ボイラー鋼管や圧力容器部品などの圧力容器には、溶接部の溶融不良、溶け込み不足、スラグ介在物、気孔、ひび割れなど、検出が困難な欠陥が多く存在します。個々のボイラーや圧力容器を破壊検査で検査し、これらの欠陥の位置、大きさ、性質を把握することは不可能です。そのため、非破壊検査手法を用いる必要があります。つまり、構造物を破壊せずに、物理的な方法を用いてワークピースや構造物の物理量の変化を検査・測定し、ワークピースや構造物の内部組織や欠陥を推測するのです。
鋼管用非破壊検査装置
非破壊検査の目的は次のとおりです。
（１）製造工程を改善し、製品の品質を確保する。
（２）製品の製造工程において、欠陥を事前に発見することで製品の廃棄を回避し、時間と費用を節約し、製品製造コストを削減することができます。
（3）製品の信頼性を向上させ、製品の安全性を確保し、事故を防止します。製品の設計、製造、設置、使用、メンテナンスのあらゆる側面に非破壊検査を適用し、一連の試験を通じて設計、原材料、製造プロセス、操作の品質を判断し、損傷を引き起こす可能性のある要因を特定して改善することで、製品の信頼性を向上させます。
一般的に使用される非破壊検査方法には、放射線透過試験、超音波検査、磁粉探傷試験、浸透探傷試験、渦流探傷試験などがあります。さらに、リーク検査、アコースティックエミッション試験、応力試験、目視検査なども行われます。
放射線検査
放射線が金属やその他の材料を透過する能力を利用して溶接部の品質を検査する方法を放射線透過試験といいます。放射線透過試験の基本原理は投影原理です。放射線が溶接金属を通過する際、溶接金属に欠陥（割れ、スラグ介在物、気孔、不完全溶け込みなど）がある場合、金属と欠陥での放射線の減衰が異なり、フィルム上の感度も異なります。放射線は金属内では急速に減衰し、欠陥内ではゆっくりと減衰します。したがって、放射線透過試験によって溶接部の欠陥のサイズ、形状、位置を特定できます。放射線探傷検査は投影原理に基づいているため、体積欠陥（スラグ介在物など）に対してより敏感です。また、この方法は記録・保存できるため、我が国のボイラー圧力容器はこの方法に高い信頼を置いています。私の国のボイラー規制では、定格蒸気圧力が0.1MPa以上3.8MPa未満のボイラードラムの縦方向円周溶接部、ヘッダーの縦方向継ぎ目、およびヘッドのジョイント継ぎ目は、100%放射線探傷検査を行う必要があると規定されています。3.8MPa以上のボイラーでは、100%超音波探傷検査に加えて、少なくとも25%の放射線探傷検査を行う必要があります。
鋼管用非破壊検査装置
超音波探傷検査は、音波が媒体中を伝播し、異なる媒体界面に遭遇する際の反射特性を利用する非破壊検査法です。気体、液体、固体媒体の弾性は大きく異なるため、超音波の伝播への影響も異なり、異種界面では反射、屈折、波形変換が発生します。超音波が溶接部を伝播する際、溶接部に欠陥がある場合、欠陥に遭遇した界面が反射してプローブに受信され、画面上に波形が形成されるため、欠陥の性質、位置、大きさを判断できます。従来の超音波探傷検査では、探傷結果を記録・保存することができず、欠陥の評価は人的要因に大きく依存しています。そのため、現在、我が国では低圧ボイラーにおいて放射線探傷検査が採用されています。超音波探傷検査は、面状欠陥（ひび割れ、不完全浸透など）に対してより敏感です。そのため、厚板においては、放射線探傷検査よりも超音波探傷検査の方が多くの利点があります。超音波探傷検査で検査結果を記録・保存できるようになると、超音波探傷検査の適用範囲がさらに広がります。
磁性粒子探傷検査
磁粉探傷検査は、欠陥部に形成される漏洩磁場を利用して磁性粉を吸着し、肉眼では観察が困難な欠陥を顕在化させる検査です。磁粉探傷検査では、まず検査対象の溶接部に外部磁場を印加して磁化を行います。溶接部を磁化した後、微細な磁性粉（磁性粉の平均粒径は5～10μm）を溶接部の表面に均一に散布します。検査対象の溶接部表面付近に欠陥がない場合、磁化後も透磁率に変化のない均一体とみなすことができ、磁性粉も溶接部の表面に均一に分布しています。溶接部表面付近に欠陥がある場合、欠陥部（割れ、気孔、非金属スラグ介在物）には空気や非金属が含まれており、その透磁率は溶接金属よりもはるかに低くなります。磁気抵抗の変化により、溶接部の表面または表面近傍の欠陥に漏れ磁場が発生し、小さな磁極が形成されます。磁性粉は小さな磁極に引き寄せられ、より多くの磁性粉が蓄積することで欠陥が浮き彫りになり、肉眼で確認できる欠陥パターンを形成します。溶接部の表面または表面近傍の欠陥は、透磁率が低いため漏れ磁場を発生させます。漏れ磁場の強度が磁性粉を吸収できるレベルに達すると、溶接部の表面または表面近傍の欠陥を観察できます。印加磁場の強度が大きいほど、形成される漏れ磁場の強度も大きくなり、磁粉探傷検査の感度も高くなります。磁粉探傷検査は、表面または表面近傍の欠陥、特にひび割れの検出を容易にしますが、欠陥の出現度合いは欠陥と磁力線の相対的な位置に関係しています。欠陥が磁力線に垂直な場合、最も明瞭に視認でき、欠陥が磁力線に平行な場合は、視認性が低下します。磁粉探傷試験は、ボイラー圧力容器の製造、設置、検査、特に球形タンクの検査において広く利用されており、欠かせない検査方法です。
貫通欠陥検出
浸透探傷試験は、溶接部の表面または表面近傍の欠陥を検査する方法です。この方法は、材料の磁性に制限されず、さまざまな金属および非金属材料、磁性材料および非磁性材料に使用できます。浸透探傷試験は、液体の固体に対する濡れ性と物理学における毛細管現象に基づいています。浸透探傷試験を行う際は、まず検査対象の溶接部の表面を浸透性の高い浸透液に浸します。液体の濡れ性と毛細管現象により、浸透液は溶接部表面の欠陥に浸透し、次に溶接部外面の浸透液を洗浄します。その後、親和性と吸着性の強い白色現像液の層を塗布して、溶接部表面の亀裂に浸透した浸透液を吸収させ、欠陥の形状と位置を反映した鮮明な模様を白色被膜上に表示します。浸透探傷試験は、欠陥の表示方法の違いにより、色表示法と蛍光法に分けられます。
色欠陥検出方法
染料の色を用いて欠陥を表示します。浸透探傷液に溶解した染料は、明るく視認性の高い色である必要があります。蛍光探傷法は、蛍光物質の発光を利用して欠陥を表示します。探傷試験では、欠陥に吸着した蛍光物質に紫外線が照射され、光エネルギーを吸収して励起状態となり、不安定な状態になります。この不安定な状態から安定状態に戻り、位置エネルギーを減少させて光子を放出し、蛍光を発します。
エディの現在の欠陥検出
励磁コイルを用いて導電性のワークに渦電流を発生させ、検査対象物の渦電流の変化を検出コイルで測定するワーク探傷方法です。渦電流探傷の検出コイルは、形状により貫通型コイル、プローブ型コイル、挿入型コイルの3種類に分けられます。貫通型コイルは、ワイヤ、棒、パイプなどの探傷に使用され、その内径は丸棒やパイプにぴったりフィットします。プローブ型コイルは、ワークの表面に設置して局所的に探傷します。挿入型コイルは内部プローブとも呼ばれ、パイプや穴の内部に設置して内壁探傷を行います。
圧力容器付属品の非破壊検査装置
渦電流検査は、鋼、非鉄金属、グラファイトなどの導電性材料で作られたワークピースには適していますが、ガラスや合成樹脂などの非導電性材料には適していません。
その利点は次のとおりです。
（１）試験結果を電気信号として直接出力することができるため、自動試験が可能である。
（２）非接触方式（プローブが検査対象物に直接接触しない）を採用しているため、検出速度が非常に速い。
（３）表面または表面近傍の欠陥検出に適している。
（4）用途が広く、欠陥検出だけでなく、材質、サイズ、形状などの変化も検出できます。
アコースティックエミッションテスト
外部応力の作用による変形や亀裂の発生および発達により固体から放出される音波をプローブを使用して検出し、欠陥の位置とサイズを推測する方法。
超音波探傷法
プローブから放射された超音波信号は、欠陥に遭遇した後に反射され、受信されます。このプロセスにおける欠陥の役割は、超音波信号を受動的に反射することだけですが、アコースティックエミッション検出では、検査対象物（欠陥）が検出プロセスに能動的に参加できます。アコースティックエミッションは欠陥が発生・発達した場合にのみ発生するため、アコースティックエミッション検出は動的な非破壊検査方法です。放射された音波の特性とアコースティックエミッションを引き起こす外部条件に応じて、音の位置（欠陥の位置）とアコースティックエミッション源の微細構造特性を確認できます。この検出方法は、欠陥の現在の状態を把握できるだけでなく、実際の使用条件下での欠陥の形成プロセスと発達・増加の傾向を把握することもできます。
アコースティックエミッション検出は、検出プローブの数によって、シングルチャンネル検出、デュアルチャンネル検出、マルチチャンネル検出に分けられます。シングルチャンネル検出は、検査対象物に欠陥があるかどうかを検出することしかできず、欠陥の位置を特定することはできません。一方、デュアルチャンネル検出は直線的な位置決めのみを行うことができ、一般的には既知の状態にある溶接部の検出に使用されます。マルチチャンネル検出は、一般的に4チャンネル、8チャンネル、16チャンネル、および32チャンネルのアコースティックエミッション検出であり、主に大型部品のアコースティックエミッション検出に使用されます。アコースティックエミッション源の存在を検出するだけでなく、アコースティックエミッション源の位置を特定することもできます。
投稿日時: 2024年6月12日