隅肉溶接継手の非破壊検査手法 タンク審査部 隅肉溶接の場合は発見しづらいという特徴があ はじめに 特定屋外貯蔵タンク（以下「特定タンク」と ります。このため、過去に発生した特定タンク いう。）は一定期間ごとにタンクを開放し、底部 の底板溶接継手の破断による流出事故は、全て の溶接部と板厚の健全性を確認していますが、 隅肉溶接で発生しています。 近年、特定タンクの底板溶接継手の破断による 流出事故が数件発生しました。 ࡞࠻ㇱ そこで、当協会は同様な流出事故を未然に防ぐ ための有効な検査手法について、一般社団法人 㑆㓗 日本非破壊検査工業会殿の協力を得て自主研究 を実施しましたので、その内容について報告します。 図 特定タンクの底板重ね継手の特徴 間隙がある隅肉溶接のルート部 底板相互の隅肉溶接破断事例 特定タンクの多くは昭和40年代に建設され、 底板相互の隅肉溶接が破断した事例には次の その当時に建設された底板の溶接は、重ね継手 ようなものがあり、板同士の間隙とのど厚不足 による隅肉溶接（図 が主要因となっています。 左参照）が多く用いられ ています。隅肉溶接は裏当て金を用いた突合せ ． 溶接（図 右参照）と比較して施工しやすいと 建設当時の溶接施工不良により板同士に間隙 いう利点がありますが、溶接前の施工管理にお があり、かつ溶接部がグラインダーで研削され いて板同士の密着が不十分な場合、隅肉溶接の のど厚不足を生じていた。又、ルート部にはス 板同士の間隙が発生しやすくなります。そし ラグ巻き込みもあり、このスラグがのど厚不足 て、間隙がある隅肉溶接のルート部（図 を助長することになった。このため、スラグ巻 参照） 破断事例 には応力が集中するため、ルート割れが発生し き込みを起点としたルート割れが発生して破断 やすくなります。又、 した事例（図 項に示すように溶着金 参照）。 属が研削されのど厚不足の状態になっている場 合、突合せ溶接であればすぐに発見できますが、 ࠬࠣᏎ߈ㄟߺ ߆ࠄഀࠇ߇િዷ 㓈⡺ṁធ 図 ⵣᒰߡ㊄ࠍ↪ߚ⓭วߖṁធ 底板相互の溶接構造 図 39 溶接線の断面マクロ写真 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） ． 常、表層部の欠陥を検出することを目的とした 破断事例 底板相互の重ね面に間隙が存在したこと、及 交流電源が用いられています。交流電源を用い び検査時の欠陥検出箇所に対して補修溶接をせ ると、表皮効果により図 ずグラインダーによる研削で欠陥除去を繰り返 体の表層に分布するため、表層にある欠陥の検 していたため、のど厚不足が生じルート部に発 出能力は高まりますが、板同士の間隙やルート 生した割れが貫通した事例（図 割れ等の内在欠陥の検出能力は低くなります。 参照） 。 のように磁束が試験 ⸳⸘ᔅⷐߥߩߤෘ ⏛᧤߇⹜㛎 ጀߦಽᏓ ⏛ൻེ ⹜㛎 ᐩ᧼ߩ㊀ߨ㕙ߩ㑆㓗 図 図 溶接線の断面マクロ写真 交流電源による磁粉探傷試験の磁束分布 ． 図 底部における溶接部の検査方法 側板の溶接部は放射線透過試験により溶接部 のど厚不足の検出が困難な理由 の板厚 ると、図 mm の隅肉溶接を例に説明す は適正なのど厚5.7mm が確保され ている隅肉溶接です。この溶接部に図 左のよ 内部の健全性を確認していますが、底部は直接 うな溶接欠陥が検出された場合、図 基礎上に敷設されるため、その構造上の特性から うにグラインダーにより溶接部の欠陥除去を行 放射線透過試験を適用することができません。 います。しかし、この部分を補修溶接せず、図 そのため、底部の溶接部は通常、目視検査と極間 中央のよ 右のように母材と溶接部の形状を整形すると 法による磁粉探傷試験（以下「磁粉探傷試験」と ߩ ߤෘ O O いう。 ）により溶接部の健全性を確認しています。 しかし、目視検査や磁粉探傷試験は溶接部の 下の理由により板同士の間隙やルート割れ等の OO 表層にある欠陥検出を目的としているため、以 㓈⡺ṁធㇱ ． OO 内在欠陥やのど厚不足の検出は困難です。 内在欠陥の検出が困難な理由 溶接部表層にある欠陥は内在する欠陥と比較 して有害とされているため、磁粉探傷試験は通 図 健全な隅肉溶接部の断面図 ߩߤෘਇ⿷ߩ㓈⡺ṁធ 図 隅肉溶接にのど厚不足が生じる過程（断面図） Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 40 のど厚不足が生じますが、外観上は適正なのど 垂直探傷法、斜角探傷法）を抽出し、予備実験 厚が確保されているように見えます。 を行いました。その結果、表 に示す検査手法 はグラインダーで溶接部を研削した試験 が有効であると考えられたため、昨年度はこの 片の外観写真です。母材と溶接部を整形した部 つの検査手法について詳細な検討を行いまし 図 分は全て同様な形状をしているため、目視検査 た。 によりのど厚不足を検出することは困難です。 ． 試験片の作成 実験を実施するにあたり、板同士の間隙との ど厚不足を模擬した表 検査手法の検討 に示す試験片を作成し ました。なお、⑪及び⑫については、ルート割 板同士の間隙等の内在欠陥及びのど厚不足を 検出する有効な検査手法を検討するため、一昨 れも人工的に付与しました。図 年度に 験片の断面マクロ写真です。 種類の非破壊検査手法 （磁粉探傷試験、 から図11は試 超音波探傷法によるフェイズドアレイ探傷法、 ߩߤෘ3.0mm ߩߤෘ4.0mm ߩߤෘ3.5mm ߩߤෘ4.5mm ߩߤෘ 5.7mm㧔⎇ߥߒ㧕 図 表 試験片の外観写真 欠陥検出に有効と考えられる検査手法 ᰳ㒱ߩ⒳㘃 ᬌᩏᚻᴺ ᧼ห჻ߩ㑆㓗╬ߩౝᰳ㒱 ⋥ᵹ㔚Ḯࠍ↪ߚ⏛☳ត்⹜㛎 ߩߤෘਇ⿷ ੑᝄേሶု⋥ត⸅ሶࠍ↪ߚ㖸ᵄត்⹜㛎 41 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 表 ⹜㛎 ⇟ภ ᧼ห჻ ߩ㑆㓗 試験片の諸元 ߩߤෘ ⹜㛎 Ԙ 5.7mm ⹜㛎 ԙ 4.5mm ⹜㛎 Ԛ ⹜㛎 ԛ ⹜㛎 Ԝ 3.0mm ⹜㛎 ԝ 5.7mm ⹜㛎 Ԟ ⹜㛎 ԟ ⹜㛎 Ԡ ⹜㛎 ԡ ⹜㛎 Ԣ 1.0mm 5.7mm ⹜㛎 ԣ 0.5mm 5.7mm 1.0mm ᧚⾰ ᧼ෘ SS400 8mm ࡞࠻ഀࠇ ߩή 4.0mm 3.5mm 4.5mm 0.5mm 400mm ή ×130mm 4.0mm 3.5mm 3.0mm ⹜㛎 Ԙ ⹜㛎 ԝ ߩߤෘ 5.7mm ߩߤෘ 5.7mm ⹜㛎 ԙ ⹜㛎 Ԟ ߩߤෘ 4.5mm ߩߤෘ 4.5mm ⹜㛎 Ԛ ⹜㛎 ԟ ߩߤෘ 4.0mm ߩߤෘ 4.0mm ⹜㛎 ԛ ⹜㛎 Ԡ ߩߤෘ 3.5mm ߩߤෘ 3.5mm ⹜㛎 Ԝ ߩߤෘ 3.0mm 㓗㑆 1.0mm 図 ⹜㛎 ࠨࠗ࠭ ⹜㛎 ԡ ߩߤෘ 3.0mm 㓗㑆 0.5mm 試験片の断面マクロ写真（間隙1.0mm） 図10 試験片の断面マクロ写真（間隙0.5mm） ഀࠇㇱᄢ౮⌀ ⿒✢⍫ශㇱ߇࡞࠻ഀࠇ 図11 ルート割れを付与した試験片⑪の断面マクロ写真 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 42 ． 板同士の間隙とルート割れを検出する検査 ⑴ 板同士の間隙とルート割れの検出結果 手法 電源と磁化能力の違いによる板同士の間隙 の検出結果 一般的に磁粉探傷試験には表層の欠陥を検出 磁化能力の違いは、表 するために交流電源を用いますが、直流電源を用 に示す磁化条件（適 いると、図12に示すように磁束が試験体内部に多 用する磁化器の型式と台数） の違いとしました。 く分布し、試験体内部の欠陥検出能力が高まりま 図13左は A‑ す。そこで、隅肉溶接の板同士の間隙やルート 使用した場合の磁化状況です。 表 割れの検出には、直流電源による磁粉探傷試験 型 台、右は A‑ 型 台を同時 に電源と磁化能力の違いによる板同士の が有効であると考え、磁化能力及び電源を変化 間隙の検出結果を示します。直流定電圧電源及 させ、欠陥が検出できる条件を検証しました。 び単相全波整流電源の場合は、A‑ 型を ただし、直流電源を用いると、試験体内部ま 型又は A‑ 台同時使用することにより、板同士の で磁束が流れるため、表層の磁束密度が小さく 間隙を検出できました。しかし、交流電源及び なり表層部の欠陥検出能力は低下します。 単相半波整流電源の場合は検出できませんでし た。 図14は A‑ ⏛᧤߇⹜㛎 ⏛ൻེ 型 台を同時使用して検出され た磁粉模様（赤い矢印部）です。電源の違いに ౝㇱߦಽᏓ より板同士の間隙の検出状況が異なっていま す。 ⹜㛎 図12 直流電源による磁粉探傷試験の磁束分布 表 磁化条件 ⏛ൻེߩ⻉ర ဳᑼ ⏛ᭂਛ⛮߉ ⏛ᭂ㑆㓗 ో⏛᧤ A-1 ήߒ 140mm 0.8mWb A-6 ࠅ 110mm 0.57mWb 図13 ㆡ↪บᢙ 㧝บ 㧞บ 㧝บ 㧞บ 磁化器の台数を変化させた磁化状況 43 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 表 電源と磁化能力の違いによる板同士の間隙の検出結果 㔚Ḯߩ⒳㘃 A-6 ဳ 㔚ᵹᵄᒻ A-1 ဳ 㧝บ 㧞บ 㧝บ 㧞บ ⋥ᵹቯ㔚㔚Ḯ ٤ ٌ ٧ න⋧ోᵄᢛᵹ㔚Ḯ ٤ ٌ ٧ න⋧ඨᵄᢛᵹ㔚Ḯ ᵹ㔚Ḯ ̪⹜㛎᧦ઙ㧦⹜㛎 Ԝޔᴤಽᢔᬌᩏᶧ㧔ࠛࠕ࠱࡞ྃ㔵㧕 ್ቯၮḰߩಠ ٧㧦㕖Ᏹߦ⍎ޔ٤㧦⍎ٌޔ㧦߿߿ਇ⍎ޔ㧦ᬌߐࠇߥߪਇ⍎ 図14 ⑵ 電源の違いによる板同士の間隙の検出状況 た。なお、磁化能力が大きい場合や、のど厚が のど厚と磁化能力の違いによる板同士の間 隙の検出結果 小さい場合ほど板同士の間隙を検出できる傾向 表 となっています。 にのど厚と磁化能力の違いによる板同士 台を 図15は試験片⑩を用いて検出した磁粉模様 同時使用することにより、試験片⑥以外の全て （赤い矢印部）です。磁化能力の違いにより、板 の間隙の検出結果を示します。A‑ 型 の試験片に対して板同士の間隙を検出できまし Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 44 同士の間隙の検出状況が異なっています。 表 のど厚と磁化能力の違いによる板同士の間隙の検出結果 ᧼ห჻ ⹜㛎 ⇟ภ ߩ㑆㓗 A-6 ဳ A-1 ဳ ߩߤෘ 㧝บ 㧞บ 㧝บ 㧞บ ⹜㛎 Ԙ 5.7mm ٌ ⹜㛎 ԙ 4.5mm ٌ ٤ ⹜㛎 Ԛ 4.0mm ٌ ٤ ⹜㛎 ԛ 3.5mm ٤ ٌ ٧ ⹜㛎 Ԝ 3.0mm ٤ ٤ ٧ ⹜㛎 ԝ 5.7mm ⹜㛎 Ԟ 4.5mm ٌ ⹜㛎 ԟ 4.0mm ٌ ٤ ⹜㛎 Ԡ 3.5mm ٤ ٧ ⹜㛎 ԡ 3.0mm ٤ ٤ ٧ 1.0mm 0.5mm ̪⹜㛎᧦ઙ㧦⋥ᵹቯ㔚㔚Ḯޔᴤಽᢔᬌᩏᶧ㧔ࠛࠕ࠱࡞ྃ㔵㧕 ್ቯၮḰߩಠ ٧㧦㕖Ᏹߦ⍎ޔ٤㧦⍎ٌޔ㧦߿߿ਇ⍎ޔ㧦ᬌߐࠇߥߪਇ⍎ 図15 磁化能力の違いによる板同士の間隙の検出状況 45 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） ⑶ ． 磁化能力の違いによるルート割れの検出結果 表 検査手法のまとめ に磁化能力の違いによるルート割れの検 出結果を示します。A‑ 型及び A‑ 型を 板同士の間隙とルート割れを検出する 今回の実験結果から、厚さ 台 mm 板の隅肉溶 同時使用した場合、ルート割れを全て検出でき 接の場合、板同士に0.5mm〜 ました。図16は、A‑ 台を同時使用して あり、かつのど厚が初期値の約半分程度まで研 検出された試験片⑪及び⑫の磁粉模様（赤い矢 削された、かなり危険な状態と思われる溶接部 印部）です。 の板同士の間隙は、直流定電圧電源の A‑ ． 型 を 課題 本実験の試験片は400mm ×130mm の大きさ で製作しましたが、A‑ 型 台を同時使用し て試験片を磁化した場合、試験片内部で磁束が mm の間隙が 型 台同時使用することで、明瞭に検出できる ことが判りました。また、ルート割れが発生し ている溶接部も、A‑ 型等を 台同時使用す ることで検出できることが判りました。 飽和状態になっている可能性があります。した 今後、更に検証すべき課題は残るものの、直 がって、溶接線方向にも長さを持った400mm × 流電源等を用いた磁粉探傷試験は、隅肉溶接の 400mm 程度以上の試験片により、磁束が広く 板同士の間隙やルート割れを検出するのに有効 拡散する状況での確認が必要と考えられます。 な手段であると考えられます。 表 ⹜㛎 ᧼ห჻ ⇟ภ ߩ㑆㓗 ⹜㛎 Ԣ 1.0mm ⹜㛎 ԣ 0.5mm 磁化能力の違いによるルート割れの検出結果 ߩߤෘ 5.7mm A-6 ဳ ࡞࠻ഀࠇ ߩή A-1 ဳ 㧝บ 㧞บ 㧝บ 㧞บ ٤ ٌ ٤ ٤ ٌ ٤ ̪⹜㛎᧦ઙ㧦⋥ᵹቯ㔚㔚Ḯޔᴤಽᢔᬌᩏᶧ㧔ࠛࠕ࠱࡞ྃ㔵㧕 ್ቯၮḰߩಠ ٧㧦㕖Ᏹߦ⍎ޔ٤㧦⍎ٌޔ㧦߿߿ਇ⍎ޔ㧦ᬌߐࠇߥߪਇ⍎ 図16 ルート割れの検出状況 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 46 ． のど厚不足を検出する検査手法 表 隅肉溶接ののど厚を計測するには、二振動子 探触子の仕様と測定状況 に振動子寸法と焦点距離を変えた探触子 垂直探触子を用いた超音波探傷試験が有効であ の仕様を示します。図17は表 に示した試験片 ると考えました。しかし、一般的に使用される ののど厚を測定している状況です。 探触子は板厚測定することを目的としているた ． めサイズが大きく、隅肉溶接ののど厚を測定し 表 のど厚の測定結果 に 種類の探触子を適用してのど厚を測 定した結果を示します。 た場合、測定誤差が大きくなることが懸念され ． ました。 のど厚不足を検出する検査手法のまとめ 今回の実験においては、のど厚測定時の操作 そこで、隅肉溶接ののど厚を測定することに 特化した大きさの探触子を製作し、測定誤差が 性と測定誤差を考慮した結果、振動子寸法φ 小さく、のど厚測定に適した探触子を検証しま mm、焦点距離 した。 垂直探触子を用いた超音波探傷試験が有効であ mm の探触子による二振動子 ることが確認できました。 表 ត⸅ሶ 㧔ᵄᢙ 10MHz㧕 ᝄേሶኸᴺ 㧔ធ⸅㕙ኸᴺ㧕 探触子の仕様 10K3/2ND F3 10K4/2ND F3 10K5/2ND F3 10K4/2ND F5 Ǿ㧟mm Ǿ㧠mm Ǿ㧡mm Ǿ㧠mm ὶὐ〒㔌 㧟mm 㧡mm ߩߤෘ 図17 のど厚測定状況 47 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 表 のど厚測定結果 ⹜㛎 ត⸅ሶ 10K3/2ND ⹜㛎 ᧼ห჻ ⇟ภ ߩ㑆㓗 ߩߤෘ 10K4/2ND 10K5/2ND 10K4/2ND F3 F3 F3 F5 ᝄേሶኸᴺ ᝄേሶኸᴺ ᝄേሶኸᴺ ᝄേሶኸᴺ Ǿ㧟mm Ǿ㧠mm Ǿ㧡mm Ǿ㧠mm ὶὐ〒㔌 ὶὐ〒㔌 㧟mm 㧡mm ߩߤෘ᷹ቯ୯ ⹜㛎 Ԙ 5.7mm 㧙 5.5mm 5.2mm 5.2mm ⹜㛎 ԙ 4.5mm 㧙 4.6mm 4.3mm 4.4mm ⹜㛎 Ԛ 4.0mm 㧙 4.3mm 4.3mm 4.2mm ⹜㛎 ԛ 3.5mm 㧙 3.2mm 3.4mm 3.4mm ⹜㛎 Ԝ 3.0mm 㧙 3.0mm 3.0mm 3.0mm ⹜㛎 ԝ 5.7mm 5.6mm 5.8mm 5.6mm 5.6mm ⹜㛎 Ԟ 4.5mm 4.7mm 5.1mm 4.9mm 4.8mm ⹜㛎 ԟ 4.0mm 3.8mm 3.8mm 4.0mm 4.1mm ⹜㛎 Ԡ 3.5mm 3.7mm 3.7mm 3.7mm 3.7mm ⹜㛎 ԡ 3.0mm 3.0mm 3.2mm 3.2mm 3.2mm ٤ ٤ ٧ 1.0mm 0.5mm ٌ ⚿ᨐ ធ⸅㕙ߢߩ ᠲቯᕈ ߇߿߿ᖡ ್ቯၮḰ ٧㧦ᠲᕈޔ᷹ቯ୯ߩቯᕈ߇⦟ߊޔ᷹ቯ⺋Ꮕߩࡃ࠷ࠠ߇ዋߥ ٤㧦ᠲᕈޔ᷹ቯ୯ߩቯᕈ߇⦟ ٌ㧦ᠲᕈޔ᷹ቯ୯ߩቯᕈ߇߿߿ᖡ 㧦ᠲᕈޔ᷹ቯ୯ߩቯᕈ߇ᖡ おわりに しています。板同士の間隙やルート割れ等の内 隅肉溶接の板同士の間隙、ルート割れ及びの 在欠陥、又はのど厚不足が懸念される溶接線に ど厚不足は、現在一般的に実施されている目視 対しては、今回紹介した検査手法を応用し、タ 検査や磁粉探傷試験では検出することができま ンクの安全性向上に役立てていただければ幸い せん。しかし、これらの欠陥が原因となり、タ です。 ンク底部の溶接部が破断するという事故が発生 Safety ＆ Tomorrow No.157 （2014.9） 48
© Copyright 2024 Paperzz
