JPH02245649A - 電位差法による非破壊検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３．１概要 電位差法を用いて、金属を代表とする導電体からなる構
造物の表面電位差分布を計測し、１位差曲線を作成する
。これを予め作成した較正曲線と比較し、埋没き裂と裏
面き裂とを識別し、さらに簡便にき裂の評価を行う非破
壊検査方法である。

３．２産業上の利用分野 本発明は、導電体からなる構造物の非破壊検査方法に関
するものであり９特に電位差法を用いて埋没欠陥や内外
表面に露れた欠陥を検出し、欠陥の状態を定量化する非
破壊検査方法に関する。

原子力、火力発電設備、あるいは化学プラント。

石油プラント等における圧力容器ならびに配管等の重要
機器について破壊力学に基づく健全性評価を行うには、
欠陥の非破壊検査が不可欠である。

この他にも製鉄ならびに各種機械の製造においては９品
質管理上欠陥の非破壊検査が重要である。

これらの産業では、埋没き裂と裏面き裂とを識別し、さ
らにき裂の定量的評価を行う簡便な手法の開発が切に望
まれている。

３．３従来の技術 非破壊検査のために従来から広（用いられている手法と
して、放射線（Ｘ線およびＴ線など）による方法と超音
波法があるが、それぞれ一長一短がある。この地電位差
法と呼ばれる方法も利用されている。

電位差法は、被検査物中に一定電流を流したとき、欠陥
が存在する部位において表面電位分布に乱れが生じるこ
とを利用するもので、原理が簡単であること、計測装置
が低価格であること、環境（温度、腐食流体・ガスなど
）に対して鈍感であること、電気信号で出力が直接得ら
れるためデータ処理が容易であることなどの長所を存す
る。

−ａに構造物のき裂は、非破壊検査的な見地から、検査
を行う面に存在する表面き裂、埋没き裂および検査を行
う面の裏面に存在するき裂（以下。

裏面き裂という）の三種類に分けて考えることができる
。第１５図にこれらの各き裂の例を示す。

この中で表面き裂のみは、目視等により１その種類を識
別することができる。

ところで最近になって、直流電位差法を用いたき裂の非
破壊評価に関する研究が、参考文献（１）〜（５）に示
されているようにしばしば行われるようになっている。

これらの研究の中で埋没き裂を扱ったものとしては阿部
他（１）、版上他（２）の研究が、また裏面き裂を扱っ
たものとしては林地（３）、久保他（４）、Ａｂｅ他（
５）の研究がある。これらはき裂を予め埋没き裂または
裏面き裂と仮定して評価を行っている。

一般的に埋没き裂や裏面き裂は９表面き裂と異なり、外
観からはその種類を識別することができない。そして現
在までのところ、電位差法におけるこれらのき裂の識別
に関する研究は報告されていない。

参考文献 （１）阿部・他２名、非破壊検査。

３５（５）、　ｐｐ、３２６〜３３２．　（１９８６）
（２）版上・他４名１機論（Ａ曙）。

５３（４９２）、　ｐｐ、１５９８〜１６０５．　（１
９８７）（３）林・他４名、第４回破壊力学シンポジウ
ム講演集、　ｐｐ、２１０〜２１４．　（１９８７）（
４）久保・他４名９機論（Ａ編）。

５４（４９８）、　ｐｐ、２１８〜２２５．　（１９８
８）（５）Ａｂｅ−他３名＋Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａ
ｌ　Ｍｅｃｈａｎｔｃｓ’８８　ｖｏｌ、１．　ｐ９．
１２　ｉｉ　１〜１２　ｉｉ　４．　（１９８８）３．
４発明が解決しようとする課題 従来の電位差法に基づく非破壊検査法では１構造物の外
部から直接観察することが不可能な埋没き裂と裏面き裂
とを識別して定量的評価を行うことができなかった。

このため２構造物に関する健全性評価は限定されたもの
となり、十分に信鯨性のある評価ができないという問題
があった。

本発明は、埋没き裂と裏面き裂とを識別できる手段を提
供し、さらに識別後のそれぞれのき裂についての位置、
長さ、深さについて簡易評価を短時間で行う手段をも提
供することを目的とする。

３．５課題を解決するための手段 本発明は、特に平板あるいは平板として扱うことが可能
な構造物あるいは構造物の部分について表面にほぼ垂直
なき裂を対象に課題の解決を図ったものであり、直流電
位差法を用いて構造物表面の電位差分布を表わす電位差
曲線を求め、これを予め種々の長さ、深さの埋没き裂あ
るいは裏面き裂をもつ平板について作成してある多数の
較正曲線と比較することにより、埋没き裂と裏面き裂と
をそれぞれ識別し、それぞれのき裂についての位置、長
さ、深さを簡便に評価する方法をとっている。

第１図は本発明の原理的構成図であり、ｌは平板状の構
造物あるいは構造物の部分、２は埋没き裂、２′は裏面
き裂２３はプローブ、４および５は電流入出力端子、６
および７は電位差測定端子。

８は定電流源、９は電位差計測装置、ｌＯはデータ解析
装置、１１は電位差曲線データ作成部、１２は較正曲線
データ保持部、１３はき裂種別判定部、１４はき裂特性
評価部を示す。

また第２図は、埋没き裂と裏面き裂についての電位差曲
線の例を示す。

プローブ３は、構造物ｌの表面の任意の位置に設定可能
にされており、定電流源８から電流入出力端子４．５を
介して構造物ｌ内に電流を注入する。

次にプローブ３を設定した複数の位置で電流注入により
構造物表面に生じた電位差分布を、電位差測定端子６．
７に接続された電位差計測装置９により計測し、Ａ／Ｄ
変換してデータ解析装置１０へ入力する。

データ解析装置ｌＯにおいて、電位差曲線データ作成部
１１は、電位差計測装置９から入力される電位差データ
に基づいて第２図に示すような電位差曲線を求め、さら
にこの曲線から、最大電位差ΔΦ―ａｘおよび曲線内面
積Ａ　ｒｅａの二つのパラメータを作成し保持する。

一方、較正曲線データ保持部１２は、構造物１と同じ厚
さあるいは各種の厚さの構造物について。

予め種々の長さ、深さのき裂について取得した電位差曲
線から作成したパラメータΔΦｍａｘおよびＡ　ｒｅａ
のデータを、較正曲線データとして保持している。

き裂種別判定部１３は、裏面き裂を仮定し、電位差曲線
データ作成部１１で求めた電位差曲線のパラメータΔΦ
鴎ａＸおよびＡ　ｒｅａを用いて較正曲線データ保持部
１２に保持された較正曲線より二つのき裂長さを求め１
両者が一敗するか否かの判断により裏面き裂か埋没き裂
かを判定し、結果を出力する。

き裂特性評価部１４は、電位差曲線について判定された
き裂が埋没き裂か裏面き裂かにしたがって、該当するき
裂に属する種々の較正曲線のパラメータと電位差曲線の
パラメータとをさらに詳しく比較し、き裂の位置、長さ
、深さを同定評価し。

結果を出力する。

３．６作用 第１図に示されている本発明の構成に基づく非破壊検査
方法の作用を説明する。

第１図において、埋没き裂２あるいは裏面き裂２′を有
する平板状の構造物あるいは構造物の部分１の表面上で
プローブ３を複数の位置に設定し。

電位差分布を計測する。このとき、電流入出力端子４．
５の間隔Ｗ、および電位差測定端子６．７の間隔Ｗ、は
固定され、たとえば構造ｖＩＪｌの厚さｔに対してそれ
ぞれ３仁および０．４ｔに設定される。以後２便宜上こ
れらの数値を使用した場合について例示的に説明する。

プローブ３を複数の位置に設定し電位差分布を計測した
結果、埋没き裂２あるいは裏面き裂２′が存在する位置
において、第２図に示すような電位差曲線が得られる。

第３図は、電位差曲線データ作成部１１および較正曲線
データ保持部１２が作成あるいは保持するパラメータΔ
Φ−ａｘおよびＡ　ｒｅａの説明図である。横軸のＸ／
ｌは、任意に設定した基点０．０から電位差分布計測位
置Ｘまでの距＠Ｘを構造物１の厚さＬで正規化した値で
あり、縦軸のΔΦは。

計測された電位差を無欠陥位置での電位差で正規化した
値を示している。

パラメータΔΦ輸ａＸは１曲線のピーク値に対応し、パ
ラメータＡ　ｒｅａは、ΔΦ−１，０の直線と曲線との
間の領域の面積、第３図の例ではＡ　ｉ　、　Ａ　ｔ。

Ａｓ、の和である。ただしΔΦ−１，０の直線の上の面
積Ａ、は正、同直線の下の面積Ａ＋、Ａ＊は負として加
算され。

Ａｒｅａ　＝−Ａｔ　＋ＡＩ　　Ａ３ となる。

ｌＩＩ■五定 き裂種別判定部１３０判定動作は、き裂の深さ。

長さとパラメータΔΦ−ａｘ　、　Ａｒｅａとの相関関
係に依存している。第４図の具体例を用いて説明する。

長さの違う三つの埋没き裂■、■、■（■〈■く■とす
る）と、■と同じ長さの裏面き裂■とがそれぞれ単独で
存在した場合、これらの埋没き裂のΔΦ■ａｘは、深さ
により変化し、それぞれの埋没き裂が図のように、特定
の深さ（長さの短い埋没き裂が１長さの長い埋没き裂よ
りも裏面から深いところにある）にあるとき第４図の白
線に示されているようにそれらのΔΦ−ａｘは裏面き裂
■のΔΦ１１ａＸ　と−敗する。したがって、パラメー
タΔΦｅａａｘのみでは埋没き裂と裏面き裂とを識別す
ることができない、そこでパラメータＡｒｅａの値の違
いにも着目し、ｌ！！没き裂と裏面き裂との識別化を図
ってし）る、つまり、ΔΦ−ａｘが同じであれば裏面き
裂のＡｒｅａは埋没き裂のＡ　ｒｅａとは異なり。

また両者のＡ　ｒｅａが同じであれば、ΔΦｍａｘは異
なっていることを利用する。そのため４次の手順で識別
を行う。

まず較正曲線データ保持部１２には１種々の長さの裏面
き裂について、較正曲線（き裂長さ一ΔΦ−ａｘ関係、
き裂長さ−Ａ　ｒｅａ関係）のデータを作成しておく。

次に計測された電位差曲線のΔΦ−ａｘとき裂長さ−Δ
Φ−ａｘ較正曲線とにより。

き裂長さを求める。これをＮ、とする。同様にして、計
測された電位差曲線のＡ　ｒｅａとき裂長さ−Ａ　ｒｅ
ａ較正曲線とにより１き裂長さ（１３と表す）を求める
。最後に、求められた！、と２□とが一致すれば裏面き
裂、一致しなければ埋没き裂と判定する。

皇１！二肛１ 次に、き裂特性評価部１４による埋没き裂の位置、長さ
および深さと、裏面き裂の位置および長さの評価動作に
ついて説明する。

参考文献（１）に示す阿部他の研究によれば、傾いた埋
没き裂については、その位置とΔΦが最大値をとる位置
とがほぼ一致することが明らかとなっている。したがっ
てここで扱われる垂直なき裂については両方の位置が完
全に一致する。また垂直な裏面き裂においても、第５図
の例に示されるように、き裂の位置とΔΦの最大値の位
置とは一致する。そこで埋没き裂および裏面き裂の位置
は。

ΔΦが最大値をとる位置により決定する。

埋没き裂のき裂長さ（１とする）と深さ（Ｄとする）は
、それぞれパラメータＡ　ｒｅａおよびΔΦｓ＋ａｘか
ら求める。第６図は８種々の長さｉの埋没き裂に対して
、裏面からの深さＤとＡ　ｒｅａとの関係を示している
。同図から分るように、それぞれのき裂長さｉに対して
、　Ａｒｅａはき裂深さＤ／ｌによらずほぼ一定となる
。このことから、埋没き裂の長さｌを、　Ａｒｅａから
求めることができる。

また、き裂長さが既知であれば２例えば第７図のように
、任意の長さの埋没き裂に対するき裂深さＤ／ｌとΔΦ
ｍａｘの関係を示す曲線を用いて。

その深さを求めることができる。しかしこのままでは５
複数のき裂に対して１種々の深さにおけるΔΦｌａＸを
求めておかねばならず繁雑となる。そこで対象とする埋
没き裂と同じ長さの裏面き裂のΔΦｍａｘ（ΔΦｌ１ａ
Ｘ３Ｃと表す）を用い次式で表されるΔΦ■ａｘ’を導
入して第７図を第８図のように書き換える。

ΔΦｍａｘｓｃ　　−１ 第８図では第７図の複数のき裂長さに対する曲線群が長
さによらずほぼ一つの曲線で表される。これから適当な
一つのき裂長さ（例えば板厚の１０％）に対し、この曲
線を求めておけば、埋没き裂の深さＤをΔΦｍａｘ’か
ら求めることができる。

３．７実施例 第９図は２本発明の詳細な説明するための手順を示した
ものである。なおこの手順の実施にあたっては、予め次
の４つの較正曲線を作成しておく、すなわち （１）裏面き裂のき裂長さとΔΦｍａｘの関係を表す較
正曲線（第１１図） （２）裏面き裂のき裂長さとＡ　ｒｅａの関係を表す較
正曲線（第１２図実線） （３）埋没き裂のき裂長さとＡ　ｒｅａの関係を表す較
正曲線（第１２図−点鎖線） （４）埋没き裂の深さとΔΦ−ａｘ’の関係を表す較正
曲線（第１３図） これらの較正曲線は、それぞれ図中に示したように多項
式近似した後、識別およびき裂評価に供される。以下き
裂長さ１−０．４Ｌ、裏面からの深さＤ”０．５３ｔで
ある埋没き裂および１−０．４ｔである裏面き裂を例に
とり手順について説明する。

なお説明においては埋没き裂を（Ａ）、裏面き裂をＣＢ
）で表す。

■　まず測定より得られた第１０図に示す電位差曲線か
らΔΦ−ａｘおよびＡｒｅａを求める０次にき裂の種類
を裏面き裂と仮定して、第１１図のΔΦ−ａｘ較正曲線
（１）から次のようにき裂長さ１、を求める。

（Ａ）　　ΔΦｍａｘ　　−１，２１７，１＋　　−０
，３９９ｔ（Ｂ）　　ΔΦ−ａｘ　　ｗｌ、２１８＋　
　　　ｊ！　＋　　−０，４００を同様にＡ　ｒｅａよ
り、第１２図の較正曲線（２）から次のようにき裂長さ
１３を求める。

（Ａ）　Ａｒｅａ　−０，１３３，ｉｔ　＝０．２９８
　ｔ。

（Ｂ）　Ａｒｅａ　＝０．２５０．　　ｌｘ　＝０，４
００　ｔ■　ここで（Ａ）および（Ｂ）の！、とｌ！を
比較する。（Ａ）の場合２両者の差（（Ｌ−Ｎす）／１
オＸ　１００）は約３５％、　（Ｂ）の場合では０％と
なる。これから（Ａ）は埋没き裂、　（Ｂ）は裏面き裂
と識別する。

■　（Ｂ）の場合、き裂長さは１−１．−１□−〇、４
００ｔと評価する。

■　（Ａ）の埋没き裂については、第１２図の較正曲線
（３）からＡｒｅａ　＝　０．１３３を用いてｌ−０，
４０１ｔを得る。またき裂深さについては得られたｆ−
０，４０１Ｌを用いて較正曲線（１）よりこの埋没き裂
と同じ長さの裏面き裂のΔΦｍａｘ、すなわちΔΦ５ａ
ｘｓｃ　−１，２２０を求めこれからΔΦｍａｘ“−０
，９８７を算出し１較正曲線（４）からＤ＝０．５２７
ｔを得る。

１駿 次に本発明による方法の有効性を検証するため。

１−０．２Ｌの裏面き裂と種々の深さ（Ｄ−０，２゜０
．５．０．１．）を持つ１−０．２ｔの埋没き裂につい
て識別およびき製形状評価を行った例を示す。

き裂は放電加工により導入した幅０．３−のスリットに
より模擬する。試験片はオーステナイト系ステンレス鋼
（ＳＵＳ３０４）製であり１寸法２０鵬雪Ｘ　１０ｍｍ
Ｘ　２００ｖ＋＋である。

結果は第１４図の通りである０図中の実線は実際のき裂
形状、破線は評価したき裂形状を表す。

同図において破線はほぼ実線に重なっている。同図から
十分な精度で識別および評価ができていることがわかる
。

識別および評価を行うプログラムは実用性を考慮してパ
ーソナルコンピュータ（ＮＥＣＰＣ９８０１Ｅ）上で作
成した。その実行時間は一組のデータの識別および評価
に対して約１分間程度であった。

３．８発明の効果 本発明による電位差法を用いた非破壊検査方法によれば
、構造物表面の電位差分布を知るのみで。

簡単に埋没き裂と裏面き裂とを識別し、さらにそのき裂
の長さ等の特性について同時に評価することができ、従
来の方法にくらべてより詳細な情報を、比較的低コスト
でしかも迅速に収集できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成図、第２図は本発明の測定
法の概要図、第３図はΔΦｍａｘおよびＡ　ｒｅａの説
明図、第４図は埋没き裂および裏面き裂の識別の説明図
１第５図は埋没き裂および裏面き裂の位置の評価の説明
図、第６図は埋没き裂の長さの評価の説明図、第７図は
埋没き裂の深さとΔφｗａｘの関係の説明図、第８図は
埋没き裂の深さの評価の説明図、第９図は埋没き裂およ
び裏面き裂の識別とき裂形状の評価手順の説明図、第１
０図は識別および評価例の説明図、第１１図は裏面き裂
のき裂長さとΔΦ−ａｘの関係を表わす較正曲線の説明
図、第１２図は埋没き裂および裏面き裂のき裂長さとＡ
　ｒｅａの関係を表わす較正曲線の説明図、第１３図は
埋没き裂の深さとΔΦ−ａｘ”の関係を表わす較正曲線
の説明図、第１４図は識別および評価結果の説明図、第
１５図は埋没き裂および裏面き裂の説明図である。 第１図中。 ｌ：構造物、２：埋没き裂、２′：裏面き裂、３ニブロ
ーブ、４および５：電流入出力端子、６および７：電位
差測定端子、８＝定電流源、９：電位差計測装置、１０
；データ解析装置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 定電流源に接続された電流入出力端子と、電位差計測装
   置に接続された電位差測定端子と、電位差計測装置に接
   続されたデータ解析装置とをそなえ、 電流入出力端子と電位差測定端子との間の位置関係を定
   め、構造物の外表面上の複数の位置で、電位差測定端子
   を介し、電位差計測装置により電位差を計測し、得られ
   た複数位置の電位差データをデータ解析装置により解析
   し、構造物中に存在するき裂等の欠陥を定量的に評価す
   る電位差法による非破壊検査方法において、 データ解析装置は、検査対象の構造物と同じ厚さあるい
   は各種の厚さの構造物において種々の長さ、深さの垂直
   のき裂について予め求めておいた電位差曲線から電位差
   の最大値ΔΦｍａｘと曲線内面積Ａｒｅａとを求めて較
   正曲線データとして保持し、また検査対象の構造物から
   計測した電位差データに基づく電位差曲線から電位差の
   最大値ΔΦｍａｘと曲線内面積Ａｒｅａとを求めて電位
   差曲線データを作成し、この電位差曲線データを、上記
   保持してある較正曲線データと比較することにより、検
   査対象の構造物中に存在するき裂が埋没き裂か裏面き裂
   かを識別し、またき裂の位置、長さ、深さを簡便に評価
   することを特徴とする電位差法による非破壊検査方法。