SHEEDSH波による外面からの

ドラム缶内面欠損調査システム

①金属板の外面内面を問わず、SH波の伝搬範囲内のキズを1回で探知できる。

②探触子固定の場合、1回の探査時間は約1分以下。

③SH波の伝搬範囲は概ね頂角29度・高さ1ｍの二等辺三角形。（約0.24ｍ2）

④探触子を回転させ、探触子から半径１ｍの半円内を探査できる。特許取得

⑤厚さ10mm程度までの金属板であれば、形状を問わず探査できる。

⑥ドラム缶の場合、内容物が液体や固体でも問題なく探査できる。

⑦回転探傷法では、パレット積のドラム缶の側板と底板が積載状態で探査可能。

SH-wave Super-sonic Exploration Equipment for Drum by Alpha-product

1、SH波による垂直方向探査、

探触子固定での基本技術開発。

SH波伝搬範囲

ＳＨ波は振動方向が探傷面に平行な横波である。

・表面での反射が少ない → 効率がよい

・モード変換が少ない → 疑似エコーが少ない

・距離減衰が比較的少ない → 長距離探傷が可能

浜岡原子力発電所から六ヶ所村に移送予定の

低レベル放射性廃棄物収容ドラム缶で、孔食による液ダレが発見され、

調査の結果、内部腐食が原因である事が判明した。

技術開発の発端

（中部電力株式会社プレスリリース資料抜粋）

ここから、ドラム缶内部腐食の外面からの探査技術の検討が始まった。

開発計画

<目的＞

内面腐食の発生位置を特定し、発生位置の残厚測定によって残余寿命を推定する。

<検査手順＞

検査手順は、検査効率を考慮して以下の2段階とした。

１次調査（スクリーニング） ２次調査（板厚測定）

＜検査対象＞

亜鉛めっき缶（JIS Z 1600に準ずる）

：内径(567±3mm)、外高（890±5mm）、

容量（212Ｌ以上）、板厚（1.6mm）

<開発順序＞

①SH波による垂直方向探査、

探触子固定での基本技術開発。

②側板の回転探査法技術開発。

③底板の探査技術開発。

①SH波による垂直方向探査、

探触子固定での基本技術開発。

ＳＨ波を第1候補、表面波を第2として選定

①ＳＨ波は振動方向が探傷面に平行な横波である。

・表面での反射が少ない → 効率がよい

・モード変換が少ない → 疑似エコーが少ない

・距離減衰が比較的少ない → 長距離探傷が可能

※入射後の波は

板厚一杯まで

広がって伝搬する。

②表面波の特色もSH波と同様であるが、伝搬経路が明確でないため、

第2候補とし、探触子を作成して実験結果を比較する。

対比試験片の作成

Φ5ｍｍ

Φ10ｍｍ

Φ20ｍｍ

対比試験片の疑似腐食孔

孔径：φ5mm 孔径：φ10mm 孔径：φ20mm

深さ：1.2mm

深さ：0.8mm

深さ：0.4mm

対比試験片での測定

各々、直径及び深さの異なる人工きずからの反射エコー高さを

表示器上の40％高さに調整したときの探傷図形（波形）

およびその時の超音波探傷器の感度読み値をデータとして採取した。

対比試験片での測定結果

この3つの

探触子では

探査不能な

傷があった。

選択

※試験片の腐食を模した人工きずはプラズマ加工によるもので、表面が極めて滑らかであり、

実際の腐食によるきずでははるかに検出が容易であることが実機での探査で判明している。

SH波の距離減衰確認試験 （実機貫通孔試験体）

(51.5dB － 41.5dB)／(785mm – 240mm)= 0.018 (dB/mm)

実際の探傷時にはこの距離減衰量を考慮した

距離振幅特性曲線を超音波探傷器の表示器上に

プロットしておくことにより、距離に依存されずにきずを検出することができる。

貫通孔番号

孔までの距離ｍｍ

ビーム路程ｍｍ

感度読み値ｄＢ

Ｋ1 240 240 41.5

Ｋ2 386 390 46.0

Ｋ3 494 496 48.5

Ｋ4 561 570 50.0

Ｋ5 661 680 51.0

Ｋ6 774 785 51.5

実機試験体の作成① （腐食孔試験体：側板）

試験体の作成② （腐食孔試験体：底板）

B9

B8

B7

B6

B5

B4B3B2B1

腐食孔試験体の探傷結果：側板（上方→下方）

腐食孔試験体の探傷結果：側板（下方→上方）

腐食孔試験体の探傷結果：底板

1回の測定で9点全点確認。

探傷ピッチ（測線）の検討：側板

入射方向

入射方向

探傷ピッチ（測線）の検討：底板

底板についても８方向探傷とすることで、全域が探査できる。

板 厚 測 定 結 果 (mm)

残 厚（mm)

人工きずφ５mm 人工きずφ１０mm 人工きずφ２０mm

測定値 差 測定値 差 測定値 差

0.4 0.4 ±0.0 0.4 ±0.0 0.4 ±0.0

0.8 0.9 ＋0.1 0.9 ＋0.1 0.9 ＋0.1

1.2 1.3 ＋0.1 1.3 ＋0.1 1.3 ＋0.1

2次調査（板厚計による板厚調査）

１次調査で腐食カ所が発見された場合、その個所の板厚を測定することにより、

残存板厚と経過年数から残余寿命が推定できる。

発錆部の検知実験

腐食模擬試験体内面の健全部（錆Ａ部）とドリル孔加工位置（錆Ｂ部）の２箇所について、

塗膜をグラインダーにより除去した後に硝酸を塗布し、約２週間放置して錆を発生させ、

SH波による探傷実験を行った。

ドリル孔(S6)

SH波による発錆部探傷：ドリル孔なし

錆なし 錆あり（上→下）

錆あり（下→上）

錆 錆

錆はある程度高さのそろった、小さな波形の集合として検知されている。

錆なし 錆あり（上→下）

S1

S2S3S4

S5S6

S7S1

S2S3S4

S5S6

S7

錆

SH波による発錆部探傷：ドリル孔あり

ドリル孔S6の下部に、やはり小さな波の集合として錆が検知されている。

検討結果のまとめ

ドラム缶内面に発生する減肉箇所の検出およびその程度と範囲を推定する手法として、

周波数0.5MHzのＳＨ波が最適であるという結果を得た。

実機腐食模擬試験体で実験した結果、側板に加工したドリル孔からの反射エコーを明瞭

に確認することができた。

探傷を上方からと下方から行うことにより、ドラム缶の上端部近傍および下端部近傍の

断面欠損を見落とすことなく全領域を探傷する事が可能であることが確認できた。

側板同様に、底板（天板）のドリル孔も全測定線で明瞭に確認することができた。

２次調査（詳細調査）として、超音波垂直探傷法等による板厚測定手法により、残厚を

測定することが可能である。

充填ドラム缶での追加実験

■可燃物 （ウエス、古着、シュレッダー屑）

■不燃物 （金属片、塩ビホース、ゴムホース、電線、硬質塩ビ、等）

■可燃物と不燃物の

混在状態でも実験を行った。

測定結果代表例比較：底板（外周→中心）

空 ③不燃物②可燃物・不燃物混在①可燃物

内容物の有無や種類に関係なく検知できている。

空 ③不燃物②可燃物・不燃物混在①可燃物

測定結果代表例比較：側板（下→上）

内容物の有無や種類に関係なく検知できている。

②側板のSH波回転探査技術開発。

・横方向探査の実験

・回転探査法の検討

特許取得：特願2011-219231 第5883605号■特徴：探査範囲が広がり、きずの方向と距離を特定することができる。

■某電力会社様のドラム缶内面腐食探査で実績あり。

■日本原子力学会 平成２９年度、30年度北関東支部大会にて、

日本原子力研究開発機構からSH波によるドラム缶内面探査の基礎研究論文発表。

開発動機：パレット積載状態での調査要望。

■某社でのドラム缶探査が実施検討となったが、実際の保管状態はパレット積載での

多段積であり、調査のために１本づつ取り出すことは困難であるとの指摘があったので、

これまでの技術開発を踏まえて、積載状態での探査手法開発を開始した。

■調査に使用できるドラム缶側板の面積は約1/3であることから、

まず横方向の入射実験を行った。

この場合、側板にある溶接線が問題となるので、

溶接線を越えての探査が可能かどうかの

確認実験を行った。

横方向探査実験のエコーと対応するきず

溶接線

↓200

340↓↓380

↓635

探触子

探査波形

200mmは溶接線

380mmはs3

340mmはs2

↑635mmのエコーは、

実験開始前にあった

未確認の内面のきず

であること確認した。

※きずS1-S3はドリルによる貫通孔である。

・S1

・S2

・S3

・S4

側板での伝搬範囲

非貫通のきずR1を対象に、伝搬範囲を確認した。

↓上端では検知しない。 ↓52mm下げた位置で検知している。

R1・

上記の関係から、側板での伝搬範囲は、

図のようになり、伝搬角度は約２９度となる。

伝搬距離は外周1/2の890mm。

横方向探査の問題点

有利な点

●垂直方向探査での探触子接触面が入射方向に平行な接線であるのに対して、

入射方向に直角な接線であるため、伝搬角度が１８度に対して２９度と大きい。

●溶接線は問題なく探査できる。（感度低下は別途実験の必要あり。）

問題点

●探触子の反対側からの発振を感知するため、探触子側半分の面しか探査できない。

●側板全面を探査するためには、左右対称に配置した探触子のセットを、

上端から下端までスライドさせ、さらに反対面を別途探査する必要がある。

SH波回転探査技術開発。

SH波探触子回転探査法の実験

探触子を回転させた場合、縦方向と横方向で入射効率が変わることが分かっているが、

15度ずつ角度を変えて確認実験を行った。（きずはφ2.0、深さ0.5mm前後。不均一。）

きずの配置

探触子取り付けベースの

アクリル製治具。

ベースに取り付けた

探触子。

↑ネオジム磁石

同じきずへの探査角度差によるエコー変化

●同じきずに対し、探触子の角度を5度単位で変更し、

エコー高さの変化を2種類の探触子で測定した。

●探触子は0.5Z20×20HA90と、同じく20×10であり、

20×10HA90の方が角度による感度差が小さいと推測できる。

360mm

θ：0～25°

θ

探触子 きず

角度エコー高さ（%）

20x20 20x10

0 80 80

5 55 71

10 30 54

15 13 40

20 5 31

25 ※ 20

※：エコーが小さすぎるため計測不可

測定結果

y = -4.52x + 78.4

y = -2.74x + 81.8

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14 16

エコー（%）

角度（°）

20x20 20x10 線形 (20x20) 線形 (20x10)

●角度の変化に対して、エコー高さはきれいに変化している。

●20×10HA90の方が角度による感度差が小さく、側板の回転探査に有利である。

③底板の勘合部からの入射による探査技術開発。

●パレット積載状態のドラム缶探査で、最も困難なのが底板と天板の探査である。

内部腐食の発生頻度でいえば、底板が最も高く、次いで側板、天板となる。

天板はバンドで密封されるため、バンドを外さなければ探査はできないため、

底板もしくは側板に傷が発見されなければ、天板は問題なしと仮定する。

●底板については、勘合部からの入射が可能であると思われるので、実験を行った。

SH波入射

※特許取得

底板への探触子設置と探査実験

底板の曲率に合わせたアクリル治具を製作し、探触子を固定する。

↓対面の端部615-20ミリ

↓複数の反射エコー

測定波形。端部からの反射と、複数の人口きずからの反射エコーが見られる。感度40dB。

非貫通きずA1-A8

貫通孔B1-B8

底板反射エコーの確認＜端部＞

●端部エコーまでの距離、615-620mmを確認する。

↓対面の端部615-20ミリ

●ほぼ620mmと確認できる。

底板反射エコーの確認＜きず＞

感度をあげて再度測定し、エコーまでの距離を確認した。

145mm,180mm,200mm,220mm,240mm,265mm,300mmである。

↓複数の反射エコー、145、180、200、220、240、265、300

145mmのエコーはB6である。

180mmのエコーはB5である。

200mmのエコー ： B4

220mmのエコー ： B3

240mmのエコー ： B2

265mmのエコー ： B1

回転探査法による感度別ドラム缶探査結果例

感度設定

85dB

90dB

感度設定によって、錆の検知エリアが異なる。

内面写真は探査後に開缶して撮影。

腐食部の残存板厚測定

腐食のあるドラム缶について、

SH波探査で錆があるとされた箇所について、超音波板厚計による測定を行った後、

錆を除去してマイクロメータによる測定を実施し、一覧にまとめたものが上記である。

進行した腐食では超音波板厚計は計測できず、その他の箇所でも不安定である。

部位 錆超音波板厚測定

マイクロＭ 健全部 減肉SH波

測定感度

A 不可 0.00 1.21 85ｄＢ

B 不可 0.28 0.93 85ｄＢ

T2-1 1.06 1.07 1.12M 0.05 85ｄＢ

A 0.82 0.89 0.23 85ｄＢ

B 1.06 1.06 0.06 85ｄＢ

T2-3 1.01 1.00 1.12M 0.12 85ｄＢ

A 1.06 1.08 0.04 −

B 1.06 1.07 0.05 90ｄＢ

C 1.07 1.08 0.04 −

T2-5 1.06 1.07 1.12M 0.05 85ｄＢ

A 不可 0.86 0.30 85ｄＢ

B 1.11 1.09 0.07 85ｄＢ

A 不可 0.37 0.85 85ｄＢ

B 不可 0.38 0.84 85ｄＢ

※Mはマイクロメータ測定、tは板厚計

T2-4

T2底

Ｔ5底 1.22M

1.16M・t

1.12M

T-1底 1.21M

T2-2 1.12M

T-1底

T-1底内面

A B

SH波回転探査法とSH波垂直探査法の比較

某電力会社様で、SH波回転探査によるドラム缶調査を実施。（２０１７年１月）

キズや錆等を効率良く検知できているとの評価をいただいた。

比較項目 SH探触子固定探査 SH探触子回転探査

パレット積載状態での探査

× 〇

探査作業効率 低い 高い

きず位置の確定△

２点探査の交点から求めるが、きずが多数の場合は特定が困難。

〇探触子の角度と反射エコーの距離から、極座標として１回の

探査で特定できる。

錆の範囲の確認 △ 〇

SH波探査その他

■厚さ10mm程度以下の金属板であれば、形状を問わず適用できる。

■一般の金属板では特殊な材質を除いて探査可能である。

■形状に沿って超音波が伝搬するので、プレス加工等の変形部分も探査可。

■内容物が液体でも問題なく探査できるが、ピッチ、タール、ギヤオイル等、

極度に粘性の高い内容物では探査範囲が狭くなる。

■金属が直接接触していても感度に影響はない。

■ガムテープやブチルゴム等は音を吸収するので感度が低下する。

■通常の塗膜の影響は受けないが、厚い塗膜では、塗膜をはがす必要がある。

■SH波の伝搬範囲は、平版で頂角29度・高さ1ｍの二等辺三角形である。

■回転探査法では、回転方向によるエコー高さの変化からきずの方向を特定できる。