ミクロ損傷の非破壊検出法の開発; 超音波検出システムによるクリープ疲労損傷検出試験

Development of nondestructive techniques for micro-damages; Application of ultrasonic detection method for evaluation of creep-fatigue damage

川崎 弘嗣

Kawasaki, Hirotsugu

FBRプラントの余寿命診断法の開発にあたり,寿命初期の段階から余寿命を評価するため,クリープ疲労による材料の損傷をミクロレベルから非破壊的に検出する方法を開発している。このため,損傷に支配的と考えられるキャビティを模擬して作製した空孔模擬材とクリープ疲労損傷を受けた試験片に関して,周波数特性変化の検出に有効と考えられるバースト波を用いた超音波検出を行い,クリープ疲労損傷の検出可能性と検出された信号に対して損傷を有効に評価できるパラメータについて検討した。得られた結果は以下の通りである。(1)キャビティ発生を模擬してミクロ空孔発生量を変化させた3種類の空孔模擬試料に対し,空孔面積率が10以下になると超音波音速の変化量は捉えにくいことがわかった。(2)底面エコーの周波数解析からパワースペクトルのピーク周波数を評価した結果,50MHzセンサーの測定において空孔発生量に相関して顕著な相違が検出できた。(3)クリープ疲労寿命途中でいくつかの段階における損傷材に対して超音波検出を行った結果,損傷の進行に相関したパワースペクトルのピーク周波数変化が検出できた。(4)底面エコーのフーリエスペクトルの周波数帯域面積をパラメータとして評価した結果,空孔発生量の増加やクリープ疲労損傷の進行に対して低下することを確認し,寿命前後での損傷量変化を評価できる見通しを得た。

In order to develop remaining life assessment of FBR plant, application of nondestructive detection for creep-fatigue damage are studied. To evaluate remaining life from early stage of life, nondestructive detection technology was needed to detect for micro-damage. So, the ultrasonic detection system generated burst wave-form which was used effective frequency analysis, was applied to evaluate damage for the specimen with pores imitated cavity which was creep-fatigue damage dominantly and the specimen of creep-fatigue damage. The feasibility for creep-fatigue damage detection and the estimation parameter for quantitative damage detection from bottom echo were evaluated. The results are as follows. (1)The ultrasonic detection were carried out for three types specimen with pores imitated cavity. It was found that ultrasonic velocity was not changed dearly for area fraction of pore below 10. (2)The peak frequency of power spectrum on pore specimen's bottom echo was decreased with increasing area fraction of pore. In case of 50MHz sensor, the difference of peak frequency became more clear. (3)The ultrasonic detection was also carried out for several interrupted specimens under creep-fatigue loading. The peak frequency of power spectrum on creep-fatigue specimen's bottom echo was decreased with progressing creep-fatigue damage. (4)Area of Fourier frequency range as evaluation of damage parameter was decreased with increasing area fraction of pore and with progressing creep-fatigue damage, It was found that this parameter was evaluated for the difference of damage at the early stage of creep-fatigue life.