超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法
【課題】擬似欠陥を溶接金属内に有する非破壊試験用溶接試験片を用いて、超音波探傷試験による欠陥検出確率を高い精度で解析することができる解析方法を提供する。
【解決手段】（Ａ）母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０を製作し、（Ｂ）溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データ１２を取得し、（Ｃ）溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データ１４を取得し、（Ｄ）超音波探傷試験データ１４から超音波探傷試験による擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を作成する。
【解決手段】（Ａ）母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０を製作し、（Ｂ）溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データ１２を取得し、（Ｃ）溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データ１４を取得し、（Ｄ）超音波探傷試験データ１４から超音波探傷試験による擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を作成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の内部欠陥を試験する体積的な非破壊試験（Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ：ＮＤＴ）として、放射線透過試験や超音波探傷試験が知られている。ここで、「体積的な試験」とは、内部欠陥の試験を意味する。
また、非破壊試験（ＮＤＴ）は、非破壊検査（Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ：ＮＤＩ）又は非破壊評価（Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ：ＮＤＥ）とも呼ばれる。
【０００３】
上述した非破壊試験は、通常、内部に欠陥を有する試験片（以下、標準試験片と呼ぶ）を用いた比較試験であり、標準試験片を用いて放射線透過試験や超音波探傷試験の欠陥検出能力を調査する。また標準試験片は、検査条件の設定や品質レベルの確認にも用いられる。
【０００４】
従って、非破壊試験において検出可能な欠陥寸法を定量化することは極めて重要であり、その手段として欠陥検出確率の利用が提案されている（例えば、特許文献１，２、非特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１３４５２４号公報、「媒体欠陥検出・登録方法及びこれを用いた装置」
【特許文献２】特開２００５−２２１２６５号公報、「原子力発電プラント機器検査方法および原子力発電プラント機器検査システム」
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“ＮＯＮＤＥＳＴＲＵＣＴＩＶＥ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ ＡＳＳＥＳＳＭＥＮＴ”ＭＩＬ−ＨＤＢＫ−１８２３Ａ， ７ Ａｐｒｉｌ ２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
欠陥検出確率（ＰＯＤ：Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）は、横軸が欠陥の寸法、縦軸が特定の非破壊検査による欠陥の検出確率を示すＳ字形の曲線として表現される。以下、この曲線をＰＯＤ曲線と呼ぶ。
超音波探傷試験のＰＯＤ曲線は、以下のような用途に適用することができる。
（１）構造物の非破壊検査における合否基準の設定、点検頻度の設定。
（２）新しい非破壊検査技術又は装置の定量的性能把握。
（３）異なった非破壊試験方法の定量的な比較。
（４）使用中の装置における劣化度合いの定量的評価。
（５）検査技術者の能力把握。
【０００８】
内部に欠陥を有する試験片（標準試験片）の場合、非特許文献１には拡散接合による標準試験片の製作が例示されている。
しかし、内部欠陥については従来、自然欠陥に近い欠陥を作製する手段がなかった。そのため体積的な試験方法ではその能力を評価するには自然欠陥に近い欠陥を用いた試験が必要であるが、従来は適切に試験方法を評価できなかった。
【０００９】
ティグ溶接（ＴＩＧ溶接）では、タングステン電極を用いるため、溶接後の溶接金属内に異物としてタングステンが混入する場合がある。またその他の溶接法、例えば被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ミグ溶接（ＭＩＧ溶接）、等でも溶接後の溶接金属内に異物が混入する場合がある。
しかし、従来の試験片は、溶接後の溶接金属内に異物が存在しないため、実際の自然欠陥とは大きく相違し、溶接部の非破壊試験用試験片としては問題があった。
【００１０】
また、金属片同士を実際に溶接し、その溶接中の溶融池に異物（例えばタングステン）を混入させた場合、異物の界面（特に裏側）にミクロ的な隙間ができ、実際の自然欠陥と相違する問題があった。また、この場合、異物の位置を正確に位置決めできない問題点もあった。
【００１１】
そのため、従来、溶接後の溶接金属内に異物が存在する場合に、超音波探傷試験による欠陥検出確率を示すＰＯＤ曲線の作成は非常に困難であった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、擬似欠陥を溶接金属内に有する非破壊試験用溶接試験片を用いて、超音波探傷試験による欠陥検出確率を高い精度で解析することができる解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、（Ａ）母材を溶接する溶接金属内に擬似欠陥を有する非破壊試験用溶接試験片を製作し、
（Ｂ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データを取得し、
（Ｃ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データを取得し、
（Ｄ）超音波探傷試験データから前記超音波探傷試験による擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成する、ことを特徴とする超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明の方法によれば、母材を溶接する溶接金属内に擬似欠陥を有する非破壊試験用溶接試験片を製作するので、実際の自然欠陥に近い擬似欠陥を有し、かつ異物の位置を正確に位置決めした溶接試験片を用いることができる。
【００１５】
また、溶接試験片を製作するので、擬似欠陥の寸法と位置は予め既知であり、放射線透過試験により精度の高い放射線透過試験データを取得することができる。
【００１６】
さらに、寸法と位置が既知の擬似欠陥に対して超音波探傷試験により信号の大きさを検出するので、精度の高い超音波探傷試験データを容易に取得することができる。
【００１７】
欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示すデータ（超音波探傷試験データ）から、欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成するソフトウェア（ｍｈ１８２３ ＰＯＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ）は、非特許文献１に開示されている。
従って、このソフトウェアを用いて擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成することにより、超音波探傷試験による欠陥検出確率を高い精度で解析することができる。
【００１８】
従って、本発明の方法によれば、溶接部内部の異物欠陥に対する超音波探傷試験のＰＯＤ曲線を容易に取得することができ、装置或いは方法の能力把握などが定量化できる。
【００１９】
言い換えれば、従来の超音波探傷試験でもサイジング評価を行っているが、確率的にどの程度の正確さでサイジング評価を行っているかが不明であった。しかし、本発明によりＰＯＤ曲線を取得できるので、ＰＯＤ曲線を用いて所望の確率で異物の大きさを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の解析方法を示す全体フロー図である。
【図２】非破壊試験用溶接試験片の製作方法を示す説明図である。
【図３】製作した溶接試験片を示す図である。
【図４】溶接試験片を用いた放射線透過試験の試験結果を示す図である。
【図５】溶接試験片を用いた超音波探傷試験により得られたデータを示す図である。
【図６】超音波探傷試験による擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明の解析方法を示す全体フロー図である。
この図に示すように、本発明の解析方法は、Ｓ１〜Ｓ６の各ステップ（工程）からなる。
【００２３】
Ｓ１では、母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０（以下、単に「溶接試験片」と呼ぶ）を製作する。
Ｓ２では、製作した溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データ１２を取得する。
Ｓ３では、製作した溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データ１４を取得する。
Ｓ４では、取得した超音波探傷試験データ１４から超音波探傷試験による擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を作成する。
Ｓ５では、放射線透過試験データ１２から、特定の寸法に対する測定結果の標準偏差σを求める。
Ｓ６では、標準偏差σを用いてＰＯＤ曲線１６を安全サイドに補正する。
【００２４】
図２は、溶接試験片１０の製作方法を示す説明図である。この図に示すように、非破壊試験用溶接試験片（溶接試験片）は、（ａ）〜（ｉ）の順で製作する。
【００２５】
この方法は、図２（ｉ）に示すように、母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０を製作する方法である。
母材１は、溶接可能な金属材料、例えば、鉄鋼材料、チタン材料、ニッケル合金等の超合金、又はステンレス鋼である。
溶接金属２は、母材１を溶接するために用いる金属材料であり、好ましくは母材１と同一の金属材料２ａである。
【００２６】
擬似欠陥３は、母材１より融点が高く、溶融金属２と互いに拡散する金属、金属間化合物、酸化物、又は炭化物である。擬似欠陥３として、例えば、タングステン（Ｗ）、ニオビウム（Ｎｂ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）などを用いることができる。
擬似欠陥３の形状は任意であるが、擬似欠陥３と溶接金属２の間にミクロ的な隙間を作らないことが重要である。従って、このような隙間ができにくい球形、楕円体、平板、直方体、等が好ましい。
また、擬似欠陥３の大きさは任意であるが、実際の自然欠陥を模擬して最大径が１〜８ｍｍの範囲、更に好ましくは３〜４ｍｍであるのがよい。
【００２７】
図２（ａ）において、初めに溶接金属２と同一金属２ａからなり擬似欠陥３を位置決めする位置決め治具４を準備し、擬似欠陥３を位置決め治具４に位置決めする。
位置決め治具４の形状は任意であるが、後述する溶接（図２（ｂ））において、擬似欠陥３の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接できるように、擬似欠陥３の支持部４ａは溶接により溶け込む厚さに設定し、かつ擬似欠陥３の全体が溶接金属２で囲まれるように位置決め治具４の上下に凹み４ｂがあることが好ましい。
【００２８】
次いで、図２（ｂ）において、溶接金属２と同一金属２ａを用いて、擬似欠陥３の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接する。この溶接はＴＩＧ溶接又はＭＡＧ溶接であるのが好ましい。
【００２９】
次に、図２（ｃ）において、溶接金属２ａ内に擬似欠陥３を有する埋め込み片５を製作する。このステップでは、埋め込み片５の外面を機械加工する。
埋め込み片５の形状は任意であるが、後述する溶接（図２（ｅ））において、埋め込み片５の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接できるように、埋め込み片５の金属片６（後述する）との接合部５ａは溶接により溶け込む厚さに設定し、かつ金属片６との溶接部分に開先を設けることが好ましい。この開先角度は、例えば金属片６の接合面に対して３０〜４５°であるのがよい。
【００３０】
埋め込み片５の外面を機械加工後、最初に予備試験を行うこととし、切断し、ミクロ評価で隙間が無いことを確認することが好ましい。以下この予備試験を「切断ミクロ評価」と呼ぶ。ミクロ的隙間が無いことが確認できたら、製造工程を固定して、予備試験と同じ条件で溶接を行う。
【００３１】
次いで、図２（ｄ）において、埋め込み片５を母材１と同じ母材金属からなる金属片６に位置決めする。この位置決めは、例えば、擬似欠陥３を金属片６の厚さの中心に位置決めし、埋め込み片５を母材１に溶接金属２と同一金属２ａを用いて仮付けする。
【００３２】
次に、図２（ｅ）（ｆ）において、溶接金属２と同一金属２ａを用いて、埋め込み片５の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接する。この溶接はＴＩＧ溶接又はＭＡＧ溶接であるのが好ましい。
【００３３】
次に、図２（ｇ）において、溶接金属２ａ内に擬似欠陥３を有する溶接試験片７を製作する。このステップでは、溶接試験片７の外面を機械加工する。
溶接試験片７の形状は任意であるが、この例では、２つの溶接試験片７を突き合わせ溶接できるように、製作した２つ溶接試験片７の擬似欠陥３を有する溶接金属部に開先面８を加工する。この開先角度は、例えば溶接試験片７の表面に直交する平面に対して３０〜４５°であるのがよい。
この機械加工後、上述した切断ミクロ評価を行うことが好ましい。ミクロ的隙間が無いことが確認できたら、製造工程を固定して、予備試験と同じ条件で溶接を行う。
【００３４】
次に、図２（ｈ）において、溶接金属２と同一金属２ａを用いて、２つの溶接試験片７の開先面８同士を突合せ溶接する。この溶接はＴＩＧ溶接又はＭＡＧ溶接であるのが好ましい。
この溶接後、上述した切断ミクロ評価を行うことが好ましい。ミクロ的隙間が無いことが確認できたら、製造工程を固定して、予備試験と同じ条件で溶接を行う。
【００３５】
次いで、図２（ｉ）に示すように、突合せ溶接後の溶接試験片７の外面を機械加工して非破壊試験用溶接試験片１０が完成する。
なお、突合せ溶接は、必須ではなく、上述した溶接試験片７を非破壊試験用溶接試験片１０として用いてもよい。
【実施例１】
【００３６】
図３は、製作した非破壊試験用溶接試験片１０を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。溶接試験片１０の大きさは、幅２３５ｍｍ×長さ３６０ｍｍ×厚さ３８ｍｍである。
この実施例では、母材１として鉄鋼材料（ＳＭ４９０）を用い、溶接金属２として、母材１と同じ鉄鋼材料（ＳＭ４９０）を用いた。
また擬似欠陥３としてタングステン球を用いた。タングステン球の直径は、１〜１６ｍｍの範囲とした。
各擬似欠陥３（タングステン球）は、厚さの中心位置に、図３（Ａ）の上端から直径５，６，７，８ｍｍの順で配置した。
【００３７】
図３において、Ａ，Ｂは基準面、Ｘ，Ｙは溶接試験片１０に設定してＸ軸とＹ軸、ａ〜ｈは擬似欠陥３の位置、図中の１〜４の数字は、超音波探傷試験における探傷方向を示している。
【００３８】
図４は、溶接試験片１０を用いた放射線透過試験の試験結果を示す図である。この図において、横軸は擬似欠陥３（タングステン球）に寸法であり、縦軸はＸ線法（放射線透過試験）による寸法測定結果である。この図は、擬似欠陥３の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データ１２である。
【００３９】
この放射線透過試験の撮影条件は以下の通りである。
（１）電圧：９５０ｋＶ
（２）Ｘ線フィルム：ＦＵＪＩ＃５０（寸法：１０インチ×１２インチ）
（３）焦点−フィルム間距離：１５００ｍｍ
（４）増感紙
Ｆｒｏｎｔ（線源側）Ｐｂ：０．５ｍｍ、Ｂａｃｋ（フィルム側）Ｐｂ：１．０ｍｍ
（５）ＳＦ５０によるＸ線フィルムのデータ取り込み（取り込みピッチ５０μｍ）
（６）画像処理：Ｒｈｙｔｈｍ Ｆｌａｓｈ Ｆｉｌｔｅｒ
【００４０】
図４から、製作した溶接試験片１０は、界面にミクロ的な隙間がない自然に近い擬似欠陥３を溶接金属２内に有し、かつ擬似欠陥３を溶接金属２内に正確に位置決めすることができることが確認された。
【００４１】
図５は、溶接試験片１０を用いた超音波探傷試験により得られたデータを示す図である。この図は擬似欠陥３の寸法（横軸）と超音波探傷試験による信号の大きさ（縦軸）との関係を示す超音波探傷試験データ１４である。
【００４２】
この超音波探傷試験の試験条件は以下の通りである。
（１）探傷器 ＴｏｍｏＳｃａｎ Ｆｏｃｕｓ ＬＴ ＴｏｍｏＶｉｅｗ ２．７Ｒ６
（２）探触子 ５Ｌ３２Ａ１１ ３２チャンネル
（３）周波数 ５ＭＨｚ
（４）感度設定 ＪＩＳ Ｚ ３０６０ ＲＢ４１ Ｎｏ．２を８０％に設定
【００４３】
図６は、超音波探傷試験による擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を示す図である。この図において、横軸は欠陥寸法ａ（ｍｍ）、縦軸はＰＯＤ（欠陥検出確率）である。
ＰＯＤ曲線１６は、上述した放射線透過試験データ１２（放射線透過試験の寸法結果）と超音波探傷試験データ１４（超音波探傷試験のエコー高さのデータ）を非特許文献１のＭＩＬハンドブックに基づくソフトウェア（ｍｈ１８２３ ＰＯＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ）によって解析することにより、得ることができる。
【００４４】
一般的に、欠陥検出限界は９５％信頼度で９０％検出確率の値ａ９０／９５の値で示す。また、本発明では、Ｓ５において放射線透過試験データ１２から、特定の寸法（例えば２ｍｍ）に対する測定結果の標準偏差σを求め、Ｓ６において、標準偏差σを用いてＰＯＤ曲線１６を安全サイドに補正している。
すなわち、放射線透過試験データ１２から得られた誤差３σ（この例では０．５８ｍｍ）を考慮し、ａ９０／９５＋０．５８を超音波探傷試験による欠陥検出限界とすることにより、より安全サイドにＰＯＤ曲線１６を用いてＰＯＤ解析を行うことができる。
【００４５】
上述した本発明の方法によれば、母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０を製作するので、実際の自然欠陥に近い擬似欠陥３を有し、かつ異物の位置を正確に位置決めした溶接試験片１０を用いることができる。
【００４６】
また、溶接試験片１０を製作するので、擬似欠陥３の寸法と位置は予め既知であり、放射線透過試験により精度の高い放射線透過試験データ１２を取得することができる。
【００４７】
さらに、寸法と位置が既知の擬似欠陥３に対して超音波探傷試験により信号の大きさを検出するので、精度の高い超音波探傷試験データ１４を容易に取得することができる。
【００４８】
欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示すデータ（超音波探傷試験データ１４）から、欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成するソフトウェア（ｍｈ１８２３ ＰＯＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ）は、非特許文献１に開示され既知である。
従って、このソフトウェアを用いて擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を作成することにより、超音波探傷試験による欠陥検出確率（ＰＯＤ）を高い精度で解析することができる。
従って、本発明の方法によれば、溶接部内部の異物欠陥に対する超音波探傷試験のＰＯＤ曲線１６を容易に取得することができ、装置或いは方法の能力把握などが定量化できる。
【００４９】
言い換えれば、従来の超音波探傷試験でもサイジング評価を行っているが、確率的にどの程度の正確さでサイジング評価を行っているかが不明であった。しかし、本発明によりＰＯＤ曲線１６を取得できるので、ＰＯＤ曲線１６を用いて所望の確率で異物の大きさを推定することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 母材、
２ 溶接金属、２ａ 溶接金属と同一金属、
３ 擬似欠陥、４ 位置決め治具、
４ａ 支持部、４ｂ 凹み、
５ 埋め込み片、５ａ 接合部、
６ 金属片、７ 溶接試験片、
８ 開先面、
１０ 非破壊試験用溶接試験片（溶接試験片）、
１２ 放射線透過試験データ、
１４ 超音波探傷試験データ、
１６ ＰＯＤ曲線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物の内部欠陥を試験する体積的な非破壊試験（Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｔｅｓｔｉｎｇ：ＮＤＴ）として、放射線透過試験や超音波探傷試験が知られている。ここで、「体積的な試験」とは、内部欠陥の試験を意味する。
また、非破壊試験（ＮＤＴ）は、非破壊検査（Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ：ＮＤＩ）又は非破壊評価（Ｎｏｎ−ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ：ＮＤＥ）とも呼ばれる。
【０００３】
上述した非破壊試験は、通常、内部に欠陥を有する試験片（以下、標準試験片と呼ぶ）を用いた比較試験であり、標準試験片を用いて放射線透過試験や超音波探傷試験の欠陥検出能力を調査する。また標準試験片は、検査条件の設定や品質レベルの確認にも用いられる。
【０００４】
従って、非破壊試験において検出可能な欠陥寸法を定量化することは極めて重要であり、その手段として欠陥検出確率の利用が提案されている（例えば、特許文献１，２、非特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１３４５２４号公報、「媒体欠陥検出・登録方法及びこれを用いた装置」
【特許文献２】特開２００５−２２１２６５号公報、「原子力発電プラント機器検査方法および原子力発電プラント機器検査システム」
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】“ＮＯＮＤＥＳＴＲＵＣＴＩＶＥ ＥＶＡＬＵＡＴＩＯＮ ＳＹＳＴＥＭ ＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ ＡＳＳＥＳＳＭＥＮＴ”ＭＩＬ−ＨＤＢＫ−１８２３Ａ， ７ Ａｐｒｉｌ ２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
欠陥検出確率（ＰＯＤ：Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）は、横軸が欠陥の寸法、縦軸が特定の非破壊検査による欠陥の検出確率を示すＳ字形の曲線として表現される。以下、この曲線をＰＯＤ曲線と呼ぶ。
超音波探傷試験のＰＯＤ曲線は、以下のような用途に適用することができる。
（１）構造物の非破壊検査における合否基準の設定、点検頻度の設定。
（２）新しい非破壊検査技術又は装置の定量的性能把握。
（３）異なった非破壊試験方法の定量的な比較。
（４）使用中の装置における劣化度合いの定量的評価。
（５）検査技術者の能力把握。
【０００８】
内部に欠陥を有する試験片（標準試験片）の場合、非特許文献１には拡散接合による標準試験片の製作が例示されている。
しかし、内部欠陥については従来、自然欠陥に近い欠陥を作製する手段がなかった。そのため体積的な試験方法ではその能力を評価するには自然欠陥に近い欠陥を用いた試験が必要であるが、従来は適切に試験方法を評価できなかった。
【０００９】
ティグ溶接（ＴＩＧ溶接）では、タングステン電極を用いるため、溶接後の溶接金属内に異物としてタングステンが混入する場合がある。またその他の溶接法、例えば被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、ミグ溶接（ＭＩＧ溶接）、等でも溶接後の溶接金属内に異物が混入する場合がある。
しかし、従来の試験片は、溶接後の溶接金属内に異物が存在しないため、実際の自然欠陥とは大きく相違し、溶接部の非破壊試験用試験片としては問題があった。
【００１０】
また、金属片同士を実際に溶接し、その溶接中の溶融池に異物（例えばタングステン）を混入させた場合、異物の界面（特に裏側）にミクロ的な隙間ができ、実際の自然欠陥と相違する問題があった。また、この場合、異物の位置を正確に位置決めできない問題点もあった。
【００１１】
そのため、従来、溶接後の溶接金属内に異物が存在する場合に、超音波探傷試験による欠陥検出確率を示すＰＯＤ曲線の作成は非常に困難であった。
【００１２】
本発明は、上述した問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、擬似欠陥を溶接金属内に有する非破壊試験用溶接試験片を用いて、超音波探傷試験による欠陥検出確率を高い精度で解析することができる解析方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、（Ａ）母材を溶接する溶接金属内に擬似欠陥を有する非破壊試験用溶接試験片を製作し、
（Ｂ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データを取得し、
（Ｃ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データを取得し、
（Ｄ）超音波探傷試験データから前記超音波探傷試験による擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成する、ことを特徴とする超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明の方法によれば、母材を溶接する溶接金属内に擬似欠陥を有する非破壊試験用溶接試験片を製作するので、実際の自然欠陥に近い擬似欠陥を有し、かつ異物の位置を正確に位置決めした溶接試験片を用いることができる。
【００１５】
また、溶接試験片を製作するので、擬似欠陥の寸法と位置は予め既知であり、放射線透過試験により精度の高い放射線透過試験データを取得することができる。
【００１６】
さらに、寸法と位置が既知の擬似欠陥に対して超音波探傷試験により信号の大きさを検出するので、精度の高い超音波探傷試験データを容易に取得することができる。
【００１７】
欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示すデータ（超音波探傷試験データ）から、欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成するソフトウェア（ｍｈ１８２３ ＰＯＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ）は、非特許文献１に開示されている。
従って、このソフトウェアを用いて擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成することにより、超音波探傷試験による欠陥検出確率を高い精度で解析することができる。
【００１８】
従って、本発明の方法によれば、溶接部内部の異物欠陥に対する超音波探傷試験のＰＯＤ曲線を容易に取得することができ、装置或いは方法の能力把握などが定量化できる。
【００１９】
言い換えれば、従来の超音波探傷試験でもサイジング評価を行っているが、確率的にどの程度の正確さでサイジング評価を行っているかが不明であった。しかし、本発明によりＰＯＤ曲線を取得できるので、ＰＯＤ曲線を用いて所望の確率で異物の大きさを推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の解析方法を示す全体フロー図である。
【図２】非破壊試験用溶接試験片の製作方法を示す説明図である。
【図３】製作した溶接試験片を示す図である。
【図４】溶接試験片を用いた放射線透過試験の試験結果を示す図である。
【図５】溶接試験片を用いた超音波探傷試験により得られたデータを示す図である。
【図６】超音波探傷試験による擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明は省略する。
【００２２】
図１は、本発明の解析方法を示す全体フロー図である。
この図に示すように、本発明の解析方法は、Ｓ１〜Ｓ６の各ステップ（工程）からなる。
【００２３】
Ｓ１では、母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０（以下、単に「溶接試験片」と呼ぶ）を製作する。
Ｓ２では、製作した溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データ１２を取得する。
Ｓ３では、製作した溶接試験片１０を用い、擬似欠陥３の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データ１４を取得する。
Ｓ４では、取得した超音波探傷試験データ１４から超音波探傷試験による擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を作成する。
Ｓ５では、放射線透過試験データ１２から、特定の寸法に対する測定結果の標準偏差σを求める。
Ｓ６では、標準偏差σを用いてＰＯＤ曲線１６を安全サイドに補正する。
【００２４】
図２は、溶接試験片１０の製作方法を示す説明図である。この図に示すように、非破壊試験用溶接試験片（溶接試験片）は、（ａ）〜（ｉ）の順で製作する。
【００２５】
この方法は、図２（ｉ）に示すように、母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０を製作する方法である。
母材１は、溶接可能な金属材料、例えば、鉄鋼材料、チタン材料、ニッケル合金等の超合金、又はステンレス鋼である。
溶接金属２は、母材１を溶接するために用いる金属材料であり、好ましくは母材１と同一の金属材料２ａである。
【００２６】
擬似欠陥３は、母材１より融点が高く、溶融金属２と互いに拡散する金属、金属間化合物、酸化物、又は炭化物である。擬似欠陥３として、例えば、タングステン（Ｗ）、ニオビウム（Ｎｂ）、炭化チタン（ＴｉＣ）、炭化モリブデン（ＭｏＣ）などを用いることができる。
擬似欠陥３の形状は任意であるが、擬似欠陥３と溶接金属２の間にミクロ的な隙間を作らないことが重要である。従って、このような隙間ができにくい球形、楕円体、平板、直方体、等が好ましい。
また、擬似欠陥３の大きさは任意であるが、実際の自然欠陥を模擬して最大径が１〜８ｍｍの範囲、更に好ましくは３〜４ｍｍであるのがよい。
【００２７】
図２（ａ）において、初めに溶接金属２と同一金属２ａからなり擬似欠陥３を位置決めする位置決め治具４を準備し、擬似欠陥３を位置決め治具４に位置決めする。
位置決め治具４の形状は任意であるが、後述する溶接（図２（ｂ））において、擬似欠陥３の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接できるように、擬似欠陥３の支持部４ａは溶接により溶け込む厚さに設定し、かつ擬似欠陥３の全体が溶接金属２で囲まれるように位置決め治具４の上下に凹み４ｂがあることが好ましい。
【００２８】
次いで、図２（ｂ）において、溶接金属２と同一金属２ａを用いて、擬似欠陥３の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接する。この溶接はＴＩＧ溶接又はＭＡＧ溶接であるのが好ましい。
【００２９】
次に、図２（ｃ）において、溶接金属２ａ内に擬似欠陥３を有する埋め込み片５を製作する。このステップでは、埋め込み片５の外面を機械加工する。
埋め込み片５の形状は任意であるが、後述する溶接（図２（ｅ））において、埋め込み片５の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接できるように、埋め込み片５の金属片６（後述する）との接合部５ａは溶接により溶け込む厚さに設定し、かつ金属片６との溶接部分に開先を設けることが好ましい。この開先角度は、例えば金属片６の接合面に対して３０〜４５°であるのがよい。
【００３０】
埋め込み片５の外面を機械加工後、最初に予備試験を行うこととし、切断し、ミクロ評価で隙間が無いことを確認することが好ましい。以下この予備試験を「切断ミクロ評価」と呼ぶ。ミクロ的隙間が無いことが確認できたら、製造工程を固定して、予備試験と同じ条件で溶接を行う。
【００３１】
次いで、図２（ｄ）において、埋め込み片５を母材１と同じ母材金属からなる金属片６に位置決めする。この位置決めは、例えば、擬似欠陥３を金属片６の厚さの中心に位置決めし、埋め込み片５を母材１に溶接金属２と同一金属２ａを用いて仮付けする。
【００３２】
次に、図２（ｅ）（ｆ）において、溶接金属２と同一金属２ａを用いて、埋め込み片５の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接する。この溶接はＴＩＧ溶接又はＭＡＧ溶接であるのが好ましい。
【００３３】
次に、図２（ｇ）において、溶接金属２ａ内に擬似欠陥３を有する溶接試験片７を製作する。このステップでは、溶接試験片７の外面を機械加工する。
溶接試験片７の形状は任意であるが、この例では、２つの溶接試験片７を突き合わせ溶接できるように、製作した２つ溶接試験片７の擬似欠陥３を有する溶接金属部に開先面８を加工する。この開先角度は、例えば溶接試験片７の表面に直交する平面に対して３０〜４５°であるのがよい。
この機械加工後、上述した切断ミクロ評価を行うことが好ましい。ミクロ的隙間が無いことが確認できたら、製造工程を固定して、予備試験と同じ条件で溶接を行う。
【００３４】
次に、図２（ｈ）において、溶接金属２と同一金属２ａを用いて、２つの溶接試験片７の開先面８同士を突合せ溶接する。この溶接はＴＩＧ溶接又はＭＡＧ溶接であるのが好ましい。
この溶接後、上述した切断ミクロ評価を行うことが好ましい。ミクロ的隙間が無いことが確認できたら、製造工程を固定して、予備試験と同じ条件で溶接を行う。
【００３５】
次いで、図２（ｉ）に示すように、突合せ溶接後の溶接試験片７の外面を機械加工して非破壊試験用溶接試験片１０が完成する。
なお、突合せ溶接は、必須ではなく、上述した溶接試験片７を非破壊試験用溶接試験片１０として用いてもよい。
【実施例１】
【００３６】
図３は、製作した非破壊試験用溶接試験片１０を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図である。溶接試験片１０の大きさは、幅２３５ｍｍ×長さ３６０ｍｍ×厚さ３８ｍｍである。
この実施例では、母材１として鉄鋼材料（ＳＭ４９０）を用い、溶接金属２として、母材１と同じ鉄鋼材料（ＳＭ４９０）を用いた。
また擬似欠陥３としてタングステン球を用いた。タングステン球の直径は、１〜１６ｍｍの範囲とした。
各擬似欠陥３（タングステン球）は、厚さの中心位置に、図３（Ａ）の上端から直径５，６，７，８ｍｍの順で配置した。
【００３７】
図３において、Ａ，Ｂは基準面、Ｘ，Ｙは溶接試験片１０に設定してＸ軸とＹ軸、ａ〜ｈは擬似欠陥３の位置、図中の１〜４の数字は、超音波探傷試験における探傷方向を示している。
【００３８】
図４は、溶接試験片１０を用いた放射線透過試験の試験結果を示す図である。この図において、横軸は擬似欠陥３（タングステン球）に寸法であり、縦軸はＸ線法（放射線透過試験）による寸法測定結果である。この図は、擬似欠陥３の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データ１２である。
【００３９】
この放射線透過試験の撮影条件は以下の通りである。
（１）電圧：９５０ｋＶ
（２）Ｘ線フィルム：ＦＵＪＩ＃５０（寸法：１０インチ×１２インチ）
（３）焦点−フィルム間距離：１５００ｍｍ
（４）増感紙
Ｆｒｏｎｔ（線源側）Ｐｂ：０．５ｍｍ、Ｂａｃｋ（フィルム側）Ｐｂ：１．０ｍｍ
（５）ＳＦ５０によるＸ線フィルムのデータ取り込み（取り込みピッチ５０μｍ）
（６）画像処理：Ｒｈｙｔｈｍ Ｆｌａｓｈ Ｆｉｌｔｅｒ
【００４０】
図４から、製作した溶接試験片１０は、界面にミクロ的な隙間がない自然に近い擬似欠陥３を溶接金属２内に有し、かつ擬似欠陥３を溶接金属２内に正確に位置決めすることができることが確認された。
【００４１】
図５は、溶接試験片１０を用いた超音波探傷試験により得られたデータを示す図である。この図は擬似欠陥３の寸法（横軸）と超音波探傷試験による信号の大きさ（縦軸）との関係を示す超音波探傷試験データ１４である。
【００４２】
この超音波探傷試験の試験条件は以下の通りである。
（１）探傷器 ＴｏｍｏＳｃａｎ Ｆｏｃｕｓ ＬＴ ＴｏｍｏＶｉｅｗ ２．７Ｒ６
（２）探触子 ５Ｌ３２Ａ１１ ３２チャンネル
（３）周波数 ５ＭＨｚ
（４）感度設定 ＪＩＳ Ｚ ３０６０ ＲＢ４１ Ｎｏ．２を８０％に設定
【００４３】
図６は、超音波探傷試験による擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を示す図である。この図において、横軸は欠陥寸法ａ（ｍｍ）、縦軸はＰＯＤ（欠陥検出確率）である。
ＰＯＤ曲線１６は、上述した放射線透過試験データ１２（放射線透過試験の寸法結果）と超音波探傷試験データ１４（超音波探傷試験のエコー高さのデータ）を非特許文献１のＭＩＬハンドブックに基づくソフトウェア（ｍｈ１８２３ ＰＯＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ）によって解析することにより、得ることができる。
【００４４】
一般的に、欠陥検出限界は９５％信頼度で９０％検出確率の値ａ９０／９５の値で示す。また、本発明では、Ｓ５において放射線透過試験データ１２から、特定の寸法（例えば２ｍｍ）に対する測定結果の標準偏差σを求め、Ｓ６において、標準偏差σを用いてＰＯＤ曲線１６を安全サイドに補正している。
すなわち、放射線透過試験データ１２から得られた誤差３σ（この例では０．５８ｍｍ）を考慮し、ａ９０／９５＋０．５８を超音波探傷試験による欠陥検出限界とすることにより、より安全サイドにＰＯＤ曲線１６を用いてＰＯＤ解析を行うことができる。
【００４５】
上述した本発明の方法によれば、母材１を溶接する溶接金属２内に擬似欠陥３を有する非破壊試験用溶接試験片１０を製作するので、実際の自然欠陥に近い擬似欠陥３を有し、かつ異物の位置を正確に位置決めした溶接試験片１０を用いることができる。
【００４６】
また、溶接試験片１０を製作するので、擬似欠陥３の寸法と位置は予め既知であり、放射線透過試験により精度の高い放射線透過試験データ１２を取得することができる。
【００４７】
さらに、寸法と位置が既知の擬似欠陥３に対して超音波探傷試験により信号の大きさを検出するので、精度の高い超音波探傷試験データ１４を容易に取得することができる。
【００４８】
欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示すデータ（超音波探傷試験データ１４）から、欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成するソフトウェア（ｍｈ１８２３ ＰＯＤ ｓｏｆｔｗａｒｅ）は、非特許文献１に開示され既知である。
従って、このソフトウェアを用いて擬似欠陥３の検出確率を示すＰＯＤ曲線１６を作成することにより、超音波探傷試験による欠陥検出確率（ＰＯＤ）を高い精度で解析することができる。
従って、本発明の方法によれば、溶接部内部の異物欠陥に対する超音波探傷試験のＰＯＤ曲線１６を容易に取得することができ、装置或いは方法の能力把握などが定量化できる。
【００４９】
言い換えれば、従来の超音波探傷試験でもサイジング評価を行っているが、確率的にどの程度の正確さでサイジング評価を行っているかが不明であった。しかし、本発明によりＰＯＤ曲線１６を取得できるので、ＰＯＤ曲線１６を用いて所望の確率で異物の大きさを推定することができる。
【００５０】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変更することができることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 母材、
２ 溶接金属、２ａ 溶接金属と同一金属、
３ 擬似欠陥、４ 位置決め治具、
４ａ 支持部、４ｂ 凹み、
５ 埋め込み片、５ａ 接合部、
６ 金属片、７ 溶接試験片、
８ 開先面、
１０ 非破壊試験用溶接試験片（溶接試験片）、
１２ 放射線透過試験データ、
１４ 超音波探傷試験データ、
１６ ＰＯＤ曲線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ａ）母材を溶接する溶接金属内に擬似欠陥を有する非破壊試験用溶接試験片を製作し、
（Ｂ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データを取得し、
（Ｃ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データを取得し、
（Ｄ）超音波探傷試験データから前記超音波探傷試験による擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成する、ことを特徴とする超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法。
【請求項２】
前記擬似欠陥の寸法と放射線透過試験による測定結果との関係から、特定の寸法に対する前記測定結果の標準偏差σを求め、
前記標準偏差σを用いてＰＯＤ曲線を安全サイドに補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の解析方法。
【請求項３】
前記（Ａ）において、
（Ａ１）溶接金属と同一金属からなり擬似欠陥を位置決めする位置決め治具を準備して擬似欠陥を位置決めし、
（Ａ２）前記溶接金属と同一金属を用いて、前記擬似欠陥の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接して、溶接金属内に擬似欠陥を有する埋め込み片を製作し、
（Ａ３）前記埋め込み片を前記母材と同じ母材金属からなる金属片に位置決めし、
（Ａ４）前記溶接金属と同一金属を用いて、前記埋め込み片の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接して、溶接金属内に擬似欠陥を有する溶接試験片を製作する、ことを特徴とする請求項１に記載の解析方法。
【請求項１】
（Ａ）母材を溶接する溶接金属内に擬似欠陥を有する非破壊試験用溶接試験片を製作し、
（Ｂ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と放射線透過試験による測定値との関係を示す放射線透過試験データを取得し、
（Ｃ）前記溶接試験片を用い、擬似欠陥の寸法と超音波探傷試験による信号の大きさとの関係を示す超音波探傷試験データを取得し、
（Ｄ）超音波探傷試験データから前記超音波探傷試験による擬似欠陥の検出確率を示すＰＯＤ曲線を作成する、ことを特徴とする超音波探傷試験による欠陥検出確率の解析方法。
【請求項２】
前記擬似欠陥の寸法と放射線透過試験による測定結果との関係から、特定の寸法に対する前記測定結果の標準偏差σを求め、
前記標準偏差σを用いてＰＯＤ曲線を安全サイドに補正する、ことを特徴とする請求項１に記載の解析方法。
【請求項３】
前記（Ａ）において、
（Ａ１）溶接金属と同一金属からなり擬似欠陥を位置決めする位置決め治具を準備して擬似欠陥を位置決めし、
（Ａ２）前記溶接金属と同一金属を用いて、前記擬似欠陥の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接して、溶接金属内に擬似欠陥を有する埋め込み片を製作し、
（Ａ３）前記埋め込み片を前記母材と同じ母材金属からなる金属片に位置決めし、
（Ａ４）前記溶接金属と同一金属を用いて、前記埋め込み片の外面全体をミクロ的な隙間なく溶接して、溶接金属内に擬似欠陥を有する溶接試験片を製作する、ことを特徴とする請求項１に記載の解析方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６４６６８（Ｐ２０１３−６４６６８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４００９（Ｐ２０１１−２０４００９）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（０００１９８３１８）株式会社ＩＨＩ検査計測 (132)
【Ｆターム（参考）】
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