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論文

Proposal of laser-induced ultrasonic guided wave for corrosion detection of reinforced concrete structures in Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant decommissioning site

古澤 彰憲; 竹仲 佑介; 西村 昭彦

Applied Sciences (Internet), 9(17), p.3544_1 - 3544_12, 2019/09

本研究の狙いは、鉄筋と周囲のコンクリートの密着性が、鉄筋を伝播する超音波に与える影響を実験的に調査し、鉄筋コンクリートの腐食劣化の検査法への適用可能性を示すことである。最初に、密着性の異なる鉄筋コンクリートの試験体をもちいて、密着の有無と密着強度の劣化が鉄筋を伝播する超音波に与える影響について実験・調査する。次に、健全な鉄筋コンクリート試験体を加速腐食試験に供し、腐食の程度に伴って変化する超音波の波形について実験・調査する。得られた超音波の波形は周波数解析と群速度分散極性の解析解との比較検討を行い、鉄筋の腐食劣化の検査法への適用の観点から重要な事項について議論する。最後に、腐食劣化による鉄筋と周囲のコンクリートの密着性の変化は、超音波信号の周波数領域に明瞭に表れ、鉄筋コンクリートの非破壊検査法に有効であることが分かる。

論文

Potential for remote controllable systematization of the method of testing reinforced concrete using guided-wave on rebar

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介; 村松 壽晴

Proceedings of International Topical Workshop on Fukushima Decommissioning Research (FDR 2019) (Internet), 4 Pages, 2019/05

本報告では、超音波ガイド波を用いた鉄筋コンクリートの検査法とその遠隔操作可能なシステム化への可能について報告する。具体的には、レーザーによって鉄筋コンクリートの鉄筋を伝播する超音波を励起して、腐食事象の進展に伴って変化する波形から腐食劣化の検出が可能であるか実験的に検証した。実験に用いた試験体は、鉄のロッドとその周囲にモルタルを塗布することで作成し、一方は電解腐食法によって腐食劣化させた。腐食の進展に伴って発生する超音波信号の変化の解析の結果から、周波数領域において顕著な信号の変化がみられることが確認できた。これらの実験結果に係る考察と遠隔操作可能な検査システム化への展望について報告する。

論文

Development of laser instrumentation devices for inner wall of high temperature piping system

西村 昭彦; 古澤 彰憲; 竹仲 佑介*

AIP Conference Proceedings 2033, p.080002_1 - 080002_5, 2018/11

伝熱管内壁の検査補修技術として光ファイバイメージスコープとレーザー溶接技術を組み合わせた保守保全装置の開発を行ってきた。ファイバスコープによる観察、レーザー肉盛り加工補修、コノプローブ計測など主要な技術について報告する。本技術は高速炉配管への適用を計画している。本会議では、高速炉2次系配管と構造的に共通要素が多い太陽熱発電プラントへの適用を提案する。本技術は、高繰り返し熱負荷と溶融塩腐食にさらされる太陽熱発電プラントの保守保全に有用である。

論文

Thermal management of heat resistant FBG sensing for high temperature industrial plants

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古澤 彰憲; 鳥本 和弘; 上田 雅司; 福田 直晃*; 平尾 一之*

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.52 - 59, 2017/08

超短パルスレーザーによる点描加工を用いて耐熱FBGセンサを製作した。このFBGセンサは高温の産業プラントの熱管理に最適のセンサである。ここでは金属モールドの内部に耐熱FBGセンサを埋め込み、ナトリウム循環配管に設置した。配管にはナノサイズ銀粒子による接着を行った。ナトリウム循環配管はナトリウム取扱い技術高度化のための実証施設である。この施設では500度を超える高温ナトリウムを毎秒5メートルの流速で循環させることが可能である。耐熱FBGセンサは配管エルボに設置され、熱膨張を明確に検出できた。さらに、急激な冷却過程では配管の収縮過程を解明することができた。我々は、耐熱FBGセンサを用いることで高温産業プラントに対して先進的な遠隔からの熱管理が可能であることを提案する。

論文

Ultrasonic guided wave approach for inspecting concave surface of the laser butt-welded pipe

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 武部 俊彦*; 中村 将輝*; 竹仲 佑介*; 西條 慎吾*; 中本 裕之*

E-Journal of Advanced Maintenance (Internet), 9(2), p.44 - 51, 2017/08

本論文では、配管のレーザー突合せ溶接に対して超音波ガイド波検査法が適用可能であるかを調査する。10種類の異なる溶接条件で作成した突合せ溶接配管試験体に対して超音波ガイド波試験を行い、検査信号の解析を行った。励起した超音波ガイド波はTモードガイド波であって、その励起と受信にはEMATを使用した。試験で得られたガイド波信号を解析することで溶接不良部からのガイド波検出信号が明瞭に測定される一方、十分に溶け込んだ溶接部からは反射信号がなく、突合せ溶接された溶接部の状況とガイド波検出信号に相関があることを確認し、超音波ガイド波検査法はレーザー突合せ溶接に対して適用可能性があることを示した。

論文

福井県における原子力機構によるレーザー研究開発と産業振興

古澤 彰憲; 竹仲 佑介*; 西村 昭彦; 水谷 春樹; 村松 壽晴

日本保全学会第14回学術講演会要旨集, p.479 - 480, 2017/08

本報告では、原子力機構福井支部における、レーザー応用研究と産業振興について述べる。産業振興はプラント保全保守技術の発展および廃炉技術の確立のため不可避であり、長期的な視点をもって戦略的に取り組むべき課題である。日本原子力機構福井支部ではその視点に基づいてこれまでに、産業振興と産業界との技術交流を促進する公開セミナー活動を行ってきた。ここでは平成29年度における同セミナーで紹介した課題のうち特にレーザー応用研究開発に関するものの紹介を行い、最後に我々の目指すところと重要な視点について述べる。

論文

ピコ秒レーザ加工による耐熱FBGセンサ製作と高温産業用プラントへの接着

西村 昭彦; 竹仲 佑介*

スマートプロセス学会誌, 6(2), p.74 - 79, 2017/03

ピコ秒レーザーによる点描加工による耐熱FBGセンサの製作とステンレス配管への実装結果についての成果である。実装には、ナノ銀コロイド接着剤を使用した。耐熱FBGセンサの製作には、ピコ秒パルスレーザーと顕微鏡及び微動ステージの組み合わせにより実施した。ステージの等速運動の制御により、1530nmから1560nmの範囲において、半値全幅2から3nmのライン幅のFBGセンサの製作に成功した。500度を超えるナトリウムループの熱膨張の監視技術として、高速炉の保全はもとより石油化学プラントや製鉄設備など、様々な高温産業プラントの安全性向上に資することができる。

論文

An Approach for remote nondestructive testing method for concrete structure using laser-generated ultrasonic

古澤 彰憲; 西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 中村 香織*

Proceedings of 54th Annual Meeting of Hot Laboratories and Remote Handling (HOTLAB 2017) (Internet), 6 Pages, 2017/00

福島第一原子力発電所の廃炉作業は東日本大震災以降、原子力機構の最も重要な課題の一つである。廃炉作業は今後数十年に渡り行われ、その作業性を担保するために原子力発電所のコンクリート構造物の検査・監視・保全保守技術は重要かつ不可避であり、精力的に推進する必要がある。最近の報告でもコアコンクリート反応によるコンクリート構造物の劣化状況を推定することは難しいとされている。加えて海水注入による鉄筋の腐食が進行していることは明らかであり、既存のコンクリート検査法が遠隔操作に適していないことから新たな鉄筋コンクリート検査方法を考慮するべきである。鉄筋コンクリートの劣化プロセスの中で、鉄筋-コンクリート間の隙間や密着性の低下が発生する。この事象に注目して我々は新しい鉄筋コンクリートの検査法が開発できないかと着目した。具体的には鉄筋コンクリート中の鉄筋にレーザーを照射することでレーザー生成超音波を発生させ、鉄筋中を伝播させる。伝播させ、内部の劣化情報を得た超音波波形を遠方のLDVで測定する。今回は、これらの隙間や密着性の低下が鉄筋を伝播する超音波にどのような影響を与えるのか実験的に調査したので報告する。

論文

Surface modification effects on hydrogen absorption property of a hydrogen storage alloy by short pulse laser irradiation

阿部 浩之; 下村 拓也; 徳平 真之介*; 島田 幸洋*; 竹仲 佑介*; 古山 雄太*; 西村 昭彦; 内田 裕久*; 大道 博行; 大島 武

Proceedings of 7th International Congress on Laser Advanced Materials Processing (LAMP 2015) (Internet), 4 Pages, 2015/08

短パルスレーザー(ナノ秒,フェムト秒)を水素吸蔵合金表面層に照射し、水素吸蔵能向上を目指す表面改質実験を行った。レーザー条件をパルス幅100fsec、エネルギー0.2-3.4mJ/pulseとして、水素吸蔵合金LaNi$$_{4.6}$$Al$$_{0.4}$$合金に照射することで表面の局所構造を変化させ、この吸蔵合金の初期水素吸蔵反応とレーザー照射との相関について調べた。その結果、フルエンスで2.0mJ/cm$$^{2}$$付近でのレーザー照射したサンプルは未照射サンプルに比べ、1.5-3.0倍水素吸蔵初期反応速度が速くなり水素吸蔵能が向上することを見いだした。これによりレーザー照射は水素吸蔵材料の表面改質に有効であると結論づけられる。

論文

Demonstration of heat resistant fiber Bragg grating sensors based on femtosecond laser processing for vibration monitoring and temperature change

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行

Journal of Laser Micro/Nanoengineering, 9(3), p.221 - 224, 2014/11

 パーセンタイル:100(Nanoscience & Nanotechnology)

耐熱FBGセンサをフェムト秒レーザー加工により製作し、原子炉配管の高温に適用した。このセンサを鋼板表面に実装し、共振条件での振動試験を実施した。本センサの耐熱性能は600$$^{circ}$$Cである。安定化波長可変レーザーを使用して原子炉の日常点検のモニタとして利用できることを試験した。このセンサを繰り返し歪み計測を行なえるよう振動鋼板に取り付けた。溶接、ロウ付け、半田付け、そして貴金属接着剤など、各種の取り付け方法について議論した。

論文

New instrumentation using a heat resistant FBG sensor installed by laser cladding

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也

Proceedings of 22nd International Conference on Nuclear Engineering (ICONE-22) (DVD-ROM), 6 Pages, 2014/07

2007年より、原子力機構ではレーザー・光技術を用いた構造健全性の監視技術開発を実施してきた。超短パルスレーザー加工によるFBGセンサが最有力手段である。耐熱性を最も有効に活かすためにレーザー肉盛り加工により埋め込みを行った。ステンレス鋼材に溝加工を施した。熱源にはQCWレーザーを使用し、フィラーワイヤを溶接した。溶接ビードは良好なものとなった。FBGセンサはしっかりと固定されたが、反射スペクトルに劣化は認められなかった。FBGセンサは衝撃や音響振動を効果的に検出することができた。加熱により6nmの反射ピークのシフトが得られ、これは600度の温度上昇に相当する。FBGセンサを固定するための小型レーザー肉盛り装置についても紹介を行った。

論文

Demonstration of heat resistant Bragg grating by femtosecond laser processing for vibration monitoring

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 寺田 隆哉; 大道 博行

Proceedings of 1st Smart Laser Processing Conference 2014 (SLPC 2014), 4 Pages, 2014/04

耐熱FBGセンサがフェムト秒加工により製作された。これらセンサを原子炉配管に適用するために、高温での振動試験が試みられた。このFBGセンサは600$$^{circ}$$Cでの耐熱性能を示した。波長可変レーザーを用いた周波数安定化検出システムが試験された。これは原子炉での日常点検における構造健全性の確認に役立つ。このFBGセンサは振動により歪が誘起された鋼板の上に取り付けられた。FBGセンサの金属モールドのため、溶接、ロウ付け、貴金属微粒子接着剤について考察を行った。

口頭

伝熱管内壁検査補修技術の高度化

西村 昭彦; 赤津 朋宏*; 竹仲 佑介*; 山口 智彦; 伊東 富由美; 岡 潔; 山下 卓哉

no journal, , 

FBR伝熱管内壁の検査と補修を目的として、1インチ伝熱管内壁に挿入できるプローブシステムを完成させ、熱交換器モックアップ試験装置を用いてシステムの総合試験を実施した。ここでは、レーザ溶接により補修可能な割れ深さを把握するためレーザ加工ヘッドを中心にシステムの改良を実施した。伝熱管溶接部の補修のため、改良したレーザ加工ヘッドを使用して、1インチ伝熱管を対象に補修試験を実施した。ECTにより検知できるノッチ深さは、内径1インチの2.25%クロム鋼伝熱管の肉厚3.8mmの10%であることが判明している。このノッチ深さに相当する配管の間隙をレーザ溶接により溶融することができた。ここで、溶接部の健全性検査には蛍光磁性粉含有マイクロカプセルを用いた目視観察が有効である。

口頭

熱交換器内壁検査補修用プローブシステムの改良

西村 昭彦; 竹仲 佑介*; 赤津 朋宏*

no journal, , 

高速炉の検査補修技術として、SGの伝熱管内壁の微小欠陥を発見後に直ちに補修することで施栓を回避しSGの寿命を伸ばすことが重要となる。平成19年からの3年間のプロジェクトにおいて、ECTによる微小欠陥の発見とレーザ加工による溶接補修が可能な新プローブシステムを完成させた。総合試験において、熱交換器モックアップ試験棟にて検査補修の模擬演習を実施した。今後の開発課題として、(1)レーザ加工ヘッドの耐久性向上、(2)レーザ照射部分からの蒸着の低減、(3)複合型光ファイバスコープのメンテナンス性向上等が重要である。開発機器の改良により、伝熱管溶接部の補修のため、改良したレーザ加工ヘッドを使用して、1インチ伝熱管を対象に補修試験を実施した。ECTにより検知できるノッチ深さは、内径1インチの2.25%クロム鋼伝熱管の肉厚3.8mmの10%である。このノッチ深さに相当する配管の間隙をレーザ溶接により溶融することができた。

口頭

レーザ溶接部の検査技術開発

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 山田 知典; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*

no journal, , 

われわれはレーザーによる精密スポット溶接部分の検査技術の開発を行っている。熱交換器伝熱管の突合せ溶接の内壁部分を検査に、複合型光ファイバスコープを用いて成功した。これに関連する技術は、以下の3つである。(1)渦電流探傷による高速検査、(2)内視鏡観察、(3)放射光によるX線吸収コントラスト計測。これらの技術は汎用性が高く産業プラントの保守保全に役立つ。

口頭

レーザー溶接時における耐熱FBGセンサの反射ピークの影響

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 古山 雄大*; 下村 拓也; 伊尾木 公裕*

no journal, , 

原子力機構では、レーザー技術を中心とした各種の保守保全技術を推進中である。配管の振動監視としては超短パルスレーザー加工を用いたFBGセンサシステムの開発を進めている。これまでの開発により、FBGセンサ自体の製作に目途をつけることができた。現在500度以上での耐久性試験と配管への実装方法の開発が喫緊の課題である。今回、レーザー溶接によりFBGセンサを鋼材に埋め込み固定することに成功した。ここでは、レーザー溶接が耐熱センサに与える熱影響について報告する。

口頭

耐熱FBGセンサのレーザー熱加工によるSUS鋼材への固定の試み

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 下村 拓也; 大道 博行

no journal, , 

耐熱FBGセンサの特性と計測システムの開発について報告する。FBGセンサの計測には市販の計測システムがそのまま使用できるか、あるいは改造が必要かはFBGセンサの温度特性と測定対象物の振動周波数に依存する。図1に金属モールドで固定したFBGセンサをCWレーザーにより局所加熱を行った結果を示す。ここではSMART FIBERS社製の計測システムを使用した。FBGセンサを固定した金属モールド部分を中心に10mm直径に224Wのレーザー照射を行うことで、加熱開始から10秒後に6.7nmの反射ピークシフトが得られた。これは温度に換算すると558度となる。この温度で使用できるFBGセンサは市販品にはなく、原子炉の計測に不可欠である。

口頭

耐熱FBGセンサのレーザー熱加工によるSUS鋼材への固定の試み

西村 昭彦; 寺田 隆哉; 竹仲 佑介*; 下村 拓也; 大道 博行

no journal, , 

2007年の能登半島地震以来、原子力施設の耐震モニタリング技術向上を目的として、高温下で長寿命の振動センサの開発を実施している。これまでの開発で、超短パルスレーザーの点描により製作したFBGセンサは600度の高温に耐える。耐熱接着剤による鋼材への貼り付けと振動計測にも成功した。実用化のためには原子力施設の現場での施工性と長期間の信頼性の両方を満たすセンサ装着方法が必要不可欠であり、ファイバを金属モールドで固定することが最適と考えた。超短パルスレーザー加工により製作したFBGセンサをSUSプレートにレーザー加熱により埋め込みをおこなった。FBGセンサを固定した金属モールド部分を中心に10mm直径に224Wのレーザー照射を行うことで、加熱開始から10秒後に6.7nmの反射ピークシフトが得られた。これは温度に換算すると558度となる。講演では周波数安定化波長可変レーザー光源を使用して、600度の温度で500Hzの振動を捉える計測システムと流体計測への応用について報告する。

口頭

短パルスレーザーを利用した材料表面改質による水素吸蔵合金の吸蔵能変化

阿部 浩之; 徳平 真之介*; 下村 拓也; 島田 幸洋*; 竹仲 佑介*; 古山 雄太*; 西村 昭彦; 大道 博行; 内田 裕久*; 大島 武

no journal, , 

ナノ秒やフェムト秒といった短パルスレーザーを利用し、水素吸蔵合金の水素吸蔵能向上を目指すための表面改質実験を行った。本研究ではレーザー(パルス幅100fsec、エネルギー0.2$$sim$$3.4mJ/pulse)をLaNi$$_{5}$$系のLaNi$$_{4.6}$$Al$$_{0.4}$$合金に照射することで表面の局所構造を変化させた。その結果、レーザー照射した試料は未照射試料に比べ、1.5$$sim$$3.0倍程度吸蔵能が向上することを見いだした。これよりレーザー照射は水素吸蔵材料の表面改質に有効であると結論できた。

口頭

配管熱ひずみ計測のための耐熱FBGセンサの実装

西村 昭彦; 下村 拓也; 竹仲 佑介*; 寺田 隆哉; 大道 博行

no journal, , 

原子炉配管の保守保全のため、レーザ加工技術により600度以上の高温に耐えるFBGセンサの開発に成功した。今回は、敦賀白木地区建設中のナトリウム循環施設の直径3インチの配管エルボ部分にセンサの取り付けを行った。試作した耐熱FBGセンサを使用して、敦賀白木地区建設中のナトリウム循環施設の直径3インチの配管エルボ部分にセンサの実装を行った。センサ実装には金属接着剤を使用し、予備加熱として局所的にヒーターで200度に加熱し1時間保持することで、充分な固着力を得た。

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