JPH07167841A - 膜付きボイラー管の腐蝕疲労亀裂を検出する方法 - Google Patents

膜付きボイラー管の腐蝕疲労亀裂を検出する方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＥＭＡＴ（電磁音響トランスジューサ）を用
いて膜付きボイラー管の腐蝕疲労亀裂を検出する探傷方
法を提供すること。 【構成】 少なくとも１つのＥＭＡＴコイルで超音波Ｓ
Ｈ剪断波を発生させ、膜付き管パネルの管の腐蝕疲労亀
裂を検出する方法。この方法によれば、超音波カプラン
トを必要とせず、従来の超音波探傷法に比べてＳＮ比が
優れている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、膜付きボイラ
ー管の腐蝕疲労亀裂（傷）を検出する方法に関し、特
に、ＥＭＡＴ（電磁音響トランスジューサ）を用いて膜
付きボイラー管の腐蝕疲労亀裂を検出する探傷方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】腐蝕疲労は、化石燃料炊きユーティリテ
ィボイラーのボイラー管に生じる破損仕組みの一形態で
ある。腐蝕疲労は、機械的応力と腐蝕の相互作用の結果
である。常時応力負荷より周期的応力負荷の方が破壊作
用が大きく、従って、この種の破損の方が多く発生す
る。実際に起る破損は、ボイラー管の水接触面（即ち、
内周面）（「ＩＤ面」と称する）から生じる亀裂発生と
亀裂生長から成る。通常、多発亀裂が生じるが、そのう
ちの優勢な１つの亀裂が管壁貫通破損を惹起する。亀裂
は、通常、幅広で、酸化物が詰まっており、不規則な隆
起形状を有する。このような亀裂に基因する破損は、貫
流ボイラーとも称される万能圧力（ＵＰ）型ボイラーユ
ニットにおいて特に深刻である。
【０００３】亀裂の生長方向は、通常、最大引張応力の
方向に対して垂直な方向であるが、応力状況によって
は、応力基因亀裂は、管の長手方向、周方向、あるいは
ときには何らかの角度で斜め方向に生長することもあ
る。ＵＰ型ボイラーユニットの水壁パネルでは亀裂は、
一般に長手方向に生じる。化石燃料炊きボイラーユニッ
トの水壁パネルを構成する管では、亀裂はＩＤ面に発生
して、半径方向に伝播し、破断は、通常、膜との溶接部
に発生するか、あるいは、炉側又はケーシング側の膜と
の溶接部から９０°離れたところに発生する。
【０００４】従来、ユーティリティボイラーにおいてこ
のような亀裂の発生を検出するための主要な方法は、Ｘ
線探傷法であった。しかしながら、Ｘ線探傷法には健康
面で危険であるという問題があり、Ｘ線の被曝を避ける
ために検出中広い区域に亙って人を立ち退かせなければ
ならない。このことに鑑みて、この種の破損をＸ線では
なく、超音波によって検出するいろいろな試みがなされ
てきた。そのような従来の超音波探傷法の１つは、時間
がかかるので、ボイラーの亀裂発生の危険度の高い部分
を捜すための探傷法としてしか役に立たないとされてい
る。しかも、直径３．８１ｍｍ（１５０ミル) 以下の管
の場合に顕著にみられるように、ＳＮ比（信号対雑音
比）が劣るという重大な問題がある。
【０００５】超音波探傷法に随伴する不都合な問題の１
つは、亀裂は膜付き管パネル（膜付き管で構成されたパ
ネル）の炉側と、ケーシング側の両方に同じ確率で発生
することである。従来の超音波探傷法では、超音波を複
雑な幾何学的形状を有する膜を通して伝播させる。超音
波探傷法に随伴するもう１つの不都合な問題は、ボイラ
ー管の寸法が小さいことである。ボイラー管は小径であ
るため、超音波くさびを受け入れるための余地が非常に
小さい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従って、ボイラー管の
腐蝕疲労を検出するための別の探傷方法を求める要望が
ある。本発明は、従来の超音波探傷法より迅速で、ＳＮ
比がはるかに良好なボイラー管の腐蝕疲労亀裂検出方法
を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、電磁音響トランスジューサ（ＥＭＡＴ）
を用いて膜付きボイラー管の腐蝕疲労亀裂を検出する探
傷方法を提供する。本発明によれば、ボイラー管を検査
するために、ＳＨ（剪断）波を発生させ、ＳＨ波が次々
に跳ね返るときモード変換を受けないようにする。又、
超音波のビーム角は、周波数の調節によって容易に制御
することができる。
【０００８】従って、本発明の目的は、ＥＭＡＴを用い
て膜付きボイラー管の腐蝕疲労亀裂を検出する探傷方法
を提供することである。本発明の他の目的は、カプラン
ト（連結材）を必要とせず、従来の超音波探傷法よりＳ
Ｎ比が良好なボイラー管の腐蝕疲労亀裂検出方法を提供
することである。本発明の更に他の目的は、順次に起る
跳ね返りにおいてモード変換を受けないＳＨ波を使用す
るボイラー管の腐蝕疲労亀裂検出方法を提供することで
ある。本発明の更に他の目的は、性能の信頼性が高く、
動作が迅速であり、経済的なボイラー管の腐蝕疲労亀裂
検出方法を提供することである。
【０００９】
【実施例】図１を参照すると、ボイラー管１２に位置づ
けされた２つのＥＭＡＴ（電磁音響トランスジューサ）
コイル即ちセンサー１０，２０が示されている。ボイラ
ー管１２は、斯界において周知の膜付き管パネル（膜付
き管で構成されたパネル）１４の一部である。各ＥＭＡ
Ｔコイル即ちＥＭＡＴセンサー１０，２０は、隣接する
導線の間隔が０．７６２ｍｍ（０．０３０ｉｎ) 〜１．
５２４ｍｍ（０．０６０ｉｎ) の範囲となるように巻か
れた２個のメアンダー（曲折）巻きコイルから成る。好
適な１例は、７．９３７５ｍｍ（５／１６ｉｎ) ×１
５．８７５ｍｍ（５／８ｉｎ) の断面寸法を有する各１
個のコイルに５つの隣接するループが巻かれたものであ
る。
【００１０】ＥＭＡＴコイル１０と２０は、図１に示さ
れるように、近接する膜付き管パネル（単に「膜パネ
ル」又は「ボイラー管パネル」とも称する）１４上にほ
ぼ１２０°〜１７０°の間隔をおいて位置づけされる。
この構成では、任意の２個のＥＭＡＴコイルをピッチ−
キャッチ（発信−受信）モードで使用することもでき、
あるいは、単一のＥＭＡＴコイルをパルス−エコーモー
ドで用いることもできる。ＥＭＡＴコイル１０，２０
は、図１に示されるように、ボイラー管１２に近接して
配置されたチタン製の摩耗板のような摩耗板１６によっ
て保護される。別法として、ＥＭＡＴコイル１０，２０
をポリエチレンテープ又はチタンの薄板のような適当な
耐摩性材で覆ってもよい。
【００１１】ＥＭＡＴコイル１０，２０と、摩耗板１６
と、電磁石であるパルス付勢磁石（パルスによって付勢
される磁石）とで、ＥＭＡＴ組立体（単に「トランスジ
ューサ」とも称する）８を構成する。パルス付勢磁石１
８は、トランスジューサ８の他の構成部品と一緒に適当
なハウジング内に収容される。パルス付勢磁石１８は、
本発明の方法に必要な磁界を供給する。膜パネル１４の
ボイラー管１２の走査は、機械的スキャナ（図示せず）
で機械的に、又は手操作で行う。
【００１２】ＥＭＡＴセンサー１０，２０の配向は、そ
れらのセンサーの磁力線がＥＭＡＴ導線に対して平行に
なるように定められる。ただし、磁力線とＥＭＡＴ導線
とが、平行以外の他の角度をなすように構成してもよ
い。
【００１３】ＥＭＡＴコイル１０，２０は両方向性であ
るから、両方をパルス−エコーモードで作動させた場合
２つのコイル即ちセンサー間でクロストークが生じるの
を回避するために、変型実施例として単一のコイルを使
用してパルス−エコーモードで動作させることもでき
る。図２は、ボイラー管を走査するために単一センサー
型ＥＭＡＴコイル２２を用いる変型実施例を示す。ただ
し、ボイラー管の異なる部分をカバーする（走査する）
ために２センサー型ＥＭＡＴコイルを交互に用いるよう
にしてもよい。例えば、第１のセンサーの下側の区域
は、第２のセンサーなしでは検査することができず、そ
の逆も同じである。
【００１４】電源（図示せず）によって駆動されるＥＭ
ＡＴパルス発信−受信機２４は、伝播された超音波を受
け取り、オシロスコープ又はコンピュータ２８にディス
プレーする。磁石パルス発信機２６は、センサー２２と
協同して、ボイラー管１２を検査するためのＳＨ剪断波
を発生する。
【００１５】図１に示された実施例では、ＥＭＡＴデー
タ取得装置（２４，２８）は、ＳＨ剪断波を発生する２
つのＥＭＡＴコイル１０，２０のための２つのチャンネ
ルを備えている。ＥＭＡＴコイル１０，２０は、それら
から発せられた信号を受け取るオシロスコープ又はコン
ピュータ２８に接続されている。オシロスコープ又はコ
ンピュータ２８によるデータ取得は、少なくとも２つの
異なるモードで行われる。即ち、波形とウインドウが直
接ディスプレーされるか、あるいは、各ウインドウ中の
ピーク振幅がディスプレーされる。
【００１６】図３及び４は、４つのウインドウでのデー
タ取得ディスプレーを示す。第１ウインドウＷ１は、初
期パルス励起の開始部位に設定されている。第４ウイン
ドウＷ４は、ボイラー管１２の円周に沿っての１回の走
行完了位置に設定されている。図４は、その第３ウイン
ドウＷ３に自然傷からの信号を示している。この信号
は、第１ウインドウＷ１と第４ウインドウＷ４の間にあ
り、ＥＭＡＴコイル１０，２０が両方向性であるから、
その傷が炉側に存在するのか、ケーシング側に存在する
のかは分からない。このディスプレー上の縦点線は、横
軸線の使用された１０の時間間隔を表す。これらの検査
結果は、３１．７５ｍｍ（１．２５ｉｎ) の外径（Ｏ．
Ｄ．）を有するボイラー管について得られたものであ
る。
【００１７】ボイラー管及び管壁の肉厚を一定とした場
合、ビーム角は臨界的な重要性を有する。ビーム角と周
波数の関係は、下式によって与えられる。 sin θ＝ｃ／２Ｄｆ ここで、ｆ＝周波数 ｃ＝剪断波速度 Ｄ＝ＥＭＡＴコイルの隣接する導線間の間隔 実際の実施においては、適正なビーム角は、Ｉ．Ｄ．亀
裂を模して機械加工によって形成された切欠きで構成基
準を視検することによって決定される。
【００１８】いろいろなことなく径の管を検査するため
に差し替え自在のＥＭＡＴが必要とされる。酸化物コー
チングが無傷のままの管では、そうでない管に比べてＳ
Ｎ比がはるかに良好である。それは、おそらく、酸化物
コーチングの磁歪特性の故であろう。
【００１９】本発明の方法の１例として、２．６３ＭＨ
ｚの周波数で作動させる場合、鋼管に対する好ましいビ
ーム角は、５２．９°である。管の外周が湾曲面である
から、ビーム角はＳＨ剪断波が傷と交差する角度ではな
い。３１．７５ｍｍ（１．２５ｉｎ) の外径（Ｏ．
Ｄ．）を有するボイラー管の場合、最適周波数は、約
２．６３ＭＨｚ〜２．７５ＭＨｚの範囲である。この角
度は、管の直径と管壁の肉厚の組み合わせによって異な
る。
【００２０】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、膜付きボイラー管の一部分に装填され
た本発明の一実施例の概略断面図である。
【図２】図２は、ボイラー管パネルを検査するために用
いられる本発明の別の実施例の概略図である。
【図３】図３は、１回の走行を示すコンピュータのディ
スプレー像の図である。
【図４】図４は、図３と同様の図であるが、自然傷が検
出された場合を示す。
【符号の説明】
８：ＥＭＡＴ組立体（電磁音響トランスジューサ） １０，２０：ＥＭＡＴコイル（センサー） １２：ボイラー管 １４：膜付き管パネル（膜パネル） １６：摩耗板 １８：パルス付勢磁石 ２２：ＥＭＡＴコイル（センサー） ２４：ＥＭＡＴパルス発生−受信機 ２６：磁石パルス発信機 ２８：オシロスコープ又はコンピュータ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ボイラー管の腐蝕疲労亀裂を検出する方
    法であって、 ボイラー管の外周に少なくとも１つの電磁音響トランス
    ジューサを位置づけし、 該少なくとも１つの電磁音響トランスジューサによって
    超音波ＳＨ剪断波を発生させ、 該超音波ＳＨ剪断波を所定のビーム角で前記ボイラー管
    内へ伝播させ、 該ボイラー管からの戻り超音波ＳＨ剪断波を前記少なく
    とも１つの電磁音響トランスジューサで測定し、 該戻り超音波ＳＨ剪断波からデータ取得手段によってボ
    イラー管の腐蝕疲労亀裂を確認することから成る方法。
  2. 【請求項２】 腐蝕疲労亀裂を前記ボイラー管を走査す
    る工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記位置づけ工程において、２つの電磁
    音響トランスジューサをほぼ１２０°〜１７０°の間隔
    で前記ボイラー管に近接させて位置づけすることを特徴
    とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記超音波ＳＨ剪断波は、ボイラー管の
    直径と管壁の肉厚に応じて１ＭＨｚ〜４ＭＨｚの範囲の
    周波数で発生させることを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 前記超音波ＳＨ剪断波の周波数は、必要
    に応じて１ＭＨｚ〜４ＭＨｚの範囲で調節自在とするこ
    とを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記所定のビーム角は、ボイラー管のサ
    イズによって決定され、式sin θ＝ｃ／２Ｄｆによって
    所望のビーム角を得るように前記超音波ＳＨ剪断波の周
    波数を調節することによって設定されることを特徴とす
    る請求項５に記載の方法。
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