検査・サービス
材料調査

スンプ試験のポイント集

当社において利用頻度の高いスンプ試験について、そのポイントや利用例などを示します。

スンプ試験:

スンプ試験のイメージ

スンプ試験は、特長部分(下記)に示す通りサンプリング(現品から試験片を切り出す)が困難な製品に適用されます。スンプ試験の用途は、その特長(組織を転写したレプリカを介して非破壊的に製品表面のミクロ的な情報を得る)を生かして、切断加工できない製品に生じたトラブルの原因調査(各種割れや空孔)や非破壊検査では検出困難な損傷検出(微小なきずや金属組織変化など)に用いられています。スンプ試験が利用される場面は、『ものづくり(鍛造品、鋳物、溶接品など)』や『各種プラント(発電所、製鉄設備等でその機器や配管など)の保全』などです。

スンプ試験(レプリカ法)の適用位置:

スンプ試験を適用する位置は対象品の『外表面』です。よって、欠陥や金属組織の肉厚内部状況(例えば、欠陥の深さや肉厚方向の進展状況、内部の金属組織)は分かりません。肉厚内部状況の試験については非破壊検査のページをご参照ください。

スンプ試験実施、レプリカ観察、評価におけるポイント:

  • スンプ試験(レプリカ採取):
    研磨、エッチング、レプリカ貼付の各工程で熟練した技術が必要となります。その他にも、スンプ試験前後で、評価時に必要となる次のような情報を収集します。これは、レプリカ観察および評価時にはレプリカそのものの観察以外の情報も重要となり、様々な状況を加味した上で総合的な評価(欠陥発生原因や金属組織分類など)を行うためです。
  • レプリカ採取前の表面状況(発錆状況や加工きず等)、欠陥周辺の製品形状や設備稼働中に想定される負荷の状態(余盛形状や断面形状の変化による応力集中、設備稼働中に想定される動きと欠陥進展方向の関係など)
  • 現物の目視観察、マクロ組織観察による、欠陥とその周囲の金属組織状況
  • 当該部の製造履歴、使用履歴(溶接や熱処理などの製造工程、温度や圧力や腐食環境)
クリープボイドのイメージ
配管すみ肉溶接部のクリープボイド

レプリカ観察:

レプリカ観察では、レプリカ上で欠陥そのものや欠陥周囲状況の変化点や特異な部分を認識し、その状況を客観的に分かりやすい適切な倍率で写真撮影します。欠陥発生原因の調査であれば、それを裏付ける部分を観察します。

レプリカ評価:

金属材料の欠陥や組織、構造物の損傷に関する幅広い知識をもとに評価します。

<ものづくりにおけるスンプ試験>

ものづくり工程で生じたトラブル(鍛造、鋳込、溶接、および熱処理による製品異常など)や製品検査{主に受入検査で当該品が仕様通りの金属組織か否かを確認(結晶粒度、鋳鉄の黒鉛形状、補修溶接の有無等)}などに利用されます。スンプ試験が適用されるトラブルの例としては非破壊検査で不合格のきず(欠陥)を検出した場合や同じ工程で類似きずが頻出された場合などがあり、製品検査の例では海外調達品の成否確認(鋳鉄の黒鉛形状)、購入素材の受入検査(結晶粒度)などがあります。
製作過程で検出された欠陥(各種割れや空孔)は製作基準を元に除去や補修が行われます。スンプ試験はこれらの欠陥を除去する前に当該部からレプリカを採取・観察し、製造履歴(素材製造、溶接、熱処理、検出方法等)と照合して欠陥発生原因を推定します。この評価結果は補修溶接の可否や再発防止検討の一助として役立てることができます。

<各種設備の保全におけるスンプ試験>

各種設備で使用される機器や配管等は、高温環境、高圧力環境、繰り返し応力負荷環境、腐食環境等さまざまな環境で使用されます。それらの環境で使用された機器や配管には、さまざまな損傷が発生します。スンプ試験を行うことで、機器の損傷状況を把握し、補修や更新時期を検討することができます。
設備の保全におけるスンプ試験でもっとも多く利用されているのは、クリープ損傷の早期検出です。クリープ損傷を受けた部材は、金属組織の劣化や機械的な劣化(クリープボイドと呼ばれる大きさ数µmの微小穴発生)が発生します。劣化の進行度合(組織変化やクリープボイド発生量)は損傷レベル(余寿命)と相関があることが知られており、現在の損傷状況から損傷レベルを推定することができます。

クリープボイドのイメージ
配管すみ肉溶接部のクリープボイド

<検査対象の材質例>

  • 鉄鋼材料全般(炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼など)
  • 非鉄材料(ニッケル基、銅)

検査手順:

概略

レプリカ採取のイメージ
クリープボイド検出用レプリカ採取の例
レプリカ採取のイメージ
き裂検出用レプリカ採取の例

研磨

研磨イメージ

エッチング

エッチングイメージ

レプリカ採取

レプリカ採取イメージ

レプリカ観察

レプリカ観察イメージ

スンプ試験を使用する調査の例:

  • 切断することのできない調査品に対する金属組織試験(出張対応)
  • 非破壊検査(PTやMT)で検出されたきずの性状調査
    溶接欠陥(溶接割れ、融合不良、スラグ巻込み等)、SCC(応力腐食割れ)、疲労割れ など
  • クリープ損傷による劣化調査
    クリープボイド、ミクロ組織劣化、結晶粒変形 など
  • 球状黒鉛鋳鉄の黒鉛球状化率

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