超音波探傷試験

産業用の超音波探傷法は、1940年代以降、発展してきた。

直射法とは、超音波ビームを途中で反射させることなく直接に試験体の探傷領域に投射する方法を言う。

NDT指示書を作成する。

非破壊試験は、製品の品質管理のために行う。

団体規格には強制力はないが、その分野で長年蓄積された技術と実績があるため、同じ産業分野であれば採用するのが望ましい。

媒質の音速と密度との積で、表される媒質固有の値を音響インピーダンスと定義している。

音響インピーダンスは、2つの媒質の境界面での超音波の反射率や通過率の計算に用いる。

音速は、弾性係数を密度で除し、その平方根を求めることで算出することができる。

波長は、音速を周波数で除した値である。

検出できる傷の大きさは、波長の1/10から1/2である。

クリーピング波は、振動の伝わっていく方向と、粒子の振動方向が同じ方向の波である。

クリーピング波は、減衰が大きいので、伝搬距離の長い部位の探傷には適さない。

円形振動子の指向性は、遠距離音場ではビーム中心軸に対して対称となる。

近距離音場限界距離より遠い場合は、振動子の面積に比例する。

指向角が大きい場合、指向性が鈍いと言う。

鋼中に屈折縦波と屈折横波が伝搬するのは、入射角が縦波臨界角より小さい場合である。

斜角探触子の振動子を試験体中から見た場合、振動子の高さ方向の寸法は、実際の振動子寸法よりも小さくなる。

超音波ビームが広がることによる損失を拡散損失と言う。

超音波ビームは、近距離音場限界距離を超えると一様に拡散する。この特性を表しているものが DGS線図である。

超音波が伝搬する際、結晶粒界での散乱や屈折により音圧は次第に小さくなる。これを散乱減衰と言う。

焼入れ焼戻しされた鋼は、結晶粒が小さくなるため減衰が小さくなる。

探傷面が粗い場合、ギャップ水浸法を使用すると表面粗さの影響は小さくなり、エコー高さが安定する。

距離振幅特性は、同じ大きさの傷について傷までの距離が変わるときのエコー高さの変化を示すものである。

横波音速とは、板圧方向に横波を伝搬させた場合に、振動方向を鋼板の圧延方向にした場合と直角にした場合の横波音速比を言う。

円形平面傷からの反射波の音圧は、振動子の面積及び傷の面積に比例し、傷までの距離の自乗及び波長の自乗に反比例する。

試験体健全部の底面エコーを基準反射源とすることができる。

超音波ビームに対して傷が傾いている場合、高い周波数の方がエコーの低下が大きい。

球面振動子を用いると、超音波ビームが集束するため、精細なCスコープ画像が得られる。

タンデム探傷法は、X開先溶接部の溶込み不良のような探傷面に、垂直な面を持つ傷の検出に適している。

2個の斜角探触子を前後に配置し、出来る限り接近させたときの入射点の間の距離を最小入射点間距離と言う。

傷の高さは、端部エコー法、TOFD法で測定ですることができる。

端部エコー法は、傷の端部からのエコー高さが最大値を示したときのビーム路程と探触子の屈折角から傷の高さを測定する方法である。

表面波は、表面開口傷の検出に適しているが、表面に存在する接触媒質や凹凸の影響を受けやすい。

表面から1波長分の薄い層に、そのエネルギーの9割が集中している。

透過法は送信用と受信用2つの探触子を用いる。

TOFD法では、2個の縦波斜角探触子を用いる。

TOFD法は、傷検出と傷高さ測定のどちらにも適用できる。

ラテラル波と裏面反射波の間に特に波形が認められない場合、健全部と判断して良い。

B5C20N5C20N

検出すべき傷が小さいほど、高い周波数を選定する。

大型鍛鋼品のように、傷や底面までの距離が長くなる場合には、低い周波数を選定する。

鋼板の厚さが13mm以上60mm以下では、使用できる探触子は垂直探触子またはニ振動子垂直探触子だけである。

傷の分類には、等価傷直径による分類と、底面エコー低下量による分類がある。

板厚が29mmで1回反射法まで行う場合には、5MHzで屈折角70度の探触子は使用できない。

裏波部からのエコーは、初層部の割れや溶込み不良のエコーに近い部位に現れるので、慎重に解析する必要がある。

熱間割れは、鋳型の強さや、肉厚差などが適切でない場合に、凝固収縮時に生じる。

散乱減衰の大きい鋳鋼品の探傷では、低周波または広帯域の探触子を設定してSN比の向上を図る。

曲率半径が250mm未満の円周溶接部ではRB-42を用いて探傷感度の調整を行う。

長手溶接部において、t/Dが大きくなると、屈折角の大きな探触子が使えないのは、超音波が内面に到達しなくなるからである。

アルミニウム溶接部では、対象傷に応じて公称屈折角を選定するが、特に開先面の融合不良の検出が重要となる。

鋼材における横波の音速の、およそ0.9倍である。

傷の検出に関して、試験体表面における接触媒質の残りなどの障害物による影響を受ける。

構造は、斜角探触子と同様で、板波を発生する入射角に調整する。

厚さ3mm程度以下の薄鋼板の探傷に適用する。

振動子の幅方向の振動を利用して、直接横波を発生させる。

主にSTB音速比の測定など、試験体の横波音速の測定に適用する。

縦波屈折角が80°前後になるように設計した探触子である。

入射角が縦波臨界角より小さくなる角度で設計された探触子である。

主に減衰が大きく、音響異方性のある試験体に適用される。

横波斜角探触子、縦波斜角探触子、クリーピング波探触子などに使い分けることができる。

小さな振動子が複数個組み込まれ、それぞれ独立して作動する。

パルス電圧のタイミングを変えることで超音波ビームを任意に制御することができる。

サンプリング周波数が低い場合、波形の忠実度が失われたり、エコーの最大値が得られないことがある。

同じゲート内に傷エコーと底面エコーが入っている場合、表示されるビーム路程とエコー高さは必ず傷エコーのものとは限らない。

送信波、受信波の位相が特に重要となる探傷を行う場合、表示波形はRF波形を選択すると良い。

製鉄所のような素材メーカーでは、同一断面で長さを持つ製品が多く、自動化のメリットは最も大きい。

斜角探触子のA1感度の測定には、STB-A1のR100面からのエコー高さを用いる。

時間軸直線性の測定方法では、6つのエコーを使用し、その信号位置の理論値と測定値の誤差を求める。

近距離分解能は、探傷面直下の傷、遠距離分解能は底面近傍の傷を識別する能力を言う。

横波垂直探触子による探傷では、横波専用の接触媒質を使用する。

グリセリンと油では、グリセリンの方が粘性が高い。

標準試験片に用いる接触媒質は、防錆効果のあるマシン油を用いることが多い。

探傷面が平滑な試験体を探傷する場合は、接触媒質に水とグリセリンを使用した場合はでは、エコー高さはほぼ変わらない。

STB-A32試験片は2MHzの斜角探触子に使用できる。

曲率半径が225mmの長手継手溶接部の斜角探傷における感度調整はRB-43を用いる。

探傷感度の調整にはRB-41Aを用いる。

RB-A6

板厚30mmの平板継手溶接部の斜角探傷では、RB-41Aを使用する。

曲率半径が50mm以上250mm未満の円周継手溶接部の探傷には、対比試験片RB -42を用いる。

板厚の中央付近に平面状となった傷が発生することが多い。

白点は、水素による割れが生じたもので、シャープな傷エコーが林立し、底面エコーの低下が大きい。

ざく傷は、中心部に多数分布するため、密集したエコーとして検出され、傷エコー高さが低くても底面エコーの低下が大きい。

のろかみは、溶湯に浮いたスラグと呼ばれる不純物を巻き込んだものである。

鋳込み温度が低い場合、溶湯が鋳型を満たす前に凝固してしまい、溶湯で充填できない部位が生じることがある。これを湯回り不良と言う。

鋳鋼品は、鋳型や溶湯から発生するガスにより、ブローホールを生じることがある。