温上から炭素鋼配管・機器の腐食減肉状況を調査するためのスクリーニング技術です。検査装置センサ（コイル）現場適用状況 56 （４）強磁性チューブ検査技術（ＦＴＥＣＴ）・試験体に直流磁化を施すことで強磁性体中の磁気ノイズを抑制させながら渦流探傷を行う. 渦流探傷器直流電源・減肉等の不連続部によって磁束密度や渦電流が変化することを利用して減肉を検出する. プローブ装置外観 57 4.2 検査技術の高度化（１）フェイズドアレイＵＴ（２）ＭＳ-ＵＴ（３）フラットパネル（デジタルラジオグラフィ）（４）赤外線サーモグラフィ（５）ＡＥ法キ－ワード・高精度化・高効率化・未点検箇所・状態監視検査技術の高度化 58 （１）フェイズドアレイＵＴ胎児の超音波検査画像 59 従来型超音波探傷法の課題超音波の伝搬方向を変えるには面情報を得るためには探触子の変更が必要（任意の変更は困難）探触子の2次元走査が必要（時間がかかる） 60 フェイズドアレイとは？フェイズドアレイ探触子は大きな振動子を切断して、小さな素子に分割分割一般的にセグメントの寸法（幅）は0.5mm～2.5mm 61 フェイズドアレイの原理個々の素子に対し、「送受信の時間遅れ」や「送受の切り替え」を電子的に行いながら超音波の送受信を行う。超音波ビーム走査超音波ビーム集束超音波ビーム偏向 62 フェイズドアレイＵＴの適用（１）リニアスキャン方式リニアスキャンのイメージ 63 フェイズドアレイＵＴの適用（２）セクタスキャン方式 64 フェイズドアレイＵＴの適用（３）-1 • 基礎ボルトの腐食による減肉の検出 – 露出しているボルトの頭部側からのみ検査が可能 – 基礎ボルトのネジ部の減肉と円筒部の減肉を検出ネジ部の減肉円筒部の減肉グラウト（基礎台）基礎ボルト 65 （２）配管架台接触部,強め板下等の腐食検査技術（ＭＳ-ＵＴ） • 接近不可部の外面減肉・内面減肉枝管探触子配管強め板母管架台強め板配管の架台接触部の減肉・ジャッキアップ困難減肉部強め板下部の減肉・ UT適用困難原理 (a) 軸方向測定 (b) 周方向測定 66 現場適用例自走式スキャナ周方向測定（ダミーサポート例）手動ジグ周方向測定（配管架台部例） 67 （３）フラットパネル【デジタルラジオグラフィ】パルスＸ線装置（電源：ﾊﾞｯﾃﾘ）フラットパネルディテクタ仕様サイズ：330×360×13ｍｍ重量：約3ｋｇ有効視野：216×229ｍｍ画素ｻｲｽﾞ：127ﾐｸﾛﾝ階調：14bit 電源：ﾊﾞｯﾃﾘ約5時間パソコン画像処理部 68 （４）赤外線サーモグラフィ原理物体表面より放射される近赤外線から遠赤外線までの１～１４μｍの赤外波長領域の放射ｴﾈﾙｷﾞｰを赤外線ｻｰﾓｸﾞﾗﾌｨにより計測記録し、非破壊検査の手法として用いるもので、試験体の表面や内部に存在するきずや空洞等において、外部から熱を加えることにより生じる微少な温度差からきずや空洞を検出するものである。適用（例）（建物壁面剥離調査）（石油プラント配管調査）（道路橋脚劣化調査）用途・産業プラント機器、熱機器、流体漏洩・断熱壁面、コンクリート構造物・電子機器、航空宇宙、医療診断等赤外線カメラ（例） 69 赤外線サーモグラフィによる状態監視異常温度 = 異常発生箇所評価赤外線測定対象サーモグラフィー • 熱画像 – 温度分布状況を取得 – 過熱・断熱箇所を特定非接触 = 運転中でも適用可能広範囲な面温度の測定可能 9 異常原因が特定できない 9 表面のみの情報解析画像化異常箇所の特定放熱・断熱熱設計モニタリング熱画像規格 • ISO 18436-7 – 米IRT社、米非破壊検査協会 (ASNT)の資格認証が元サーモグラファーLv. 1～3 JSNDIに2012年春赤外線診断技術者認証開始 70 （５）ＡＥ法による回転機の異常診断 (Acoustic Emission) 転がり軸受の損傷検知他の音響法に比べて、損傷の初期段階から検出が可能！！早期発見・監視体制の見直しなどに非常に有効振動法との比較 71 ＡＥ法による回転機の異常診断転がり軸受の損傷検知振動法では測定困難な低速回転機器も診断可能 72 4.3 その他の検査技術（１）超音波（UT）マクロ採取技術（当社独自技術）（２）空中超音波検査技術（当社独自技術） 73 （２）超音波（UT）マクロ採取技術・アーク溶接（重ね継手）部の溶込深さ測定 UTによるマクロ組織採取・溶接部側からの１回反射法測定例（裏面側より直接測定も可能）光学像超音波像溶接金属 HAZ 溶接金属溶込み深さ切断ＵＴ後の切断マクロ試験結果 HAZ 溶接部切断前のＵＴ結果 74 （３）空中超音波による検査１，特徴と原理 ① ② ③ ④ 非接触で、液体の接触媒質ナシで高速検査可能複合材料、樹脂、薄板鋼板、アルミ板等の割れ・剥離等の検出可能試験体の片面又は両面から検査可能欠陥部の振幅減少曲面・複雑な形状部にも対応可能探触子探触子試験体試験体振幅レイアウト：大超音波信号健全部欠陥振幅レイアウト：小超音波信号欠陥部 75 空中超音波による適用例 ① 複合材料(CFRP)･ハニカムの剥離 ② コーテイング・塗装下のｷｽﾞ検出・CFRP材中の内在欠陥を検出・コーテイング・塗装下のキズの検出例：模擬欠陥（層間のテフロンシート) の検出例・裏面のキズの検出 φ12 φ13 φ14 φ9 φ15 φ16 φ20 φ17 φ8 φ6 φ10 φ11 φ18 φ7 φ3 φ4 φ5 ・コーテング・塗装の剥離検出健全部 φ19 Φ３mmの剥離検出表面欠陥裏面欠陥貫通欠陥コーティング無しコーディング有りｺｰﾃｲﾝｸﾞ下のｷｽﾞを明瞭に検出 76