研究成果 | 頭脳循環を加速する若手研究者戦略的海外派遣プログラム次世代流体科学の展開に向けた戦略的国際共同研究プロジェクト【東北大学流体科学研究所】

　火力および原子力発電プラントにおいては、高温等の過酷な環境にさらされた材料の健全性を非破壊評価によって確認する必要がある。安全上重要な機器の検査や高温環境における劣化モニタリングにおいては、高い信頼性の評価法が求められる。本研究では、東北大学とINSA-Lyonとの共同研究により、超音波試験法による音響特性に基づく評価と電磁非破壊評価試験法による電磁特性に基づく評価を融合し、信頼性の高い評価法を新たに提案する。
本共同研究では、1個のプローブ構造で超音波試験と渦電流試験が可能な電磁超音波—渦電流複合プローブを提案した（図１）。渦電流試験は表面近傍や薄肉材における欠陥評価に優れた性能を示し、超音波試験は厚肉材における深部の欠陥に対して優れた性能を示すため、互いに補完する関係にある。両者の情報を融合することにより、幅広い範囲の欠陥評価に対して信頼性の高い評価が可能となる。図２は減肉の評価に適用した結果であり、幅広い減肉の範囲について高い信頼性を示すことが示された。
本共同研究では、渦電流試験法と超音波顕微鏡法との融合法についても試みた。火力発電所において高温高圧腐食環境下で使用されるボイラー管には溶射加工が施されており、この溶射被膜の膜厚を非破壊で検査する手法が必要とされる。溶射被膜自体についても不均質な特性や形状を有しているほか、サンドブラスト処理された基材との界面についても金属組織が複雑に変化する（図３）。さらに、高温腐食環境において、被膜と基材は劣化し、電磁的にも音響的にも材質が変化する。本研究では、溶射被膜の膜厚の評価に渦電流試験法と超音波顕微鏡法との融合法を適用した。基材の電磁および音響的な特性をモデル化した上で、測定結果に基づいて逆問題解析を行った結果を図４に示す。今後、渦電流試験法と超音波顕微鏡法との測定結果を融合した逆問題解析を行い、膜厚のみではなく、界面の健全性や膜質の評価を行う。

図1 電磁超音波—渦電流複合プローブによる音場と 渦電流場	図2 電磁超音波—渦電流複合プローブによる減肉評価
図3 溶射被膜および基材のSEM観察	図4 渦電流試験法および超音波顕微鏡法による 溶射被膜の膜厚評価