(57)【要約】【課題】  樹脂被覆材や塗覆材の被覆層間や被覆-母材間の密着性を、超音波を用いて精度良くかつ広い厚さの範囲で評価する樹脂を提供する。【解決手段】  被覆層を有する被覆材の密着性を超音波を用いて評価する被覆材の評価方法において、被覆材の被覆層２に超音波を入射させ、母材１底面からの反射波Ｂ１の減衰を計測して密着性を評価するに際し、母材１底面からの反射波Ｂ１の強度が被覆層内の多重反射波Ｉ２の強度に対して所定の比率以上となる超音波の周波数の範囲を予め求めておき、超音波の周波数を前記範囲の中の周波数に設定することを特徴とする被覆材の評価方法である。【効果】  被覆層内の多重反射波の影響を受けずに、母材底面からの反射波を計測することができるので、被覆層間や被覆-母材間に空隙がある場合の反射波の減衰を明瞭に検出でき、被覆材の密着性を精度良く評価することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被覆層を有する被覆材の密着性を超音波を用いて評価する被覆材の評価方法において、被覆材の被覆層に超音波を入射させ、母材底面からの反射波の減衰を計測して密着性を評価するに際し、母材底面からの反射波の強度が被覆層内の多重反射波の強度に対して所定の比率以上となる超音波の周波数の範囲を予め求めておき、超音波の周波数を前記範囲の中の周波数に設定することを特徴とする被覆材の評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂等で被覆した被覆材や塗覆材の被覆層間や被覆-母材間の密着性を超音波で評価する樹脂被覆材の密着性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板や鋼管の酸化を防止する技術として、ポリエチレンや塩化ビニルなどの樹脂を被覆する方法、あるいは塗装を繰り返すことにより塗膜を形成する方法などがある。これらの処理が施された被覆材では、被覆層間や被覆-母材間の密着性が酸化や被覆層の劣化を防止する観点から重要である。例えば、被覆-母材間に空隙があると、その空隙に水分が侵入し、亀裂が発生する原因となることがある。このため、被覆材の密着性を評価する技術が開発されてきた。
【０００３】
特許文献１（特開昭55-116255号公報）には、合成樹脂材のボイド検出方法および装置が開示されている。この技術は、樹脂被覆材の被覆層に超音波を入射させ、被覆層間や被覆-母材間に介在している空隙を検出するもので、空隙からの反射波、あるいは境界反射波の減衰によって検知するというものである。
【０００４】
特許文献２（特開昭57-37257号公報）には、金属板に樹脂板をライニングした材料の金属板と樹脂板の接着の良否を検査するための接着検出装置が提案されている。この技術は、母材側から超音波を入射し、接着面からの（母材内の）多重反射波を測定し、減衰特性より接着の良否を検査するというものである。
【０００５】
また、非特許文献１（日本非破壊検査協会 第２分科会資料 No.21049(1980)）には、樹脂被覆鋼板の接着不良の検出方法および装置が開示されている。この技術は、被検材に超音波を入射させ、被検材を透過した超音波を反射板を用いて反射させて、再度被検材を透過した超音波の減衰を測定することにより、接着不良を検出するというものである。
【特許文献１】特開昭55-116255号公報
【特許文献２】特開昭57-37257号公報
【非特許文献１】日本非破壊検査協会 第２分科会資料 No.21049(1980)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記文献記載の方法では、次のような問題が残されていた。
【０００７】
特許文献１記載の方法では、被覆層と母材の間に空隙が生じた場合でも、被覆層-母材境界での超音波の反射波は、空隙がない健全な状態との差はわずかであり、検出することは困難である。例えば、被覆層の音響インピーダンスが2.5×106kg/m2s、母材の音響インピーダンスが45×106kg/m2sの場合、健全な状態での音圧反射率は約0．9となる。これは、空隙が生じた場合の音圧反射率1に比べて、信号強度の差としては1dB程度に過ぎない。鋼材等の超音波の計測においては、被検材の曲りや形状の影響で通常1dB位の強度のばらつきが避けられず、この方法で空隙の存在を検知することは実際上困難である。
【０００８】
なお、特許文献１においては、境界反射波（例えばＢエコー、母材底面エコー）の減衰を利用する方法も記載されているが、この場合、図４に示すように、被覆層内の多重反射波が重なることにより、境界反射波の検知自体が困難となる場合が多い。これは特に母材が薄い場合や、被覆層内の伝播時間と母材内の伝播時間が近い場合、被覆層が複数の材質で合成されている等の場合に顕著となる。
【０００９】
特許文献２記載の方法においても、特許文献１記載の方法と同様、被覆層-母材境界での反射波について、強度の変化を検出するというものである。そのため、前述と同様、空隙が生じた場合でも反射波強度の変化は小さく、空隙の存在を検知することは実際上困難であるという問題がある。
【００１０】
非特許文献１記載の方法では、被検材がパイプの場合、反射板か超音波探触子のいずれか一方を、管の内部に挿入する必要がある。特に内径数10mm以下の小径サイズの鋼管の場合、反射波や超音波探触子の角度合わせを精密に行うことが実際上困難である。
【００１１】
本発明は、以上の問題点を解決し、樹脂被覆材や塗覆材の被覆層間や被覆-母材間の密着性を、超音波を用いて精度良くかつ広い厚さの範囲で評価する樹脂を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
これらの課題は、次の発明により解決される。その発明は、被覆層を有する被覆材の密着性を超音波を用いて評価する被覆材の評価方法において、被覆材の被覆層に超音波を入射させ、母材底面からの反射波の減衰を計測して密着性を評価するに際し、母材底面からの反射波の強度が被覆層内の多重反射波の強度に対して所定の比率以上となる超音波の周波数の範囲を予め求めておき、超音波の周波数を前記範囲の中の周波数に設定することを特徴とする被覆材の評価方法である。
【００１３】
この発明は、被覆材の被覆層に超音波を入射させ、母材底面からの反射波の減衰により検知する際、被覆層内の多重反射波が母材底面からの反射波の計測に影響を及ぼさないように、超音波の周波数を設定することを特徴としている。これは、被覆材の密着性評価方法について、種々の検討を行った結果、被覆層と母材における超音波減衰が周波数により異なること、即ち周波数特性が異なることを見出し、この知見に基づくものである。
【００１４】
一般に樹脂などの被覆層の超音波減衰においては、粘性減衰が支配的であり、周波数に比例して減衰が増加する。一方、鋼などの金属からなる母材の超音波減衰においては、結晶粒による散乱減衰が支配的であり、周波数の4乗に比例して減衰が増加する。
【００１５】
これより、周波数が低い場合は、被覆層と母材における超音波減衰は共に小さく、被覆層内の多重反射波の影響が無視できない。周波数が高くなるにつれて、被覆層における超音波減衰が大きくなり、母材底面からの反射波に対して多重反射波は弱くなる。さらに周波数が高くなると、母材における超音波減衰が急激に増大し、母材底面からの反射波も検出困難となる。
【００１６】
そこで、測定に用いる超音波について、上記の周波数依存性の差異を利用して適切な周波数を設定することにより、母材底面からの反射波に対して、多重反射波を十分低減することが可能となる。その結果、被覆層内の多重反射波が母材の底面反射波に影響を及ぼさないような計測条件とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、被覆材の被覆層に超音波を入射させ、被覆層内の多重反射波が母材底面からの反射波より十分小さくなるよう超音波の周波数を設定しているので、被覆層内の多重反射波の影響を受けずに、母材底面からの反射波を計測することができる。その結果、被覆層間や被覆-母材間に空隙がある場合、それに伴う母材底面からの反射波の減衰を明瞭に検出することができるようになり、被覆材の密着性を精度良く評価することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施する際は、被覆材の被覆層の側から超音波を入射させ、母材底面からの反射波を計測する。図１に示すように、被検材の被覆層２に超音波探触子３を接触させる。被覆層２と超音波探触子３の間は、水や油などの接触媒質４により超音波を被検材に伝達させる。
【００１９】
超音波は、超音波送受信装置５により送信および受信する。送信の際は、一定の繰返し周期で高圧電気パルスを超音波探触子３に与えることにより、超音波探触子３から超音波が発生する。受信の際は、超音波探触子３が超音波を受波すると電圧に変換され、超音波送受信装置５はその電圧信号を増幅して超音波波形を得る。
【００２０】
波形解析装置６は、母材１の底面からの反射波（底面エコー）が現れる時間帯にて波形の信号強度を計測し、しきい値より低下した場合は空隙があると評価する評価部を備えている。なお、図中のB1は母材底面での反射波、I1は被覆層と母材の境界での反射波、I2は被覆層内の多重反射波をそれぞれ示す。
【実施例１】
【００２１】
本発明の方法を内面被覆鋼管に対して適用した例について説明する。
【００２２】
被検材は、母材が外径34mmφ、厚さ3.3mmの鋼管であり、その内面に厚さ1mmのポリエチレンからなる被覆層を有している。被覆層側から超音波を入射させて計測を行うと、被覆層を超音波が往復する伝播時間は約0.9μsec、母材を超音波が往復する伝播時間は約1.1μsecであった。
【００２３】
反射波は、被覆層表面での反射波Sを基準時刻（0 sec）とすると、被覆層と母材の境界での反射波I1が0.9μsec、被覆層内の多重反射波I2が1.8μsec、母材底面での反射波B1が2.0μsecに現れた。周波数を変えて被検材に超音波を入射し、超音波計測を行った。
【００２４】
得られた超音波波形を図２に示す。図中、健全部は密着良好な健全材、空隙部は被覆-母材間に空隙がある場合の波形を示す。超音波の周波数が5MHzの場合、被覆層内の多重反射波I2が強く、健全材の母材底面反射波B1に近い強度を示している。これらの反射波は時間的に近い位置に現れるため、空隙部によりB1が低下しても、I2と波形が重なっているB1の低下の有無は検出できない。
【００２５】
これに対して、超音波の周波数を15MHzに高めると、被覆層内の多重反射波I2が減衰し殆ど現れなくなる。その結果、空隙部ではB1の位置に見られる反射波が低下ないしは見られなくなり、空隙部によるB1の低下を検出することが可能となる。さらに超音波の周波数を20MHzにすると、母材での超音波減衰も大きくなり、健全材のB1自体が低下し、空隙部との比較がしにくくなる。
【００２６】
以上の結果を、超音波の周波数に対する反射波の強度の関係としてまとめると、図３に示すようになる。母材の底面反射波B1は前述のように周波数の4乗に比例して減衰するため、周波数の上昇に伴い急激に低下しているが、被覆層内の多重反射波I2は周波数に比例して減衰している。そのため、B1とI2の差は、周波数の上昇に伴い増加し、その後両者の差は縮まる傾向を示し、その結果B1とI2の差はある周波数範囲内で最大となる。
【００２７】
空隙の有無を明瞭に検出するには、B1とI2の差として6〜10dB程度は必要である。これは、この実施例の場合は超音波の周波数を10〜20 MHzに設定することで達成できる。このようにして、被覆層内の多重反射波I2が母材の底面反射波B1の計測に影響を及ぼさないように、測定条件を設定することができる。
【００２８】
なお、被覆層内の多重反射波が母材の底面反射波の計測に影響を及ぼさないための条件は、被検材の形状や表面仕上（粗さ）等の信号強度に影響を及ぼす要因により異なる。例えば、小径サイズの鋼管では、ごく僅かの曲りや偏肉によって、密着良好な健全材でも母材の底面反射波の強度は6dB程度変化することもある。この場合は、上記B1とI2の差が十分に大きくないと空隙の有無の検出は困難となるので、12〜16dB程度の差が出るような測定条件を設定することが必要である。これは、この実施例の場合は、超音波の周波数を15 MHz前後に設定することで達成される。
【００２９】
以上に述べた条件は、母材や被覆層の厚さにより異なってくる。その場合の超音波の周波数は、健全材と空隙の生じたサンプルについて、予め上記図３に示すようなデータを測定することにより、容易に設定可能である。
【００３０】
また、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々適用可能である。例えば、被覆層は内面側に限らず外面側でも良く、被覆材は樹脂に限らず塗装を重ねた塗膜でも良い。また、被検材は管に限らず板でも良い。さらに、超音波の送受信は、送信と受信に別々の超音波探触子を用いる二探法としても良く、超音波の経路は被検材の法線方向に限らず斜め方向としても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態を示す図。
【図２】得られた超音波波形の例を示す図。
【図３】超音波の周波数に対する反射波の強度の関係を示す図。
【図４】被覆層内の多重反射波の影響を示す図。
【符号の説明】
【００３２】
１  母材
２  被検材の被覆層
３  超音波探触子
４  接触媒質
５  超音波送受信装置
６  波形解析装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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