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106 高田機工技報 No.20 2005
AUT・TOFDおよびフェイズドアレイ探傷法による
厚板突合せ溶接継手部試験結果の評価
技術研究所技術開発課長代理 山野 達也
技術研究所長 安田 修
1.はじめに
平成14年3月の道路橋示方書・同解説(鋼橋編)改訂に
伴い、超音波探傷試験の適用範囲が、8~100mmに拡大さ
れ、超音波探傷試験は、原則、超音波自動探傷を適用す
ることになった。そこで、本研究は別稿1)の超音波自動
探傷性能確認試験に追加して試験を行った。
試験方法としては、別稿 1)で用いたAUT(Automatic
Ultrasonic Testing)探傷法とパイプラインやタンクな
どの突合せ継手溶接部の検査に用いられている
TOFD(Time of Flight Diffraction)探傷法および新し
く開発されたフェイズドアレイ探傷法を用いて探傷した。
TOFD探傷法は、超音波自動探傷性能確認試験に準じた探
傷を行った。また、フェイズドアレイ探傷法については、
代表的な比較的大きな断面のきずに対して探傷を行った。
この3種類の探傷方法を評価した結果を報告する。
2.実験概要
本実験は、別稿1)用いた3種類の板厚の試験体を用い
た。試験板厚の組み合わせとしては、NA試験体(26×
34mm)、NB試験体(49×76mm)、NC試験体(82×102mm)とし
た。試験体形状およびきず挿入については、別稿1)に記
した。
探傷実験には、日本クラウトクレーマー㈱製の超音波
自動探傷(以下、AUTと呼ぶ)装置、TOFD探傷装置および
フェイズドアレイ探傷装置を用いた。また、きず挿入の
検証を行うために探傷実験後、マクロ試験を行ってきず
指示長さ、きず高さ、およびきずの位置を確認した。
写真-1にAUT探傷状況、写真-2にTOFD探傷状況および
写真-3にフェイズドアレイ探傷状況を示す。
以下に各探傷方法の概略および探傷条件を述べる。
写真-1 AUT探傷状況
写真-2 TOFD探傷状況
写真-3 フェイズドアレイ探傷状況
高田機工技報 No.20 2005 107
2.1 AUT探傷方法の概要および探傷条件
図-1にAUT探傷の概略図を示す。本実験のAUT探傷は、
溶接ビードを挟んで2個の探触子で探傷した。探触子は、
個々のきずからの反射波を受けて、出力時に合成される。
また、走査方法は図-1に示すXY軸の鍵型に自動走査とし
た。表-1にAUT探傷の探傷条件を示す。
2.2 TOFD探傷方法の概要および探傷条件
図-2にTOFD探傷の概略図を示す。本実験のTOFD探傷は、
溶接ビードを挟んで送信探触子からエコーを出して受信
探触子に受けるタンデム探傷法とした。また、走査方法
は、溶接ビード方向に専用手動スキャナーを使用した。
表-2にTOFD探傷の探傷条件を示す。
2.3 フェイズドアレイ探傷方法の概要および探傷条件
図-3にフェイズドアレイ探傷の概略図を示す。本実験
のフェイズドアレイ探傷は、64個の振動子を励振させる
ことにより平面波を発生させ、これに電子走査を加える
ことにより、合成した角度により探傷した。本実験は基
本実験のため探触子の下にくさびを使用していない。ま
た、走査方法は、手動とした。表-3にフェイズドアレイ
探傷の探傷条件を示す。
専用手動スキャナースキャナー
任意範囲のDスキャン、Aスコープを
カーソル指定することにより、きず高さ、
長さを計算
測定機能
ラテラル波及び任意で設定カップリングチェッ
ク機能
Dスキャン及びAスコープ表示方法
240MHz高速AD変換サンプ
リング
波形収録範囲最大600mm(鋼中縦波換
算)波形収録機能
0.5MHz~30MHz周波数帯域
5MHz,中心屈折角60度,
コンポジットプローブ探触子
USI-α TOFDソフトバージョン装置名称
専用手動スキャナースキャナー
任意範囲のDスキャン、Aスコープを
カーソル指定することにより、きず高さ、
長さを計算
測定機能
ラテラル波及び任意で設定カップリングチェッ
ク機能
Dスキャン及びAスコープ表示方法
240MHz高速AD変換サンプ
リング
波形収録範囲最大600mm(鋼中縦波換
算)波形収録機能
0.5MHz~30MHz周波数帯域
5MHz,中心屈折角60度,
コンポジットプローブ探触子
USI-α TOFDソフトバージョン装置名称
XY軸自動スキャナースキャナー
林状エコー方式カップリングチェクの方式
1エコー方式エコー収録方式
5C14×14A7049×76
82×102
2C14×14A6549×76
82×102
5C10×10A70
26×34
49×76
82×102板厚(mm)
探触子
USI-α装置名称
XY軸自動スキャナースキャナー
林状エコー方式カップリングチェクの方式
1エコー方式エコー収録方式
5C14×14A7049×76
82×102
2C14×14A6549×76
82×102
5C10×10A70
26×34
49×76
82×102板厚(mm)
探触子
USI-α装置名称
直接接触による手動走査、縦波斜角法探傷方法
音速5900m/sec
屈折角30度
フォーカス80mm深さ位置設定
設定条件
16エレメント(電子走査にて64エレメント
使用)同時励振
5MHz,1.2mmピッチ
128エレメント
(但し、本体は64ch仕様のため使用エレメ
ントは64)
探触子
PAL-1装置名称
直接接触による手動走査、縦波斜角法探傷方法
音速5900m/sec
屈折角30度
フォーカス80mm深さ位置設定
設定条件
16エレメント(電子走査にて64エレメント
使用)同時励振
5MHz,1.2mmピッチ
128エレメント
(但し、本体は64ch仕様のため使用エレメ
ントは64)
探触子
PAL-1装置名称
図-1 AUT探傷の概略図
表-1 AUT探傷の探傷条件
図-2 TOFD探傷の概略図
表-2 TOFD探傷の探傷条件
表-3 フェイズドアレイ探傷の探傷条件
図-3 フェイズドアレイ探傷の概略図
探触子1 探触子2
走査軌跡
溶接部きず
きずからの反射波
きずからの反射波
送信探触子 受信探触子
走査軌跡
溶接部きず
ラテラル波
表面反射波
きずからの回折波
走査軌跡
溶接部きず
電子走査
フェイズドアレイ探触子
平面波(励振)
108 高田機工技報 No.20 2005
3.実験結果
3.1 AUT探傷とTOFD探傷結果
AUT探傷およびTOFD探傷のきず指示
長さと実きず指示長さ(マクロ試験に
より測定)を比較した結果を図-4に示
す。
本実験におけるAUT探傷のきず検出
率は、T/6を越えるきずは100%であ
った。T/6以下のきずの検出率は79%
であった。検出できなかったきずの
種類は、φ2mm以下のブローホールで
あった。また、AUT探傷のきず指示長
さの方が実きず指示長さより多少長
く検出される結果となった。
TOFD探傷のきず検出率は、AUT探
傷とほぼ同じであり、検出できなか
ったきずの種類も同じブローホール
であった。実きず指示長さとTOFD探
傷のきず指示長さと比較した傾向で
は、ほぼ一致する結果となった。
ただし、TOFD探傷のきず指示長さ測
定方法は、NDIS規格などにも規定さ
れておらず、本実験では、図-5に示
す端像間を測定した結果とした。
TOFD探傷の主たる探傷は、きず高
さの測定である。きず高さを測定し
た結果は、きず深さ(上端)がよく一
致しており、検出されたきず高さも
ほぼ一致した。図-6にTOFD探傷にお
けるきず深さおよびきず高さの比較
した結果を示す。また、図-7にきず
高さを測定した端像間の出力図を示
す。
また、MUT探傷におけるきず指示
長さの比較を図-8に示す。MUT探傷
は、AUT探傷およびTOFD探傷と比べ
て、ばらつきを見せている。これは、
MUT探傷の場合、きず指示長さの測
定が、探触子を首ふり走査すること
が、きず指示長さにばらつきを生じ
させていると考えられる。
0
10
20
30
0 10 20 30実きず高さ
TOFDきず高
さ
NA1
NB2
NC1
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100実きず深さ(上端)
TOFDきず深
さ(上
端)
NA1
NB2
NC1
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100実きず指示長さ
AUTきず指
示長
さ
NA1
NB2
NC1
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100実きず指示長さ
TOFDきず
指示
長さ
NA1
NB2
NC1
図-5 TOFD探傷出力図(きず指示長さ)
図-7 TOFD探傷出力図(きず高さ)
(探傷始端像) (探傷終端像)
(探傷上端像) (探傷下端像)
図-6 TOFD探傷におけるきず深さおよびきず高さの比較
図-4 AUTおよびTOFD探傷におけるきず指示長さの比較
高田機工技報 No.20 2005 109
3.2 フェイズドアレイ探傷結果
フェイズドアレイ探傷は、NC試験体のT/6以上(4個)の
大きな断面のきずのみ対象とした。その対象としたきず
の出力図として、図-9にTOFD探傷出力図、図-10にフェ
イズドアレイ探傷出力図および写真-4にマクロ試験結果
を示す。
探傷結果は、マクロ断面内にあるきず高さの測定値
4.0mmと、フェイズドアレイ探傷のきず高さ測定値3.8mm
とがほぼ一致した。また、TOFD探傷のきず高さ測定値
3.8mmにおいてもほぼ一致した。
4.まとめ
本研究では、最大板厚100mmまでに適用するために、
きずを挿入した溶接継手試験体の探傷実験を行った。
その結果以下のことが判明した。
① 本実験に用いたAUT探傷装置が、きず指示長さの
測定に有効である。
② TOFD探傷におけるきず指示長さおよびきず高さの
測定精度が比較的良い。
③ フェイズアレイ探傷がきず高さを精度よく検出す
る有効な方法の一つである。
今後、TOFD探傷方法は試験結果の分類が規格化され、
フェイズドアレイ探傷法は、探傷方法の規格化が求めら
れる。
5.おわりに
本実験には、東洋検査工業㈱および日本クラウトクレ
ーマー㈱のご協力を頂いた。
[参考文献]
1)山野、大前、小澤:超音波自動探傷(AUT)性能確認試験、高田
機工技報、No.21、2005.
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100
実きず指示長さ
MUTきず
指示
長さ
NA1
NB2
NC1
図-8 MUT探傷におけるきず指示長さの比較
図-9 TOFD探傷出力図 図-10 フェイズドアレイ探傷出力図 写真-4 マクロ試験結果