はじめに
深層油田の掘削や高圧下の液体輸送といった、腐食を誘発する環境や過酷な条件下では、非常に厚い肉厚（WT）または高いWT/直径比を持つパイプが求められます。 使用状況から、このようなパイプは非常に薄い肉厚のパイプと同様に、品質管理を行うための信頼できる高品質の検査方法も要求されます。
油井管（OCTG）および海洋掘削市場での競争力を維持するため、パイプ製造業では高度な生産性を保ちながら、厚肉パイプの品質を管理する必要があります。 このアプリケーションノートでは、こうした要件を満たす、厚肉でWT/直径比の高いチューブ用の自動検査ソリューションについて述べます。
図1：厚肉パイプ
超音波による厚肉パイプ検査の課題
厚肉パイプの場合、標準的な超音波探傷法では効果がないか、非効率なことがあります。 内径（ID）壁のスキップによってとりわけ長いビーム路程が形成され、SN比が低下する場合もあります（図2を参照）。 一方で、パイプのWT/直径比が高すぎてID反射が起こらない場合も、超音波探傷が難しくなります（図3を参照）。 低い角度のプローブを使用することもできますが、パイプのWTまたは直径比が一定の値を超えると、この方法では限界があります。 パイプの肉厚が厚いため、長い水柱が必要で、ビーム伝搬路程の追加につながります。 標準的なID反射法を使用する場合、ビーム路程が長くなると検査の品質に影響し、検査速度も遅くなるため、検査効率が低下します。
図2：厚肉パイプ内でIDスキップが生じている長い超音波ビーム路程
図3：高い直径比の厚肉パイプ内で、超音波ビームの内部反射が生じていない
フェーズドアレイ超音波探傷試験（PAUT）を使用する厚肉パイプ用の回転式チューブ探傷ソリューション
肉厚が50.8 mm（2インチ）を超えるパイプの場合、この回転式チューブ探傷ソリューションは給水ウェッジ内に2つのプローブを異なる角度で設定して、軸方向のIDおよびODのノッチ欠陥を検出します。
- ID欠陥の検出には8度の入射角を使用します。
- OD欠陥には25度の入射角を使用して、外部壁への直接路程を形成します。
2つの給水ウェッジを使用して、次のように各欠陥の両側を検査します。
- 1つ目の給水ウェッジは時計回りにID欠陥を検査し、反時計回りにOD欠陥を検査します。
- 2つ目のウェッジは時計回りにOD欠陥を検査し、反時計回りにID欠陥を検査します。
この構成によってビーム路程が欠陥に直接到達するようになるので、肉厚50 mm～75 mm（1.96インチ～2.95インチ）のパイプに対して、水柱を60 mm（2.36インチ）まで 小さくすることができます。
結果
欠陥に直接到達する路程では、超音波の伝搬距離が短いので、厚肉パイプの軸方向の欠陥における検出率（POD）が上がります。 高いWT/直径比のパイプの場合、この技法によって、OD欠陥検出のために効率的なID反射を形成する課題を解決できます。
図5と図6は、パイプスキャン例を示しています。 スクロールビュー（上）で、x軸はパイプの軸方向の長さを表し、y軸はIDおよびOD欠陥の検出振幅を表しています。 スクロールビューの下にあるマッピングビューも、パイプの完全な2D結果を表しています。 この例のパイプWTは75 mm（2.95インチ）で、IDノッチとODノッチのSN比はそれぞれ、約15 dBと約22 dBです。
図5：軸方向のID欠陥の検査結果
図6：軸方向のOD欠陥の検査結果
結論とこの厚肉パイプソリューションの主な利点
肉厚が非常に厚いパイプや、WT/直径比が高いパイプの場合、シンプルな構成のフェーズドアレイ（PA）ソリューションを使用して、IDおよびODの表面にある欠陥を軸方向に高精度で検査できます。 短いビーム路程や、ID欠陥とOD欠陥の個別検出によって、再現性もSN比も損なわれることがありません。
この手法の実現可能性は、30%を超える直径比と肉厚75 mm（2.95インチ）のパイプで試験および検証を行い、これまで困難とされていたパイプ探傷範囲に対する超音波探傷の可能性を広げました。 厚肉パイプの探傷ソリューションを必要とする製造業において、この手法を取り入れることで、品質管理の効率と信頼性を向上させることができます。
