超音波ガイド波により配管５０メートル範囲を漏れなく効率的に検査する方法の確立

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K05979
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 西野 秀郎 徳島大学, 大学院理工学研究部, 教授 (50316890)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超音波計測 / 非破壊検査 / ガイド波

研究実績の概要

本研究は，ガイド波を用いて50メートル超の範囲を効率よく欠陥検出するため，送信センサを固定し，受信センサを移動しながら検出する方法の構築を行う。送信ガイド波には，周波数による速度変化の無いT(0,1)モード波を用いる。研究の主たる実施項目は，以下２点である。１、 送信ガイド波の長距離伝搬特性の評価：目標である50 mの伝搬特性として周波数別の減衰係数と長距離配管において多数存在する溶接部の特性を実験とシミュレーションで明らかにする。２、欠陥反射波の検出性の評価：実機サイズと1/10サイズダウンモデルで0.5%-10%断面欠損率の欠陥の検出実験を行う。遠距離伝搬して減衰したガイド波は，１の減衰係数を用いて小振幅に制御して送信すれば模擬できる。これを用いて短いパイプでの長距離伝搬後の検出性を評価する。
本年度は，研究の初年度であり，本研究の基礎事項を実施する。１、 長距離伝搬する配管における減衰率を実験的に明らかにすることとし，100Aパイプ３種類において減衰率を実験的に明らかにした。２、スケールダウンした計測を可能とするために，専用の小口径管用のセンサシステムを開発，実験を可能とした。３、単純な欠陥を導入し，そもそも本研究の目的が達成可能であるかのFSを行なった。４、本研究の合理的な推進には，数値シミュレーションによる裏付けが必須であり，大規模FEM波動伝搬シミュレーションを実施できる環境を整え，実際に計算を行なった。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

２８年度の研究計画は以下の３点である。
(1) 実機サイズ配管での減衰率の計測：外径60.5 mm肉厚3.8 mmと4.9 mm，外径114.3 mm肉厚4.5 mmと6.0 mmの鋼管に対し，周波数25 kHzから70 kHzのガイド波の減衰率(dB/m)を計測する。(2) スケールダウンモデルでの実験：実配管を1/10にスケールダウンしてモデル実験を行う。小径管にT(0,1)モード波を励起するセンサを設計製作する。(3) FEMシミュレーションの実施：伝搬挙動のため波動シミュレーションを実施する。特にスケールダウンモデルの実機サイズの模擬可能性検証のため，両サイズで比較検討する。
実施結果をそれぞれ示す。(1)予定した配管サイズとは一部異なるが外径114.3mm,肉厚4.5, 4.9, 6.0 mmの減衰を計測した。(2)第一に小口径管用のリング型センサを設計製作した。これを用いて外径19mmから25mmまでの配管で励起検出実験を行なった。また予定以上に進捗した点として，欠陥近傍に受信センサを配置することで高感度に欠陥検出が可能であることを示せた。(3)配管伝搬の大規模３次元シミュレーションを実施し，本方法の妥当性を数値的に確認できた。

今後の研究の推進方策

(1)前年度に作製したセンサを用いて，小口径管での減衰率の測定を行なう。ここでは，溶接を施した配管を作製し実機を摸擬した状態での計測も行なう。
(2)溶接余盛りを考慮したFEMシミュレーションを行なうことで，実機配管を考慮した考察を行なう。
(3)欠陥の周方向位置と検出センサの相対位置により検出感度が異なることが予想されるため，これらを実験的に把握する。加えて，FEMシミュレーションにより音場を確認し，実験との比較を行なう。両者の比較から，最適なセンサ位置などを合理的に提案する。

次年度使用額が生じた理由

３月に納品となる物品があり，支払いが完了していないため。

次年度使用額の使用計画

4月中に支払いが完了する予定。