第 4 章 超音波探傷試験による欠陥寸法評価
4.2 垂直探傷試験による欠陥寸法評価
4.2.3 水平欠陥におけるエコー高さの変化
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Fig.4.6 Defect length measurement method by the normal beam method (Decibel drop method)
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Fig.4.7 Relative position between the probe and the defect
Table 4.1 The parameters in each calculation cases
(2) 計算結果およびエコー高さの変化
計算結果をFig.4.8から Fig.4.14に示す。図の横軸は，Fig.4.7に示す欠陥中央の位置と 探触子中央位置の水平相対距離 cであり，縦軸は，（4.3）式で計算される反射波の最大振 幅の無次元値
P
Rを示す。
10 0
20 log
c xR
c
P P
P
（4.3）
ここに，
P
c x はc x
における反射波のピーク値であり，P
c0はc 0
（欠陥中心直上）での反射波のピーク値である。
計算結果の一部をFig.4.8に示す。Fig.4.8 (a)～(d)は周波数2MHz，振動子幅10mmで 欠陥深さを10mmから40mmまで変化させた結果である。探触子が欠陥中央から欠陥端 部に移動すると欠陥エコー高さは小さくなっている。欠陥からの反射波の最大振幅は，探 触子が欠陥中心直上にあるとき最大となり，欠陥中心位置から遠ざかるにつれて欠陥から の反射波が減少する。これより欠陥エコー高さが最大となる探触子位置が欠陥位置と判断 することができる。また，(a)図～(d)図を比較すると欠陥深さが深くなるほど探触子が欠陥 中央から欠陥端部に移動すると欠陥エコー高さの減少率が小さくなっていることがわかる。
これは欠陥が深くなるに従って超音波ビームの拡がりが大きくなり，欠陥に当たる超音波
Specimen
B Probe
c d 2a
Defect
Frequency f (MHz) 2, 5
Transducer size B (mm) 5, 10, 20 Length 2a (mm) 3, 5, 7, 10, 15, 20, 25
Depth d (mm) 10, 20, 30, 40
Probe Defect
48
の面積の割合が大きくなることが影響していると考えられる。エコー高さが欠陥中心直上 での反射波のピーク値より6dB低下したラインに注目すると，欠陥長さが10mm以上の 場合，反射波のピーク値が最大となる位置からピーク値が6dB低下する位置までの探触子 移動距離cの2倍が欠陥長さと一致することがわかる。欠陥長さが10mm以下の場合には，
欠陥長さより探触子移動距離cを2倍した長さより長くなっていることがわかる。これは，
振動子幅に比較して欠陥寸法が相対的に小さくなると，欠陥からの反射波は小さくなるも のの，欠陥端部からの反射波の影響によりエコー高さが高くなり，エコー高さが6dB低下 する探触子位置が拡がるためと考えられる。
(e)図は周波数2MHz，欠陥深さ20mmで振動子幅が5mmの場合の結果である。欠陥深
さが同じ(b)図と比較するとエコーの減少率は(b)図ほど大きくはない。これはビームの拡が り，すなわち指向性は振動子幅が小さいほど鈍くなるためビームが欠陥に当たる面積の割 合が大きくなるためである。また，欠陥が長い場合にエコー高さが欠陥の中心位置ではな い位置で最大になっている。欠陥が短い場合は基準エコー（探触子が欠陥中心直上にある ときのエコー高さ）に欠陥端部のエコーも含まれているが，欠陥が長くなると欠陥の端部 から返ってくるエコーの影響が相対的に大きく現れるためと考えられる。
(f)図は周波数2MHz，欠陥深さ40mmで探触子幅を20mmとした場合の結果である。
エコー高さが 6dBドロップ低下したラインに注目すると欠陥長さが 20mm 以下の場合で は欠陥が小さいほど過大に評価されることがわかる。これは振動子幅が欠陥長さより大き く，欠陥端部からの反射波の影響によりエコー高さが高くなり，エコー高さが6dB低下す る探触子位置が拡がることにより欠陥寸法を過大に評価することになっていると考えられ る。
(g)図は周波数5MHz，振動子幅 5mmで欠陥深さ20mmでとした場合の結果である。周
波数2MHzの(e)図と比較するとエコー高さの減少率が大きいことがわかる。周波数が高い とエコーの拡がりが小さい，すなわち指向性が鋭くなりビームが欠陥に当たる面積の割合 が小さくなるためである。
(h)図は周波数 2MHz，振動子幅 20mm で欠陥深さ 20mm でとした場合の結果であり，
他の場合と異なった結果となった。この場合の探傷条件は欠陥位置がいわゆる近距離音場 の範囲内にある条件となっている。近距離音場では音圧の変化が複雑であり，振動子の中 心軸上で音圧が最大になるとは限らず，探触子のわずかな移動でエコー高さが大きく変化 したものと考えられる。このような条件の場合には欠陥長さの測定にはデシベルドロップ 法を適用することはできないことがわかった。
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(a) f = 2 MHz, B = 10 mm, d = 10 mm
(b) f = 2 MHz, B = 10 mm, d = 20 mm
Fig.4.8 Calculation result of non-dimensional peak amplitude of reflected wave from defect
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Non-dimensional echo height PR[dB]
Distance between the probe and the center of defect：c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
non-dimensional echo height：PR[dB]
Distance between the probe and the center of defect ： c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a 2a
50
(c) f = 2 MHz, B = 10 mm, d = 30 mm
(d) f = 2 MHz, B = 10 mm, d = 40 mm
Fig.4.8 Calculation result of non-dimensional peak amplitude of reflected wave from defect
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Non-dimensional echo height PR[dB]
Distance between the probe and the center of defect ：c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Non-dimensionalecho height [dB]
Distance between the probe and the center of difect ： c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a
51
(e) f = 2 MHz, B = 5 mm, d = 20 mm
(f) f = 2 MHz, B = 20 mm, d = 40 mm
Fig.4.8 Calculation result of non-dimensional peak amplitude of reflected wave from defect
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Non-dimensional echo height PR[dB]
Distance between the probe and the center of difect ：c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Non-dimensioal echo height PR[dB]
Distance between the probe and the center of difect ：c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a
52
(g) f = 5 MHz, B = 5 mm, d = 20 mm
(h) f = 2 MHz, B = 20 mm, d = 20 mm
Fig.4.8 Calculation result of non-dimensional peak amplitude of reflected wave from defect
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Non-dimensional echo height PR[dB]
Distance between the prob and the center of defect ： c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a
-15 -12 -9 -6 -3 0 3
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Non-dimensional echo height PR[dB]
Distance between the probe and the center of defect ： c [mm]
3mm 5mm 7mm 10mm 15mm 20mm 25mm
2a
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