圧力容器の非破壊検査——自動車や鉄道タンカーの非破壊検査

要約: 放射線、超音波、磁性粒子、貫通、磁気漏洩、アコースティックエミッション、磁気メモリ検査などを含む、自動車や鉄道タンカーの製造と使用で使用される欠陥と考えられる非破壊検査方法を要約し、検出方法のそれぞれの非破壊特性を紹介します。

キーワード: 圧力容器。タンカー;超音波検査;磁性粒子検査;放射線検査;侵入テスト。磁気漏洩試験;音響放射試験。磁気メモリのテスト。

圧力容器保安技術監督規則には、自動車タンカー（液化ガス輸送（セミトレーラー）車両、低温液体輸送（セミトレーラー）車両）、鉄道タンカー（媒体が液化ガス及び低温液体）、タンクコンテナ（媒体が液化ガス及び極低温液体）が含まれており、これらを総称して移動式圧力容器といい、常温型、低温型、極低温型がある。石油・化学、航空宇宙、エレクトロニクス・機械、食品・タバコ、医療の分野で広く使用されており、特に近年、中国では都市ガス化のペースが加速し、環境保護が強化されています。量は急速に増加した。移動式圧力容器で保管・輸送される媒体の多くは、可燃性、爆発性、有害な液化ガスや低温液体であるため、突発的な安全事故など、国家財産や国民生命に多大な被害をもたらします。したがって、移動式圧力容器は安全に使用できるようにテストする必要があります。さまざまな段階で使用される非破壊検査技術の特徴と要件を、その製造と使用の特徴に応じてまとめます。さらに、低温および深冷コンテナの非破壊検査技術については、以降のトピックで具体的に説明します。

自動車タンクローリーおよび鉄道タンクローリーには、交通管理、公安防火、特殊設備、危険化学物質の輸送などの専門分野が含まれます。中国の既存の非破壊検査技術は、中国の必須規制または技術仕様です。 これら 2 種類の移動式圧力容器用の圧電セラミック結晶は 主にオリジナルの国家品質を持っています。技術監督局発行の圧力容器安全技術監督規則、品質監督検査検疫総局発行の圧力容器定期検査規則、旧労働省発行の液化ガス自動車及びタンカーの安全監督規則、化学工業省発行の「液化ガス鉄道タンカー安全管理規則」；移動式圧力容器の 2 種類の非破壊検査に関連する関連規格は、JB / T 6897「極低温液体タンカー」、JB / TQ782「液化石油ガスタンカー」、HG 2599 液体アンモニアタンクローリーの技術仕様、GB 10478 液化ガス鉄道タンクローリーの技術仕様、および GB です。 10479 アルミニウムレールタンクローリーの技術仕様。

製造工程における非破壊検査技術

自動車用タンクローリーと鉄道用タンクローリーの製造要件は、それぞれ「液化ガス自動車タンクローリー安全監督規則」と「液化ガス鉄道タンクローリー安全管理規則」（略して二つの規則）に規定されており、また、「圧力容器安全技術監督規則」（以下「容量規則」という）でもこれら二種類のタンクローリーの製造に対する非破壊検査の要件が定められています。移動式圧力容器は、規制が策定される部門が異なり、施行日も異なるため、2 つのタイプの移動式圧力容器の製造要件と非破壊検査の合格基準も異なります。非破壊検査を JB 4730 —2005 の規定に従って実施する場合、製造における非破壊検査については、設計基準と文書を満たすことに加えて、一般に「容量規則」の要件も満たさなければなりません。 「圧力機器の非破壊検査」 規制の対象とならない 2 種類の車両の他の特別な要件も、上記 2 つの規制の要件を満たす必要があります。

1.1 原材料の非破壊検査

タンク製造に使用される炭素鋼や低合金鋼の鋼板は、1枚ずつ超音波検査を実施します。鋼板の超音波試験は、JB 4730 の規定に従って実行するものとします。鋼板の適格グレードは、グレード II を下回ってはなりません。超音波試験の主な目的は、シートの溶融および圧延中に発生する層間剥離、白点、折り重なった厚皮、亀裂などの欠陥を見つけることです。検査は鋼板の任意の圧延面で行うことができ、プローブは鋼板の圧延方向に垂直な平行線に沿って100 mmの距離で走査されます。契約、技術契約、または図面の要件に従って、他のタイプのスキャンも実行できます。欠陥が見つかった場合は、注意深く検査し、欠陥領域の周囲を測定する必要があります。欠陥の性質は、波形特性や鋼板の製造プロセスに応じて総合的に判断する必要があります。たとえば、白点欠陥波形はシャープで活発、再現性が悪い、ボトムウェーブが大幅に減少している、回数が少ないなどです。探針を動かすとエコーの変動が次々と大きくなり、厚み方向の対称性などが現れます。

2.1.2 製造時の非破壊検査

自動車や鉄道のタンクローリーでは、気孔、スラグ混入、未溶融、未溶接、亀裂などのさまざまな溶接欠陥が発生しやすいため、非破壊検査を使用して溶接の品質を管理することが重要です。一般に、溶接部の内部欠陥は X 線撮影または超音波によって検査されます。非破壊検査が必要なコーナー継手やT継手などは、X線検査や超音波検査ができない場合には磁粉検査や浸透検査を行ってください。

タンク製造工程における非破壊検査については、上記「能力規程」と２つの規程により、以下の要件が課せられています。 ① 非破壊検査員は、「ボイラー圧力容器非破壊検査員資格評価規程」に基づき評価され、資格証明書を取得した後、その資格証明書の種類及び技術レベルに応じた非破壊検査業務を行うことができます。 ② タンクの溶接継手の形状、寸法、外観品質を検査し、合格後に非破壊検査を行うことができます。遅延亀裂が発生する傾向がある材料については、溶接完了後 24 時間後に非破壊検査を実施する必要があります。再加熱亀裂が発生しやすい材料の場合は、熱処理後に非破壊検査を追加する必要があります。 ③ タンクとマンホールの突合せ接合部は、X線撮影または超音波検査により検査する必要があります。 ④ マンホール、補強板、タンク配管等のコーナー接合部の表面は、磁性粉又は貫入試験を行ってください。
また、「液化ガス鉄道タンカー安全管理規則」では、タンクの突合せ継手を全数超音波検査する場合には、少なくとも20％のX線検査を追加することが定められています。再検査部位には溶接部の交点と超音波検査の疑わしい部位を含める必要があります。再検査で標準を超える欠陥があることが判明した場合は、再検査長さ (対応する溶接部の全長) を 10% 長くする必要があります。標準を超える欠陥がまだ見つかった場合は、全数再検査を実行する必要があります。試験基準は JB 4730 に従って実施されます。X 線写真の品質要件は AB グレード以上である必要があります。 100% テストされた突合せジョイントの場合、テスト結果がグレード II 以上であれば認定されます。 100% 超音波検査による突合せ継手については、グレードⅠが許容されます。磁粉または貫入試験の前に、試験表面を研磨して金属光沢を露出させ、溶接部と母材金属が滑らかに移行するようにする必要があります。試験はJB4730規格に準拠して実施され、試験結果はⅠ級相当となります。

3.2 現用車両・鉄道タンカーの非破壊検査技術

「圧力容器定期検査規則」では、タンカーの検査について特別附属書「移動式圧力容器の定期検査に関する規則」を定めています。これは、「容量規制」と 2 つの規制を統合し、より標準化され、具体的かつ運用可能な強力な定期検査要件を提案しています。移動式圧力容器における鉄道タンカーの中間・分解検査やタンクコンテナの中間検査などの統一仕様は年次検査と総合検査と呼ばれ、一部の独自の年次検査における溶接部の非破壊検査の内容が総合検査に分かれている。タンカーの就航検査では「圧力容器定期検査規則」により、タンク内面の隅肉溶接部及び突合せ溶接部の全数表面検査を実施することが定められています。以下の条件のいずれかが存在する場合は、溶接機の光線検査または超音波抜き取り検査も行う必要があります。つまり、① タンカーが 10 年以上運航を停止し、再就役した場合。 ②使用中に溶接部分を補修してください。 ③芯ズレ量や刃先角度が規格を超えている場合。 ④ 両端の溶接継手や延長部分の漏れ。 ⑤ 事故により、タンクの溶接継手やその近傍の溶接部が著しく損傷、変形している。 ⑥ 前回の埋没欠陥検査で疑いがあり、再検査が必要となった箇所。 ⑦水素膨れ等の応力腐食傾向があります。 ⑧使用者から要求された場合、または検査員が必要と認めた場合。 X 線検査または超音波検査による抜き取り検査を受けた場合、外観検査または表面検査で欠陥が見つからなかった場合、次の総合検査は通常は検査されませんが、タンクは 2 回の総合検査サイクル後に X 線検査または超音波検査を受ける必要があります。検出手法の充実により、タンクローリーの使用中の検出では、アコースティック・エミッションを使用して欠陥の活動性を判断したり、磁気メモリ検出手法を使用して特定の高応力集中領域に疲労損傷が存在するかどうかを判断したり、磁気漏洩検出手法を使用したりすることもできます。タンクの外面からタンク内面の腐食状況を監視するこれらの技術は、タンクローリーの日常使用中の検知に特に適しています。

4.2.1 表面検査

タンカーの全数検査では、タンクのマンホール、補強板、ノズルなどの隅肉溶接部と内面の突合せ溶接部がすべて地上で検査されます。強磁性材料の突合せ溶接部の表面検査には磁粉検査が一般的に採用されています。磁粉検査の場合 圧電セラミックトランスデューサは 隅肉溶接には使用できませんが、浸透検査方法も使用できます。非強磁性体の表面検査には浸透検出法を使用します。タンクローリーの表面の非破壊検査では、次の部分に重点を置く必要があります。 ① 溶接部および溶接部の熱影響部、特に溶接部の T 字口、隅肉溶接部、突合せ溶接部および溶接部に溶接および疲労亀裂が存在することがよくあります。 表面欠陥。 ② 局部応力の高い箇所では疲労割れや応力腐食割れが発生しやすくなります。タンカータンクにおける高応力は、主にタンクのマンホール開口部付近、安全弁取付穴付近、タンク中央の鞍軸受板付近のタンク底部、タンクとカセット部品の結合部、ヘッドの移行部とその近傍、シリンダの端部や溶接付属品など、構造が不連続な箇所に発生します。磁粉探傷には、構造が簡単で軽量で使いやすいポータブルヨーク探傷器が一般的です。ヨーク法は、単関節ヨークおよび多関節ヨークを使用してワークを縦方向に磁化するため、突合せ溶接やすみ肉溶接などのタンク溶接部の局所検査に適しています。シンプルな設備と操作性が特徴ですが、同一箇所で少なくとも2回の独立した検査を直交する必要があるため、効率が低く、検出漏れが発生しやすいです。クロスヨーク方式は回転磁界を利用してワークを磁化する方式で、タンクの突合せ溶接部の局部検査に適しています。交差磁気ヨークを使用することで回転磁界が得られるため、感度が高く信頼性が高く、探傷効率が高いため、タンク検査などに広く使用されています。回転磁界を利用してワークを着磁するには、完全連続着磁方式が一般的です。 JB 4730 規格では、ヨーク方式の磁化仕様は感度テスト ストリップまたは持ち上げ力に基づいて決定できると規定されています。ヨークは、電磁ヨークの極間距離が200mmのとき、交流電磁ヨークは44N以上、直流電磁ヨークは177N以上のリフティング力が必要です。磁極間隔は50～200mmで制御しますが、有効磁化領域は2極接続部の両側の重なる±50mmの領域と定義します。 2 回のテストの間は 15 mm 離れています。クロスヨークの場合、吊り上げ力要件は ≮ 88 N です。構造または材質により磁粉試験が実施できない場合は、貫入試験が使用されます。自動車および鉄道タンカーの貫通試験では、主にカラー貫通検査が使用されます。テストの前に、溶接の表面をグラインダーや鉄ブラシなどのツールで洗浄して、溶接スラグ、錆、油状酸化層などの破片を除去し、洗浄中に表面欠陥が詰まらないようにする必要があります。 15〜50℃の条件下では、浸透剤の浸透時間は一般に≮10分です。溶剤は通常、拭き取りにより除去されます。一般に、最初に余分な浸透剤がほとんど除去されるまできれいな毛のない布で拭き、次に洗浄剤に浸したきれいな毛のない布または紙で余分な浸透剤がすべて試験表面から除去されるまで拭きます。きれいに拭きます。検査する表面を前後に拭いたり、洗浄剤で直接洗い流したりしないでください。溶接イメージングは​​通常、スプレーされます。画像形成剤を 3 ～ 5 分間スプレーした後、表示された画像を肉眼または 3 ～ 5 倍の拡大鏡を使って観察できます。観察は被検査面の可視光が500lx以上の条件で行ってください。

2.2 光線検査
X 線検査の利点は、欠陥が定性的に正確で直観的であるため、多くの人にとって欠陥を分析するのに便利であることです。使用中のタンクローリーの内部および外部を包括的に検査する場合、光線エネルギーの選択は、透過照明ワークピースの厚さと材料の種類、また場合によっては装置の状態に応じて異なります。一般に、光線のエネルギーが減少すると、透過照明画像のコントラストが増加します。したがって、露光時間が許す限り、できるだけ低い光線エネルギーを使用する必要があります。さらに、超音波検査で見つかった標準を超える欠陥は、通常、欠陥の性質と特定の位置をさらに特定し、欠陥修復の基礎を提供するために X 線検査で再検査されます。

2. 3 超音波検査
超音波検査は低コストかつ高速であるため、面欠陥の検出率が高く、突合せ溶接やすみ肉溶接に適しています。放射線に比べて小型・軽量で現場での使用に便利な検出器です。人体に無害なため、タンクの総合検査などに広く使用されています。技術の発展により、超音波検出法は欠陥を正確に定量化できるようになり、欠陥の破壊力学評価の基本条件が提供されます。基準を超える埋没欠陥については、安全性評価の手法によりその使用の安全性が判断される場合が多い。 「液化ガス鉄道タンカー安全管理規則」では、耐用年数15年を超える液体塩素タンカー、液体二酸化硫黄タンカー、耐用年数20年を超えるその他の媒体を使用したタンカーについて、総合的な技術評価要件を提案していますが、評価の内容は明記されていません。検査機関によっては、基準を超える欠陥があるタンクを使用できるかどうかを検査する安全性評価の手法を採用しているところもあります。新しく改正されたJB 4730では、超音波探傷における欠陥の高さの測定方法として、終点終点回折波法、終点最大エコー法、6dB法などが規定されていますが、現在最も測定精度が高い方法は終点回折波法であり、精度範囲は0.5～1mmです。超音波検出分解能は超音波検出の重要な指標であり、時間分解能、空間分解能、コントラスト分解能に分けられます。時間分解能は時間内でのテスト結果の信頼性を反映し、テスト中にテスト漏れがないことを保証します。空間解像度とは、特定の条件下で 2 つの隣接する反射体を区別する能力を指します。コントラスト解像度は、超音波画像内の 2 つの隣接する構造を区別できる程度の尺度です。検出分解能を向上させるために、TOFD法、フェーズドアレイ法、ホログラフィックイメージング法の理論研究が成熟し、対応する超音波探傷装置が普及・応用され始めています。これらの方法では、内部欠陥のより直観的な表示とより正確なデータを取得できます。

磁気記憶試験
ヘッド、マンホール、ノズルなどの構造的不連続部、溶接部の残留応力、容器のサポート、圧力部品の加工で生じる残留応力、材料の内部構造の不連続性などにより、応力集中が避けられません。のこれらの応力集中部品は、 圧電ディスクトラ 媒体、温度、圧力、タンク輸送中の衝撃などの要因の組み合わせにより、応力腐食割れや疲労亀裂が発生しやすくなります。そのため、タンク上の応力集中部分を見つけ出し、その応力集中の大きさを把握し、タンクローリーの安全性能に与える影響を解析することが試験の鍵となります。従来の非破壊検査法（放射線、超音波、磁粉、貫入検査など）では、ある程度の大きさのマクロ欠陥しか検出できず、ミクロ欠陥の発見は困難でした。金属磁気記憶検出技術により、損傷や破壊を誘発する応力集中部位を検出することができ、タンクの早期診断の基礎となります。磁気メモリ検査は主にオンライン監視とタンクの定期検査に使用されます。その目的は、機器全体の応力集中を迅速にスキャンし、損傷の可能性を早期に診断し、診断後に問題が発生する可能性のある部品を重点的に検討して、使用の安全性を確保し、事故を防止することです。磁気記憶試験は溶接面の高度な清浄度を必要としないため、必要ありません。