技術紹介

アンカーボルトの非破壊検査技術池津和輝 *1

Ikezu Kazuki

福本伸太郎 *2

佐々木孝明 *3

Fukumoto Shintaro

Sasaki Takaaki

アンカーボルトはインフラ構造物のみならず多くの場所で使用されているが、腐食による減肉や固着剤の劣化により脱落の危険が生じる。現在では、目視点検やハンマーによる打音検査にて異常を検知しているが、判定に個人差があることや測定データが残らないなどの課題がある。超音波を用いて健全性の評価を行う手法も提案されているが、ねじ山からの反射エコーによるノイズの発生や、アンカーボルトが長い場合は超音波が拡散／減衰するなど、適用には問題が多い。
そこで本稿では、探傷結果を画像として得られるフェーズドアレイ法を用いて、アンカーボルトの減肉を検知する手法を紹介する。試験で使用した超音波探触子は、超音波シミュレーションでアンカーボルトの検査に適した探触子（特許申請中）を用いた。その結果、アンカーボルトの模擬減肉を検出することができた。
キーワード：アンカーボルト、超音波探傷試験、フェーズドアレイ法

食減肉することが多い。そのため、健全性を評価

1. はじめにする上で、腐食減肉を精度良く検出する技術が期

近年、トンネルや橋梁などのインフラ構造物に待されている。

使用されているアンカーボルトの健全性が問題視

アンカーボルトの腐食減肉を非破壊検査で探傷されている。アンカーボルトの健全性を確認するする技術の 1 つとして超音波探傷法がある。この手法としては、目視検査やハンマーを使用した打検査方法は、アンカーボルトの頭部へ超音波探触音検査が一般的である。しかし、目視検査では外子を密着させ、アンカーボルトの内部へ超音波を面のみしか確認できず、打音検査では検査員の経入射して、検査するものである。この手法を用い験による検査となり、定量的な評価が行えないとて、疲労亀裂などを探傷する場合、欠陥が超音波いう問題がある。また、検査員の高齢化などによの入射方向に対して垂直方向であることが多いた

り、経験を有した熟練の検査員が減少しているとめ欠陥を検出しやすい。しかし、腐食減肉の場合、いう問題もある。このことから、定量的にアン欠陥が超音波入射方向に対して垂直方向ではないカーボルトの健全性を評価する手法が求められてことが多いため、検出性が悪い。

いる。

最近一般化してきたフェーズドアレイ法をアン（1）カーボルトの検査へ適用する事例が増えている 。

アンカーボルトは経年劣化により埋設部分が腐*1：検査事業部 技術部*2：研究開発センター 研究開発グループ*3：検査事業部 副事業部長 兼 技術部長—

11—

IIC REVIEW/2020/04. No.63

フェーズドアレイ法は従来の一振動子式の超音波開発したアニュラアレイ探触子について、超音波探傷法と異なり、超音波ビームの収束や入射角をシミュレーションを行い、検出性の確認を行っ任意に設定でき、さらには探傷結果を画像化するた。シミュレーションは 16 × 16 × 250mm の直方体ことにより欠陥の検出性を向上させている。当社の一面にボルトのねじ形状を導入し、ねじ山減肉

ではフェーズドアレイ法を用いてアンカーボルト（深さ 2.375mm）およびねじ谷減肉（深さ 3.175mm）の腐食減肉の検出性を検討し、一般の超音波探傷の 2 種類の模擬減肉を対象に、ねじ谷の位置を焦法より検出性が向上することを確認している。既点とし、垂直方向に 1mm ピッチでフォーカスを存のフェーズドアレイ探触子では、探触子サイズかけた。
図 2 にシミュレーション結果を示す。ねじ一山や振動子の配置が、アンカーボルトの検査用とし分の腐食減肉を想定したねじ山減肉（図 2（b））のて問題点がある。
そこで本稿では M16 × L250mm（ねじピッチ 2mm）

場合は、腐食減肉部からの反射エコー強度が低のアンカーボルトに発生する腐食減肉の検出をく、健全なねじ部からの反射エコー強度と比較しターゲットとし、超音波のシミュレーションを用て、減肉部からの反射エコーが無いことを明瞭にいて新規に探触子の検討をした。その結果アニュ見分けることができる。

ラアレイ探触子が最も適していると判断し、ア

次に、ねじの谷部の腐食（図 2（c））の場合は、減ニュラアレイ探触子を設計・製作し、アンカーボ肉部より深い位置のねじ部反射エコー強度が低（2）ルトの模擬試験体を用いて検出性を確認した 。

い。このことから反射エコーが低い部分に減肉部が存在すると判断可能である。

2. 探傷技術開発

なお、実際の試験では、超音波探触子の密着性

2.1 超音波のシミュレーションなどの問題もあり、シミュレーション結果より S/N

超音波のシミュレーションは、フランス原子力比は低下することが予測される。

庁サークレー研究所（CEA-SACLAY）が開発したソフト（CIVA）を用いてアニュラアレイ探触子を設計・製作した。探触子の径はアンカーボルトのねじ部を除いた f 12mm に合わせ、探傷面の形状（円形）にあったアニュラアレイ方式とした。以下にアニュラアレイ探触子の概要を示す。
（1）探触子タイプ：垂直（2）素子配列：アニュラアレイ（3）探触子径：f 12mm（4）リング数：8 リング（5）周波数：7MHz（6）フォーカス位置 ：深さ 40 ～ 140mm（7）試験体：アンカーボルト（M16 × 250mm）
図1

図 1 にアニュラアレイの素子配列を示す。この—12—

アニュラアレイ素子配列

（a）健全部		（b）ねじ山部減肉（c）ねじ谷部減肉

図2（d）健全部 （e）ねじ山部減肉 （f）ねじ谷部減肉
拡大拡大拡大

シミュレーション結果

2.2 アンカーボルト模擬試験体および試験方法
試験に使用したアンカーボルト（鋼製）はシミュ
レーションに用いたものと同寸法であり、それぞれの試験体に全周減肉を模擬した人工欠陥を付与した。例（試験体 No.6 および No.9）を図 3 に示す。
また、各アンカーボルトに付与した人工欠陥を表 1に示す。
探傷装置は、M2M 社製のフェーズドアレイ探傷装置 Multi2000（図 4）を使用した。探触子はシミュレーション結果を反映したアニュラアレイ探触子（図 5）を試作し、試験に使用した。接触媒質にはグリセリンを用いた。

（a）試験体 No.6（b）試験体 No.9図3表1—

試験体例

試験体条件

13—

IIC REVIEW/2020/04. No.63

図4探傷装置外観図52.3 試験結果および考察

アニュラアレイ探触子外観強度が低下したと推定される。

試験結果を図 6 に示す。各図とも左側に RF 波

人 工 欠 陥 位 置（t）が 50mm の 試 験 体 No.2 ～ 4形、右側にセクタースキャン画像を示している。

（図 6（b）～（d））の試験結果では、深さ（d）2mm、人工欠陥を施していない試験体 No.1（図 6（a））で3mm および 4mm の人工欠陥を検出した。しかし、は、アンカーボルトの頭部から 60mm 程度までのねじ部分からの反射エコーも強度が高く、減肉のねじ部からの反射エコー強度は高いが、60mm 以形状・大きさによっては検出が困難になる可能性

降は反射エコーの強度が低くなった。深い位置のがある。
次に、人工欠陥位置（t）が 80mm の試験体 No.5

ねじ部からの反射エコーは減衰などの影響により（a）試験体 No.1（人工欠陥なし）（b）試験体 No.2（t=50mm、d=2mm、l=12mm）

（c）試験体 No.3（t=50mm、d=3mm、l=12mm）

図6（d）試験体 No.4（t=50mm、d=4mm、l=12mm）

試験結果（その 1  ）—14—（e）試験体 No.5（t=80mm、d=2mm、l=12mm）（f）試験体 No.6（t=80mm、d=3mm、l=12mm）

（g）試験体 No.7（t=80mm、d=4mm、l=12mm）（h）試験体 No.8（t=120mm、d=2mm、l=12mm）

（i）試験体 No.9（t=120mm、d=3mm、l=12mm）

図6（j）試験体 No.10（t=120mm、d=4mm、l=12mm）

試験結果（その 2  ）～ 7（図 6（e）～（g））および 120mm の試験体 No.8陥の検出性が低下したと考えられる。

～ 10（図 6（h）～（j））の結果では、深さ（d）4mm

また、試験体 No.3、4、7 および 10 では人工欠の人工欠陥は検出できたが、2mm および 3mm は陥が無い部分からの反射エコーの強度が高い。こ

検出が困難であった。検出が困難だった原因としの原因として人工欠陥の反射エコーの一部が超音て、人工欠陥位置（t）が深くなるに従って減衰 / 拡

波の入射方向に対して垂直に反射せず、側面での散損失の影響が大きくなり、ねじ部と人工欠陥か反射を繰り返す、またはモード変換により横波にらの反射エコーの S/N 比が低くなる。また、人工変換したため、探触子に到達するまでに遅れが生欠陥が浅いと超音波が反射する面積が低くなるこ

じた。人工欠陥より深い位置で強度が高くなったとから、反射エコー強度は低くなるため、人工欠遅れエコーが生じたためと考えられる。

—

15—

IIC REVIEW/2020/04. No.63

3. おわりに

参考文献

人工欠陥を有する M16 × L250mm のアンカーボ（1） 林山、福冨広幸、熊野秀樹、伊藤圭介：埋めルトを対象とし、超音波のシミュレーションを行込み基礎ボルトにおける減肉欠陥の検出及びい、アニュラアレイ探触子（f 12mm、周波数 7MHz）

その深さの推定、日本機械学会論文集 A 編、を設計・製作して試験を実施した。

77 巻、783 号、2011、pp.12-19

その結果、人工欠陥では深さ 4mm 程度の減肉（2） 福本伸太郎、西土隆幸、川㟢拓：シミュレーを検出することが可能であった。今後はアニュラションを活用したフェーズドアレイ探触子のアレイ探触子の再検討や運用方法の検討を進めて試作、IIC REVIEW、No.62、2019/10、pp.53-58

いき、インフラ検査の一助となるべく改善を図る。

検査事業部
技術部

研究開発センター
研究開発グループ

池津 和輝

福本伸太郎

TEL. 045-791-3523
FAX. 045-791-3547

TEL. 045-791-3522
FAX. 045-791-3547

検査事業部
副事業部長
兼 技術部長佐々木孝明
TEL. 045-791-3523
FAX. 045-791-3547—

16—