日本建築学会大会学術講演梗概集（近畿） 2014 年 9 月

1496

35 度開先面に発生する融合不良に対する超音波探傷試験方法に関する研究
正会員
同
超音波探傷試験
斜角探傷法

融合不良
探触子

○服部 和徳*1
中込 忠男*3

笠原 基弘*2

開先角度
エコー高さ

1.はじめに構造物の継手性能を低下させる溶接内部欠陥として、

表1
欠陥位置

完全溶込溶接部には、割れ、溶込不良、融合不良、ブローホールおよびスラグ巻込みが挙げられる。日本建築学会「鋼構造建築溶接部の超音波探傷検査規準・同解説」

試験体一覧

欠陥寸法(mm)
高さ
長さ
幅
1.2
1000.42.5
280.4
140.45280.410230.620381.025101.0

中央欠陥（以下、UT 規準と称す。）の指標となった既往文献 1)では、余盛止端部に発生する開先面の融合不良については記述

欠陥寸法(mm)
高さ
長さ
幅2.5140.470.45140.41011.50.6
20191.02551.0

欠陥位置

端部欠陥

されていない。そこで、開先角度 35 度における余盛止端SN490B合不良を想定した試験体を 13 体製作した。開先角度は 35と中央欠陥の 2 種類製作している。なお、高さ 1.2mm、長35ﾟ

欠陥深さ度とし放電加工により製作した。欠陥位置は、端部欠陥

25 2550

さ 100mm の試験体は、アンダーカットを想定して欠陥を製作した。
3.斜角探触子および探傷方法
実験に使用した斜角探触子を表 2 に示す。周波数は 2 種

図125示す。供試材は SN490B（板厚:25mm）とし、開先面の融端部欠陥(放電加工)

1002.試験体
試験体一覧を表 1 に、試験体形状を図 1 および写真 1 に

欠陥長さ 欠陥長さ

中央欠陥(放電加工)

探触子について実験的な検討をおこなう。

140部近傍に発生する融合不良を検出するための最適な斜角試験体形状類（4MHz,5MHz）、振動子寸法は 3 種類（8×9mm,5×10mm,10×10mm）、屈折角 3 種類（60 度,65 度,70 度）とし、計 7 種類の探触子を用いて実験を実施した。UT 規準
では 5M10×10A65 および 5M10×10A70 が通常の探傷用に融合不良
融合不良規定されているが、現在、5M10×10A70 が多用されている。なお、5M5×10A65 は UT 規準に示される付則 2 で推写真 1 試験体
表 2 斜角探触子一覧

奨されている探触子である。
探傷方法を図 2 に示す。探傷方法は、4 種類（①底面反射法、②欠陥先端法、③直射法、④一回反射法）とした。
UT 規準における検出レベルはエコー高さが Ho(dB)を基準

周波数(MHz）4として-12dB を超えたもの（L 検出レベル）を溶接欠陥と5振動子(mm）8×95×1010×10して評価している。

屈折角(度)
656060*265*16570*170*1：UT規準で規定されている探触子

4.1 実験結果（欠陥先端法）
図 3 にエコー高さ－欠陥高さ(端部欠陥)の関係の一例を示す。図 3 より欠陥先端エコーはエコー高さが-12dB 以下であり、欠陥が検出できないことがわかる。この結果は端部欠陥および中央欠陥共に同様である。すべての探触子においてエコー高さは-12dB 以下であり、表面側から欠陥先端を検出することは困難である。

*2：UT規準

融合不良

付則2で推奨されている探触子④1回反射①底面反射 ②欠陥先端

試験体
③直射

図2

探傷方法

Study on Ultrasonic Testing Method of Lack of Side Wall Fusion at the 35degree groove face
HATTORI Kazunori, KASAHARA Motohiro, NAKAGOMI Tadao― 991 ―

4.2 実験結果（直射法および一回反射法）
図 3 より、通常多用されている探触子 5M10×10A70 ではエコー高さが-12dB 以下であり、欠陥を検出できないことがわかる。一方、4M8×9A70 では、エコー高さが-12dB を超え欠陥を検出できている。この結果は、中央欠陥も同様の傾向であった。これは、超音波ビームが欠陥面に垂直に入射せず斜めに入射する場合には、屈折角が同一でも、周波数および振動子寸法の差異によって、欠陥の反射指向性が異なるためと考えられる。見かけの振動子寸法、および指向角は式(1)～式(2)により算出した 2）3）。

先端を検出することは困難である。
4）底面反射法では、欠陥からの直接的なエコーは得られないが、開先面の融合不良の検出性は高い。
【参考文献】
1)藤盛紀明:鋼構造建築溶接部の超音波斜角探傷試験に関する研究,東京工業大学博士論文.19752)仙田他:一探触子法による模型欠陥エコー高さの計算方法2 日本非破壊検査協会 第2分科会資料 №2760
pp.1-10 1979.113)仙田、廣瀬、裏垣:傾きを持った平面状欠陥の検出について 非破壊検査 Vol.23 №2 p.92 1974

∅57

181212端部（先端）6端部（先端）6端部（底面）端部（底面）

0端部（直射）-6端部（反射）

端部（直射）

欠陥が検出できていない

端部（反射）-12-12-18-18-24-24…(2)エコー高さ(dB)

18-6…(1)24

エコー高さ(dB)0・

4M8×9A70 端部欠陥

5M10×10A70 端部欠陥
2405101520
欠陥高さ(mm)250305105M10×10A65 端部欠陥
24

ここで、DE：見かけの振動子寸法(mm),θ：屈折角(度)Cw:くさび中の縦波速度(mm/秒),C:試験体中の横波速度(mm/秒)

12DE1：実際の振動子寸法(mm),λ：波長(mm),φ：指向角(度)6端部（底面）端部（底面）

18端部（直射）12端部（反射）端部（反射）

600-6-6-12-12-18-18-2405101520
欠陥高さ(mm)25

5M5×10A65 端部欠陥
2430

05101520
欠陥高さ(mm)2530

24端部（底面）12-24

端部欠陥 欠陥高さ5ｍｍ

端部（先端）

エコー高さ(dB)18

エコー高さ(dB)

端部（直射）

18端部（反射）12

5M10×10
5M5×10
4M8×9

入射角：5度

6600-6-6-12-12-18-18

入射角：10度
入射角：15度-24-2405101520
欠陥高さ(mm)

25305560

図 3 エコー高さー欠陥高さ関係 (端部欠陥)
入射波

φ

融合不良

65
屈折角(度)

7075

図 4 エコ高さー屈折角関係入射波

融合不良

φθ
反射波

θ反射波

屈折角θ：70度
見かけの振動子寸法DE：5.63mm
指向角φ：6.5度

DE

屈折角θ：70度
見かけの振動子寸法DE：4.5mm
指向角φ：10.2度

DE③直射
4M8×9A70③直射
5M10×10A70

入射波

φθ

反射波
屈折角θ：65度
見かけの振動子寸法DE：3.29mm
指向角φ：11.2度

DE

融合不良

③直射
5M5×10A65

図5 超音波の入射および反射の模式図(直射法欠陥高さ：5mm)①底面反射5M10×10A60

図6融合不良①底面反射5融合不良*1 一般財団法人ベターリビング つくば建築試験研究センター・博士(工学)5M10×10A65

超音波の入射の模式図(底面反射法)*1 Tsukuba Building Test Laboratory of Center for Better Living,Dr.Eng.

*2 アクトエイションハート・博士(工学)*3 早稲田大学創造理工学部建築学科 教授・工博

30

端部（先端）

エコー高さ(dB)

端部（直射）

5

欠陥高さが 5mm の直射法における探触子毎の超音波の入射および反射の模式図を図 5 に示す。4M8×9A70 では
5M10×10A70 に比べて指向性が鈍くなり、欠陥が検出できると考えられる。また、5M5×10A65 探触子においても12dB を超え欠陥検出が可能であった。これは、指向性が鈍くなることに加え、入射角が小さくなっていることによると考えられる。
エコー高さ―屈折角θの関係を図 4 に示す。θが 70 度
＜65 度＜60 度の順でエコー高さが高くなった。これはθが小さくなるにつれ、入射角が 15 度＞10 度＞5 度の順で小さくなっていることから理論的な結果と一致する。
4.3 実験結果（底面反射法）
屈折角 70 度による底面反射法は、エコー高さが-12dBを超えて欠陥の検出性は高いが、屈折角が小さくなるにつれて検出性が悪くなっている。これは中央欠陥も端部欠陥も同様である。図 6 に底面反射法における超音波の入射の模式図を示す。これは、屈折角が小さくなると欠陥面で反射したエコーが探触子に戻りにくいことに起因するものと考えられる。底面反射法はエコー高さから欠陥の検出性は高くなるが、欠陥から直接的な欠陥位置を判断できないため、探傷時には留意が必要である。
5.まとめ
1)通常用いられている 5M10×10A70 を用いた直射法および一回反射法において、35 度開先面に発生する欠陥高さの高い融合不良は検出できない。
2) 4M8×9A70 では、5M10×10A70 に比べ指向角が鈍く、超音波が欠陥に対し斜め 15 度に入射しても、欠陥高さの高い融合不良を検出できる。
3）欠陥先端エコーはいずれも低いため、表面側から欠陥

25

5M10×10A60 端部欠陥
24

端部（先端）

エコー高さ(dB)

181520欠陥高さ(mm)*2Action-Creation-Heart Co,.Ltd,Dr.Eng.
*3 Prof.,School of Creative Sience and Engineering Dept. ofArchitecture,WASEDAUniv.,Dr.Eng.

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