測定方法（超音波厚さ計）

測定方法

超音波とは

超音波厚さ測定には、様々な測定方法があります。
ここでは、代表的な厚さ測定方法について、分かりやすく説明します。

１回測定法

最も基本的な測定方法です。測定箇所にトランスデューサー(探触子、プローブ)をあて、表示された厚さを測定値とします。

２回測定法

１度厚さを測定した後に、にトランスデューサー(探触子、プローブ)を90度回転させて、もう１度同じ箇所を測定します。 ２回の測定の内、表示された厚みの薄い方を測定値として採用します。
２回測定法は、１回測定法に比べより正確に減肉を把握することができるため、腐食の進行が想定される場所では、２回測定法が推奨されています。

２回測定法
(測定イメージ)

多点測定法

測定点を中心とする直径30mmの円の内側を、多数回測定する方法です。
表示された厚みの内、もっとも薄い値を測定値とします。

多点測定法
(測定イメージ)

精密測定法

精密測定法は、腐食の進行が予想されている箇所で、減肉の分布状況を確認するために行う測定方法です。
10mm間隔の格子状に測定点を設定し、測定を行います。

精密測定法
(測定イメージ)

連続測定法

連続測定法は、厚さの変化を確認するために行う測定方法です。
測定線上を、１回測定法により5mm間隔で測定を行うか、もしくは、連続的に測定(スキャン)を行います。

連続測定法
(測定イメージ)

管材の測定方法

管材の厚さ測定では、トランスデューサー(探触子、プローブ)の接触方向が非常に重要です。
誤った方向で接触させると、正しい厚さを測定することができなくなります。

外径25mm以上の場合

外径が25mm以上の場合は、配管・パイプの軸方向に対して、トランスデューサー(探触子、プローブ)を垂直に接触させ、測定を行います。

外径25mm以下の場合

外径が25mm以下の配管・パイプの測定では、まず25mm以上の測定と同様に、トランスデューサー(探触子、プローブ)を垂直に接触させ測定を行います。次に、配管・パイプの軸に対して、トランスデューサーを平行に接触させ測定し、表示された２つの厚みの内、薄い値を測定値として採用します。

超音波とは

超音波とは、私たち人間の耳では聞くことができない高い音のことです。

人間は通常、約20Hz(ヘルツ)〜20KHz(キロヘルツ)の周波数を聞くことができます。
人間が聞くことができない20KHz以上の音波のことを、総称して超音波と呼んでいます。

動物では、イルカやコウモリなどが、20KHz以上の超音波を利用していることが知られています。 超音波厚さ計・探傷器では、一般的に1MHz〜20MHzの超音波が使用されています。

超音波はこの他にも、潜水艦や船舶の探知に使用されるソナーや魚群探知機、医療のエコー検査等の様々な機器で使用されています。

超音波の非破壊検査への適用は非常に古く、1930年頃から行われており、技術的にも確立した非常に信頼できる検査方法です。

超音波の特長

超音波には、大きく以下の二つの特長があります。

• 物質と物質の境界で反射する
• 物質により音の伝わる速度(音速)が異なる

超音波には、物質と物質の境界で反射するという特徴があります。ただし、超音波がすべて反射するのではなく、一部の超音波は通過します。
反射する超音波と通過する超音波の割合は、隣り合う物質の材質の組み合わせにより変化します。
例えば鉄と水の場合、約94％の超音波は境界で反射し、残りの6%が通過します。一方でアクリル樹脂と水の場合は、34%の超音波が境界で反射し、64%は通過します。
超音波の反射・通過の割合は、隣り合う物質の音響インピーダンスにより決定されます。

次に、超音波の伝わる速度、すなわち音速は、物質により異なるという特徴があります。
例えば同じ金属でも、鋼の音速は約5920m/sですが、アルミニウムの音速は約6380m/s、ステンレスの音速は5660m/sと、材質により音速は異なります。また同じ鋼でも、鋼種が異なると若干音速は異なります。

超音波厚さ測定・探傷試験では、正確な検査のために、正しい音速を把握することが大切です。測定物と同じ材質の試験片を使用して、音速の校正を行うことが重要です。

超音波の種類

超音波の波の種類には、縦波や横波、表面波、板波などがあります。超音波厚さ測定では縦波が、超音波探傷試験では主に縦波と横波が使用されています。

縦波とは、粒子の振動が波の進行方向と同じ縦方向に起こる波のことで、最も伝達が速い波です。

横波とは、粒子の振動が波の進行方向と直角の横方向に起こる波のことです。縦波よりも伝達が遅く、約半分の伝達速度となります。固体の中だけに伝搬し、液体や気体の中は伝わりません。斜角探傷試験で主に使用されます。

下表は、主要な材料の縦波と横波の音速です。

単位：m/秒

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