表面SH波を用いた塗装鋼管の超音波探傷検査

質問

超音波を用いた塗装鋼管の管軸方向距離の測定について質問です。

下記の超音波測定により得た結果になぜ誤差が生じたのか(考察?)、
そのメカニズムを教えて下さい。

≪測定の条件・方法・評価・結果≫
測定器の規格　：?超音波探傷器 DFX-7+ (ダコタジャパン?)
　　　　　　　　?表面SH波探触子 2Z5×5HA90 (ジャパンプローブ?)

測定器の設定　：周波数2MHz、音速3230m/s、パルサー電圧200V
　　　　　　　　検出ゼロクロス法、PRF125、ダンピング600

測定環境　　　：室内(室温25℃、湿度50%)

測定対象　　　：Ａ無塗装管（SS400鋼管O.D.355.6mm×L1000mm）
　　　　　　　　　測定外面　無塗装(2種研磨)
　　　　　　　　Ｂ塗装管（SS400鋼管O.D.355.6mm×L1000mm）　
　　　　　　　　　測定外面　水道用液状エポキシ樹脂塗料 膜厚0.5mm

測定距離(基準)：管端から管軸方向に対して50mmおきに500mm迄の計10点を
　　　　　　　　JIS1級ものさしでプロット。(50,100,150,…500mm)

測定方法　　　：超音波探触子を測定点に置き、管端に向けて送信し、
　　　　　　　　管端から反射した超音波を同探触子で受信します。

評価方法　　　：1測定点につき3回ずつ測定を行い、
　　　　　　　　その平均値が基準から何%ずれているかを
　　　　　　　　測定対象ＡとＢ各々比較。

測定結果　　　：基準に対し、総じてＡは±0.5%未満、Ｂは＋2%です。
　　　　　　　　具体例として、基準500mmの場合、
　　　　　　　　Ａは502.5mm、Ｂは510mmです。

考察　　　　　：?基準の精度に関して。
　　　　　　　　　JIS1級ものさしの一目盛分の誤差は考えられるが、
　　　　　　　　　Ｂほどの大きな誤差の主要因としては考えにくい。
　　　　　　　　?塗装の影響に関して。
　　　　　　　　　十中八九、塗装が測定誤差に影響している主要因と
　　　　　　　　　思われるが、どの様に影響しているか、そのメカニ
　　　　　　　　　ズムがわからない。←質問したい点です。　　　　　　　　　　

以上、よろしくお願いいたします。

超音波探触子
超音波探傷器
水道用液状エポキシ樹脂塗料(NT-JW標準型　K-135)
http://www.dakotajapan.com/ufd/DFX7plus.html
http://www.dakotajapan.com/ufd/DFX7plus.html
http://www.nichika-ltd.co.jp/product1/

回答No.4

noname#230359

回答(2)
補足
>表面波において、超音波エネルギーは探触子と管の接触面から1～2波長(1波長=伝搬速度÷周波数
＝3230 [m/s]÷2 [MHz]＝1.615 [mm])の深さで最大らしいので、裏を返すと管厚方向の超音波
エネルギー分布が存在し、そのエネルギーの一部が塗装部に触れることで音速低下すなわち測定値
に誤差が生じると考えます。

1.615 [mm]　ではなく　1.615 [um]　＞　「マ・イ・ク・ロ・メートル」ね
塗膜厚さに比べてはるかに小さい　ふぅ

追記
>まずもってして、パルス波形対して波長を定義できるのでしょうか？
パルス波形の繰り返し周期に基づいて波長を計算する方法にも根拠が
あると思いますが、なぜそのように扱ってよいか理解できていません。

まずもってして、振動子を単一の電気パルスで駆動しても、それ自身の固有振動数
（この場合2MHz）で「減衰振動」します。従って波長という概念も当然有ります。簡単な話です。
機械系の人でも振動理論が判っていれば理解可能の筈だが。　ふぅ

>パルス波形の繰り返し周期に基づいて波長を計算する方法・・・云々
必要なエコーを検出出来るよう繰り返し周期は決めます。2MHzという振動数とは無関係です。ふぅ

回答No.3

noname#230359

塗装面で測った場合長くなるのは、表面波ゆえに
塗装表面の凹凸の影響で信号の経路長が長くなるからでは？

お礼

ご回答ありがとうございました！

回答No.2

noname#230359

塗装鋼管で、測定された長さが異なる原因は、回答(1)さんご指摘のとおり
と思います。

音速を3230 m/sに設定した場合の、塗装なしの鋼管の測定値が502.5 mmと
いうことは、超音波が管端で反射して戻って来る
502.5 mm ÷ 3230 m/s ＝155.57 μsの時間差を測定したことを意味します。

音速の設定をそのままにして、塗装あり鋼管の測定値が510 mmということは、
510 mm ÷ 3230 m/s ＝ 157.89 μsの時間差を観測したことになります。

両測定値の時間差 157.89 μs － 155.57 μs ＝ 2.32 μsは、塗装による
樹脂層を超音波が伝達する際にかかった時間と思います。
文献によると、エポキシ樹脂内の音速は、1100 m/s程度のようですので
2.32 μs × 1100 m/s ＝ 2.55 mm程度の厚さに相当すると考えればいいと
思います。

実際の塗厚が0.5 mmに対して、2.55 mm程度の値が計算されるのは、
塗膜の層に直交方向に超音波が伝わるのではなく、鋼管の長手方向斜め
に伝わるため、見かけ上の数字が大きくなっていると思います。

ご質問では、500 mm位置の測定値の差異についてだけ記載なさっていますが、
50 mmきざみ間隔でデータを取得なさっているようですので、無塗装管と
塗装管の測定値の差異を、測定位置（50～500 mm)に対してグラフにプロット
してみれば、より理解を深めることが出来そうに思います。

誤差を、JIS1級ものさしの一目盛分を比較なさっていますが、超音波測定は、
物体中の音速に依存しますので、設定する音速の値を、被測定物の実態に
応じて校正しないと正しい絶対値は測定できません。

お礼

ご回答ありがとうございました！

当方は追記してくださった内容がメカニズムとして最も可能性があるかと思っています。

補足

なお、後日、膜厚0.5mm時の音速を基準値と一致するように変えていったら、
3190m/sで最も近似しました。

表面波において、超音波エネルギーは探触子と管の接触面から1～2波長(1波長=伝搬速度÷周波数＝3230 [m/s]÷2 [MHz]＝1.615 [mm])の深さで最大らしいので、裏を返すと管厚方向の超音波エネルギー分布が存在し、そのエネルギーの一部が塗装部に触れることで音速低下すなわち測定値に誤差が生じると考えます。
いかがでしょうか？

回答No.1

noname#230359

たぶん、これじゃないかと思うけど、、、
参考URLへ。

参考URL：

http://www.dakotajapan.com/mpseries/point/coating.html

お礼

回答ありがとうございました！