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56 1. はじめに 近年,製鉄所内圧延機,天井クレーン減速機などの型重要設備,分解することなく外部から検査する非開放 検査により,生産影響回避,検査費用低減するニー ズがますますくなっているJFE グループでは,従来音波法フェーズドアレイ超音波法いて段差はめあいをするでも,軸端から遠隔亀裂検査可能評価方法開発,適用拡大中であるフェーズドアレイ 超音波探傷装置写真12. 測定原理 特長 2.1 測定原理 従来超音波探傷法では探触子1個につき振動子1個 探傷するため図1のように亀裂があっても 1 次元位置 表示しかできなかったフェーズドアレイ超音波法(図2では,探触子直線上 配置された複数振動子から構成され,超音波送信時 各振動子送信タイミングを制御して,超音波ビームを 検査対象任意位置集束することができるこのため亀裂位置だけでなく,長,幅,奥行きなどが 2 次元画 確認できる2.2 特長 フェーズドアレイ超音波法特長以下整理する(1) 指向性,遠距離での亀裂検査可能である(距離 1 000 mm 3 mm ×長30 mm 亀裂できる。) (2) 探傷方向自由変更でき,同一欠陥多数位置検出でき,亀裂検知能力(3) 画像処理により形状,大きさを容易判定できる(4) 超音波のとおりにくいステンレス鋼溶接部,鋳鋼など 探傷可能である,軸部材段付亀裂検査,従来法では設備 分解,直近から超音波探傷検査実施していたがフェーズドアレイ超音波法使用することにより,軸端から 遠隔診断可能になったフェーズドアレイ超音波探傷法による鋼構造物非破壊検査方法 Nondestructive Inspection by Phased Array Ultrasonic Method for Steel Structure JFE 技報 No. 27 2011 2 月)p. 56–57 製品・技術紹介 2010 11 4 日受付 フェーズドアレイ超音波法いた軸部材軸端からの段付部亀裂検査技術 JFEスチール (株)住重試験検査(株)共同開発,特許出願済(特 2008-256624 :軸部材超音波探傷方法,超音波探傷方法および超音波探 システムであるPhased array sensors Photo 1 Phased array ultrasonic device 写真 1 フェーズドアレイ超音波探傷装置 Conventional sensor Vibrator Display Fig. 1 Conventional ultrasonic testing 図1 従来の超音波探傷法 Phased array sensors Vibrators Resulting wave surface array Y X Fig. 2 Phased array ultrasonic testing 図2 フェーズドアレイ超音波探傷法

Nondestructive Inspection by Phased Array …...Nondestructive Inspection by Phased Array Ultrasonic Method for Steel Structure JFE 技報No. 27 製品・技術紹介 (2011 年2

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1. はじめに

近年,製鉄所内の圧延機,天井クレーン減速機などの大型重要設備を,分解することなく外部から検査する非開放検査により,生産影響を回避し,検査費用を低減するニーズがますます強くなっている。JFEグループでは,従来の超音波法に替え,フェーズドアレイ超音波法を用いて段差やはめあいを有する軸でも,軸端から遠隔で亀裂検査可能な評価方法を開発し※,適用拡大中である。フェーズドアレイ超音波探傷装置を写真1に示す。

2. 測定原理と特長

2.1 測定原理

従来の超音波探傷法では探触子1個につき振動子も1個で探傷するため,図1のように亀裂があっても 1次元の位置表示しかできなかった。フェーズドアレイ超音波法(図 2)では,探触子は直線上

に配置された複数の振動子から構成され,超音波を送信時に各振動子の送信タイミングを制御して,超音波ビームを検査対象の任意の位置に集束することができる。このため,亀裂の位置だけでなく,長さ,幅,奥行きなどが 2次元画像で確認できる。

2.2 特長

フェーズドアレイ超音波法の特長を以下に整理する。(1) 指向性に優れ,遠距離での亀裂検査が可能である。(距離 1 000 mmで高さ 3 mm×長さ 30 mmの亀裂を検出できる。)

(2) 探傷方向を自由に変更でき,同一欠陥を多数の位置から検出でき,亀裂検知能力が高い。

(3) 画像処理により傷の形状,大きさを容易に判定できる。(4) 超音波のとおりにくいステンレス鋼溶接部,鋳鋼など

の探傷が可能である。特に,軸部材の段付き部の亀裂検査は,従来法では設備

を分解し,直近から超音波探傷検査を実施していたが,フェーズドアレイ超音波法を使用することにより,軸端からの遠隔診断が可能になった。

フェーズドアレイ超音波探傷法による鋼構造物の非破壊検査方法

Nondestructive Inspection by Phased Array Ultrasonic Method for Steel Structure

JFE技報 No. 27(2011年 2月)p. 56–57製品・技術紹介

2010年 11月 4日受付※ フェーズドアレイ超音波法を用いた軸部材の軸端からの段付部亀裂検査技術は,JFEスチール(株)と住重試験検査(株)の共同開発で,特許出願済(特開 2008-256624:軸部材の超音波探傷方法,超音波探傷方法および超音波探傷システム)である。

Phased array sensors

Photo 1 Phased array ultrasonic device

写真 1 フェーズドアレイ超音波探傷装置

Conventional sensorVibrator

Display

Fig. 1 Conventional ultrasonic testing

図 1 従来の超音波探傷法

Phased array sensors

Vibrators

Resulting wave surface

array

Y

X

Fig. 2 Phased array ultrasonic testing

図 2 フェーズドアレイ超音波探傷法

フェーズドアレイ超音波探傷法による鋼構造物の非破壊検査方法

- 57 - JFE技報 No. 27(2011年 2月)

3. 製鉄所での活用実績紹介

3.1 適用事例

表1に製鉄所でのフェーズドアレイ超音波適用事例を示す。

3.2 段付軸の検査事例

図 3に段付き軸の非開放検査事例を示す。

3.3 ボルトねじ部の検査事例

図 4にボルトねじ部の非開放検査事例を示す。

4. おわりに

JFEグループでは,フェーズドアレイ超音波法を活用して,大型設備の非開放検査を可能とし,構造物の的確な状態把握,重大トラブル防止,ならびに保全費用の最適化を実現している。

〈問い合わせ先〉JFEメカニカル メンテナンス事業本部 設備診断技術部福山設備診断室 TEL:084-945-3264  FAX:084-943-0991

Table 1 Phased array ultrasonic testing apprication

表1 製鉄所でのフェーズドアレイ超音波適用事例

設備名 検査内容

高炉 1. 羽口熱風吹込管 溶接部亀裂検査2. コンベアプーリー鏡板 溶接部亀裂検査

クレーン

1. 主巻減速機軸 亀裂検査2. 巻上ドラム鏡板 溶接部亀裂検査    同上   軸段付部亀裂検査

圧延機

1. ロール駆動軸自在継手十字体ベアリング 押さえボルト亀裂検査

2. 自在継手 溶接部亀裂検査3. 圧下装置 ボア部亀裂検査4. 圧下スクリュー軸 亀裂検査

厚板工場 1. せん断装置軸 亀裂検査2. デスケーリング配管 溶接部亀裂検査

大形工場 ブレークダウンミルピニオン BOX固定ボルト 亀裂検査

UOE工場 内面溶接機走行車輪軸 亀裂検査

各工場 フレーム,油圧シリンダートラニオンなど鋼構造物溶接部亀裂検査など多数

Crack

Setting of sensors

Sensor

Testing by rotation Shaft-end view

Axial display

Sensor

Detecting zone

Good condition

Abnormal wear

(mm)

Fig. 4 Example of phased array ultrasonic testing for bolt screw

図4 ボルトねじ部探傷事例

Fig. 3 Example of phased array ultrasonic testing from shaft-end

図 3 軸端からの探傷事例