海川フォーラムを通じてどのように学び、基準を理解し、工学上の問題を解決し、設計審査員試験に合格するか

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製造経験のないデザイナーとして、私はこれまで標準に対する理解や適用も大変不足していました。一昨年の設計審査員試験の前に、海川フォーラムで学び*、規格を理解するとともに、工事現場での規格の活用についても多くの体得がありました。ここで、当時私が収集した例を一つ挙げ、必要としている方々の参考や助けになればと思います。 205.部分的な非破壊検査工学における実際の問題点？ 答：標準をどのように活用して工学上の実際の問題を解決するかは、機械設計者にとって最も重要な仕事であり、例を以下に示す。（1）標準引張強度の下限値Rmが540MPa以上の低合金鋼製容器のすべてのAクラスおよびBクラスの溶接継手について、その溶接継手の厚さが20mmを超える場合は、元の非破壊検査方法とは異なる検査方法を用いて別途局部検査を行う必要があり、この検査にはすべての溶接部の交差部分も含まれる。この条項に関するよくある質問：追加される局所的非破壊検査に応じて、適用される合格レベルはX線III級または超音波II級に引き下げられます。実際には、追加の非破壊検査による合格レベルを下げるべきではない。誤りが生じた原因は、「局所的」な要求のみを考慮し、「付加的」な性質を見落としたからである。「追加」の性質を考慮すると、その検出率は20％ではなく、120％となる； （2）局所的非破壊検査については、次の点を強調すべきである。「検査長さは、各溶接継手の長さの20％以上であり、かつ250mm以上でなければならない。」溶接部の交差部分はすべて検査しなければならない。”このとき、全体量は部分の合計より大きい； （3）設計図面において「JB4730に従って鋼板の超音波検査を行う」と要求しているが、合格基準については考慮されていない。合格レベルについては、設計者が技術文書において明確にしなければならない； （4）設計図面に基づく要求：溶接部に対して100％の「X線または超音波検査」と「磁気探傷または浸透探傷」を実施する一方で、「図面の技術規定に従う」という要求を無視または放棄している。設計書には、圧力容器の技術要件の一貫性を確保するため、非破壊検査の具体的な方法を明記しなければならない。GB150などの規格が対象とするのは、新たに製造される圧力容器だけではありません。標準的な観点から、レーザーは超音波に、磁粉は浸透探傷に相当する。基準は一般的なものを指すことができるが、設計書は具体的なものを指し、製造者ではなく設計者がX線、超音波、磁気探傷、浸透探傷の中から選択しなければならない； （5）設計図面による要求事項：ケーシングの鋼板は一枚ずつUT探傷を行い、≥Ⅲ級の検査基準を満たす必要がある。設計者の本来の意図は、「ケーシングの鋼板は一枚ずつUT検査を行い、合格レベルはⅢ級以上でなければならない」とすることであった。しかし数値的に見ると、Ⅲ級より大きいのはⅣ級であり、Ⅳ級の品質レベルはⅢ級より低い。この書き方は不適切で、誤解を招きやすい； （6）工事用の直径DN≤65mmの小口径継手については、磁気探傷ではなく浸透探傷を選択すべきである； （7）圧力容器の支持部にある溶接部や、支持部と筒体との間の溶接部には、非破壊検査を行う必要がありますか？その割合はいくらですか？答：上記の溶接部はEクラスの溶接継手に該当し、一部の機器におけるこの種の溶接継手については、GB150 10.4で明確な要求が定められており、鉄磁性のものはMT検査、非鉄金属およびステンレス鋼はPT検査を行い、100％の探傷とI級の合格基準が適用される； （8）圧力容器の突合わせ溶接部には放射線検査を行う必要があり、検査が終了して初めて水圧試験を行うことができる。放射線検査は突合わせ溶接部に欠陥がないかを確認するものだが、水圧試験においても突合わせ溶接部の品質や容器全体の耐圧強度を検査することができる。液圧試験で溶接部に漏れがある場合、その溶接部に欠陥があることを意味します。では、なぜ非破壊検査を行う必要があるのでしょうか？答：非破壊検査の目的は、溶接部の内部や表面、または表面付近にある欠陥の有無を確認することです。基準を超える欠陥があれば修正が必要であり、基準内の欠陥であれば溶接部内に存在しても問題ありません。しかし、これらだけでは溶接部の強度や漏れの有無を証明することはできないため、さらに水圧試験が必要です。両者は互いに代替できない。圧力容器は特殊機器として監査が義務付けられており、設計有効期間内に問題が生じた場合、製造業者は責任を問われる。材料や非破壊検査などが最も重要な証拠となる。また、非破壊検査で100％合格しても、装置に漏れがないとは保証されません。液圧試験は、装置に漏れがないかを検査するだけでなく、主に圧力容器の強度を確認するもので、強度検査のプロセスです。それに、たとえわずかな漏れがあったとしても、液圧試験では見つからないことがあり、容器に漏れがあるかどうかは気密試験で判断できるのです。一般的な容器の場合、液圧試験によって漏れ箇所を見つけることができ、圧力をかけて水漏れが見られれば、溶接が不十分だと判断されます。もし圧力がやや高い圧力容器の場合、液圧試験では漏れの検出はできない。つまり、たとえ漏れがあっても、十分にチェックしなければ見つからない可能性があり、液圧試験中に漏れや圧力の低下が見られなくても、容器の気密性が保証されるわけではない。容器の気密性およびシール面の密閉性は、いずれも気密試験によって検証する必要がある； （9）**媒体でありながら第III種容器でないものは、100％の非破壊検査は不要なのでしょうか？答：固定容量規則によれば必要ないが、GB150 10.3.1によれば必要であり、技術基準が法規よりも厳しい事例； （10）非破壊検査の選定方法について。答：対接溶接部の検査において、X線検査を用いるか超音波検査を用いるかは、かなり慎重に決めなければなりません。検出の観点から言えば、両者にはそれぞれ長所がある。放射線検査は体積型の欠陥に対しては感度が高いが、線状の欠陥、特に厚い溶接部内の微細な未溶着や微小なき裂などは発見が難しい；超音波検査は線状欠陥に対しては感度が高いが、点状欠陥の定量化には不正確である。放射線検査はワークの表面条件をあまり要求しない。溶接品質の評価はフィルムを用いて行われ、直感的で定性評価や記録保存が容易という特徴があるが、深さ方向の寸法を測定するのは困難である；超音波検査は検査面に厳しい要求があり、蛍光画面上の波形を通じて欠陥を評価する。深さの特定が容易であるという特長があるが、直感的ではなく記録も困難である（もちろん技術の進歩に伴い、記録可能な超音波検査技術の利用は増えつつある）。定性評価には総合的な判断が必要であり、検査員は優れた技術力と職務への責任感を備えているべきである。したがって、重要な機器については、2つの方法で検査を行い、互いに補完し合って総合的に判断することで、溶接部の内在的な品質レベルを確保する必要がある。もちろん、溶接部の表面欠陥については、MTやPTを用いて検出する必要があります。また、オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部では一般的にUT検査は用いられない（オーステナイト系ステンレス鋼は結晶粒が粗大で、超音波の減衰や伝播に大きな影響を与えるため）。 また、非破壊検査の基準は装置の設計基準によって決まることを知っておく必要があります。例えば、GB150に基づいて設計されたものはJB4730に従い、ASME基準に基づいて設計されたものはASME第V巻などに従います。非破壊検査には多くの方法がありますが、特殊機器についてはJB/T4730に定められた方法での検査のみを推奨しており、同時に探傷率、品質要件、合格基準も定められています。これらはすべて基本要件であり、つまり特殊機器の安全な使用を確保するために必ず満たさなければならない条件です。しかし、各種の検出方法にはそれぞれ長所と短所があり、どの項目を単独で、または組み合わせて最適化するかは、装置の使用状況に応じて合理的に選択し、相互に組み合わせる必要がある。機器の安全性を保証します。一般的に、I類およびII類の機器は、単一の検出方法で十分です。設計者は必ず注意しなければならない。あらゆる種類の検出法の長所を活かし、短所を克服し、検出すべき部位を確実に検出し、見落としがあってはならない； （11）なぜ、既にX線検査や超音波検査が行われた溶接部に対しても、浸透検査や磁気探傷検査が必要なのか？答：X線や超音波は内部の欠陥を検出し、磁気探傷は表層の浅い欠陥を検出し、浸透探傷は表面の欠陥を検出します。超音波検査には見落としの領域があるため、浸透検査や磁気探傷検査を併用すべきであり、放射線検査の対象となる溶接部は一般的に重要であるため、コストが低い表面検査も併用される。動作原理上の欠点により、X線検査と超音波検査にはそれぞれいくつかの短所がある。非常に重要な溶接部については、石油精製における水素化反応器や、冷間・高温高圧分離タンクなどで、X線検査＋超音波検査＋浸透探傷または磁気探傷が用いられる。規格で定められているのは一般的に最低基準であり、溶接部に高い要求がある場合は状況に応じて引き上げるべきである； （12）ある機器のA種およびB種の溶接部には放射線検査が求められており、同時に溶接部の表面には磁気探傷検査も行う必要がある。この場合、検査の順序はどうすべきか、そしてその理由は何か？答：圧力試験とは、機器の強度や気密性を検査するもので、試験中に機器の溶接部には運転時よりも高い応力がかかり、溶接部が損傷する可能性があるため、圧力試験後の表面検査が必要となります。まず放射線検査を行い、その後で磁気探傷検査を行います。放射線検査は溶接部の内部欠陥を検出するものであるため、放射線検査に合格した後に表面検査を行う方が合理的です；まず磁気探傷を行い、表面検査に合格したら放射線探傷を実施する。内部に欠陥が見つかった場合は、再加工して再度放射線探傷および表面検査を行う必要がある；一方、まず磁気探傷を行いその後でX線探傷を行うと、写真撮影に影響が出るため、非破壊検査ではまずX線探傷を行い、その後で磁気探傷を行うべきである； （13）100%RTとは、装置のA種およびB種の溶接部に対して隙間なくRT検査を行い、試験片同士を重ね合わせることを要求するものである；20％の局所非破壊検査用撮影部位は、T字継手を含むものの、1枚ずつ連続して配置する必要はなく、間隔をあけて配置してもよい。もちろん、交差部は必ず探傷しなければならないが、それ以外は自由に選択でき、手間を省くために連続して行ってもよい。しかし、できればそうしない方が良く、T字継手に加えて、各溶接工の最初の溶接部についても撮影を行うことを推奨します； （14）当社では手間を省くため、通常は下フランジと筒体の溶接後に、筒体の縦継ぎ目および環状継ぎ目のRT検査を行っていますが、このような製造順序は適切でしょうか？答：縦縫いと環状縫いのRT検査順序を定めた基準や規則はなく、したがって許可されていますが、このような検査順序にはリスク（例えば筒体の縦縫いが不合格となり再加工が必要になるなど）があります； （15）HG/T 21574-1994「機器の吊り耳」において、「その他の溶接部はJB/T 4730に従って磁気探傷または浸透探傷を行う必要がある」とされているが、この溶接部にはヘッドやシリンダー本体との溶接部は含まれないのか？場合によっては、装置の直径が小さく、ヘッドの壁厚が薄いため、規格で定められた最小壁厚の要件を満たさないことがあります。そのような場合は、独自に設計したリーフを使用し、その後検証計算を行います。上記の標準的な吊り耳が必要な場合、自分で設計した吊り耳とヘッドの溶接部にも磁気探傷や浸透探傷が必要でしょうか？必要であれば、総図または部品図の技術要求に記載すべきでしょうか？答：ヘッドやセクションと接続されるリフトオンは、標準的に選定されたものであれ非標準設計のものであれ、100％MTまたはPTでなければならない。これは安全性を考慮したものであり、技術仕様書に明記すべきである。技術要件は、一般的にはケーシング同士の溶接継手に使用されるフックの非破壊検査にのみ適用され、フック自体については、まずその材料の品質を確保することが前提となり、これは製造業者が保証するものである； （16）溶接部が非破壊検査を受けた後、溶接部の表面に研磨を行うことは許可されるか？答：放射線検査を行い、合格した場合は研磨が可能ですが、溶接部の余盛りと滑らかさをしっかり管理する必要があります。表面の粗さに要求がある場合は、その粗さに注意する必要があります；MTまたはPT検査の場合は、できれば研磨はしない方が良く、研磨した後は再度MTまたはPTを行うのが最善です。MTやPTはワークの表層付近を検査するため、研磨によって元の検査面が破壊され、つまりMTやPTによる検査はもはや無効になってしまいます； （17）いくつかの図面を見たが、溶着層にはPTが求められているものもあれば、UTが求められているものもあった。規格では、溶着層にはPTが必要だとされていますが、UTが必要だとは記載されていません。UTを行うべき状況というのはあるのでしょうか？関連する規格や基準はありますか？答：UTは、溶着層内の欠陥、溶着層と母材との未結合欠陥、溶着層下の母材の再熱割れを検出するために使用されます；溶着層PTは溶着層表面の欠陥を検査するもので、両者は異なりますが、リアクターではどちらも必要とされます。ケーシングの内壁、チューブプレートなどの重要な部品、または過酷な運転条件下では、UT+PT；一般的な部品で、通常の場面ならPTで十分です； （18）オーステナイト系ステンレス鋼には双晶界面があり、UTの超音波に干渉を及ぼすため、欠陥を正確に判断しにくい。オーステナイト系ステンレス鋼の溶接部には超音波検査を適用できない。これは、オーステナイト系ステンレス鋼には超音波の減衰や伝播に大きな影響を与える二重結晶界面などが存在するためである。しかし、オーステナイト系の鋼板や鍛造品などは超音波検査を行うことができる。双晶境界とは、クロムニッケルからなる平面網目状の境界のことで、高い靭性と塑性を持つため平面網目状となり、黒鉛構造に類似している； （19）非破壊検査は溶接部の強度と関係がありますか？答：非破壊検査は溶接部の内部、表面、および表層付近の欠陥のみを検出でき、溶接継手に荷重がかかった際に欠陥部で応力集中が生じるのを防ぎます。応力集中部の応力が材料の降伏強度を超えると、溶接部が機能しなくなってしまいます。溶接部に欠陥があると、必然的にその強度に影響を与えますが、溶接部の強度は非破壊検査とは直接的な関係はありません。溶接部の強度とは、材料の降伏強度や引張強度などを指し、溶接工程や熱処理状態などによって決まり、溶接部金属の材質、電極の材質、溶接方法、溶接部金属の付着量、そして溶接条件によって生じる溶接部の硬さやその他の特性に依存する； （20）スチームトラップ1台を改造し、円錐底に内部コイルを追加しましたが、接合部の非破壊検査の工程はどのように行うのが良いでしょうか？答：曲げる前にまず継ぎ目を溶接し、RT探傷で合格させます。RTができない場合はUTを行います。その後曲げて成形し、再び継ぎ目を浸透探傷で合格させれば比較的安全でしょう。最後に水圧試験に合格したら水を抜いて装置内に設置します； （21）非破壊検査において、RTとUTは主に検査対象物の内部欠陥を検出するために使用され、MTとPTは検査対象物の表面および表層近くの欠陥を検出するために使用される。なぜGB150ではA種およびB種の溶接部（すなわち突合わせ溶接部）にのみRTまたはUTが適用され、C種およびD種の溶接部にはMTとPTのみが適用されるのでしょうか？CクラスやDクラスの溶接部には内部欠陥が全くないのでしょうか。それはどのようにして保証されるのでしょうか？答：結局のところ、CクラスやDクラスの溶接部はそれほど重要ではなく、表面に欠陥がないことを確認した上で資格を持つ溶接士が溶接を行い、さらに圧力試験で品質をチェックすれば、品質は保証されます。もちろん、その信頼性はRTやUTとは依然として差があります。さらに、C種およびD種の溶接部は一般的に角溶接など、検査が困難な部位であり、RTもUTも適用できないため、品質を保証するには適格な溶接工程評価結果を用いるしかない； （22）GB150では、A種およびB種の溶接継手についてのみ超音波検査または放射線検査が義務付けられており、D種の継手については表面検査のみが要求されている。D種溶接部は、どのような場合に放射線検査または超音波検査が必要になりますか？今日、水素環境下および湿潤なH2S環境下で使用される一式の装置に触れました。設計圧力は7MPa、設計温度は280℃です。技術要件の中には、「内径が200mmを超えるDクラスの溶接継手については、JB/T4730-2005に従って100％の超音波検査を実施し、I級の合格基準を満たすこと」という項目があります。この根拠と出典はどちらでしょうか？答：主に以下の点を考慮する：a）重要性：取り付け部とケーシングの接合部は拘束度が高く、応力集中が大きくなる。また、溶接部の金属は通常母材よりも塑性が低いため、ほとんどのき裂はここから発生する。GB150などの通常の設計計算（一次薄膜応力）では、応力集中の影響は考慮されず、製造上の特別な要求によって制御される；b）特別な要求をしない一般的な方法：溶接施工時において、馬蹄形の開口部は主にガス切断やガスプラズマ切断といった手動による開口処理が用いられ、ビードの角度や鈍縁の寸法を正確に保つことが難しく、ビード表面の酸化皮膜も除去しにくい。また、作業位置も形状を整えるのに適していない。そのため、ひび割れ、溶け込み不良、溶着不良、介在物といった欠陥が非常に発生しやすい。非探傷の要件がないため、溶接工の責任感も低下する。品質の保証が難しい；c）要求の提出：一般的には、特殊な作業条件（疲労、低温、大きな温度勾配、毒性のある媒体、時には可燃性・爆発性のあるもの）の場合にのみ特別に提出される。できればサドル型の切断機を用いて開先を作ることが望ましいが、それがなくても開先の品質は確保しなければならない。裏面から根元をきれいにする両面溶接、またはアルゴンアーク溶接で下地を作った後に両面から溶接して完全に溶着させるプロセスを採用すべきである。以上のことから、クラスDの接続部における特殊な作業状況において非破壊検査を行うことは、合理的かつ必要である； （23）ある管板の溶着施工には、2つの製造順序がありますが、どちらがより合理的でしょうか？a）溶着過渡層－熱処理－PT－UT；b）溶射遷移層－PT－UT－熱処理、どちらがより合理的でしょうか？答：溶射工程は溶射の母材材質に関係があります。Cr-Mo鋼と普通の炭素鋼では要求が異なります。Cr-Mo鋼には遅延割れや再熱割れがあるため、熱処理を非破壊検査の前に行い、試験片を用いて溶接品質を評価し保証する。理論上、再熱割れの傾向がある材料は、熱処理前後に1回ずつ、合計2回の非破壊検査を行うべきである。したがって、Cr-Mo鋼の機器は第1の方法に適している；通常の材料の溶着は、2番目の方法に適している； （24）容器機器を非破壊検査する際、一部の部位では放射線探傷が困難であったり、実施できなかったりする場合、超音波探傷による代替を検討します。設計図面には線探傷のみが要求されていても、TSG R0004-2009やGB150などに明確な規定がない場合、製造業者は自ら判断して放射線探傷に代わって超音波探傷を行うことができます。毎回の監査のたびに設計変更を申請しなければならないのでしょうか？答：検査方法の変更は、一般的に設計院による設計変更を経なければならず、どの検査方法を選択するかも設計の範囲に含まれるからです。超音波検査と放射線検査にはそれぞれ長所があり、一般的には互いに代替することはできない； （25）ある溶接部については100％の全数検査が求められており、記録可能なパルス反射法超音波検査を用いることができない場合、線検査には追加で局部非破壊検査を行う必要があります。この追加検査の割合はいくらですか？20％で、250ミリメートル以上でもいいのですか？答：追加の検査比率については規定がなく、一般的には20％以上の比率で行われます； （26）圧力容器内のステンレス製コイルの継手には、どのような非破壊検査が求められるのか？X線検査か、浸透探傷か？答：一般的には浸透で十分ですが、媒体の毒性や可燃性・爆発性、圧力も確認する必要があります。外径が大きい場合は特に重要で、放射線も検討できます； （27）装置の設計圧力は7.2MPa、容積は13m3；媒体：空気、機械油；溶接部係数は1とする；壁厚50mm。要求：1. A種およびB種の溶接部には100％RT検査を実施し、さらに20％UT検査を追加する；2. 容器の最終熱処理後、すべての溶接部の表面に対して100％の磁気探傷検査を実施し、合格基準はI級とする；3. 容器の水圧試験後、そのA種およびB種の溶接部については、100％の超音波検査も行わなければならず、合格基準はII級である；上記の要求は適切か？答：溶接係数は1であり、A種およびB種の溶接部には100％RTまたは100％UT検査を実施する必要があります。RTの合格基準はII級以上、UTの合格基準はI級以上です；しかし、板厚が38mmを超える場合は、100%RT＋100%UTの検査を行うことが推奨されます。どちらの検査方法も合格しなければならず、検査結果に疑問がある場合はUTの結果を優先するものとします。接合部に100％UT検査が要求される場合、合格レベルはI級でなければならない； （28）Cr-Mo容器の非破壊検査の手順を教えていただけますか？答：我が国で最もよく使用されているCr-Mo鋼には、15CrMoR、14Cr1MoR、12Cr2Mo1Rがあり、強度は順に高くなり、溶接部の遅延割れの傾向も順に大きくなります。A種およびB種の溶接部に組み合わせた非破壊検査が必要かどうかは、通常、設計者が判断すべきものであり、規格上では強制的な規定はない。特に重要なCr-Mo製容器の場合は、組み合わせた非破壊検査を考慮する必要があり、クラスDの継手にはUTを、熱処理後にはUTおよびMTを、水圧試験後にはUTおよびMTを追加するなどが求められる； （29）ある容器では、筒体部分のA種およびB種の溶接継手については20％RTが要求され、合格基準はⅢ級である。一方、継ぎ合わせ継手については100％RTが要求される。この場合、フランジの放射線検査の合格基準はどのように定められるか？答：ヘッドも容器全体の検査合格レベルに従って決定されるべきであり、ここでは検査率は100％ですが、合格レベルはⅢ級合格となります； （30）最近、熱交換器を製作しました。管側の媒体はシアン化水素＋アセトニトリルで、極めて毒性の高いものと分類されています。管側のケーシング材質はS30403で、壁厚は14mmです。技術要件に管側の鋼板の超音波検査の要求を盛り込みましたが、校正の際に削除されました。その理由は、極めて毒性の高い媒体を収容するケーシングの鋼板に対する超音波検査の要求は、規格上炭素鋼および低合金鋼にのみ適用されるからです。質問があります：1.なぜ固有容量規格ではステンレス鋼を制限せず、炭素鋼と低合金鋼の超音波検査のみを規定しているのでしょうか？2. ステンレス鋼には、鋼板の超音波検査を免除できるような特徴があるのでしょうか？3. GB150-2011の付録Eに記載されている低温圧力容器の基本的な設計要件を思い起こすと、総則E1.1条でも特に「本付録は炭素鋼および低合金鋼製の低温容器に適用される」と明記されている。つまり、-196℃以上で使用されるステンレス鋼製の低温容器も、付録Eの一部の規定から免除される可能性があるのだが、その理由は何なのか？答：ステンレスを超音波検査すると雑音が非常に多く、何が欠陥かほとんど判断できないため、通常は超音波探傷は用いられません。低温に関しては、オーステナイト系ステンレス鋼の靭性が非常に高く、マイナス196度以上では低温による脆性破壊はほとんど起こらないため、低温用圧力容器としての処理を行う必要はありません。