JP5007989B2 - 非破壊検査方法及び非破壊検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、非破壊検査方法及び非破壊検査装置に係り、特に、非破壊で被検査体の損傷について検査する非破壊検査方法および非破壊検査装置に関する。

従来から、鋼管や鋼板に入ったき裂の位置や大きさなどの検出方法は種々提案されている。例えば、特許文献１では、アモルファス磁芯のヒステリシス特性を利用して、強磁性体からなる被検査体の強制磁化に起因する漏洩磁束や誘導磁化に起因する微小な磁束密度変化を検出し、各種の非破壊検査を行う方法が提案されている。

しかしながら、この非破壊検査方法では被検査体が強磁性体である場合には亀裂の位置の検出はできるものの、被検査体が非磁性体の場合には、亀裂を検出することはできないという問題があった。
特開平０６−２９４８５０号公報

本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、披検査体が非磁性体であっても亀裂を検出することが可能な非破壊検査方法および非破壊検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明の非破壊検査方法は、非磁性体からなる被検査体のマルテンサイト相変態率の分布をフェライトスコープで測定し、
前記測定されたマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布のマルテンサイト相変態率ピーク値Ｖα’_ｍａｘに基づいて、前記被検査体の損傷程度Ｋが、Ｋ＝定数Ａ×Ｖα’_ｍａｘであると推定し、前記損傷程度Ｋに対応する応力拡大係数の範囲及び最大値を算出するものである。

また、第３の発明の非破壊検査装置は、非磁性体からなる被検査体のマルテンサイト相変態率の分布をフェライトスコープで測定する測定手段と、
前記測定手段により測定されたマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布のマルテンサイト相変態率ピーク値Ｖα’_ｍａｘに基づいて、前記被検査体の損傷程度Ｋが、Ｋ＝定数Ａ×Ｖα’_ｍａｘであると推定し、前記損傷程度Ｋに対応する応力拡大係数の範囲及び最大値を算出する推定手段と、を備えている。

非磁性体からなる被検査体が強変形や大きな応力を受けると、その部分がマルテンサイト相へ変態して脆性かつ強磁性の特性を示すようになる。そして、マルテンサイト相変態率分布におけるピーク値と損傷程度とは、線形関係となることがわかった。そこで、第１及び第３の発明では、被検査体のマルテンサイト相変態率の分布を測定し、測定されたマルテンサイト相変態率の分布におけるマルテンサイト相変態率ピーク値Ｖα’_ｍａｘに基づいて、被検査体の損傷程度Ｋが、Ｋ＝定数Ａ×Ｖα’_ｍａｘであると推定する。ここでの損傷程度Ｋとしては、応力拡大係数などを対応づけることができる。また、ここでの定数Ａは、被検査体の材質などにより決定されるものである。

第１及び第３の発明によれば、マルテンサイト相変態率のピーク値に基づいて、非破壊で被検査体の損傷程度を推定することができる。

第２の発明の非破壊検査方法は、第１の発明の非破壊検査方法において、前記測定されたマルテンサイト相変態率の分布パターンに基づいて前記被検査体の、マルテンサイト相変態率の低い部分から高い部分へ向かって損傷が進展したことを推定する。

また、第４の発明の非破壊検査装置は、第３の発明の非破壊検査装置において、前記測定手段により測定されたマルテンサイト相変態率の分布に基づいて、前記被検査体のマルテンサイト相変態率の低い部分から高い部分へ向かって損傷が進展したことを示す損傷進展パターンを出力する出力手段と、を備えている。

前述のように、非磁性体からなる被検査体が強変形や大きな応力を受けると、その部分がマルテンサイト相へ変態するが、損傷の先端部分においてマルテンサイト相変態率は最も高く、初期に損傷を受けている損傷中心部分のマルテンサイト相変態率は後に損傷を受けた部分よりも低い。そこで、第２及び第４の発明では、被検査体のマルテンサイト相変態率の分布を測定し、測定されたマルテンサイト相変態率の分布に基づいて、マルテンサイト相変態率の低い部分から高い部分へ向かって前記被検査体の損傷が進展したことを推定する。

第２及び第４の発明によれば、マルテンサイト相変態率の分布に基づいて、非破壊で被検査体の損傷過程を推定することができる。

なお、第１乃至第４の発明での被検査体としては、ステンレス鋼、特に、オーステナイト系ステンレス鋼が好適に用いられる。

また、第１乃至第４の発明でのマルテンサイト相変態率の測定は、フェライトスコープで行うことができる。フェライトスコープで測定されるのはフェライト相量であるが、フェライト相量とマルテンサイト相変態量との間には相関関係があることから、フェライトスコープを用いてマルテンサイト相変態率を測定することができる。

以上説明したように、第１及び第３の発明によれば、測定されたマルテンサイト相変態率のピーク値に基づいて、非破壊で被検査体の損傷程度を推定することができる。

また、第２及び第４の発明によれば、測定されたマルテンサイト相変態率の分布に基づいて、非破壊で被検査体の損傷過程を推定することができる。

［第１実施形態］
本実施形態の非破壊検査装置１０は、図１に示すように、Ｚ軸スタンド１６のリフト部先端１６Ａに固定された測定手段１２を備えている。測定手段１２は、配線を介して本体１４と接続されている。本体１４には、パーソナルコンピュータ２６が接続されている。また、載置台１８Ａが、測定手段１２の下方に位置するようにＸＹテーブル１８が配置され、ＸＹテーブル１８を構成するＸ軸テーブル１８ＢおよびＹ軸テーブル１８Ｃがステージコントローラ２０と接続されている。ステージコントローラ２０はパーソナルコンピュータ２６と接続されている。なお、測定手段として、フェライトスコープを使用することができる。

次に、非破壊検査装置での測定及び損傷程度の推定について説明する。

まず、図２の手順１に示す測定を行う。測定では、まず、ステンレス鋼で構成される被検査体２８を非破壊検査装置１０のＸＹステージ載置台１８Ａ上に載置する。そして、Ｚ軸スタンド１６を調整して測定手段１２と被検査体２８とを接触させ、被検査体２８のマルテンサイト相変態率Ｖα’を測定する。測定は、パーソナルコンピュータ２６でＸＹテーブル１８を制御することにより１ｍｍ間隔で被検査体２８を移動させて行い、被検査体２８のマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布パターンを得る。得られた結果は、分布パターンとしてパーソナルコンピュータ２６へ出力され、パーソナルコンピュータ２６の記憶部２６Ｂに記憶される。また、図３に示すように、パーソナルコンピュータ２６の表示部２６Ａに表示される。図３では、等高線によって、マルテンサイト相変態率Ｖα’の分布が示されている。領域Ａが最もマルテンサイト相変態率Ｖα’が高く、領域Ｂ＞Ｃ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｆ＞Ｇの順に、マルテンサイト相変態率Ｖα’が低くなっている。

次に、手順２で、得られたマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布パターンから、マルテンサイト相変態率Ｖα’のピーク値Ｖα’_ｍａｘを得る。そして、手順３で、得られたマルテンサイト相変態率Ｖα’のピーク値Ｖα’_ｍａｘと、当該被検査体２８の係数Ａ１とから、損傷程度Ｋを推定する。損傷程度Ｋは、ピーク値Ｖα’_ｍａｘと線形関係にあることから、Ｋ＝Ａ１×Ｖα’_ｍａｘで求めることができる。

上記のようにして、マルテンサイト相変態率Ｖα’の分布に基づいて、被検査体２８の損傷程度Ｋを求めることができる。

なお、ここでの損傷程度Ｋは、応力拡大係数の最大値Ｋ_ｍａｘ、応力拡大係数の範囲ΔＫなどに対応させたものである。

また、被検査体２８では、損傷の先端部分においてマルテンサイト相変態率Ｖα’は最も高く、初期に損傷を受けている損傷中心部分のマルテンサイト相変態率Ｖα’は後に損傷を受けた部分よりも低い。したがって、得られたマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布パターンから、損傷は、マルテンサイト相変態率Ｖα’の低い部分から高い部分へ進展していったことを推定することができる。

［第２実施形態］
図４には、第２実施形態の非破壊検査装置５０が示されている。図４に示す非破壊検査装置５０は、配管などの円筒状の被検査体を検査する場合に用いられる。非破壊検査装置５０は、中央の検査孔５６に被検査体６０を挿通可能な円形の環状体５２を備え、環状体５２に測定手段５４が取り付けられている。測定手段５４は、環状体５２の円の径方向Ｒに移動可能とされている。また、環状体５２は円周方向Ｃへの回転、この回転の軸方向Ａへの移動が可能とされており、被検査体６０の外周面を走査することができる。環状体５２及び測定手段５４は、パーソナルコンピュータ５８と接続されており、パーソナルコンピュータ５８により制御されている。

非破壊検査装置５０での測定の際には、環状体５２を軸方向Ａへ移動させて被検査体６０を端部から検査孔５６に挿入させる。そして、検査開始位置から環状体５２を円周方向Ｃへ回転させつつ所定の間隔毎に被検査体６０に接触させて、マルテンサイト相変態率Ｖα’を測定する。１周分の測定が終了したら、所定間隔分環状体５２を軸方向Ａへ移動させて同様に測定を行う。測定結果は、パーソナルコンピュータ５８へ出力され、パーソナルコンピュータ５８内の記憶部５８Ｂに記憶される。これにより、被検査体６０の外周面のマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布パターンが得られる。得られたマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布パターンは、パーソナルコンピュータ５８の表示部５８Ａに表示される。

上記のマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布パターンから、第１実施形態と同様にして被検査体６０の損傷程度Ｋを推定することができる。

また、損傷は、マルテンサイト相変態率Ｖα’の低い部分から高い部分へ進展していったことを推定することができる。

ＳＵＳ３０４鋼平板を用いて以下の条件で疲労試験を実施し、マルテンサイト相変態率Ｖα’の分布を測定して、き裂とマルテンサイト相変態率Ｖα’との関係を調査した。

試験片は、図５に示すように、厚さｔ＝５ｍｍのＳＵＳ３０４鋼平板に、表面長２ａ＝１．０ｍｍ、深さｂ＝１．０ｍｍの半長円状切欠きを放電加工したものを用い、応力比をＲ＝０．１〜０．５として行った。マルテンサイト相変態率Ｖα’のピーク値Ｖα’_ｍａｘと応力拡大係数の最大値Ｋ_ｍａｘとの関係を図６に、マルテンサイト相変態率Ｖα’のピーク値Ｖα’_ｍａｘと応力拡大係数範囲ΔＫとの関係を図７に示す。図６、に示されるように、Ｖα’_ｍａｘと負荷されたＫ_ｍａｘとの間には、線形的な関係が成立している。また、異なった応力比Ｒに対しても、同じＫ_ｍａｘ値に対してはほぼ同じ値のＶα’_ｍａｘが得られた。したがって、Ｋ_ｍａｘ＝定数Ａ×Ｖα’_ｍａｘで表すことができる。また、図７に示すように、応力比Ｒを一定にした場合には、マルテンサイト相変態率Ｖα’のピーク値Ｖα’_ｍａｘと応力拡大係数範囲ΔＫとの間にも、線形関係が成立している。

上記より、測定されたマルテンサイト相変態率Ｖα’のピーク値Ｖα’_ｍａｘはＫ_ｍａｘ値、ΔＫ値に依存することが分かる。したがって、Ｖα’_ｍａｘを測定することによって、部材の受けた損傷程度を推定することができる。なお、上記の応力拡大係数の最大値Ｋ_ｍａｘ、応力拡大係数範囲ΔＫは、Ｎｅｗｍａｎ−Ｒａｊｕ式によって算出した。

また、き裂表面長２ａが約１〜２ｍｍ伸びる毎に、負荷応力の最大値σ_ｍａｘを一定にしたままＲ＝０．５でビーチマークを導入し、試験片破断後に破面観察を行った。ＣＣＤカメラにより破断面を観察すると、図８（Ａ）に示すように、き裂形状は、き裂貫通までほぼ半楕円形状を保ち、最初のき裂部分Ａから外側に向かって進行していったことがわかる。この破断面のマルテンサイト相変態率Ｖα’分布を測定すると、図８（Ｂ）に示すように、最初のき裂部分Ａから外側に向かう程、マルテンサイト相変態率Ｖα’が高くなっている。

これにより、マルテンサイト相変態率Ｖα’の低い部分から高い部分へ、被検査体の損傷が進展していったことがわかる。

本発明に係る第１実施形態の非破壊検査装置の概略構成図である。 第１実施形態の非破壊検査手順の概略を示す図である。 測定されたマルテンサイト相変態率の分布を示す図である。 本発明に係る第２実施形態の非破壊検査装置の概略構成図である。 本発明の実施例で用いた被検査体の図である。 マルテンサイト相変態率のピーク値と応力拡大係数の最大値との関係を示すグラフである。 マルテンサイト相変態率のピーク値と応力拡大係数範囲との関係を示すグラフである。 （Ａ）は破断面の状態を示す観察図であり、（Ｂ）は破断面のマルテンサイト相変態率分布を示す分布図である。

符号の説明

１０ 非破壊検査装置
１２ 測定手段
２６ パーソナルコンピュータ
２６Ａ 表示部
２８ 被検査体
５０ 非破壊検査装置
５２ 環状体
５２ 所定間隔分環状体
５４ 測定手段
５６ 検査孔
５８ パーソナルコンピュータ
５８Ｂ 記憶部
５８Ａ 表示部
Ｋ 損傷程度
Ｖα’ マルテンサイト相変態率
Ｖα’_ｍａｘ マルテンサイト相変態率ピーク値

Claims (6)

1. 非磁性体からなる被検査体のマルテンサイト相変態率の分布をフェライトスコープで測定し、
   前記測定されたマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布のマルテンサイト相変態率ピーク値Ｖα’_ｍａｘに基づいて、前記被検査体の損傷程度Ｋが、Ｋ＝定数Ａ×Ｖα’_ｍａｘであると推定し、前記損傷程度Ｋに対応する応力拡大係数の範囲及び最大値を算出する非破壊検査方法。
2. 前記測定されたマルテンサイト相変態率の分布パターンに基づいて、前記被検査体のマルテンサイト相変態率の低い部分から高い部分へ向かって損傷が進展したことを推定する、請求項１に記載の非破壊検査方法。
3. 前記被検査体は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非破壊検査方法。
4. 非磁性体からなる被検査体のマルテンサイト相変態率の分布をフェライトスコープで測定する測定手段と、
   前記測定手段により測定されたマルテンサイト相変態率Ｖα’の分布のマルテンサイト相変態率ピーク値Ｖα’_ｍａｘに基づいて、前記被検査体の損傷程度Ｋが、Ｋ＝定数Ａ×Ｖα’_ｍａｘであると推定し、前記損傷程度Ｋに対応する応力拡大係数の範囲及び最大値を算出する推定手段と、
   を備えた非破壊検査装置。
5. 前記測定手段により測定されたマルテンサイト相変態率の分布に基づいて、前記被検査体のマルテンサイト相変態率の低い部分から高い部分へ向かって損傷が進展したことを示す損傷進展パターンを出力する出力手段と、
   を備えた請求項４に記載の非破壊検査装置。
6. 前記被検査体は、ステンレス鋼であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の非破壊検査装置。