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機関誌

2014年度バックナンバー2月

2014年2月1日更新

巻頭言

「航空機業界における非破壊検査」特集号刊行にあたって  谷村 康行

 本号の解説特集は「航空機業界における非破壊検査」です。当協会が制作して頒布しているDVD「非破壊 検査入門」のオープニングは,大型旅客機が離陸する場面から始まっています。航空機の安全を支える技術の 中で,非破壊検査が重要な役割を果たしていることは,一般の人にこの技術の意味と役割を説明するのに,わ かりやすい事例です。しかし,航空機業界で実際にどのような検査が行われているのか,現在何が問題になっ ているのかについて,非破壊検査を生業としている人たちの間でもあまり知られていないのが現状です。本企 画を立てて筆者も初めて知ったのですが,機関誌の解説特集でこれまで「航空機の非破壊検査」をテーマにし たものはなく,今回が初めてとのことでした。一般には日本非破壊検査協会と航空機業界は密接に連携をして いるだろうと考えられても不思議ではありません。しかし,実際には意外なほど関係は薄いのです。
 その理由を探れば,おそらく先の戦争での敗戦とその後のGHQ による「航空機禁止令」にまでさかのぼ ることになるでしょう。米国を中心とした航空機産業とその技術の進展に比べて戦後の日本の航空技術は出 遅れ,その影響は長く続きました。非破壊検査に限らず,戦後の航空技術は,欧米で承認された技術を受け 入れることから始まったのです。しかし,今世紀になって状況は大きく変化してきています。周知のように, 新素材を大幅に採用したボーイング社の最新鋭旅客機787 は,全体の約4 割が日本の技術で製造されていま す。また,三菱航空機が小型ジェット旅客機MRJ の開発を行っています。自動車メーカのHONDA が,小 型ジェット機とそれに搭載するジェットエンジンを独自開発して,航空機市場に乗り込もうとしていること も報道されています。当然,非破壊検査技術の役割も大きくなっています。そのような中で,非破壊検査技 術者の養成と資格認証が大きな問題となっています。
 本解説特集では,エアラインと航空機メーカの現場から非破壊検査の現状と問題点を解説していただきまし た。とくに,非破壊検査技術者の育成と資格取得,そしてその維持について現場での苦労がにじみ出る報告と なっています。また,航空機市場の現状と展望,さらに航空機部品メーカとなるために必要な国際認証制度に ついて,それぞれの識者に解説をお願いしました。航空機生産がグローバル化する中で,今後の展望と,非破 壊検査システムの国際認証をどのように受けるのか,についてわかりやすく解説していただきました。最後に 航空機の設計思想の観点から非破壊検査技術がどのように位置づけられているのかを,元航空宇宙技術研究所 (現JAXA)の寺田博之氏に解説していただきました。
 読んでいただければわかりますが,それぞれに日本の非破壊検査技術者やその技術者組織としての日本非 破壊検査協会に対して,今後果たすべき役割についての期待が述べられています。何をすべきかできるかに ついては今後の課題としても,まずは互いの現状を知ることから全ては始まると言えるでしょう。本企画が, 互いを知る一つのきっかけになることを期待しています。

用語について  本解説の中で顧客(カスタマ)と供給者(サプライヤ)という用語が出てきます。  顧客(カスタマ)は「製品を受け取る組織又は人」,供給者(サプライヤ)は「製品を提供する組織や人」 という意味です。
 航空機メーカにとっては,エアラインは顧客(カスタマ)になり,航空機部品を製造し納入する業者は 供給者(サプライヤ)になります。
 航空機部品メーカから見ると,航空機メーカは顧客(カスタマ)になり,素材等を納入する業者は供給 者(サプライヤ)になります。

 

 

解説 航空機業界における非破壊検査

エアラインにおける非破壊検査
 山下 泰史   全日本空輸株式会社

Non-destructive Testing of Airlines
ALL NIPPON AIRWAYS CO., LTD. Yasushi YAMASHITA

キーワード エアライン,非破壊検査, 複合材



1. はじめに
 非破壊検査とは,材料,製品を傷つけたり,破壊することなしに,すなわち検査対象物の原形と機能を変化させること なしにそれらの状態,表面や内部欠陥の有無とその程度を調べるものである。運航している航空機において形や機能を変 化させるような破壊検査を行うわけにはいかないので目視検査をはじめ,多くの非破壊検査が航空機の点検では用いられ ている。実際にエアラインでは,運航する航空機の健全性を確保する為に機種ごとに実施時期,点検方法等を設定した点 検プログラムを定めており,その点検プログラムの一部として機体構造点検プログラムがある。その中で損傷を早期発見 し,致命的な欠陥に至る前に処置を行う為の方法として非破壊検査が重要な役割を担っている。上記以外にも突発的な落 雷などによる損傷を受けた際に損傷を完全に取り除くことができたか否かを確認する際にも非破壊検査を用いることがあ り,航空機整備と非破壊検査は密接な関係がある。ここでは,エアラインにおいて航空機整備に用いている非破壊検査の概 要と実際の適用例を紹介する。
 また,2011 年度に当社に導入したボーイング社の最新鋭機B787 型機は,従来機の胴体,主翼等の主要構造部材がアル ミニウムであるのに対し,CFRP(Carbon Fiber ReinforcedPlastic)などの複合材で製造されている為,従来のアルミニ ウムに対する検査とは異なる非破壊検査手法が用いられており,今後も新たな検査方法が導入される予定である。よって, 上記に加え,B787 型機への非破壊検査方法についても紹介する。

 

航空機メーカにおける非破壊検査と検査員育成
    永田 勝己    川崎重工業(株)

Non-Destructive Inspection and Bring up of Non-Destructive Inspector
in Aircraft Manufacturer
Kawasaki Heavy Industries, LTD. Katsumi NAGATA

キーワード 非破壊検査,航空機,複合材,検査員,超音波



1. はじめに
 近年地球環境に優しい航空機という観点から,省エネ・軽量化を達成するため複合材料を航空機の構造材に適用される 範囲が一段と拡大している。以前はエルロン,フラップ,ラダーなどの動翼類やフェアリングやカバーなどの非構造部材が大 半であった。その後性能を要求される軍用機の胴体や主翼に一次構造材として適用されるケースが現れてきた。ボーイン グおよびエアバスのワイドボディジェット機の複合材の適用率は,A340 やB777 等の従来型の機体では10%前後であった が,2000 年以降A380 で約25%となり,昨今,B787 やA350等では,複合材が胴体・主翼にまで適用され構造の50% 超の 機体も出てきた(図1)。
 一次構造部品への適用にあたり,二次構造部品と比べ,非常に高い品質が要求されることになり,製品の品質を保証す るために従来より一段と厳しい非破壊検査(NDI)の適用が要求されるようになった。複合材製品の品質を確保するため の非破壊検査の役割が増してきている。
 胴体等の大型複合材一体成型では,構造の複雑さだけでなく,設計からの厳しい検査要求を満たすためには,従来弊社 が運用してきた超音波非破壊検査装置(CSCAN)では検査が不可能となり,複合材一体成型に特化した専用検査装置の開 発導入を行った。
 また,これらの装置を使用し厳しい検査要求での非破壊検査を実施する非破壊検査員の技量・経験が極めて重要となった。
 本稿では弊社での非破壊検査と非破壊検査員の育成に関して述べる。

 

航空機産業における非破壊検査と国際認証制度
    門間 清秀   (株)ティ・エフ・マネジメント

Nondestructive Inspection and International Accreditation Program
in the Aerospace Industries
T & F Management Consulting Co., Ltd. Kiyohide MONMA

キーワード 非破壊検査,認証,Nadcap,特殊工程,航空機



1. はじめに
 航空機産業では,機体構造物,装備品等の部品製造において,浸透探傷検査,磁粉探傷検査,X 線探傷検査,超音波探傷検 査等の非破壊検査を多用している。その非破壊検査手法も部品の材料,製造方法の変遷とともに変化してきている。また, 航空機製造の国際分業化とともに,非破壊検査を含む熱処理,表面処理,溶接,複合材成形等の工程(以下これらを総称し て「特殊工程」という)の認証方法も変化してきている。
 本解説では,非破壊検査技術の変遷を述べるのではなく,非破壊検査を含む特殊工程の国際認証制度について述べることとする。

 

航空機業界の展望と非破壊検査の役割
    川合 勝義   (株)ブイ・アール・テクノセンター

The Outlook of Aircraft Industries and the Role of NDI
VR TECHNO CENTER INC. Katsuyoshi KAWAI

キーワード 航空機,超音波探傷試験,複合材料,アルミ合金,蛍光浸透探傷試験,モニタリング



1. 航空機の生産展望
 (1)概観
 B787 が型式証明を取得して,約2 年半になろうとしている。
 同型機は,バッテリの火災問題により,2013 年1 月より4ヵ月半出荷が停止となったものの,2013 年9 月末までに,14 のカスタマに89 機が引き渡され,この内,日本向けはANA に23 機とJAL に11 機の合計34 機となった。
 ボーイングは,B787 の出荷停止の間もサプライヤでの製造を継続したことにより,2013 年末月産10 機に向かって着実に進ん でいる。更に,6 月のパリ・エア・ショウにおいて,(5)カスタマより(102)機の購入コミットメントを受け,B787-10 型 機(320 人乗り)の開発をローンチ(開発開始宣言)し,一部の設計作業が既に開始され,2017 年初飛行,2018 年就航開 始の計画である。同プログラムでは,2019 年まで生産枠が埋まっているため,B787-10 型機の生産枠を確保するために,月 産レートを,2016 年より12 機に増産すると発表した。
 B737 やB777 のプロジェクトでは,大量の受注残に対応して増産が進められており,ボーイングが出した,2015 年には 2011 年比40%の増産になるとの予測に向かって進んでいる。
 一方,エアバスは,B787 やB777 に競合するA350XWB 機初号機の初飛行を,パリ・エア・ショウ直前の6 月14 日に成 功させ,同2 号機も10 月に飛行試験に合流し,順調に飛行試験をこなしている。約10%ボーイングを上回る受注残を抱え, 同様な増産計画を打ち出している。
 両社ともサプライヤに対して生産体制の増強を迫っている状況にあり,短期的には,両社合わせて1 年間に200 機程度 の増産となることが確実である。

 

航空機の設計思想から見た非破壊検査
    寺田 博之   (一財)航空宇宙技術振興財団

Role of NDE for the Structural Integrity Verification of Aircraft
JAST Hiroyuki TERADA

キーワード 非破壊検査,健全性評価,航空機,耐久性設計,複合材料



1. はじめに
 社会を構成する様々な構造物の中で最も高い安全性と信頼性を求められているのが航空・宇宙と原子力の分野であろう。
 特に航空機の分野では,高度の安全性を維持しつつ大型化,軽量化が求められてきたことから破壊力学の進展を背景に他 分野に先駆けて耐久性設計技術が発展してきた。
 極めて多くの構造部材からなる航空機では運用中に損傷が発生し拡大していくかもしれないことを想定したうえで,そ れでも致命的な構造破壊を起こすことなく高い安全性を確保するために損傷許容設計(Damage tolerant design)法が適用 されるが,これを可能にしたのは信頼性の高い非破壊検査技術の賜物である。
 ここでは,航空機構造の健全性と非破壊検査の関わりについて述べる。

 

航空宇宙産業における今後の非破壊検査員認定システムと人材育成
    濱田 雄介/品川 裕貴   三菱重工業(株)

Personnel Qualification System and Enhancing Personnel Skill
for Nondestructive Testing in Aerospace Industry
MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES, LTD. Yusuke HAMADA and Yuki SHINAGAWA

キーワード 非破壊検査,航空機,検査員認定,人材育成,宇宙機器



1. はじめに
 日本の航空宇宙産業は,戦後GHQ による統治により国内の航空宇宙産業の発展が完全に停止し,本業界において後進国と なっていたが,昨今飛躍的な発展期を迎えている。まず民間航空機の分野においては,日本国内のシェアが35%以上を示す Boeing787 の運用開始や準国産旅客機YS-11 以降で約50 年ぶりとなる小型ジェット旅客機MRJ(Mitsubishi Regional Jet) (図1 参照)の製造を開始した。また宇宙の分野においても,国際宇宙ステーションへの物資補給手段であるHTV(H-Ⅱ Transfer Vehicle)の製造/ 運用や,現在運用中のH-Ⅱ A/H-Ⅱ B ロケットの第1 段エンジン(LE-7A 図2 参照)等を大幅に改良し世 界との競争力を高めるために先日発表された次期基幹ロケット開発に向けた検討を開始した。これらの発展により世界と対等 に戦える技術力を備えてきたと言える。
 また,リーマンショック以降の景気低迷の中でも,安定した成長を見せる本業界は世間から注目を浴びており,新規参 入を考える企業も少なくない。
 その中で,日本の航空宇宙産業における非破壊検査もFAA(Federal Aviation Administration(米国連邦航空局)),EASA (European Aviation Safety Agency(欧州航空安全庁))をはじめとした各国の航空局,航空宇宙産業の特殊工程認証プログラ ムであるNadcap(National Aerospace and Defense ContractorsAccreditation Program),欧米の航空機プライムメーカの要求 を通じて非破壊検査員の認定システムなど大きな変革を迫られている。
 これらの変革に対応するためにも,各社が独自に取り組むのではなく,日本の非破壊検査関係者が情報を共有し,一丸 となって取り組むことが必要不可欠であると考える。そこで,筆者の経験を元に,航空宇宙産業の非破壊検査の現状と問題 点,今後の展望を認定システムと人材育成の観点から述べる。

 

論文

MI センサを利用した小型漏洩磁束探傷プローブの開発
   小倉 夏樹/佐藤 康元/北山 綱次

Development of Small-Sized Magnetic Flux Leakage Probes using MI Sensors

Natsuki OGURA, Yasumoto SATO and Tsunaji KITAYAMA


Abstract


In this paper, the performance of surface flaw detection by Magnetic Flux Testing (MFLT) using a Magneto-Impedance (MI) sensor is described. The MI sensor was used to measure the Magnetic Flux Leakage (MFL) that occurs near to flaws when the inspected material is magnetized. In order to develop a compact and handy MFL probe, a small-sized magnetic yoke was made and integrated with the MI sensor. Flat plate specimens of SS400 with artificial flaws or a fatigue crack on the surface were prepared and evaluated, first, for the relationship between artificial flaw depths and flaw signal amplitude. Secondly, the detection of the fatigue crack was attempted. The results show that the developed MFL probe can evaluate the artificial flaw depths quantitatively and detect the fatigue crack clearly. Furthermore, the developed MFL probe can measure flaws with a low excitation current, unlike a conventional MFLT. Accordingly, it is expected that a portable non-destructive inspection system with the developed MFL probe will be developed in the future.

Keyword Magnetic flux leakage testing, MI sensor, Key Words Magnetic yoke, Surface flaw, Flaw depth, Fatigue crack



1. 緒言
 鉄鋼材などの強磁性材の品質検査では,磁粉探傷試験や漏洩磁束探傷試験が使用されている。前者の磁粉探傷試験は, 磁化した試験体に磁粉を吸着させ,吸着した磁粉が形成する模様からきず(不連続部)の存在を検出する手法である。従っ て,表面きずに対して非常に高感度な検出性能を持ち,きずの長さや方向を評価することが可能である。その一方で,き ず深さの定量的評価は困難であるとされている。ただし,近年では高速度カメラを用いて磁粉付着の過程を動画像計測し, 付着した磁粉量を観察することできずの形状を定量的に評価する研究が行われている1),2)。後者の漏洩磁束探傷試験は, 試験体を磁化したときにきず近傍で発生した漏洩磁束を磁気センサやコイルにより電圧として検出する手法である。従っ て,得られた出力信号の振幅ときず寸法の関係から表面きずの定量的評価が可能とされている3)。
   漏洩磁束探傷試験によるきず寸法の定量的評価においては,様々な因子が漏洩磁束の発生量に影響するため,それらの影 響因子と漏洩磁束の関係を調査し,影響因子を除去しなければ評価誤差が大きくなる。影響因子としては,磁化方向に対 するきずの交差角度や試験体表面と磁気センサ間の距離であるリフトオフ,きずの傾斜角度などが挙げられ,これらに対 する研究結果4)−6)は,高精度なきず評価システムの構築において非常に有用な知見である。しかしながら,漏洩磁束探 傷試験による表面きずの定量的評価に関するこれまでの研究は,その多くが溝状の人工きずを有する試験体に対して実施 されたもので,実際のき裂や開口幅が非常に狭いきずに対し定量的評価を実施した例はほとんど見られない。また,きず の表面長さの影響を無視できる十分に長いきずを対象としているため,有限長の表面長さを有するきずに対しては,定量 的評価が保証されていない。
 人工きずは,加工によって生じる残留応力の影響をできるだけ小さくするため,一般的に放電加工により導入されるが, その開口幅は0.15 ~ 0.3 mm 程度であることが多い。一方で,き裂の開口幅は数μm もしくはそれより狭いだけでなく,局 所的に破面が接触している場合もあるため,漏洩磁束の発生量は極めて小さくなる。従って,有限長の長さを有し,開口 幅が非常に狭いきずを定量的に評価するためには,小型で高い磁気感度を有する磁気センサが必要である。高感度磁気セ ンサの代表例としては,MI(Magneto-Impedance)センサやFG(Fluxgate)センサ,GMR(Giant Magneto-Resistance)セ ンサなどが挙げられ,これらの磁気センサを漏洩磁束の検出に利用した研究が盛んになっている。例えば,MI センサを利 用した研究では,2 軸の漏洩磁束成分とニューラルネットワークによる逆問題解析法を用いた表面きずの形状推定7)や残留 漏洩磁束探傷法による溶接部の表面きずの検出8)が行われている。これらの研究は,MI センサが小型で非常に高感度であ るといった利点を活用している。また,MI センサと同等の磁気感度を有するFG センサを利用した研究9)や,最も素子の 小型化が可能であるため,高い空間分解能が得られると考えられるGMR センサを利用した研究10)− 12)も報告されている。 高感度磁気センサを利用した漏洩磁束探傷試験に関する多くの研究が行われている一方で,試験体を磁化する装置( 以後, 磁化器とする) についての検討事例13)は少ない。磁化器は,磁粉探傷試験用にいくつか製品化されているため,その磁化 器を利用して研究が行われることが多い。しかし,製品化されている磁化器は,JIS Z 2321(磁粉探傷用交流極間式磁化器) の規定14)に準ずるように設計されているため,利用するうえで以下の難点がある。
1)寸法が大きく狭小部位や小さな試験体への対応が困難である。
2)重量が2 ~ 3 kg あるため,広範囲を検査するのに労力を要する。

 

 

 

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