資料５ − ５ − ２超音波探傷検査の精度等に関する知見の整理平成１５年２月１８日原子力安全・保安院 Ⅰ．測定対象と超音波探傷法の選定 ○ 超音波探傷法は、欠陥の存在の有無を調べるための方法と、欠陥の寸法（長さ、深さ）を測定するための方法に大別される。＊欠陥の有無を調べる方法には、斜角法、二次クリーピング法などがある。＊欠陥寸法を測定する方法には、端部エコー法、フェーズドアレイ法などがある。これらの方法には長所、短所がある。そこで、対象とする材料や部位の形状などに応じて、これらのうちから適当な方法が選択される。 ○ 再循環系配管の溶接部近傍の探傷（傷の有無の検査）には「斜角法」と「二次クリーピング法」を併用し、管外面から超音波を入射して、管内面の欠陥を調査している（管肉厚は２ ∼４ｃｍ）。また、欠陥深さの測定には「端部エコー法」を採用し、管外面から超音波を入射して、管内面の欠陥の深さを測定している。 ○炉心シュラウドの欠陥深さの測定には、「フェーズドアレイ法」を採用している。 Ⅱ．測定対象の材質と探傷精度 ○再循環系配管のような大口径で厚肉の配管でもＳＵＳ３０４系のステンレス鋼製配管の内面傷については、実際のプラントにおける経験や（財）発電設備技術検査協会及び現（財）原子力発電技術機構において実施された実証試験の結果から、「端部エコー法」によって ± 約４㎜（２ σ ：標準偏差の２倍の値）の精度でその深さを測定できることが確認されている。 1 ○ＳＵＳ３１６Ｌで製造された炉心シュラウドのひび割れの深さについては、ひび割れが枝分かれしている溶接線Ｈ４近傍のひび割れを除けば、「フェーズドアレイ法」による測定結果は、実際にサンプルを採取して得た実測結果と比較することにより、保守的なものになってることが確認されている。 ○ＳＵＳ３１６ＬＣで製造された再循環系配管の内面傷については、「斜角法」等によりその存否は十分に検知可能である。一方、その深さについては、東北電力㈱女川原子力発電所１号機における測定結果に、従来のＳＵＳ３０４系のステンレス鋼製配管で確認されている範囲を超える誤差があることが判明した。その要因として現在考えられるものは以下のとおり。 ①超音波探傷法そのものに起因するもの ②内面研削による測定に起因するもの ③割れの性状・形状に起因するもの ④検査員に起因するもの Ⅲ．超音波探傷検査の精度改善の方向性 ○東北電力㈱女川原子力発電所１号機の再循環系配管の溶接部近傍の内面傷の深さに関する超音波探傷検査の測定結果の誤差が大きいことについて、現時点で考えられる要因に対応した精度改善方策は以下のとおり。 ①超音波探傷法そのものに起因するもの「端部エコー法」において配管外表面の凹凸等に起因する超音波入射角度のずれ等について再度分析評価する。 ②内面研削による測定に起因するもの配管の内面の研削前後に超音波で肉厚測定を行っているが、配管の肉厚測定を行っている位置とひび割れの存在していた位置にはズレが存在していて、ひび割れの深さを大きめに評価していた可能性があるので、内面研削による配管内表面の形状を考慮して内面研削法による傷の測定値を再度分析評価する。 ③ 割れの性状・形状に起因するものＳＵＳ３１６ＬＣ材に発生する応力腐食割れは、ひび割れが溶接金属内に進展している場合には信号が得にくいこと等の割れの性状・形状を考慮して 2 ・き裂先端部からの反射（回折）信号の強度が大きくなるよう測定に用いる超音波の種別（横波 → 縦波）を変更する。・「フェーズドアレイ法」など測定方法の異なる超音波探傷法を併用する。などの方策を検討する。 ④検査員に起因するものＳＵＳ３１６ＬＣ材に発生する応力腐食割れは、その進行方向や溶接金属内への進行の可能性などＳＵＳ３０４系に発生する応力腐食割れと異なる性質を持つことを超音波探傷を実施する検査員に十分周知するとともに、作業要領等にその旨を明記するなどの方策を検討する。 3 ＜参考＞超音波探傷試験の各手法の原理 ○斜角法による探傷斜角法の概念図を図１に示す。探触子から入射されたパルス状の超音波は、欠陥があればそこから反射波として戻ってくるので、欠陥を検出することができ、入射してから戻ってくるまでの時間を測定すれば、探触子から反射源までの距離を知ることができる（距離＝音速×時間）。この場合、探傷器の CRT（ブラウン管）には図２のように表示される。CRT の横軸は探触子から反射源までの距離を示し、縦軸は反射して戻った超音波の強さを表している（エコー高さという）。図１超音波探傷の概念図図２探傷器の CRT 図 ○２次クリーピング法による探傷クリーピング探触子は、探触子から鋼に音波が入射するとき、クリーピング波（70 ∼80°縦波）と同時に横波（30∼35°）が発生する。次に、この横波が底面で反射するとき、底面表層部を伝搬する２次クリーピング波が発生する。この２次クリーピング波は、配管内表面に沿って伝搬するため、裏波エコー等の形状エコーがほとんど発生せず、配管内表面に開口した欠陥の検出に有効である。クリーピング法の概要図を図３に示す。 4 ｸﾘｰﾋﾟﾝｸﾞ探触子配管外面側ｸﾘｰﾋﾟﾝｸﾞ法 (縦波70∼80°) 横波30∼50° 横波30∼50° 2次ｸﾘｰﾋﾟﾝｸ波 (縦波70∼80°) 配管内面側図３クリーピング法の概要図 ○端部エコー法による探傷欠陥開口部からの反射エコー高さが最大になるエコーを検出し、そのビーム路程 (W1)を読み取る。次に探触子を前進していくと欠陥開口エコーの手前位置に欠陥端部からの反射エコーが検出され、その欠陥端部からの反射エコーのビーム路程(W2) を読み取る。このとき、このエコーを欠陥からの端部エコーという。端部エコー法の探触子は、集束型探触子により音波を集中させて、検出感度を挙げている。端部エコー法の概要図を図４に示す。欠陥高さ(d)＝(W1-W2)COSθ 図４端部エコー法 5 ○フェーズドアレイによる探傷多チャンネル振動素子に供給する高周波電圧の位相を変化させることにより、探触子を移動させることなく広範囲の試験が実施できるもの。フェーズドアレイの概要図を図５に示す。約50mm 軸方向：電子走査周方向：機械走査反射源アクセス装置約100mm 入射波及び反射波 60° アレイ探触子 1ｾｸﾀ16chを 1chﾋﾟｯﾁ（約0.8mm）で走査約270mm H6a溶接部探傷部位と超音波探傷試験装置軸方向の電子走査のイメージ図５フェーズドアレイの概要図 6