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複雑な板組を有する三溶接線交差部の超音波非破壊検査

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Academic year: 2022

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(1)

複雑な板組を有する三溶接線交差部の超音波非破壊検査

東京都市大学

(

旧 武蔵工業大学

)

正会員 白旗弘実 東京工業大学 フェロー 三木千壽

1. はじめに

近年,複雑な板組を有し,溶接で製作される構造が 見られるようになってきている1).一方で橋脚隅角部 における疲労も問題となっており2),溶接の品質管理 を見直す必要があるといった意見もある 3)

複雑な板組を有する部材にける溶接品質管理を検討 することは重要である.品質管理手法としては,放射 線透過試験はフィルムの配置などで適用が非常に困難 である.本研究では,三溶接線の交差部に生じる溶接 欠陥を特に対象として超音波探傷試験の適用をこころ みたので,その結果を報告する.

2. 試験体および超音波探傷実験システム

実験で用いた試験体を図

-1

に示す.この試験体は鋼 製橋脚隅角部を模擬しており,柱および梁において,

ウェブのこば面が見える板組である4)

(WW

タイプと 呼ばれる

)

.図に示すように,試験体の柱,梁部に沿っ てxyおよびz軸を定める.試験体の溶接部の詳細を 図

-1(b)

(d)

に示す.試験体は人為的にルート面を残 した状態で溶接されている.このような状態で溶接を 行うと,三つの溶接線が交差する箇所において,図

-2

に示すような三角柱状の未溶着部

(

デルタゾーン

)

が 残されることになる4)

超音波探傷システムを図

-3

に示す5).探傷システム はパソコン,探傷器および探触子より構成される.探 触子はアレイ探触子を用いた.探触子の詳細を図

-3(b)

に示す.素子のサイズは

0.3×7mm

である.アレイ探 触子では,各素子の波の送受信特性が同じであること が好ましい.各素子の波形がほぼ同一であることは確 認している6)

3. 三溶接線交差部の探傷

三溶接線交差部に生じるデルタゾーンの探傷を行っ た.入射位置および探傷条件を図

-4

に示す.貫通板上 で柱

-

梁フランジ溶接線

(y

)

および柱ウェブ

-

フラン ジ溶接線

(z

)

に沿って,デルタゾーンからと思われ るエコーが見られる範囲で探傷を行った.

得られた波形の一つを図

-5

に示す.波動伝播距離

63mm

前後に小さいがエコーが見られる.探触子の位

Key Words: 溶接線交差部,超音波探傷試験,品質管理,アレイ探触子,隅角部

158-8557東京都世田谷区玉堤1-28-1

図–1 WWタイプ試験体

図–2 交差部に発生する未溶着部(デルタゾーン)

図–3 アレイ超音波探傷システム

置および入射条件から推定すると,このエコーはデル タゾーンからのエコーである可能性が高いと考えられ る.エコー反射経路としては,面反射となる経路はま ず考えられなく,端部エコーであると予想される.

得られた波形で三次元の開口合成を行い,デルタゾー 19 22

5 12 5 10 13 5 12 5 13

19 22

22 22

610 610 未溶着部 ( 二次元欠陥 )

y x

z 320

19 320 200

200

22 22

貫通板

ウェブ 梁フランジ

柱フランジ

長さの単位は mm

(a) (b)

(c)

(d)

分解

三角柱状の溶け残り ( デルタゾーン )

パーソナル コンピュータ

探触子

探傷器

29 43 振動子

16 チャンネル 振動子 0.3 x 7 mm 振動子間隔 0.4 mm 13

単位 mm

周波数 5 MHz 土木学会第64回年次学術講演会(平成21年9月)

‑843‑

Ⅰ‑422

(2)

図–4 デルタゾーン探傷実験概略

図–5 取得波形

ンの再構成をこころみた.得られた像を図

-6

に示す.

-6(a)

はウェブ側からデルタゾーンを見た方向,図

-

6(b)

は柱フランジ側からデルタゾーンを見た方向であ る.図

-1

に示された溶接面の詳細などから得られる未 溶着部形状がデルタゾーンまで同一であると想定する ことにより推定される未溶着部の像を図

-6

に点線で示 している.再構成像と

2

次元欠陥の外挿はおおむね一 致しているといえる.デルタゾーン梁フランジ板厚方 向

(x

方向

)

の端部位置は,梁フランジ表面位置と同じ である(x=0)と推定される.外挿のみでは,デルタ ゾーンの梁フランジ板厚方向の端部の位置は推定でき ないので,三次元的な探傷のほうが多くの情報を得る

図–6 デルタゾーンの再構成像

ことができると考える.

4. おわりに

本研究で得られた結果をここにまとめる.

・デルタゾーンに対する探傷方法として,貫通柱板から の

1

回底面反射,入射波集束によるアレイ探傷方法を 適用した.デルタゾーンからと思われるエコーを受信 することができた.三次元開口合成によりデルタゾー ンの像を再構成することができた.

・三次元開口合成により得られた像は

2

次元的な未溶 着部を外挿することにより推定されるデルタゾーンの 寸法とおおむね一致した.デルタゾーンの端部を推定 することができた.

謝辞

本研究は科学研究費補助金

(

基盤

(S)

代表

:

三木千壽

)

の補助を受けました.ここに記して関係各位に謝意を 表します.

参考文献

1) 森永真朗,磯上知良,千葉照男,横山伸幸,三木千壽:

東京港臨海大橋(仮称)における技術開発とコスト縮減 –上部工の構造検討(1) –,橋梁と基礎,Vol.42, No.9, pp.45-50, 2008.

2) 森河久,下里哲弘,三木千壽,市川篤司:箱断面柱を 有する鋼製橋脚に発生した疲労損傷の調査と応急対策,

土木学会論文集No.703/I-59, pp.177-183, 2002.

3) 三木千壽,平林泰明:施工の不具合を原因とする疲労損 傷,土木学会論文集A Vol.63, No.3, pp.518-532, 2007.

4) 三木千壽,平林泰明,時田英夫,小西拓洋,柳沼安俊:

鋼製橋脚隅角部の板組構成と疲労き裂モード,土木学 会論文集No.745/I-65, pp.105-119, 2003.

5) 平林雅也,三木千壽,田辺篤史,白旗弘実:マルチフェ イズドアレイ探触子を用いた高精度超音波探傷試験,

土木学会論文集A, Vol.64 No.1, pp.71-81, 2008.

6) 白旗弘実:斜角横波入射可能なアレイ探触子の入射波特 性について,第63回土木学会年次学術講演会,1-474, 2008.

y

y x

z

z

x z ウェブ

梁フランジ

柱フランジ ( 貫通 )

柱フランジ上に 探触子を置いて探傷

平面

立面

( ウェブ板は除く ) 平面を見る方向

立面図を見る方向

探触子

探触子

45 度

入射波を集束させた点 14≦y≦30mm 40≦z≦50mm の範囲で探傷

20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100

波動伝播距離 (mm)

エコー高さ

yz

x z

ウェブ

梁フランジ

柱フランジ ( 貫通 )

平面 立面

( ウェブ板は除く )

探触子 探触子

45 度 46mm

24mm

46mm

x y z

(a) を見る方向 (b) を見る方向

(a) (b)

ウェブ

柱フランジ 梁フランジ

柱フランジ 梁フランジ

5mm 5mm

12mm 土木学会第64回年次学術講演会(平成21年9月)

‑844‑

Ⅰ‑422

参照

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