ボイラ配管溶接部に対する非破壊検査のための 小型 2 軸スキャナ
1. はじめに
火力発電設備におけるボイラ配管溶 接部において，配管溶接熱影響部の肉 厚内部に発生したクリープ損傷の非破 壊検査手法として超音波探傷試験が最 も有効である．この検査において，き 裂発生前のクリープボイドが密集しは じめた段階はその指示が微弱であるた め手動探傷では検知が難しく，探触子 を機械走査するためのスキャナが必要 となる．多くの配管自動探傷用スキャ ナは 1 名の作業員では配管へ装着する ことは容易ではない．スキャナ開発は 古くから各機関で行われてきたが，小 型軽量でボイラ配管のエルボ長手溶接 部の三次元的形状に追随でき，さらに，
周溶接部を検査でき，容易に脱着可能 なものは例がない．そこで，（財）電 力中央研究所では小型 2 軸スキャナを 開発し，実機配管の損傷調査に活用し ている．本稿では小型 2 軸スキャナの 概要および適用例について紹介する．
2. 小型 2 軸スキャナの開発
一般的に手動探傷で用いられるよう な振動子径 20mm 程度の斜角探触子 やそれより小さい探触子の使用を想定 して小型 2 軸スキャナを開発した．同 スキャナを図 1に示す．電源を確保 できない現場や自動探傷でデータ取得 が困難な場合を想定して，ステッピン グモータを容易に取り外せ，半自動で 二次元走査ができる構造を考えた．モータを外した状態でも探触子の位置 情報を取得できるように，ロータリー エンコーダを内蔵し，半自動，自動探 傷にかかわらず，位置情報の取得には エンコーダ信号を探傷器に入力するよ うにした．本スキャナはさまざまな配 管の二次元走査に対応すべく，図 1に 示すように X，Y，Z 軸に対する回転 機構および回転防止機構を有してい る．最小適用配管径は 150mm で全体 構造を設計した．探触子取付部はバネ により探触子を検査対象部に押し付け
る構造となっている．
3. 自動探傷システムの構築
ボイラ配管の長手および周溶接部を 検査できる自動探傷システム“TourI+”を構築した．システム構成は図 2に 示すとおりである．本システムは 2 軸 以上のエンコーダ信号を入力可能な探 傷器，開発した小型 2 軸スキャナおよ びそのコントローラにより構成され る．スキャナの動力には位置制御で フィードバックのない制御回路が構築 できるステッピングモータを採用し た．ステッピングモータの制御には 2 軸ステージコントローラを採用した．
コントローラはコントロールパッドに よってマニュアル操作でき，また，パ ソコンからも制御できるように Lab- VIEW で制御プログラムを製作した．
4. 適用例
腹側溶接線の中央に配管長手方向の 半楕円き裂状欠陥（長さ 20mm，幅 0.5mm，最大深さ 5mm）を配管内面 に有する炭素鋼製エルボ配管（直径 600mm，厚さ 10mm）に本システム を適用した．図 3に示すように磁石 内蔵車輪をスキャナに装着し，腹側溶 接部付近に車輪の軌道を確保するため のゴム製レールを両面テープにより貼 り付け，横波斜角探傷のウェッジを装 着した 5MHz の 16ch アレイ探触子を 二次元走査した．取得した超音波探傷 データにおいて屈折角 45 度成分のエ ンドビューおよびエンドビューの破線 部に囲まれたスリット最深部を含むサ イドビュー画像を図 4に示す．同図 からスリットに対する連続的な指示模 様が得られていることから，本システ ムの妥当性を確認できた．現在では，
TourI+ を高クロム鋼製の実機ボイラ 配管における長手および周溶接部のク リープ損傷の非破壊検査に活用してい る．
5. まとめ
当所では，多くの回転軸を有する小 型 2 軸スキャナを開発し，ボイラ配管 の周および長手溶接部を検査すること が可能な自動探傷システムを構築して いる．本スキャナは 1 名の作業員で配 管溶接部に脱着可能であることから自 動探傷の高効率化が図れる．当所では これまで実機ボイラ配管の損傷調査に 本スキャナを活用してきており，本稿 ではその概要および適用例について紹 介した．
（原稿受付 2011 年 2 月 8 日）
〔福冨広幸 （財）電力中央研究所〕
図１ 小型 2 軸スキャナ
ステッピングモータ X 軸
Y 軸
150
320
x
z y ［X］，［Y］，［Z］：X，Y，Z 軸に対する回転部
（X），（Y），（Z）：各軸に対する回転防止機構
［Z］
［Z］
［X］
［X］
［Y］
［X］
54mm 85mm
（X）
（Z）
（Z）
（Y）
A
B
C D E
E 探傷器
スキャナ コントローラ
パソコン
エンコーダ 信号 探傷信号
モータ 駆動信号
モータ 制御信号 制御信号
A 探傷器，B スキャナ，C コントローラ，
D コントロールパッド，E パソコン
探傷信号
（ステッピングモータ・
探触子を含む）
図 2 自動探傷システム エルボ配管
600mm 厚さ 10mm
スキャナ ゴム製レール
図 3 エルボ配管への適用
エンドビュー サイドビュー
A
B
A B
A：端部エコー，B：開口部エコー 図 4 半楕円き裂状欠陥の指示
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