パイプライン溶接における欠陥サイジング – 本当に成し遂げられることは何か？

ASME PVP Conference議事録:
会議名を挿入
2004年7月、カリフォルニア州サンディエゴ
PVP2004-2811

要旨

パイプラインでは現在、溶接部欠陥の承認・却下に供用適正評価（Fitness-For-Service（FFS））を使用しています。 FFSでは、破壊力学的評価のために欠陥部位の高さを正確に測定する必要があります。 放射線を用いる標準的なパイプライン溶接部の検査手法では、そのような測定は不可能です。 しかし、超音波を用いる新しい検査手法では、欠陥部位の高さを概ね測定できます。 当初、高さの測定には超音波エコー高さによる判別が行われましたが、信頼性がないことが判明しました。 現在は回折手法、特にTime-Of-Flight- Diffraction（TOFD）が併用されています。 この資料では、以前の研究（主にPISC IIなどの大規模な原子力研究）と、発行されているパイプラインサイジング研究について取り上げます。 原子力サイジングの最高精度は回折を使用して数ミリメートル以内でした。 原子力とは対照的に、パイプラインAUTではゾーン別検査、焦点付き探触子、非常に薄い材料や単純化された分析技法が用いられます。 現在の精度は通常+ 1mm（用語は未定義）であり、ビームスポットサイズと標準的な溶接層に相関しています。 将来的に研究開発によってパイプラインのサイジングは大きく改善されるはずですが、+ 0.3mmの精度の要求はおそらく達成不可能です。

はじめに

どんなに厳密な手順を踏んでも、溶接部の欠陥は必ず発生します。 実際問題として、すべての欠陥を修理で除去することは現実的ではないため、除去すべき欠陥とそのままにする欠陥を判断するための受容基準を用いる必要があります。 この状況は高強度鋼の出現とともにますます重要になっています。通常、グラインディングと再溶接によって管理された微細構造が破壊されるため、欠陥をそのままにしておくより、修理する方がダメージが大きくなる可能性があります。

過去数十年のうちに、欠陥の承認・却下の判断を主に検査システムによる検出に依存する「技量」基準から、破壊力学（Engineering Critical Assessment（ECA）ともいう）に基づく「供用適正評価」（FFS）基準に変わりました。 FFSでは材料靭性、亀裂進展データ、デューティサイクルを用いて耐用年数を見積もり、これによって受容可能な初期欠陥サイズも決まります。 靭性、進展率、欠陥測定といった入力値に許容誤差を持たせることで、計算に堅実性を組み込んでいます。 通常、FFSでは技量基準よりも多くの欠陥を許容するため、却下率とコストが低減されます。 ただし、FFSでは重要な欠陥パラメーターである欠陥部位の高さを正確かつ高い信頼性をもって測定することが不可欠です。

1980年代は、欠陥サイジングの研究を主導していたのは原子力産業でした。FFSを取り入れ始めたのもこの産業です。 ガスパイプライン産業に自動超音波検査手法（AUT）が出現すると[1]、FFSのための検査方法としてAUTが選ばれるようになりました。 パイプライン産業にAUTとFFSが用いられるようになると、却下率が大幅に低下しました（AUTによる工程管理機能は部分的に寄与したにすぎませんが）。

数十年間にわたり、パイプライン溶接部検査では技量基準に基づいて放射線が主に用いられていました。 放射線検査には安全性の問題という自明な課題があることに加えて、欠陥の高さを測定できないという大きな欠点があるため、FFSという選択肢はありません。 ここ20～30年で、超音波検査はさらに普及しました。超音波検査には欠陥の高さを測定する能力がありますが、実際には難しい測定手法であり、誤りも伴います。 主な測定手法は振幅ベースと回折ベースの2つです。 これらの手法について以下に説明します。

振幅と 回折

振幅技法
初期の時代、欠陥サイジングは返ってくる信号の振幅に基づいて行われ、それをノッチや横穴などの機械加工された同等の反射源と相関させていました。 しかし、欠陥のサイズと振幅の相関はあまり高くありませんでした[2]。これは材料、機器、欠陥自体といった検査結果に影響を与える変数の数を考慮すれば無理もありません。 材料、特に鉄鋼には潜在的に音速と微細構造のばらつきがあります。機器にはパルサーのタイプ、周波数帯域、ケーブル、その他固有の電気パラメーターによる潜在的に振幅に影響を与える変数があります。

そしておそらく影響が最も大きい変数は欠陥自体に関するものです。 超音波は欠陥の方向に影響を強く受けます。また、超音波の透過性、粗さ、材料形状がもつ曲率、検査部位も影響します。 従来型超音波手法では、適切な屈折角を適用することにより振幅基準が改善されるものの、特に縦方向の欠陥に対する信頼性は低くなります[3]。 ドイツのDGS技法では、欠陥の振幅を既知の反射源と比較します[4]。これは欠陥を「機械加工された反射源より大きいもの」とするため、FFSには使用できません。 概して、振幅ベースのサイジング技法は信頼性が低く、FFSに必要な基準を満たしません。

欠陥の大部分は未だに振幅ベースの技法でサイジングされているため、6 dB、10 dB、または20 dBの減少がある[5]という複数の現場の専門家による概評は妥当と言えます。 一つ目は、「ビームより小さい欠陥はビーム幅と同じサイズになる傾向がある」ということです。 これは、小さい欠陥が全方向の放射体になることが多く、小さい欠陥はビーム内部のどこへも放射される可能性があるためです。 ただし、小さい欠陥は構造上重要でない場合がほとんどなので、小さい欠陥についてのバックデータは限られます[6]。 二つ目に、「小さい欠陥は実際より大きく、大きい欠陥は実際より小さく」測定されます。 「小さい欠陥が実際より大きくなる状況」は全方向の放射とビーム拡散から容易に理解できます。 ただし、「大きい欠陥が実際より小さくなる状況」は大きな懸念となります。 この状況が発生しやすいのは、例えば欠陥が湾曲している場合であり、固定の屈折角をもつ斜角探触子のビームが縁から漏れ出てしまうため、振幅とサイズ測定値が低くなります。 大きい欠陥の過小評価は、構造物の健全性の評価に関して大きな懸念となる可能性があります。

回折技法
1970年代後半、Harwell研究所のSilk [8]がTime-Of-Flight Diffraction（TOFD）というサイジング（および検出）技法を開発しました。 この技法は、欠陥の先端からの低振幅回折波を使用して欠陥のサイズを測定するもので、振幅基準よりもはるかに正確であることが明らかになりました。 TOFDの基本原理を図1に示します。
回折現象は超音波では極めて一般的であり、その長所と短所を用いて数多くの回折技法が開発されています。 標準的なTOFD技法では、溶接部や構成材の両側でパルサーとレシーバーを別々に使用し、そのほかにエンコーダーの位置情報とコンピューターデータ記録を使用します。 TOFDには外径と内径に大きい死角があるほか、解釈の問題もあります。 また、TOFDにはサイジングできる最少欠陥の限度があり、通常はビームのリングダウンによって決まります（パイプラインの場合約3mm）。 それでもなお、TOFDのサイジング結果は優れています。 図2は、UK Defect Detection Trialsによる振幅ベースのサイジングとTOFDのサイジングの比較を示しています[9]。


図1: TOFDの原理





図2: DDTプレート1からの振幅と回折の比較（上: すべてのサイジング技法、下: TOFDのみ）
後方回折や混合モード探触子など、さまざまな回折手法が開発されています。 同様に、振幅と信号をベースにするその他の技法も試されています。例えば、周波数分析[10]、パターン認識、, HOLOSAFT [11]などがあります。 後方回折はよく使用されているものの、概してこれらの技法の中で商用化されたものはありません。
後方回折では、単一の探触子を使用して回折信号の発信と検出を行います。 システムを大幅に単純化でき、手動操作が可能です。 ただし、後方回折の物理特性は前方回折よりも弱いため、回折された先端の信号を識別するのは困難な場合があります。 それでもなお、後方回折はTOFDと同様の正確さを持っており[12]、小さな死角で小さな欠陥（パイプラインの場合最少0.5 mm）をサイジングできる利点があります[13]。 基本的な手法を図3に示します。

図3: 欠陥サイジングにおける後方回折

原子力のサイジング研究
欠陥サイジング機能については多くの産業が関心を持っていますが[14]、中でも原子力産業は大規模な研究を行い、欠陥の検出およびサイジング機能を究明しました。 主要な2つのラウンドロビンはPISC IIとDDTでした。 特にPISC II はグローバルに行われ、約50チームが約200個の欠陥を持つ4つの構成部品を検査しました[7]。 この研究の規模と範囲のおかげで、結果の統計的分析、サイジングの正確性、欠陥分析がうまくいきました。 当然ながら、見つけるのが最も難しいのはなだらかな亀裂です。 しかし、さまざまな新しい技法が試されたため、サイジングは飛躍的な進歩を遂げました。 PISC IIはTOFDのために実施された最初の公的な試みでしたが、結果は素晴らしいものでした[15]。 英国原子力公社（UKAEA）のRisley研究チーム全体のサイジング精度は、厚さ数百mmのプレートに対して数mm（つまり最大1%）でした。

こうした原子力研究と現在のパイプラインサイジング研究の間には、大きな違いがいくつかあります。
• その1： PISC IIの研究は規模が莫大で、実質的なパラメーター研究を行うことができた。
• その2： 原子力の圧力容器はパイプラインよりも桁違いに厚い。パイプラインの場合、厚さを増しても鉄鋼内の減衰があるため超音波周波数を高くすることはできない。
• その3： 原子力産業ではラスター式のTOFDおよびSAFT（Synthetic Aperture Focusing）を使用する。これにより石油化学産業のリニア式TOFDと比較して精度が幾分改善される。
• その4： 改善されたデータ処理、処理と表示、フェーズドアレイなどの新たなテクノロジーが現れた。 フェーズドアレイによって超音波で検査を行う上での物理法則が変わるわけではないが、複数の異なる屈折角と最適化された検査が可能となる。
• その5： パイプラインでは日常的に高度な焦点付き探触子を使用しているため、ビームサイズが小さくなり、SN比の改善、不要な幾何学的反射（形状エコー）の低減が実現する。
• その6： パイプラインの欠陥（d）は一般に超音波波長（λ）と同じ高さであるため、理論的分析が複雑になる。
• その7： PISCでは研磨された平らな表面を使用した一方、パイプラインではルートとキャップからの幾何学的反射（形状エコー）がある。
• その8： 一般に、求められる品質（つまり費やす時間と費用）は原子力の方がパイプラインよりもはるかに高い。 海洋のライザーやテンドンは例外となる場合がある。
以上を踏まえた上でも、原子力の研究から得られる一般的結論はパイプラインに当てはまります。 パルスエコー法による検出およびサイジングには次の制約があります。 TOFDはほとんどの状況下でサイジング（および検出）に適していますが、TOFDとパルスエコーの両方を使用するのが理想です[15]。数ミリメートルのサイジング精度（パイプラインのほうが高い）が可能です。

パイプラインのサイジング手順と用語
莫大な費用が投じられたPISC IIの研究とは異なり、パイプラインの研究は小規模で細分化される傾向があります。 検査方法の詳細情報もわずかであり、入手できるデータの量も限定的になりがちです。 残念ながら、パイプラインの認可やサイジング研究の多くは独占所有物であるため、公開できません。 後述のリストに、公開されている結果の一部を示します。

分析手順として、パイプラインのオペレーターはパイプをサラミのように切断して大よその欠陥サイズを得たり、溶接部の凍結割断を行ったりすることが多く、注意深く金属組織学的な処理をしていたPISC IIとは異なります。 こうしたことがサイジングや検出に何らかの誤りを本質的に発生させることになります。確かなデータはありませんが、金属組織学的な誤りは犠牲にしたサイジング精度と同じオーダーで現れます。 別の手法としては、最大超音波振幅でのフリーズブレーキングとセクショニングがあります（最大深さではない場合があります）。 パイプラインのスキャンは通常1回実行され（実環境と同様）、詳細なスキャンは行われません（原子力産業とは異なる）。 パイプラインのサイジングでは、ASTM E-1961コード[16]や振幅サイジングの修正版[17]のとおりにゾーンサイズのみを基準にすることがよくあります。 ゾーンサイジングは短時間の大まかな処理であり、原子力産業のように詳細ではありません。

パイプラインの欠陥サイジング用語には曖昧さがあります。 通常、欠陥サイジングの精度は± Y mmとされます。 ± Y mmの科学的根拠は必ずしも明確ではありませんが、以下のように考えられます。
1. 最大誤差（2σ（標準偏差）または結果の95%）
2. 標準偏差σ
3. ASME RMS値
4. 一般的な誤差範囲（つまり「目視範囲」） 一部の著者は2.のσや3.のRMSを明確に引用しており、別のケースでは手順に4.の一般的な誤差範囲を+ 1mmとして引き合いに出しています。 いくつかの公開された結果では、これが事実であることを暗に示していますが、多くのポイントが4.の標準的な誤差範囲外にあることから1.の最大誤差を支持しています。 残念ながら、パイプラインの研究におけるデータポイントの数は、有意義な統計値にするには一般的に少なすぎます。

物理特性による制限事項
欠陥のサイズが波長に近づくにつれて（7.5MHzの横波の場合0.4～0.5mm）、パイプラインの欠陥をモデリングする際に物理特性が問題になります。 （標準的なパイプラインの欠陥は1つの溶接層（1～3mm）のオーダーです。） 分析方法には分析的と数値的の2つがあります。
分析的方法
分析的方法では理想的な亀裂を使用するのが一般的であり、グリーンの定理、キルヒホッフ近似、ボルン近似、回折の一般定理を使用しています[19]。 残念ながら、こうしたすべての分析的方法では方程式を解きやすくするために近似値を使用しており、パイプラインの場合に欠陥サイズが波長と同じくらいであると、それらの近似値は無効になります。 したがって、超音波は現実的な場面では、d～λの条件の欠陥から反射されることが明らかですが、分析的方法ではこの問題を解決できません。

数値的方法
数値的評価の実行にはさまざまな方法がありますが、レイトレーシングではd～λの条件の欠陥には本質的に役に立ちません。 有限要素法（FEM）と有限差分法（FDM）は、近似値を使用するもののうまくいきます。 ただし、FEMもFDMも多くの時間と費用がかかるため[20]、この領域についてはほとんど研究が行われていません。

焦点サイズ
もう1つの重要な考慮事項は達成可能な最小焦点サイズであり、測定可能な最少欠陥サイズが焦点サイズによって制限される場合があります[6]。 理論上の焦点サイズは、開口幅サイズ、周波数（つまり波長）、焦点距離によって決まります。 開口幅16mm、7.5MHz、水中の焦点距離20mm（非常に短い焦点）と想定する場合、半値幅6 dBは2λ、つまり1mmに近づきます。 このことは欠陥サイズが+ 0.5mmより小さくはならないことを示します[20]。 これは後方回折などの技法による現在のサイジング精度[13]と最適化されたラボの結果[21]に相関します。
その一方で、特にパイプラインで振幅技法を使用する場合、焦点が小さすぎると有害であるという見解があります[4, 17]。 ただし、これらの結果は領域識別やその他の技法と比較するとサイジング精度が低いということを示します（以下を参照）。 また、振幅技法にはかなりの制限事項があり、例えば欠陥がビームの中心になければならないほか、ビームより小さくなければなりません。 信号の振幅と欠陥サイズの相関はほとんどありません（例として図4を参照）。

図4： 振幅と測定された欠陥サイズを比較したサンプルパイプラインデータ[22]

パイプラインサイジングの研究

Battelle PNLの研究
1981年、BattelleはNRCの要請で原子力パイプラインの検出およびサイジングのラウンドロビンを7つのチームにより実施しました[23]。 この研究では、クラッドフェライト、オーステナイト系鋳造品および鍛造品を含む複数の原子力タイプ材料が調べられました。また、応力腐食割れなどの実際の欠陥についても研究されました。 用途、手順、テクノロジーは古く、材料も異なりますが、調査結果にはパイプラインの欠陥サイジングが貧弱で、大きなサイジング誤差があったことが示されました。

ゲント大学の研究

1997年、Iploca（International Pipeline and Offshore Contractors Association）はゲント大学における検出およびサイジングの研究に資金提供しました[4, 24]。 検出についてはどのAUTチームも良好な結果を出しましたが、サイジング（1チームのみが担当）では表面割れの欠陥に対して+ 1.5～2mm以内の欠陥サイジング標準偏差となりました。 このサイジング精度は、後に個人による資金提供を受けた検証プロジェクトによって確認されました[24]。 またゲント大学による研究は、内部の欠陥に対するサイジング誤差が極めて大きくなる可能性があることも示しました。

Transcoの研究

近年、AdvanticaはGTIの資金提供を受けて、7つの検査会社による内部研究を実施しました[25]。 ポロシティ、融合不良、銅の亀裂、横方向の欠陥など、約90個の典型的な欠陥が仕込まれました。 研究の主な目的は欠陥検出でしたが（結果は良好）、欠陥サイジングの結果は思わしくなく、σは1.1～1.8mmでした[26]。 最大6mmの誤差が見つかった一方、TOFDは大きめの内部欠陥のみに対して行われました。

Shellの研究結果
Kopp et al [27] は欠陥サイジングを含む内部研究を公開しました（図5を参照）。 これは入手可能な包括的データの一部であり、± 1mmの目視範囲内でかなり散乱しているほか、範囲外のポイントもいくつかあることが示されています。 予想通り、実際よりやや小さく測定されたものもあります。 これらの結果はパイプラインのデータの特色をよく表しており、いくつかの専有研究をこのプロットに重ね合わせることができます。 Shellのデータは複数のプログラムから収集されており、分析を複雑にしています。 この資料ではサイジング精度を± 0.3mmとしていますが、公開されたデータから結論づけることはできません。 この精度はゾーンサイズのパーセンテージに基づくものであり、公開済みまたは既知の専有研究による裏付けはありません。 さらに、焦点サイズ、振幅と欠陥の相関、d～λの問題については取り上げられていません。 データの目視によって標準範囲が± 1mmの精度であることがわかります。

図5： Kopp et alによるサイジングデータ [27]

Saipemの研究
CataldoとLegori [28]はDNV認証用の限定されたデータセットを公開しました。これには、欠陥サイズとの優れた相関が見られます（図6を参照）。 Shellの結果と同様に、一部は大きく測定されているものの、やや小さく測定されているのがわかります。 目視範囲である± 1mmは「はみ出して」いません。 Saipemの研究結果には前述のShellの結果を容易に重ね合わせることができます。

 

さらに興味深い調査の1つは、従来のマルチプローブとフェーズドアレイAUTシステムとの比較です。 同じセットアップ（と名目上、同じ校正ブロック）を使用した場合、物理特性から予測されるとおり、違いはごくわずかです。 Shell/Shaw [27]はマルチプローブである Saipemフェーズドアレイを使用しました。 その他2つの比較では、同じセットアップを使用して大きな違いのない検出結果が示されました[25, 29]。

 

Oceaneering OIS
Oceaneeringは2003年始めにDNV認証取得を行い、Shell、Saipem、その他よりも著しく低い～0.6mmというσを生成しました。 パイプ壁はSaipemよりわずかに薄かったにもかかわらず、このデータセットのほとんどは側壁の融合不良でした。 実際の検査とサイジングの手順は内部文書内に説明がありません[30]。 図7に結果を示します。



図7： Oceaneeringによる欠陥高さの測定値と実際値の比較
現時点で、Oceaneeringの結果が他社よりも著しく良好である理由ははっきりしていません。 OceaneeringはTOFDを広範囲に使用して、サイジングの大幅な過大評価を最小限にしていますが（図5を参照）、それ以外は標準的な手順を使用していました。 フェーズドアレイによってサイジングの利点（追加ビーム、制御された焦点）が得られるほか、フェーズドアレイシステムを使用することで手順が最大限に改善されたことも考えられます。

 

EdisonWelding Instituteのラウンドロビン

EWIはGTIによる援助の下で7つの検査会社と協力して、効果的な24個の溶解不良欠陥を含む2本のパイプについてラウンドロビンを実施しました[21]。 すべて同一手順を使用したにもかかわらず、検査会社間で結果に明らかなばらつきが見られました。 具体的にいうと、最善のケースでは欠陥の45%が+ 0.5mm以内でサイジングできましたが、大半の会社は+ 2mm以内でした（以下の表1を参照）。
Advanticaの結果と同様に、EWIがTOFDを使用して正しく分析できたのは欠陥の約半分にすぎません。これは、欠陥が小さすぎたか表面に近すぎたためです。
EWIは複数の技法を使用し、長い時間をかけて欠陥を測定した結果、+ 0.6mmの精度を達成しました（カテゴリーA6オープン）。 このことから、技法と労力を駆使すればよりよい結果が得られることがわかります。 この結果は、原子力圧力容器に対するPISC IIラウンドロビンでも裏付けされました[7]。

記号	方法の説明	高さサイジング精度、平均誤差"a"（mm単位）、検出された欠陥の%
		a<± 0.5mm	±0.5>a<±2.0mm	±2.0>a <±4.0mm
A1	焦点付きマルチプローブ、振幅の直線的な変化	35%	35%	30%
A2	焦点付きマルチプローブ、独自のサイジングアルゴリズム	45%	45%	10%
A3	焦点なしマルチプローブ、ゾーンと振幅の ルール	30%	45%	25%
A4	焦点付きフェーズドアレイ、素子数48、 振幅の線形化	40%	20%	40%
A5	焦点付きフェーズドアレイ、素子数64、 振幅の線形化	15%	35%	50%
A6	焦点付きフェーズドアレイ、素子数64、 セクタースキャン	25%	25%	50%
A6 オープン	焦点付きフェーズドアレイ、素子数32、 ラスターおよびセクター	75%	25%	なし

表1： EWI表2、"Achieved Sizing Accuracy" [21]

 

Det Norske Veritas
DNVによる振幅ベースとTOFDベースのデータセットを1つずつ使用した欠陥サイジングに関する研究では、今までになく低いσが見られました[22]。 サイジングの過小評価が最小限であり、どちらのケースでも定誤差が他の研究より小さい～0.1mmでした。 標準偏差は一方のデータセットでは±0.41、もう一方では± 0.62でした。 これらの結果はOceaneeringの結果と同程度ですが、他のほとんどの研究結果より大幅に低く、一部の研究結果の値と比較すると約3分の1です。 ただし、Oceaneeringは88ポイントを使用したにすぎませんが、DNVは204ポイントを使用しています。

図8は多数の研究結果を凝集したもので、詳細は入手できないため、最適な技法と手順について結論づけるのは困難です[31]。 これは、分析、プロセス、または統計的処理の違いによるものと考えられます。 EWIのラボ結果から前述のような低いσが得られたもう1つの理由は、複数の技法を用い、かなりの時間と労力を費やしたことです[21]。 結果の改善は、こうした詳細な検査を行うことで実現します[6]。 おそらく、最も素晴らしい結果を得られたのは、標準的な機器を使用したOceaneeringのデータです[30]。



図8： DNVのサイジング結果[22]
 

R/D Techデータ
R/D Techが早くから専有しているサイジングデータは、図5～8に大きな修正なく重ね合わせることができます。 特性は同様で、一部は散乱し（目視範囲の± 1mm以内）、サイジングの過小評価は限られ、いくつかは大幅な過大評価が見られます。サイジングの平均誤差は低くなっています。 実際、ASMEの手法を使用したサイジング精度のRMS分析では、実際に使用したデータセット（ASTMゾーン、変更したゾーン、TOFD、およびその組み合わせ）に応じて、± 1.1～1.7mmまでの値が得られました。 単純なゾーンを使用するよりも、技法を組み合わせる方がよりよい結果（小さいσ）を得られました。 また、このデータセットではパイプラインに対するTOFDが限定的であり、標準のTOFDを使用して直接測定できた欠陥サイズは半分にすぎませんでした。

考察

実際には、OceaneeringとEWIの結果を除いて、入手できたデータはRMSとσが概して1mmを超えており、かなり首尾一貫しているといえます。 ほとんどのデータは、大きな修正なく重ね合わせることができることから、主な問題はオペレーターや機器によるものではなく、テクノロジーの限界によるものであることがわかります。 通常、平均誤差は1mmを大きく下回り、過小評価も限定的です。 現段階では、ほとんどの証拠が示すように、σ ± 1mmより優れたサイジング精度は現実的ではありません。 R/D Tech独自のデータセットによると、"目視範囲"である± 1mmは実際にはRMSまたは<± 1mmの標準偏差です。 ただし、検査条件が異なる、AUT手順が同じでない、セクショニングが異なる、などの理由で、データを厳密に比較することはできません。 一般に、サイジングの平均誤差は小さく、0mmに近くなります。

TOFDは小さい欠陥（および表面近傍の欠陥）に対して制限がありますが、回折技法には振幅技法よりもはるかに高い能力があります。 振幅技法のみを使用すると、サイジング精度は概して焦点径までに制限され（～2mm、つまり近年の研究で明らかになったように± 1mmの目視範囲）、外れ値も多くなります。 振幅を分配してもσ値の大幅な改善にはつながりません。 通常、サイジングの過小評価は大きな問題ではありません。 原理上、TOFDは全体のオーバーコール数を最少化します。

現在、工場で求められる欠陥サイジング精度± 0.3mm（繰り返しますが「精度」の用語は未定義です）は、公開されている研究結果を見ると非現実的といえます。 公開されていない（専有の）研究結果に大幅な改善が示されているという証拠はありません。 原子力材料に対して格段に小さいλと完全な形状を用いた場合、± 0.1mmの精度を繰り返し達成することができました[32]。 しかし、微細構造の制限を持つフェライト鋼の場合、そのような超音波周波数は不可能です。 鉄鋼に対する超音波を使用した際の限界について行われた研究もありますが[33]、パイプライン材料とAUT条件に限定した研究をさらに実施する必要があります。

FFSに関して、現在のテクノロジーを用いた最善のソリューションは、保守性を持たせるためにすべてのサイジング推定値に± 1mm～±1.5mmを付加することです。こうすれば、あらゆるサイジングの過小評価をカバーできます。 大きい欠陥の場合、最善のソリューションは、複数の技法を使用してサイジングの大幅な過大評価（5mm以上）を避けることです[22]。通常、時間が許すならば（特にライザーやテンドンの場合）、領域識別、TOFD、後方回折、複数角度を使用します[6]。
残念ながら、稼働中の検査はラボでのラウンドロビンに比べてかなりよくない結果がでると思われます。 よい知らせとしては、最近の研究結果（OceaneeringとEWI）はかつての結果（ShellとAdvantica）より著しく改善されているということです。

ありがたいことに、変更・改善されたサイジング技法についての研究は現在進行中です。 R/D Techは有益な領域について数多くの研究を行っています。
1. 後方回折[13]： この技法は、欠陥測定精度を± 0.5mmに改善する可能性がありますが、研究ではまだ証明されていません。 主な問題は、正しい信号識別とリング時間分解能です。
2. TOFD信号処理[34]： この技法は、TOFD信号をデコンボルブして、小さい欠陥をサイジングできるようにします。 初期の結果は素晴らしいものでしたが、他のすべてのデジタル信号処理の技法と同様に失敗する可能性があります。
3. 改善された焦点[35]： 素子数とマトリックスアレイが増加して焦点サイズが小さくなり、サイジング精度が改善されます。
世界各地でその他の開発が行われていることは間違いありません。

結論

1. パイプラインのAUT欠陥サイジングは、供用適正評価の使用が増えるにつれて、特に海上のライザーやテンドンでは重要になっています。
2. 一般に、TOFDは振幅技法に比べて良好なサイジングが得られます。ただし、TOFDでは小さい欠陥や表面近傍の欠陥に対して厳しい制限があります。
3. プロセスが異なるにもかかわらず、入手可能ないくつかのパイプライン研究はかなり首尾一貫した結果を示しています。 1つか2つの例外を除いて精度の範囲は一致していますが、プロセスについての知識が多ければ、このいくつかは解明できます。
4. 研究では一貫してサイジングの過小評価ではなく過大評価の傾向が示されていますが、小さい欠陥については無理もないことです。
5. パイプライン産業では、原子力産業のように厳格なデータ分析や用語は使用されていないため、引き合いに出される精度は目視範囲、標準偏差、RMS、近似値などのように定義されていないことがよくあります。
6. サイジングの平均誤差は小さく、一般に1mmを大きく下回り、確率誤差を伴います。
7. ほとんどの研究では、サイジング誤差は欠陥や条件などに応じて± 1mm以内の目視範囲に収まり、σは最大± 2mmの変動があり、いくつかの外れ値を伴うことが示されています。
8. 現在のところ、現場で± 0.3mmの精度が達成された公的な証拠はありません。
9. 幸いなことに、多数の技法について改善が取り組まれており、サイジングは大幅に改善されるはずです。

謝辞

オンタリオ州 ウォータールー、Materials Research InstituteのEd Ginzel氏からは、貴重なアドバイスとご支援を頂きました。 Oceaneering OISは、DNVに提出した専有データを提供してくださいました。

参考資料