JPH10332649A

JPH10332649A - 水壁管内面欠陥検査方法及び装置

Info

Publication number: JPH10332649A
Application number: JP9140376A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Kanazawa; 孝明金澤; Shigeo Tsukamoto; 繁雄塚本; Yoshinori Suzaki; 吉範洲崎; Yasuo Toyooka; 康雄豊岡; Teruaki Matsumoto; 曜明松本; Manabu Orimoto; 学折本
Original assignee: Babcock Hitachi KK; Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1997-05-29
Filing date: 1997-05-29
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】メンブレンバー７で相互に溶接接続されて水
壁を形成するボイラ火炉水壁管の炉外側に付着金物があ
る個所の内周面に存在する腐食疲労欠陥を非破壊検査す
るときの付帯作業の低減と、検査の信頼性の向上。【解決手段】水壁管４の炉内側表面に接してＳＨ波探
触子５７を配置し、このＳＨ波探触子５７からＳＨ波を
水壁管４に入射させ、水壁管肉厚内でＳＨ波超音波をス
キップさせることにより、超音波入射点に対向した水壁
管内面に存在する腐食疲労欠陥６ａを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管内面に存在する
欠陥を非破壊で検出する、超音波を用いた欠陥検出方法
に関し、特に水壁管内面に発生する腐食疲労欠陥の検出
を行うに好適な方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】火力発電用ボイラ伝熱管内面の腐食や腐
食割れは、ボイラ水中の不純物の低減、溶存酸素濃度や
ｐＨの級密かつ徹底した管理によって防止されている。

【０００３】しかしながら近年、十数年運転されたボイ
ラの水壁管内面で腐食に関連した線状亀裂が見いだされ
るようになり、この亀裂は、図２０に示すように、ボイ
ラ１の火炉２の周囲に配置される水壁３を構成する水壁
管４の内周面に生じ、主に水壁管４とその外周に溶接さ
れる付着金物５との溶接部の管内面側に見られること及
びその形態から、起動停止時の熱応力の繰り返しと腐食
作用の組み合わせによって生じた腐食疲労欠陥６と考え
られている。図２０では各種形状のある付着金物５の代
表例として「クリップ」を図示したが、いずれの金具形
状でも同様であり、以下「クリップ」を代表例として図
示に用いる。

【０００４】この腐食疲労欠陥６は、図２１に示すよう
に、付着金物５と水壁管４の溶接部の真裏に位置する管
内面部において最も発生が激しいという特徴を持つ。こ
の欠陥を放置しておくと運転時間の増加とボイラ起動停
止回数の増加に伴い亀裂が進展し、ついには水壁管４の
噴破に至る。このため、近年では欠陥６の検出にとどま
らず、破壊工学の考え方を導入した、欠陥の亀裂進展性
予測が行われているが、この際正確な亀裂進展性予測を
行うためには、欠陥の高さ（表面からの深さ）を正確に
把握することが特に重要となる。

【０００５】従来、この腐食疲労欠陥の検出には、放射
線透過検査、漏洩磁束法検査、超音波探傷検査等の非破
壊検査及び抜管による管内面検査（破壊検査）が用いら
れてきた。

【０００６】放射線透過検査は、図２２に示すように、
検査対象部位（水壁管４）をはさみ込む位置に、線源８
とフィルム９を配置し、線源から放射した放射線を、水
壁管炉内側面４ａから検査対象部位に透過させた後水壁
管炉外側面に配置されたフィルムに感光させ、透過厚さ
に応じた濃淡画像を得、この濃淡から欠陥の有無及び概
略の欠陥深さを検出するものである。従って、水壁管の
炉内側面４ａと炉外側面４ｂを重ねて写すこととなり、
片側づつに分けての観察はできない。また、最も腐食疲
労欠陥の発生が激しい金物付着部では放射線透過厚が大
きくなるため鮮明な画像が得にくくなる。一般的に線源
８にはエックス線あるいはガンマ線が用いられる。

【０００７】漏洩磁束法検査は、図２３に示すように、
励磁装置１２で駆動される磁化装置１１によって水壁管
４を磁化し、管内面に発生している腐食疲労欠陥６によ
る漏洩磁束を漏洩磁束検出センサ１０で検出し、これを
電圧として出力し、信号処理装置１３において、これと
調査部位と同一材料の試験片で作成した、欠陥深さ−出
力電圧値の検量線を対比して、出力電圧値に相当する腐
食疲労欠陥の深さを検出するとともに、表示装置１４に
表示し、かつ記録装置１５に記録するものである。

【０００８】図２４に検量線の例を示す。このように、
漏洩磁束法検査は水壁管４の腐食疲労欠陥の検査を行お
うとする側に装置を設置する必要がある為、最も腐食疲
労欠陥の発生が激しい、付着金物の真裏の部位の検査及
び欠陥深さの定量化を行う事はできない。

【０００９】超音波探傷検査は、図２５に示すように水
壁管４表面から超音波探触子２１により超音波を入射さ
せ、管内面に発生した欠陥からの反射波２２ａと管内面
からの反射波２２ｂを識別することで腐食疲労欠陥の検
出を行うものである。この方法では漏洩磁束法検査と同
様、最も腐食疲労欠陥の発生が激しい、付着金物の真裏
の部位は検査することができない。この為、図２６に示
すように、水壁管４内に水２３を満たし、付着金物５の
取り付け部と対向する位置から超音波を入射させ、超音
波の減衰量から欠陥を検出する方法（特開平４−６４６
２号）及び図２７に示すように水２３を満たした水壁管
４内に超音波探触子２１を挿入し、管内側から欠陥を検
出する方法（実開平６−１８９６１号、特開平６−１４
８１４５号等）も提案されているが、検査時期の制約を
受ける、多大な付帯作業が必要になる等の問題がある。

【００１０】以上の非破壊検査に対し、抜管による管内
面検査（破壊検査）は最も確実な方法であるが、非常に
多大な付帯作業を伴う為、費用、工期の面から検査部位
が限定されるというのが実状である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、下記
の問題点を有している。まず、抜管による管内面検査
（破壊検査）は最も確実な方法であるが、炉内外での作
業用仮足場の組立、炉外保温材の撤去・復旧、缶水の放
出、水壁管切断・復旧溶接、復旧溶接部の検査等非常に
多大な付帯作業が必要であり、この為、費用、工期の点
から検査部位を限定せざるを得ず、十分な検査が実施で
きない。

【００１２】放射線透過検査は、準備が大がかりとなる
うえ、放射線の被曝を避ける為、検査中は広範囲にわた
り立入禁止区域を設ける必要がある。この為他作業との
平行作業を行う事ができず、検査期間に大きな制約を受
けることとなる。また、炉内側と炉外側の欠陥を重ねて
写すことによる画像の不鮮明化、特に最も腐食疲労欠陥
の発生が激しい金物付着部では放射線透過厚が大きくな
る為鮮明な画像が得にくく、欠陥深さの定量的な検出が
困難である。

【００１３】漏洩磁束法検査及び従来の超音波探傷検査
は、装置設置の物理的な制約から、最も腐食疲労欠陥の
発生が激しい、付着金物の真裏の部位は検査及び欠陥の
高さの定量化を行う事はできない。この為近傍部位の検
査結果で推定しているのが実状である。

【００１４】以上の非破壊検査法により水壁管の炉外側
の検査を実施するには、炉外の保温材をいったん撤去
し、検査後再び復旧しなければならず、多大な付帯作
業、しかもいわゆる３Ｋ作業が必要となる。

【００１５】また、付着金物取り付け部と対向する位置
から超音波を入射させる方法及び管内に超音波センサを
挿入する方法では、上記部位の検査は可能になるもの
の、水壁管に水を満たす必要がある為、プラント定検期
間中の検査可能時期に非常に大きな制約を受け、更に超
音波センサを管内に挿入する為にいったん管を切断する
必要がある為、非常に多大な付帯作業が必要となる。

【００１６】本発明の目的は、水壁管内面欠陥検査のた
めの付帯作業（３Ｋ作業）の削減と検査可能範囲拡大に
よる信頼性の向上にある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の手段
により達成される。

【００１８】（１）水壁管表面から、超音波探傷に用い
られる超音波のうち特にＳＨ波を入射させ、水壁管肉厚
内でＳＨ波超音波をスキップさせることにより、超音波
入射点に対向した水壁管内面に発生する欠陥の検出を行
う水壁管内面欠陥検査方法。

【００１９】（２）メンブレンバーと水壁管との溶接部
から超音波探触子により縦波超音波を入射させ、入射し
た縦波超音波を超音波入射点に対向する側の水壁管のあ
る限定された範囲内で反射させ、その際モード変換によ
り発生する横波により、超音波入射点に対向した水壁管
内面に発生する欠陥の検出を行う水壁管内面欠陥検査方
法。

【００２０】（３）上記（２）の方法において、水壁管
とメンブレンバーの溶接部表面から入射する縦波超音波
の入射角度を調整しながら検出した欠陥のコーナエコー
のピークの時の超音波ビーム路程距離と、欠陥端部のエ
コーのピークの時の超音波ビーム路程距離とから、欠陥
の高さを定量化する。

【００２１】（４）前記（３）の方法において入射角度
を調整するには、水壁管とメンブレンバーの溶接部表面
から縦波超音波を入射させる為の前記シューの探触子と
接する面と、ボイラ水壁の中心面がなすシュー角度を調
整し、欠陥からのコーナエコーのピークを得たシュー角
度を基準位置とし、この基準位置からシュー角度が増減
するように前記シューを回転操作して欠陥からの端部エ
コーを検出するようにすればよい。

【００２２】（５）前記（１）及び（２）に記載の水壁
管内面欠陥検査方法のうちの少なくとも一方を実施する
超音波検査手段と、炉内側の水壁管内面の欠陥を超音波
を用いて検査する超音波検査手段を組み合わせ、１回の
探傷操作で水壁管内面の炉内側及び炉外側を同時に検査
するように構成した水壁管内面欠陥検査装置としてもよ
い。

【００２３】（６）前記（５）記載の水壁管内面欠陥検
査装置を少なくとも２つ組み合わせ、１回の探傷操作で
水壁管内面の炉内側及び炉外側の欠陥を同時に、管の炉
内の両側から検査するように構成してもよい。

【００２４】（７）前記（５）または（６）記載の水壁
管内面欠陥検査装置において、ＳＨ波超音波を発する探
触子を水壁管周方向へ管表面に沿って動かす揺動機構と
メンブレンバー溶接部入射用のシューを水壁管の管軸と
平行な回転軸の周りに回転させる回転機構のうちの少な
くとも１つを備え、炉外側水壁管内面への超音波到達点
を変化させるように構成したものとしてもよい。

【００２５】すなわち、上記方法により炉内側から炉外
側の水壁管内面に発生する腐食疲労欠陥の検査が可能と
なる為、炉外保温材の撤去・復旧が不要となり、また最
も腐食疲労欠陥の発生が激しい付着金物取付部真裏の検
査が可能となり、付帯作業（３Ｋ作業）の削減、検査可
能部位の拡大、検査精度の向上を図る事ができる。

【００２６】ここで、スキップとは検査対象物中で超音
波を反射させる事であり、図２８に示すように超音波が
検査対象物の裏側に到達した点２４を０．５スキップ点
といい、真裏で１回反射して探傷面に到達した点２５を
１スキップ点という。そして、距離２８を０．５スキッ
プ距離、距離２９を１スキップ距離という。同様に、点
２６を１．５スキップ点、点２７を２スキップ点、距離
３０を１．５スキップ距離、距離３１を２スキップ距離
という。また、ＳＨ波とはＳhear Ｈorizontal Ｗave
であり、境界面に平行な粒子の動きをする横波である。
これに対し、一般的に超音波探傷に用いられる横波は、
境界面に垂直な粒子の動きをする横波である。これに対
し、一般的に超音波探傷に用いられる横波は、境界面に
垂直な粒子の動きをする横波であり、ＳＶ波（Ｓhear
Ｖertical Ｗave）という。ＳＨ波を鋼中に伝播させる
為には非常に粘性の高い接触媒質を使用する必要があ
り、探触子操作等の運用性の問題により一般的には使わ
れていなかったが、近年接触媒質の改善により運用性の
向上が図られ、一部実用されている超音波である。

【００２７】上記目的は、裏金（付着金物）に対向する
位置の炉内側水壁管表面から超音波（ＳＶ波）を入射さ
せ、管肉厚内で超音波をスキップさせ対向する管内面
（裏金真裏部）に発生する腐食疲労欠陥を検出する事で
達成可能と考え、筆者らは図６に示す管単体の状態での
探傷実験を行った。この実験は、一例として管直径２
５．４mm、肉厚４．１mmの管単体テストピース５０を作
成し、この管単体テストピース５０の内周面に加工した
模擬欠陥５１を１０ＭＨｚのＳＶ波広帯域超音波探触子
５２と超音波探傷器６２を用いて探傷したものである。
この結果、実際の超音波経路は当初予想とした超音波経
路７０とは異なり、欠陥からの反射様式の変化により、
欠陥深さによって欠陥からの反射エコーのピークを検出
できる探触子位置が変化するという特性を示す事を確認
した。これを図７によりさらに詳しく説明する。図７
は、模擬欠陥の深さを種々に変えた管単体テストピース
５０を探傷した場合の探傷結果を示したものである。図
７の上段に探傷器のＡスコープ波形を、下段にその時の
超音波径路の解折結果を示す。

【００２８】深さ１．０mmの模擬欠陥５１ａの探傷の場
合は、模擬欠陥からの反射エコーをピークで検出できる
距離Ｙ（管外周の炉内側中心と超音波入射点間の管外周
に沿った距離）は１３．０mmであるのに対し、深さ０．
３５mmの模擬欠陥５１ｂの探傷の場合は距離Ｙは２１．
０mm、深さ０．２５mmの模擬欠陥５１ｃの探傷の場合は
距離Ｙは２３．０mmとなる。つまり、欠陥深さが小さく
なるに伴い、欠陥からの反射エコー７１をピークで検出
できる探触子位置が欠陥側に近づいていくという特性を
示す。一方、実際の水壁形状は図８に示すように、水壁
管同士をプレート（メンブレンバー）で溶接接続したメ
ンブレン水壁構造となっているため、欠陥深さ０．３５
mmの場合はメンブレンバーに邪魔されて物理的に超音波
探触子の設置は不可能であり探傷する事はできない。

【００２９】メンブレンバーの干渉を受けず探傷可能な
欠陥深さは約０．４mm以上と考えられるが、この数値は
管仕様が異なる場合には若干の変動がありうる。これは
以下の理由によるものと考えられる。欠陥深さが大きい
場合（この場合約０．４mm以上）、欠陥の面反射エコー
が十分大きく、この面反射エコーが受信できる探触子位
置（欠陥にたいしてほぼ９０°の超音波入射角となる位
置）での欠陥検出が可能となる。これに対し、欠陥深さ
が小さい場合（この場合約０．４mm未満）には、面反射
エコーが小さく他の形状エコー、ノイズと明確に識別で
きるだけのＳ／Ｎ比で受信する事ができず、欠陥深さが
大きい場合と同じ位置では欠陥を検出する事ができな
い。この場合更に探触子を移動させ、欠陥のコーナーエ
コーが受信できる位置（欠陥に対してある程度の傾きを
もった超音波入射角となる位置）まで探触子を移動させ
て欠陥検出が可能となる。

【００３０】そこで筆者らは同じ横波でも振動様式の異
なるＳＨ波に着目し、図６と同様な構成で管単体の状態
での探傷実験を行い、ＳＨ波による探傷によれば欠陥深
さに依存せず、ほぼ一定の探触子位置での探傷が可能で
ある事を確認した。この実験結果の一例を図９に示す。
図９は管直径２５．４mm、肉厚４．１mmの管単体テスト
ピースに加工した模擬欠陥を１０ＭＨｚのＳＨ波広帯域
超音波探触子を用いて探傷した場合の結果を示したもの
である。欠陥深さは、欠陥５１aが１．０mm，欠陥５１
ｂが０．３５mm，欠陥５１ｃが０．２５mm，欠陥５１ｄ
が０．１mmである。上段に探傷器のＡスコープ波形を、
下段にその時の超音波径路の解折結果を示す。

【００３１】模擬欠陥からの反射エコー７１をピークで
検出できる距離Ｙは、欠陥深さに関係なくほぼ一定
（８．５〜１１mm）であり、メンブレンバーの存在に関
係なく全ての欠陥の検出が可能となる。これはＳＶ波は
進行方向に垂直な振動の波であり、その振動方向が欠陥
深さ方向と同方向になる為、図１０に示すように欠陥が
小さい場合には十分な反射エコーを得る事ができない。
これに対し、ＳＨ波は進行方向に平行な振動の波であ
り、その振動方向が欠陥深さ方向と直交方向となる為、
欠陥深さにあまり影響を受けずほぼ一定の反射を得る事
ができる。したがってＳＨ波を用いる事により欠陥深さ
に関係なくほぼ一定の探触子位置での探傷が可能となる
ものである。

【００３２】図９は管単体テストピースでの結果であ
り、欠陥からの反射エコー７１以外にその他の超音波径
路からの形状エコー（妨害エコー７２）が検出されてい
るが、実際の水壁形状では図１１の水壁形状テストピー
スでの探傷実験結果のとおり、管単体テストピースで発
生した形状エコー（妨害エコー７２）はメンブレンバー
中に透過し、欠陥からの反射エコー７１のみがＳ／Ｎ比
よく検出される。図１１の水壁形状テストピースでの欠
陥深さは、欠陥５１eが１．０mm，欠陥５１fが０．５m
m，欠陥５１gが０．２mmである。

【００３３】以上は水壁管表面から超音波を入射し、超
音波入射点に対向する側の水壁管のほぼ斜め４５°の位
置で超音波を反射させる方法であるが、図１２に示すよ
うに、この超音波反射点に水壁と付着金物との溶接部が
ある場合（例えばフィラプレート５４が取付けられてい
る場合等）は、超音波はフィラプレート溶接部５５中に
入り込み、溶接部表面で反射され超音波径路７３を通る
為、欠陥６をとらえる事はできない。この場合の対応に
ついて以下に説明する。

【００３４】この場合、炉外側管内面腐食疲労欠陥６を
炉内側から直射で検出する超音波径路は存在しない為、
図１２の管外周面のａ部で反射する超音波径路を用いて
探傷しなければならない。この条件を満足する超音波径
路は、図１３に示すよう水壁管４とメンブレンバー７の
溶接部から縦波７４を入射し、水壁管４と付着金物（フ
ィラプレート５４）の溶接部５５を避けた、限定した範
囲ａ部で入射した縦波７４を反射させ、その際モード変
換により発生する横波７５を利用して腐食疲労欠陥６を
とらえる事で達成する事ができる。

【００３５】図１４にこの超音波径路を採用した探傷実
験結果の例を示す。図１４は管直径２５．４mm、肉厚
４．１mm、管ピッチ３８．１mmの水壁形状テストピース
に加工した深さ０．２mmの模擬欠陥５２gを、２０ＭＨ
ｚの広帯域超音波探触子を用いメンブレンバー溶接部入
射用シュー５６を介して超音波を入射させて探傷した場
合の実験結果を示したものであり、良好なＳ／Ｎ比での
欠陥検出が可能である。

【００３６】次に、検出された欠陥の欠陥高さ（深さ）
を、欠陥の端部からの反射波である端部エコーと、欠陥
のコーナ部からの反射であるコーナエコーを用いて定量
化する方法について説明する。

【００３７】図１５に、斜角探触子４０を用いて、平板
４１における底面の開口欠陥４２を探傷した場合の一般
的な端部エコー（開口欠陥４２の端部４３からの反射
波）４５の検出方法を示す。開口欠陥４２と斜角探触子
４０が図１５に示す相対位置関係にある場合、欠陥端部
４３からの反射波である端部エコー４５は、開口欠陥４
２のコーナ部４４からの反射であるコーナエコー４６の
前に出現する。これはそれぞれの超音波ビーム路程距離
の差、すなわち、（端部エコー４５の超音波ビーム路程
距離Ｗ₁（４７）)＜(コーナエコー４６の超音波ビーム
路程距離Ｗ₂（４８））に起因するものである。

【００３８】また図１６において、平板４１に形成され
た底面開口欠陥４２に対して、斜角探触子４０をＡ→Ｄ
あるいはＤ→Ａと動かして走査しても、端部エコー４５
とコーナエコー４６の間隔Ｗ₃（４９）は一定であり、
Ａ→Ｄの方向に走査した場合は、まずＢ位置でコーナエ
コー４６がピークに達した後、さらに斜角探触子４０を
動かしたＣ位置で端部エコーがピークとなる。以上の特
性をもとに、実際の探傷作業では、まずコーナエコー４
６がピークとなる探触子位置Ｂを求め、この位置から探
触子を前後走査（移動）してコーナエコー４６の前に出
現するエコーのうち、コーナエコー４６と同じ挙動を示
し、コーナエコー４６のピーク位置よりＤ側でピークと
なる最大エコーを端部エコー４５と特定する。

【００３９】つぎにこの端部エコー４５を用いて一般的
に行なわれている欠陥高さの定量化について、図１７に
より説明する。図１７において、端部エコー４５のピー
クの時の超音波ビーム路程距離４７ＡをＷ₄、コーナエ
コー４６のピーク時の超音波ビーム路程距離４８ＡをＷ
₅、斜角探触子４０の超音波屈折角６３をθとすると、
欠陥高さＨは幾何学的に、Ｈ＝（Ｗ₅−Ｗ₄）・cosθ ……（１）で求める事ができる。

【００４０】しかし、この方法を水壁形状における探傷
にそのまま適用した場合、端部エコーの検出が困難とな
るばかりでなく、これをもとに上記式で求めた欠陥高さ
は大きな誤差をもつものとなってしまう。図１８は、水
壁管４とメンブレンバー７の炉内側の溶接部表面から縦
波超音波を入射し、超音波入射点に対向する位置の限定
された範囲の炉外側水壁管外面で反射させ、この時モー
ド変換で発生する横波超音波により炉外側の水壁管内面
に発生する腐食疲労欠陥６aを検出する方法を示した図
である。超音波径路Ａ８８は炉内側腐食疲労欠陥６aの
コーナエコーをピークで検出する超音波径路を示し、超
音波径路Ｂ８９は一般的な端部エコーの検出方法によ
り、垂直探触子８１をメンブレンバー溶接部入射用シュ
ー８３上で前後走査した時の超音波経路を示す。超音波
径路Ａ８８はＡ点に入射角θ₁で入射し、反射角θ₃で反
射し、炉外側腐食疲労欠陥６aにθ₅の角度で到達する。
ここで前記反射角θ₃は下式で表わされるスネルの法則
により、入射角θ₁と水壁管４における音速が決まれば
一義的に決定される。

【００４１】

【数１】

【００４２】超音波径路Ａ８８と超音波径路Ｂ８９は平
行な径路であり、超音波径路Ａ８８はＡ点で、超音波径
路Ｂ８９はＢ点で、それぞれ反射するが、管外表面は曲
率面の為それぞれの入射角θ₁とθ₂は異なった角度とな
り、この為反射角θ₃、θ₄、欠陥への入射角θ₅、θ₆も
大きく異なった角度となる。したがって、端部エコーを
検出する為に垂直探触子８１をメンブレンバー溶接部入
射用シュー８３上で前後走査した場合、欠陥への超音波
入射角は垂直探触子８１の移動に伴って変化することと
なり、エコーの挙動は前記図１７を参照して説明したエ
コーの挙動とは異なるものとなる。したがって、端部エ
コーの検出が非常に困難になるばかりではなく、欠陥へ
の超音波入射角一定を前提としている（１）式では、非
常に大きな欠陥の高さの測定誤差を生じてしまう。

【００４３】本発明によれば、図１９に示すように、メ
ンブレンバー溶接部入射用シュー８３と垂直探触子８１
を水壁管４の管軸に平行な直線を中心として回転させて
走査する為、曲率面に沿って入射角が変化し、コーナエ
コーがピークになるときの超音波経路と端部エコーがピ
ークになるときの超音波経路は、超音波径路Ｃ８６及び
超音波径路Ｄ８７で示す超音波径路となり、端部エコー
がピークになるときの欠陥端部への超音波入射角θ₁₂は
コーナエコーがピークになるときの欠陥コーナ部への超
音波入射角θ₁₁に比較的近い値となる。一例として管径
２５．４mm、管肉厚４．１mmの場合について試算する
と、θ₁₁（＝θ₅）は約４０°、θ₁₂は約３５°とな
る。前記図１８の場合、θ₆は約３０°であり、図１９
における欠陥への超音波入射角の差（θ₁₁−θ₁₂）は、
図１８における欠陥への超音波入射角の差（θ₅−θ₆）
の約１／２となる。したがって、端部エコーの検出が容
易になるとともに、欠陥高さの定量化を精度良く行なう
事ができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００４５】図１に本発明の第１の実施例を示す。図１
に示す超音波探傷装置は、水壁管４の炉外腐食疲労欠陥
６ａの検出にＳＨ波を使用するもので、炉外側腐食疲労
欠陥６ａを検出する為のＳＨ波探触子５７、炉内側腐食
疲労欠陥６ｂを検出する為の斜角探触子５８及び垂直探
触子５９を内蔵したプローブＡ６０と、プローブＡ６０
に接続されたマルチチャンネル超音波探傷器８０と、を
含んで構成され、炉内側からの１回の探傷操作で管内面
の炉内側及び炉外側に存在する腐食疲労欠陥を同時に探
傷するようにしたものである。図示していないが、それ
ぞれの探触子は定圧押し付け機構によりプローブＡ６０
に保持されており、各探触子の検査対象への接触圧力が
適正な一定値となる構造となっている。また各探触子に
水壁管周方向の揺動機構を付加することにより、管周方
向のより広範囲の検査が可能である。

【００４６】探触子５７，５８，５９は互いの超音波に
よる干渉をさけるため、それぞれ管軸方向に互いに位置
をずらして配置されている。また探触子５７，５８，５
９は、プローブＡ６０を探傷位置、すなわち、検査対象
水壁管の炉内側に当接させて検査状態になるように配置
したとき、ＳＨ波探触子５７が検査対象水壁管の炉内側
から見て右側に、斜角探触子５８が左側に、垂直探触子
５９が中央に、それぞれ位置するように、プローブＡ６
０に配置されている。探触子は収束型あるいは非収束型
いずれでも適用できるが、対象物の形状が特定できる場
合は収束型としたほうが探傷精度の向上を図ることがで
きる。

【００４７】図２はそれぞれの探触子が発振する超音波
の探傷径路を示したものである。炉外側腐食疲労欠陥６
ａの探傷は、ＳＨ波探触子５７を用い、ＳＨ波探触子５
７から発振された超音波ビーム（ＳＨ波）は水壁管上の
Ｏ点で水壁管４中に入射し、その後管内表面のＢ点、管
外表面のＡ点で反射し、１．５スキップでＺ点に至る。
Ｚ点に炉外側腐食疲労欠陥６ａが存在する場合は超音波
は炉外側腐食疲労欠陥６ａで反射され、前記径路の逆を
辿ってＳＨ波探触子５７に戻り、マルチチャンネル超音
波探傷器８０で欠陥反射エコーとして観察される。ＳＨ
波を用いる事により、欠陥の大小に影響されずほぼ一定
の超音波入射点での探傷が可能となる。炉内側腐食疲労
欠陥６ｂの探傷は、斜角探触子５８及び垂直探触子５９
を用い、各探触子からの直射で炉内側腐食疲労欠陥６ｂ
の検出を行う。また、垂直探触子５９はカップリングチ
ェック（音響的結合の良否確認）用も兼ねて使用する。

【００４８】図３に本発明の第２の実施例を示す。図３
に示す超音波探傷装置は、炉外側腐食疲労欠陥６ａの検
出にメンブレンバー溶接部入射の縦波を使用するもの
で、炉外側腐食疲労欠陥６ａを検出する為のメンブレン
バー溶接部入射用の垂直探触子８１、炉内側腐食疲労欠
陥６ｂを検出する為の斜角探触子５８及び垂直探触子５
９を内蔵したプローブＢ８２と、プローブＢ８２に接続
されたマルチチャンネル超音波探傷器８０と、を含んで
構成され、炉内側からの１回の探傷操作で管内面の炉内
外側に発生する腐食疲労欠陥を同時に探傷するようにし
たものである。上記第１の実施例と同様、それぞれの探
触子は定圧押し付け機構によりプローブＢ８２に保持さ
れており、各探触子の検査対象物への接触圧力が適切な
一定値となる構造としてある。

【００４９】本実施例においても、各探触子は、プロー
ブＢ８２を検査対象水壁管の炉内側に当接させて検査状
態になるように配置したとき、垂直探触子８１が検査対
象水壁管の炉内側から見て右側に、斜角探触子５８が左
側に、垂直探触子５９が中央に、それぞれ位置するよう
に、プローブＢ８２に配置されている。メンブレンバー
溶接部入射用の垂直探触子８１は探触子支持金具８４に
て回転可能に支持されており、垂直探触子８１に固定さ
れたメンブレンバー溶接部入射用シュー８3を、水壁管
４の管軸と平行な直線を回転軸として回転させることで
メンブレンバー溶接部への超音波入射点を調整し、管周
方向のより広範囲の炉外側腐食疲労欠陥検査を可能とし
ている。

【００５０】図４はメンブレンバー溶接部入射用の垂直
探触子８１における超音波探傷径路を示したものであ
る。垂直探触子８１から発振された超音波ビーム（縦
波）はメンブレンバー溶接部入射用シュー８３を通過し
た後、メンブレンバー溶接部上のＯ点で水壁中に入射
し、その後水壁管外表面Ｃ点で反射した際モード変換に
より発生する横波がＺ点に至る。Ｚ点に炉外腐食疲労欠
陥６ａが存在する場合は前記横波超音波は炉外側腐食疲
労欠陥６ａで反射され、前記径路の逆を通って垂直探触
子８１に戻り、マルチチャンネル超音波探傷器８０で欠
陥反射エコーとして観察される。

【００５１】図５に本発明の第３の実施例を示す。これ
は上記図３に示したプローブＢ８２を、垂直探触子８１
と斜角探触子５８の位置を互いに逆にしたプローブＣ８
５と組み合わせたものであり、炉内側からの１回の探傷
操作で炉内外に発生する腐食疲労欠陥を同時に、管の両
側から探傷するようにし、探傷精度の向上を図ったもの
である。

【００５２】次に、前記図３に示した超音波探傷装置に
より、炉外側腐食疲労欠陥６ａの欠陥高さの定量化を行
なう場合について説明する。

【００５３】炉外側腐食疲労欠陥６ａの高さの定量化を
行なう際には、まずメンブレンバー溶接部入射用シュー
８３と垂直探触子８１を一定の角度に固定して水壁管４
の管軸方向に粗探傷を行ない欠陥を検出する。次に欠陥
検出位置にプローブＢ８２のメンブレンバー溶接部入射
用シュー８３と垂直探触子８１を合わせ、超音波入射角
度を変化させながらコーナエコー及び端部エコーがピー
クとなる超音波ビーム路程距離を求め、（１）式により
欠陥高さを求める。超音波入射角度を変化させ、欠陥端
部に対する超音波入射角を、欠陥コーナ部に対する超音
波入射角にできるだけ近い角度に保持しながら端部エコ
ーのピークを求める事により、欠陥高さの定量化に伴う
誤差を少なくすることができる。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、従来不可能であった最
も腐食疲労欠陥の発生が激しい部位の検査が可能となる
為、検査可能範囲拡大による検査信頼性の向上を図るこ
とができ、さらに全ての検査部位を炉内側から検査する
事が可能となる為、付帯作業（３Ｋ作業）の大幅な削減
による検査期間の短縮及び検査費用の削減を図ることが
できる。本発明によれば、また、従来不可能であった最
も腐食疲労欠陥の発生が激しい部位の欠陥高さの定量化
を精度良く行なう事が可能となる。そして、正確な亀裂
進展性予測を行なう事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す図である。

【図２】本発明による水壁管内面欠陥検査法の超音波径
路の説明図である。

【図３】本発明の第２の実施例を示す図である。

【図４】本発明による水壁管内面欠陥検査法の超音波径
路の説明図である。

【図５】本発明の第３の実施例を示す図である。

【図６】管単体テストピースでの探傷実験の説明図であ
る。

【図７】ＳＶ波による管単体テストピースでの探傷実験
結果である。

【図８】水壁形状での探触子接近限界の説明図である。

【図９】ＳＨ波による管単体テストピースでの探傷実験
結果である。

【図１０】ＳＶ波とＳＨ波の振動模式の違いによる反射
エコーの違いについての説明図である。

【図１１】ＳＨ波による管単体テストピースでの探傷実
験結果である。

【図１２】フィラプレートが取り付けられている場合の
超音波径路説明図である。

【図１３】縦波をメンブレンバー溶接部から入射させる
場合の超音波径路説明図である。

【図１４】縦波メンブレンバー溶接部入射による水壁形
状テストピースでの探傷実験結果である。

【図１５】端部エコーの説明図である。

【図１６】端部エコーの出現状況の説明図である。

【図１７】端部エコーを用いた欠陥高さ定量化の説明図
である。

【図１８】水壁形状における探傷経路の説明図である。

【図１９】水壁形状における探傷経路の説明図である。

【図２０】腐食疲労欠陥発生部位の説明図である。

【図２１】腐食疲労欠陥発生状況の説明図である。

【図２２】放射線透過検査の説明図である。

【図２３】漏洩磁束法検査の説明図である。

【図２４】漏洩磁束法検査の検量線例である。

【図２５】従来の超音波探傷検査の説明図である。

【図２６】従来の超音波探傷検査の説明図である。

【図２７】従来の超音波探傷検査の説明図である。

【図２８】スキップの定義説明図である。

【符号の説明】

１ボイラ２火炉３水壁４水壁管４ａ水壁管炉内側面４ｂ水壁
管炉外側面５付着金物６腐食疲
労欠陥６ａ炉外側腐食疲労欠陥６ｂ炉内
側腐食疲労欠陥７メンブレンバー８線源９フィルム１０漏洩
磁束検出センサ１１磁化装置１２励磁
装置１３信号処理装置１４表示
装置１５記録装置２１超音
波探触子２２ａ欠陥からの反射波２２ｂ管
内面からの反射波２３水２４０．
５スキップ点２５１スキップ点２６１．
５スキップ点２７２スキップ点２８０．
５スキップ距離２９１スキップ距離３０１．
５スキップ距離３１２スキップ距離４０斜角
探触子４１平板４２底面
開口欠陥４３底面開口欠陥の端部４４底面
開口欠陥のコーナ部４５端部エコー４５Ａ端
部エコーのピーク４６コーナエコー４６Ａコ
ーナエコーのピーク４７端部エコーの超音波ビーム路程距離４７Ａ端部エコーがピークの点での超音波ビーム路程
距離４８コーナエコーの超音波ビーム路程距離４８Ａコーナエコーがピークの点での超音波ビーム路
程距離４９端部エコーとコーナエコーの間隔５０管単体テストピース５１，５１
ａ〜５１ｇ模擬欠陥５２ＳＶ波探触子５３水壁
形状テストピース５４フィラプレート５５フィ
ラプレート溶接部５６メンブレンバー溶接部入射用シュー５７ＳＨ
波探触子５８斜角探触子５９垂直
探触子６０プローブＡ６１探傷
実施に必要な探傷位置６２超音波探傷器６３探触
子の屈折角７０当初予想した超短波経路７１欠陥
からの反射エコー７２妨害エコー７３超音
波経路７４縦波７５横波８０マルチチャンネル超音波探傷器８１垂直
探触子８２プローブＢ８３メンブレンバー溶接部入射用シュー８４探触子支持金具８５プロ
ーブＣ８６超音波経路Ｃ８７超音
波経路Ｄ８８超音波経路Ａ８９超音
波経路Ｂ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者洲崎吉範広島県呉市三条２丁目４番10号株式会社シーエックスアール内 (72)発明者豊岡康雄広島県呉市宝町５番３号バブ日立エンジニアリング株式会社内 (72)発明者松本曜明広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内 (72)発明者折本学広島県呉市宝町６番９号バブコック日立株式会社呉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉の壁面を構成する水壁管内面の欠陥を
超音波を用いて非破壊的に検査する水壁管内面欠陥検査
方法において、炉内側の水壁管表面から、探触子により
ＳＨ波超音波を入射し、水壁管内面及び超音波入射点に
対向する炉外側水壁管外面でＳＨ波超音波を反射させ、
炉外側の水壁管内面の欠陥を検出することを特徴とする
水壁管内面欠陥検査方法。
【請求項２】付着金物が炉外側に溶接された水壁管と
メンブレンバーで構成されるボイラ水壁の水壁管内面の
欠陥を超音波を用いて非破壊的に検査する水壁管内面欠
陥検査方法において、水壁管とメンブレンバーの炉内側
の溶接部表面から探触子によりシューを介して縦波超音
波を入射し、入射した縦波超音波を、超音波入射点に対
向する位置の、水壁管と前記付着金物の溶接部を避け
た、限定した範囲の炉外側水壁管外面で反射させ、反射
時のモード変換により横波超音波を発生させ、この横波
超音波を利用して炉外側の水壁管内面の欠陥を検出する
ことを特徴とする水壁管内面欠陥検査方法。
【請求項３】請求項２に記載の水壁管内面欠陥検査方
法において、水壁管とメンブレンバーの溶接部表面から
入射する縦波超音波の入射角度を調整しながら検出した
欠陥のコーナエコーのピークの時の超音波ビーム路程距
離と、該欠陥端部のエコーのピークの時の超音波ビーム
路程距離とから、欠陥の高さを定量化することを特徴と
する水壁管内面欠陥検査方法。
【請求項４】請求項３記載の水壁管内面欠陥検査方法
において、水壁管とメンブレンバーの溶接部表面から縦
波超音波を入射させる為の前記シューの探触子と接する
面と、ボイラ水壁の中心面がなすシュー角度を調整し、
欠陥からのコーナエコーのピークを得たシュー角度を基
準位置とし、この基準位置からシュー角度が増減するよ
うに前記シューを回転操作して欠陥からの端部エコーを
検出することを特徴とする水壁管内面欠陥検査方法。
【請求項５】請求項１及び２に記載の水壁管内面欠陥
検査方法のうちの少なくとも一方を実施する超音波検査
手段と、炉内側の水壁管内面の欠陥を超音波を用いて検
査する超音波検査手段を組み合わせ、１回の探傷操作で
水壁管内面の炉内側及び炉外側を同時に検査するように
構成したことを特徴とする水壁管内面欠陥検査装置。
【請求項６】請求項５記載の水壁管内面欠陥検査装置
を少なくとも２つ組み合わせ、１回の探傷操作で水壁管
内面の炉内側及び炉外側の欠陥を同時に、管の炉内の両
側から検査するように構成したことを特徴とする水壁管
内面欠陥検査装置。
【請求項７】請求項５または６記載の水壁管内面欠陥
検査装置において、ＳＨ波超音波を発する探触子を水壁
管周方向へ管表面に沿って動かす揺動機構とメンブレン
バー溶接部入射用のシューを水壁管の管軸と平行な回転
軸の周りに回転させる回転機構のうちの少なくとも１つ
を備え、炉外側水壁管内面への超音波到達点を変化させ
るように構成したことを特徴とする水壁管内面欠陥検査
装置。