L一

図2.2試 験 片 凸 部 の 高 さ協 の 値 (2)は く 離 検 出 用 試 験 片

基 材 と 溶 射 皮 膜 の は く 離 検 出 用 試 験 片 は,JISG3101規 定 のSS400(100×100×10mm)

を 基 材 と し,kれ にA1,Zn,Fe‑13Crお よ びAl、0,を 皮 膜 厚 さ150μmを 目 標 に 溶 射 し た も の と し た(「 溶 射 製 品 の 厚 さ 試 験 法 」JIS委 員 会 資 料)。 溶 射 皮 膜 の は く 離 は 接 着 剤 を 用 い て 機 械 的 に 行 っ た 。 ま た,は く 離 面 積 推 定 用 試 験 片 はSS400にAl,Fe‑13

Crお よ びFeを 皮 膜 厚 さ150μmを 目 標 に 溶 射 し た も の と し た 。 な お,は く 離 標 準 試 験 片 は,ブ ラ ス ト 加 工 お よ び 溶 射 加 工 に 際 し,試 験 片 の 一 部 を マ ス ク し て 作 成 し た 。 表

2.2にSS400の 化 学 成 分 を 示 す 。

表2.2SS400の 化 学 成 分 化 学 成 分(wt%)

C Si ㎞ P S

0.10 0.13 0.48 0,026 0,009

一88一

(3)超 音 波 斜 角 探 傷 用 試 験 片

図2.3は 超 音 波 斜 角 探 傷 用 試 験 片 で あ る 。 反 射 エ コ ー に 端 面 エ コ ー を 用 い る こ と を 考 慮 して,ビ ー ム 路 程 に よ り試 験 片 形 状 を決 定 した 。 な お,試 験 片 は 両 面 機 械 加 工 し た の ち,ブ ラ ス ト加 工 お よ びA1、0、溶 射 を行 っ た 。

2.4実 験 結 果 お よ び 考 察 2.4.1探 傷 面 の 粗 さ の 影 響

超 音 波 検 査 法 の 一 つ に パ ル ス 反 射 法 が あ る 。 これ は 材 料 中 に 欠 陥 が あ っ た 場 合,材 料 上 面 に接 触 媒 質 を 介 して お か れ た 探 触 子 か ら送 信 され た 超 音 波 パ ル ス が,ど の よ う な 伝 ぱ ・反 射 挙 動 を 示 して 受 信 され る か を オ シ ロ ス コー プ を 用 い て 確 か め る 方 法 で あ る 。 こ こ で は,ま ず 初 め に,超 音 波 に お よ ぼ す 探 傷 面 の 粗 さ の 影 響 に つ い て,距 離 振 幅 特 性 曲 線 を 用 い て 検 討 した 。

実 際 の 超 音 波 探 傷 試 験 に お い て,ま ず 問 題 と な る の が 探 傷 面 の 仕 上 げ 程 度 で あ る 。 そ こ で,髭 を 変 化 させ た 試 験 片 に つ い て 得 られ た 距 離 振 幅 特 性 曲 線 を 図2.4に,こ の 図 の ビー ム 路 程90mmに お け る 研 を 図2.5に 示 す 。 図2.5に 示 す よ うに,動 は,翫 の 増 加 に と も な っ て 最 初 急 激 に 減 少 し,そ の 後,徐 徐 に 減 少 して い る。 今,仮 に 聾OdB以 下 で は 探 傷 で き な い も の とす る と5F500μm程 度 の 粗 い 面 で は 探 傷 不 可 能 と思 わ れ る。

こ の 場 合 に は 水 浸 法 を 適 用 す れ ば 表 面 粗 さ の 影 響 は 少 な く な る と報 告2)さ れ て い る。

しか し,図2.5か ら わ か る よ う に,通 常 の ブ ラ ス ト面 程 度 の 表 面 粗 さ を 有 す る 基 材 で

一89一

一20

一

一 」

ビ ー ム 路 程 ∂(mm)

図2.4距 離 振 幅 特 性 曲 線

、

り り り り より り リ ユロ   ロ

表 面 凸 部 の 高 さ5派 μm)

図2.5試 験 片 凸 部 の 高 さ 甜 と エ コ ー 高 さ研 と の 関 係(∂=90mm>

は 十 分 探 傷 が 可 能 で あ る と い え る。 た だ し,精 密 仕 上 げ 面 と比 較 す る と20dB程 度 の 低 い 値 と な っ て お り,で き る だ け 探 傷 面 の 粗 さが ブ ラ ス ト面 の粗 さ以 下 に な る よ う に仕 上 げ る こ と が 望 ま しい 。

一90一

2.4.2反 射 面 の 粗 さの 影 響

基 材 と 溶 射 皮 膜 の は く 離 は,超 音 波 の 底 面 反 射 エ コ ー を観 察 す る こ と に よ っ て 検 出 し よ う とす る もの で あ る の で,反 射 面 の 粗 さ が 脳 こお よ ぼ す 影 響 に つ い て 検 討 す る 必 要 が あ る 。 図2.6は 底 面 粗 さ を 変 化 させ た 場 合 の 反 射 エ コー で,図2.7は 図2.6のa=

120皿mに お け るE∬を 翫 に 対 し て プ ロ ッ ト した も の で あ る。 図2.7か ら わ か る よ うに,5オ が 粗 い ほ どE跳 ま低 い が,そ の 影 響 は 図2.5に 示 した 探 傷 面 の 粗 さ と比 較 す る と 小 さい 。

ま た,5オ が350μm以 下 で は 朋 が ほ ぼ 一 定 に な り,翫 を そ れ 以 下 に 仕 上 げ て も 昴は あ ま り変 化 しな い 。 す な わ ち,基 材 と溶 射 皮 膜 と の は く離 を 検 討 す る 場 合 に は,基 材 と同 一 材 料 を 翫=350μm以 下 に 素 地 加 工 を施 した 基 材 か ら得 られ る伍 を 基 準 に す れ ば よ い とい え る。 こ の こ とは,溶 射 部 を 探 傷 す る 場 合,ブ ラ ス ト面 が 位=60μm前 後 と推 定 され る の で,基 準 エ コー 高 さ を そ れ ぞ れ の 試 料 に っ い て 測 定 し な く て も ほ ぼ 一 定 の感 度 で 探 傷 可 能 で あ る こ と を 示 して い る。

50!00150200

ビ ー ム 路 程 ∂(mm♪

図2.6距 離 振 幅 特 性 曲 線

250

一91一

050010001500

表 面 凸 部 の 高 さ5ご(μm)

図2・7試 験 片 凸 部 の 高 さ5姥 エ コ ー 高 さ 研 と の 関 係(∂=120㎜)

一

2.4.3溶 射 皮 膜 膜 厚 の 影 響

図2.8は8乃 に お よ ぼす 溶 射 皮 膜 の 膜 厚 の 影 響 を示 した もの で あ る。Aは ブ ラ ス ト面 か ら得 られ た願で あ る。 同 図 か らわ か る よ うに,動 は どの膜 厚 で も ほ ぼ 同 じ よ うな減 衰 曲 線 とな り,溶 射 皮 膜 の 膜 厚 の影 響 は 明確 に確認 され な い。 これ は,溶 射 皮 膜 に入 射 した 超 音 波 は皮 膜 に よ って 散 乱 お よび 減 衰 され,や が て消 失 す るた め と思 われ る。

した が っ て,通 常 の 溶 射 皮 膜 の膜 厚 で は,韻 こお よぼす 影 響 は ほ とん どな く,膜 厚 に 関係 な く は く離 状 況 を 判 断 で き る とい え る。 溶 射 皮 膜 の 断 面 写 真 の一 例 を 図2.9に 示 す。

一

・L‑」

ビ ー ム 路 程 ∂(mm) 図2.8距 離 振 幅 特 性 曲 線

一92一

盤藪壁羅 簑 翻灘撚 鞭 欝 灘灘   図2.9Al溶 射皮膜の断面写真

2.4.4は く離 の 影 響

基 材 と溶 射 皮 膜 との は く離 に よ る 酬 の 変 化 に っ い て 検 討 し た 図2.10は,Al溶 射 に つ い て,(a)は ブ ラ ス ト加 工 を行 っ た 面,(b)は 溶 射 を 行 っ た 面,(c)は 基 材

と溶 射 皮 膜 が は く離 した 面 か ら得 られ た 多 重 反 射 図 形 で あ る な お,多 重 反 射 図 形 と は オ シ ロ ス コー フ 上 に 現 れ る 図 形 の こ と で あ る 同 図 か ら,ブ ラ ス ト面 に 比 較 し て溶 射 面 で は 明 ら か に エ コー は 減 衰 して い る の が わ か る しか しな が ら,こ の 溶 射 皮 膜 が 何 ら か の 力,ま た は 振 動 に よ っ て は く離 す る と,(c)に 示 す よ うに 醐 ま元 の ブ ラ ス ト 面 の 謂 近 く ま で 復 帰 す る 、 この こ とか ら,溶 射 皮 膜 に お け る は く離 の 有 無 は 簡 単 に チ

ェ ッ ク す る こ とが で き る と い え る 、

こ の 場 合,ど の 程 度 の 珊 の 減 衰 が あ る か を調 べ る た め に,ブ ラ ス ト面,溶 射 面 か ら の 珊 を 示 した 距 離 振 幅 特 性 線 図 を 図2.11に 示 す ビ ー ム 路 程100mmに お い て,ブ ラ ス

ト面 で は 約28dB,溶 射 面 で は 約9dB,は く離 面 で は 約27dBと な り明 らか に 醐 こ差 が 認 め られ た これ ら の こ とか ら,溶 射 被 膜 の は く離 を確 認 す る 場 合 に は,ブ ラ ス ト面 の

〃1を基 準 と して,超 音 波 探 傷 を 定 期 的 に 実 施 す れ ば は く離 状 態 の 推 定 が 可 能 で あ る と い え る

一93一

ビ ー ム 路 程 α(皿m) 図2.11距 離 振 幅 特 性 曲 線

■駒曝 凋r一 一 覧1晶b層̲し 盈 川 鼠 湘

  ニ   は い ほ ヨ

(c)は く離 面

図2.10A1溶 射 皮 膜 に お け る 多 重 反 射 図 形

2.4.5垂 直 探 傷 法 に よ る は く離 面 積 の 推 定

溶 射 皮 膜 の は く離 が 確 認 され た 場 合,ど の 程 度 は く離 して い る か を 評 価 す る こ と が 重 要 な 問 題 と な る 。 そ こ で 溶 射 皮 膜 の は く 離 面 積 率(以 下 は く 離 率 と 略 称)Mを 式(2.

6)の よ うに 定 義 し た 。 式 中,.4θ は は く離 標 準 試 験 片 か ら求 め た は く離 面 積,.4pは 探 触 子 面 積 で あ る 。

ノ生θ ×100(2

.6) ルグ= ノ窪P

一94一

一 例 と し てAlに っ い て 得 られ た 多 重 反 射 図 形 を 図2 .12に,そ の 距 離 振 幅 特 性 曲線 を 図2.13に 示 す 。 図2.12に お い て,AはM=・100%,Bは75%,Cは50%,Dは25%,

Eは0%の 場 合 で あ る 。 ま た,図2.13か らMと 朋(ビ ー ム 路 程 ∂=100mm)と の 関 係 を 求 め た も の が 図2.14で,動 は ルfにほ ぼ 比 例 し て 増 加 し て い る の が わ か る 。

つ ぎ に,実 際 に 溶 射 部 材 が は く離 して い る場 合,は く離 面 積 の 推 定 が ど の 程 度 可 能 で あ る か を 検 討 す る た め に,実 際 に 溶 射 部 分 を 機 械 的 に は く離 した の ち,超 音 波 探 傷 を 行 い 距 離 振 幅 特 性 曲 線 を 作 成 した 。 得 られ た 結 果 を 図2.15に 示 す 。 同 図 に お い て も 図2.13の 標 準 距 離 振 幅 特 性 曲 線 と同 様 の 傾 向 を 示 し て い る こ とが わ か る 。

探 傷 条 件 探 触 子 ^5Z5N‑M 周 波 数 ^5MH霊.

感 度 RB・4・No.1・40dB

リジ ェクト ^5.α パ ル スチ ュ ーニンク 5.0

図2.12Al溶 射 皮 膜 に お け る 多 重 反 射 図 形

一95一

5

̲4

電 ミ3

椥裡ー口H 21

(

一＼

膨 ＼ 05・0ユ00150

ビ ー ム 路 程a〔mの

図2.13距 離 振 幅 特 性 曲 線(A1標 準)

200

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禽

1喧

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H

図2・14エ コ ー 高 さ朋 と は く離 率Mと の 関 係

一96一

  ロロコセう

050100150200

ビ ー ム 路 程 ∂(皿 皿) 図2.15距 離 振 幅 特 性 曲線(AD

っ ぎ に,標 準 距 離 振 幅 特 性 曲 線 を 用 い て 朋 か ら は く 離 率 の 推 定 を 行 っ た 結 果 を 図2.

16に 示 す 。 こ の 図 か ら,推 定 は く 離 率M5と 実 際 は く 離 率Maと の 関 係 を 最 小 自 乗 法 に よ っ て 求 め て み る と 式(2.2)の よ う に な っ た 。 図2.16に お い て,M5は,ブ ラ ス ト加 工 面 状 態,す な わ ち,0%近 傍 で は 実 測 値 と ほ ぼ 一 致 し て い る が,100%に 近 づ く と と も に Maよ り も 小 さ く な る 傾 向 を 示 し て い る 。 こ れ は,溶 射 皮 膜 が 局 部 的 に 残 存 す る た め に,齪 が 小 さ く な っ た 結 果,M5が 小 さ く な っ た も の と 思 わ れ る 。

M拐==1.095M5一 ト0.219(2.2)

0 0

図2.16

 む   

実 測 は く 離 率 吻(%)

超音波検 査法 によるは く離 面積 の推 定

一97一

つ ぎ に,実 際 の は く離 部 分 に つ い て ル毎=50%が 得 られ るエ コ ー 高 さ を 用 い て は く離 部 分 の 形 状 を推 定 した.得 られ た 結 果 を 図2.17に 示 す 、 図2.17に お い て,(a)は 実 際 の は く離 形 状,(b)は 超 音 波 探 傷 に よ る推 定 形 状 で あ る.こ の 方 法 を 用 い て 形 状 推 定 した 場 合,全 体 的 な 形 状 を 把 握 す る こ とが で き,は く離 部 分 が 鋭 い 形 状 を 呈 す る場 合 に は な め らか な 曲 線 を 示 した

0102030 エ(mm)

(a)実 測(b)推 定

(3)Fe

図2.17は く離 形 状 の 推 定

2.4.6超 音 波 斜 角 探 傷 法 の 適 用

実 際 の 溶 射 部 材 で は,両 面 溶 射 の 場 合 あ る い は 構 造 上 の 問 題 か ら垂 直 探 傷 法 に よ る 底 面 エ コ ー を 用 い る こ と が で き な い 場 合 も あ り,斜 角 探 傷 を 行 う こ と が 必 要 と され る 場 合 も多 い 。

そ こで,斜 角 探 傷 法 に よ る 溶 射 皮 膜 の は く離 につ い て 検 討 した 。 得 られ た 結 果 を 図 2.18に 示 す 。 図2.18に お い て,Aは 両 面 仕 上 げ 面,Bは 両 面 ブ ラ ス ト面,Cは 両 面 は く離 面,Dは 片 面 は く離 面,Eは 両 面 溶 射 面 か ら得 られ た 研 で あ る 。 両 面 溶 射 の 場 合 に は 明 確 に 両 面 溶 射 皮 膜 の は く離 が 確 認 され る。 ま た,反 射 エ コ ー に つ い て 検 討 す る と,図2.18に 示 す よ うに,斜 角 探 傷 で は ビー ム 路 程 に 関 係 な く,は く離 の 検 出 は 容 易 で あ る 。 し か し な が ら,垂 直 探 傷 の 場 合 に は,底 面 エ コー で は く離 を 検 出 す る が,斜 角 探 傷 の 場 合 に は エ コー を 反 射 させ る端 面 を設 定 す る か,あ るい は 二 探 触 子 法5)を 適 用 す る 必 要 が あ る 。

050100

ビ ー ム 路 程3伽m)

図2.18斜 角 探 傷 法 に よ る 距 離 振 幅 特 性 曲 線