漁船用簡易外板腐蝕検定器に就て : 共振法に依る
超音波厚み測定
著者
奈良迫 嘉一, 大屋 典弘, 山辺 亮
雑誌名
鹿児島大学水産学部紀要=Memoirs of Faculty of
Fisheries Kagoshima University
巻
8
ページ
111-120
別言語のタイトル
Simplified Ultrasonic
Shell-Plate-Flaw-Detector for Fishing Vessel :
With the Use of the Standing-wave Technique in
the Thickness-measurement
漁 船 用 簡 易 外 板 腐 蝕 検 定 器 に 就 て
一 共 振 法 に 依 る 超 音 波 厚 み 測 定 一 奈 良 迫 嘉 一 ・ 大 屋 典 弘 。 山 辺 亮 SimplifiedUltrasonicShell-P1ate-Flaw-Detector forFishingVesseｌ ＷｉｔｈｔｈｅＵｓｅｏｆｔｈｅＳｔａｎｄｉｎｇ−ｗａｖｅＴechniqueinthe Thickness-measurement YoshikazuNARAsAKo，SukehiroOYAandAkiraYAMABE １１１ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｅａｓｙａｎｄａｃcuratedetectionoftheshell-plate-flawin stcelfishingvessels,irrespectiveoftheinspection-1ocation，whetheratseaorindocking， ａｓｉｍｐｌ瞳edultrasonicshell-plate-Haw-detectorforfishingvesselswasdevisedwiththe useofthestandingwavetechniqueinthickness-measurement・ AstheresultoftherepeatedexperimentstheefiFectivenessofthenewlydevised detectorwasprovedtobegenerallygood，withtheaccuracylyingwithin3％mean errorinthethicknessmeasureｍｅｎｔ（max､５％）；withtheconiirmationthatbythe observationofresonance-image-changingphaseeventheflaw-depthcouldbedetected， though，ａｔpresent，whetheritwasincontactwithsaltwaterornot，ｉｔｗａｓｂｅｔｔｅｒｔｈａｔ ｔｈｅｒｅｗａｓｎｏｐａｉntandnocurvatureontheplatesurface． １ ． 緒 言 一般船舶と異なり漁船は操業の特性から屡を外洋に無理な航海を行ない海難に遭遇する 機会も多い．然るに強度並びに浮力の生命である外板保守に就ては経費の面もさる事なが ら外板検査が技術的に非常に難かしぐ，従って船主は勿論乗組員も安易な妥協におちいり， 外板手入れ，取り換えをなおざりにし，その結果往々不測の災害をもたらした例がある． 従来行われている外板検査は主として次の二通りである．即ちテストハンマーに依り不良 外板面を叩きその際発生する異常音を聴いて腐蝕度を判定する方法と，外板面に一倉テス トホールを穿ち,該部の厚象測定を行ない肉眼にてその腐蝕度を観察,爾后熔接で穴埋めを して置くと云う方法であって何れも高度の経験的技術と多大の労作を必要とするものであ る．さて外板材･の厚さは鋼船構造規程に依り一応各船一定なる事から逆に超音波共振法に 依り片面からその厚承を測定すれば,､航海中，ドック中を問わず容易にその腐蝕度を測定，常時予防措置をこうじ，船体安全を確保出来る訳である．著者等はこの目的を以て昭和３２
年４月以来約２年に亘って本検定器の試作と性能改善に就て努力し，漸やく実用化への見 透しを得た．絃に本検定器の構造とその性能の概要に就て報告する． ２ ． 実 ， 験 器 材 パルス電圧発振器：本学文理学部物理学研究室にて試作されたもので,大きさ45.7ｃｍ×24.3ｃｍ×25.7ｃｍのケースに発振部,増幅部変調部,検波部,電源部の５部が収納されてい
Fig.１．Exteriorviewofsimplifiedultrasonicshell-plate-Haw-detectorfbrfishingvesse］ ｗｉｔｈｔｈｅｕｓｅｏｆｔｈｅｓｔＥｍｄｉｎｇ−ｗａｖｅｔｅchniqueinthethickness-measurement． １１２ る．その外観はFig.１に，配線図はFig.２に示されている．真空管発振式であって，そ の出力電圧を探触子（水晶振動子）に加え，之を金属板に接着させて測定板中に超音波を 鹿 児 島 大 学 水 産 学 部 紀 要 鋪 ８ 巻
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ＴＥＳＴ.−ＯＳＣｌＬＬＡＴｏＲ A・(‘.100Ｖ'も０‐‐ 発射させるもので，発 振周波数帯は960ＫC∼ 1.223ＭＣ,1.1835ＭＣ∼ 1.9425ＭＣ,1.857ＭＣ∼ 3.004ＭＣ，2.840ＭＣ∼ 4.575ＭＣ，2.085ＭＣ∼ 3.367ＭＣの５域に切り 換 え ら れ る ， 尚 共 振 図 形を鮮明且つ鋭敏に作 ら せ る た め ， レ シ ー バ ー。ケースを利用，内 部に２枚の鉄薄円板を 入れ之にＡ､Ｃ６０cycle を か け て ， そ の 間 に 空 気 コ ン デ ン サ ー を 形 成，１/60secに１回の 割で共振をさせて変調 を行なうように作られ ● − PllJoT O○
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め た 無 接 地 電 極 型 の も の で あ る ． 振 動 子 は３ＭＣで指向角３，４８′，１ＭＣで13.52’ である．保持器に就ては堅固で小型而も 厚承振動を出来るだけ自由にし，厚承迂 り振動，輪廓還り振動，屈曲振動を出来 るだけ抑圧するものとして計画した．そ の外観はFig.１，構造図をＨｇ､６に示す． 尚測定に当っては被検査鋼板との間に接 触用媒質としてヒマシ油を用いた． テストオシレーター：三和無線測器研 究所の製品SO-25で発振可能周波数は 150KC∼5ＯＭＣで途中６段切換，寸法は 26.2ｃｍ×17.3ｃｍ×33.5ｃｍで外観はFig.１ に，配線図はFig.７に示す． 試験片：造船用鋼材のサンプルとして 下関三菱造船所より寄贈を受けたもので 厚みは孜の１１通りである.即ち12.60ｍｍ， 12.00ｍｍ，９．５５ｍｍ，８．６０ｍｍ，８．００ｍｍ， 7.25ｍｍ，６．８５ｍｍ，５．８０ｍｍ'５．００ｍｍ， 4.03ｍｍ，1.90ｍｍ，上記材料を各板厚別 に６ｃｍ×６ｃｍの方形に切断，之に種倉 の加工処理を行ない，厚承測定と探傷を 試みた． Ｌ‐−−−−−−−−−−−．−−−．−−−−−−−−−−−−−−−−−一一一一＝−−−-一一一一一一一一一一一一一一一」 Ｆｉｇ．７．Circuitdiagramoftest-oscillator． し 両 鼠 う−ル 〆 借 Ｌ■ 〆 一一一一一一一︾︾一一Ｐ一一宮一宇一①一一一 ﾎﾟﾘｴﾁﾚﾝ 信製／ 鯨 −１ ’ 宰酉戸■三 一 列 一 ｿフト 仁伊ｆみぬ雨 J《，｜、ｉ／ｒ、水晶扇添
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の値を採用しても実用的には厚み測定上大なる誤差は生じないが，予じめ試験片の厚みを
マイクロメーターに依り正確に測定し，この値を上式に代入，逆算に依ってひを求め，爾后の試験片の厚み測定にこの値を使用すれば測定の精度を更に高くすることが出来，読み
の誤差は最大５％，平均３％程度に留める事が出来る．本試験片ではり＝5991.2ｍ/sec、
尚実験に於ては鋼材の組織の変化に注目せず一応同質のものとして取扱った．'１｜厚み測定
ａ・旋盤仕上面からの測定 Table１．Thickness-measurementbystandingwavemethod ontheEnishedsurfacebyIatheofsteelplate． 鹿 児 島 大 学 水 産 学 部 紀 要 第 ８ 巻.,"％｜面処理
％燕=翌且
ｃｒｎ 1Ｔｎ 面 処 理 8.60 9.05 8.88 8.88 8.81 ９２２２４ □凸昏の■ １３１１０ 1.347 1.695 2.026 2.363 2.360 1.695 2.026 2.363 2.700 2.700 表 裏 と も 研 磨 仕 上 １．６ マイクロメーターに依る厚さの実測値 8.77 ２５０３５０７７ ８４１４８３９２ ４７０２４７４７ ④４。■●●。■ １１２２２２２２ ４３５６７２０４ □●■ｑや●●● ３１０７０５７４ 11.39 11.65 11.74 12.70 11.88 12.42 12.63 12.32 ５８８０５７０７ ５１６２５０７０ ７−５７０２５２５ ■Ｃｓゆ■名●ｅ ｌｌｌ２２２２２ 1.518 1.765 2.020 2.255 2.507 2.748 2.507 2.750 表面旋盤仕上， 裏 面 研 磨 仕 上 Ｍｃ Z 11.92 、]Ｉｎ ｒ７, 12.38 11.33 11.30 12.85 12.37 12.22 12.12 12.47 ７９２８８５６６ ●■●■■■■● ３４５７３２１４ ０２５０３５０２ ４８４１４８４９ ２４７０２４２４ ●①●Ｇ●●●● １１１２２２２２ b、黒皮付面からの測定 Table２．Thickness-measurementbystandingwavemethod onthemillscaledSmraceofsteelplate． 表面旋盤仕上， 裏面黒皮付き 4.1 Ｍｃ ,-，裏面黒皮付き 1１７ 塗膜厚さ を含む
7』｜聴掛
奈良辿。大屋。山辺：漁船用簡易外板腐蝕検定器に就て ％ 巳︼ 5.76 5.79 5.78 ５０８ ①■■ ２３２ 1.590 2.110 2.110 2.110 2.627 2.628 表 裏 と も 黒 皮 付 き 2.8 5.62 nllm r7’含"％｜面処理
8.271２．１８７ 1.860 8.56 9.22 8.68 9.08 ４１３４ ３４２１ ６０３６ ■■■● １２２２ 1.340 1.690 2.015 2.360 ０５００ ９１６９ 同 上 8.86 2.8 ＴｎＴｎ ｒ ｃ c・ペイント塗装面からの測定 Table３．Thickness-measurementbystandingwavemethod onthepaintedsurfaceofsteelplate． Ｍ ｃ ↓−１ Ｃ Ｍ九 Ｍｃ ‘−， Ｃ Ｍん Ｉｎｌｎ ｒ ｃ ％景
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8.43 3.6‘郷｜難｜難
2.215 7.93 1.8 e・裏面にペイント塗装のある場合 Table５．Thickness-measurementbystandinｇｗａｖｅｍｅｔｈｏｄ ｗｈｅｎｔｈｅｂａｃｋｏｆｓｔｅｅｌｐlateispainted． Fig.８．Thickness-measurementwhentheｂａｃｋｏｆｔｅｓｔｐｉｅｃｅ ｉｓｉｎｃｏｎｔａｃｔｗｉｔｈsaltwater． 、 1.840 8.63 4.4２４蕊龍
1０．２ ７０４ ●ｇ△ ２３１ 2.187 7.43 Ｍｃ .(↓-， d・裏面が接水している場合（Fig.８） Table４．Thickness-measurementbystandinｇｗａｖｅｍｅｔｈｏｄｗｈｅｎ ｔｈｅｂａｃｋｏｆｓｔｅｅｌｐlateisincontactwithsaltwater．誌冊Ｆ翌貝｜舟｡
ｍ ｎ ｌ ｒｒ 6.56 6.94 6.84."‘％｜面処理
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２回塗り ２１．６ 同 上 ｆ、曲げ鋼板の測定 厚さ5.62ｍｍ，曲率半径78.0ｍｍ；厚さ8.43ｍｍ，曲率半径181.5ｍｍ何れの鋼板 も凸面側に探触子をあて測定を行ったが共振点を探知出来ず． ｇ・表裏不平行な鋼板の測定 面角２，５１′のとき共振点を探知出来す． 従って通常の外板用鋼材に就ては次の事が云える．即ちａ,ｂ,ｃの実験から面処理が黒皮 付き，旋盤仕上げ，研磨仕上げの如何を問わず探触子との音響的接触が緊密な範囲では比 較的エネルギー。ロスが少く1.2ＭC∼2.8ＭＣの発振周波数で容易に且つ正確に共振像を 捕えることができ，之より外板厚みを平均誤差３％以内で測定できる. 尚鋼面と水との境界面に於ける超音波エネルギーの反射率は88％である事が知られてい るが,ｄの実験から航海中でも内部から外板の厚さを検定出来ることが判る．ｃ,ｅ,ｆ,ｇよ り探触子の使用に際してはかなり技術的な制約を受けることが知られる．即ち外板面の内 外塗装は之をはぎとること，叉外板の表裏面は出来るだけ平行で且つ曲げ外板の際も曲率 は出来るだけ大きい方が望ましく，之に依って探触子を被検査面に密着せしめ，水晶振動 子の送受の音響的エネルギーを最大限に確保すべきである． 尚ペイントに就ては塗膜厚さが平均0.25ｍｍ以上になると境界面の勢力反射率が小なる ため，減衰が甚だしく測定は不可能となることは注意を要する．'固￨
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厚み測定に準じ，探触子を聴診器式に被検査外板面上にあて，検査部位各点の共振図形 を作りその映像の崩れから探傷を行う． Ｌ鵬
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Fig.９．Testpiece-a． a、試験片（Fig.９） 水晶振動子を遂次傷中心に近づけて行くときその 距離が３ｍｍ以上では傷を探知出来ないが３ｍｍ以 内に入ると共振図形の崩れから傷の存在を探知出来 る．尚Ｔａｂｌｅ６のように同一位置（Fig.９）でも 周波数が大になると測定値が変ることは注目すべき 点である． b、試験片（Fig.１０） 水晶振動子を常に傷の中心に置いたままドリルで 順次拡大して行った場合の穴に対する探傷実験を行 ったが孔径7.7ｍｍ以上(水晶振動子の面積の5.1％） で始めて1.58OMC，2.09ＯＭＣのとき共振図形の生 滅が明確でなく像が崩れ傷の存在を認知できた．蔵
119 1.712 2.190 2.437 2.680 ／↑ Table６．Thickness-measurementbystandingwavemethod ontestpiece-a． ＩｎＩｎ ｒ７１ Ｆｉｇ．１２．Testpiece-d．Ｆｉｇ．１３．Testpiece-e． ｅ･試験片（Fig.１３） 共振周波数1.585ＭC,2.105ＭＣに於ける共振図形は上下仲縮即ち振巾変化の象であ るが，2.630ＭＣに於て明瞭な共振図形の生滅を視認した．従って同一周波数を使用す れば無傷部の共振図形との比較に依り探傷が出来る． 一般に同一大きさの水晶板では周波数が高ければ高い程，従って波長が短ければ短い程 鋭い指向性，強い反射率，大きな分解能を示し，その逆に媒質の粘性と散乱に依って減衰 1 - 0 ｰ = 一 一 一 ■ 牌 一 一 一 ■ 一 一 一 一 Ｍｃ Ｍｃ rｎｒｎ 奈良迫・大屋・山辺：漁船用簡易外板腐蝕検定器に就て∼ 項 目
試 験 片 − − .(Ｉ (↓-１ ｃr Ｆ声脚も ﾉ‘２＆ − 一 ー ー ＝ P ー 一 一 ー 一 一 一 ７．７ １２．１ １２．３ ￨心 2.190 2.437 2.680 2.715 −−審ニエ堅袈IXf ‐ 1２．０ c，試験片 （Fig.１１） こ の 程 度 の穴の大き さ で は 何 れ も傷の探知 は不可能． d，試験片 （Fig.12） 鋼 板 の 裏 面右半部に 曲率半径約 ２ ０ ０ ｍ ｍ の 凹部を作っ て測定する． 6マP,‐ :￨Ｍ１！ ｂｇ侭､陣 I盲ﾑﾏ…函1Ｍ
凹部をｲ乍つFig.１０．Testpiece b・ て測定する．但し表面は何れも研磨．左半部に 於ては典型的な共振図形，右半部では共振図形 を視認できず． Fig.１１。Testpiece-c．’･ｮ,､､下哩ＬＩー---−-120 鹿 児 島 大 学 水 産 学 部 紀 要 節 ８ 巻 度が高くなることが超音波の特性として既に物理的に解明されている．吾だの実験に於て もこの事実を裏書きする如くａ,ｂ,ｃ,ｅ試験片から外板面に対する水晶振動子の接触面積 と内部傷の大きさとの割合に依り探傷され得る傷の大きさが決ることを知った．更にｄ試 験片から底部曲面の存在は，超音波の指向性の故に音波の反射のエネルギーを極度に減少 せしめ，共振図形を得る事が困難であることも知り得た．之等より同一箇所の探傷を周波 数を種食に変えて行い，それからの探傷図の変化を比較すれば，欠陥の性状，大小，組織 の状況等も或る程度判断出来ることになろう． ４ ． 結 言 共振法に依る超音波厚み測定原理を利用した簡易外板腐蝕検定器の試作の結果性能的に もかなり優秀な結果を得たが，通常の外板用鋼材に就ては一般に厚み測定より探傷の方が 技術的に困難であって更に今后の研究が望まれる．
