JP2010223608A - 防食被覆の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波を用いて、防食被覆のボイドを検査するばかりでなく、接着状態も検査しうる方法を提供する。
【解決手段】 上記課題は、防食被覆が施された被覆材の表面に超音波を略垂直方向から入射して反射した超音波信号を計測して、前記超音波信号の波形より空隙の有無と大きさを調べる第一ステップ、および防食被覆の施された被覆材の表面に超音波を略垂直方向から入射して、前記被覆材内の接着面および該接着面を透過した遠方側の境界面で反射した超音波信号値と接着力との相関関係により接着状態を評価する第二ステップよりなる防食被覆の検査方法によって解決される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼材等に施される防食被覆の検査方法、特に、防食被覆が施された被覆材内の工場塗覆装部と現地塗覆装部との接着面における検査方法に関するものである。

防食被覆の検査方法として、超音波を被覆材に入射し、層間や接着面に発生したボイドで反射した超音波を検出する方法がある（特許文献１）。

この方法は、超音波探触子を被覆材の上を移動させて超音波を入射させ、反射波の帰ってくる時間と強さからボイドの位置と大きさを求めるものである。
例えば、図１２（イ）に示す合成樹脂被覆材の樹脂層１に樹脂層の表面から超音波を入射すると、入射波は、樹脂層１と素材２、素材２の裏面の各境界面で反射される外、ボイド４によっても反射を生じる。この反射波の波形を、ボイドが存在しない場合を図１２（ロ）に、ボイドが存在する場合を図１２（ハ）に示す。図中、Ｔは送信反射波、Ｓ_１は水と樹脂層の境界面からの境界反射波、Ｓ_２は樹脂層と素材の境界面からの境界反射波、Ｂは素材裏面からの境界反射波、そしてＦはボイドからの反射波を示している。このボイドからの反射波の高さとボイドの直径には比例関係があることも示されている。

測定に使用する探触子として図１３に示したものが列挙されている。図１３（イ）のものは、探触子本体９を被検査材の表面に直接接触させる直接接触型であり、図１３（ロ）のものは、タイヤ２８内に水を封入して振動子５を組込んだタイヤ型である。図１３（ハ）のものは、底部に走行用の鋼球６を備えた筒状のホルダー７に、上方よりスペーサー８を介して接触子本体９を水密に嵌込み、下部を弾性材のエプロン１０で包囲して、導水口１１から連続的に注入される水をホルダー７内に一時的に滞留させるようにした局部水浸型である。

特開昭５５−１１６２５５号公報

防食被覆の健全性に関し、防食被覆が施された被覆材内の工場塗覆装部と現地塗覆装部との接着面におけるボイドや剥離のような空隙の有無ばかりでなく、当該接着境界面における接着力を評価することも重要である。接着力を評価する場合、空隙の分布状態は大きな要因ではあるが、全てではなく、例えば、接着時の加熱不足によって、空隙がなくとも接着力が低下することがある。従って、ボイドの検出だけでは、防食被覆の健全性評価として十分ではない。

しかしながら、これまで、接着力を調べる実用的な非破壊検査方法がなかった。
本発明の目的は、超音波を用いて、防食被覆のボイドを検査するばかりでなく、接着状態も検査しうる方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決した防食被覆の検査方法を提供するものであり、空隙を検出する手段と空隙が存在しない状態の接着力を評価する手段を併用する超音波検査方法によって、かかる目的を達成したものである。空隙が存在する場合には、その分布状態が接着力において支配的であるとみなし、空隙が存在しない場合には、超音波による接着力評価を行うのである。

すなわち、本発明は、防食被覆が施された被覆材の表面に超音波を略垂直方向から入射して反射した超音波信号を計測して、前記超音波信号の波形より空隙の有無と大きさを調べる第一ステップ、および防食被覆の施された被覆材の表面に超音波を略垂直方向から入射して、前記被覆材内の接着面および該接着面を透過した遠方側の境界面で反射した超音波信号値と接着力との相関関係により接着状態を評価する第二ステップよりなる防食被覆の検査方法に関するものである。

第一のステップにおいては、防食被覆の施された被覆材の表面に超音波を略垂直方向に入射して反射波を経時測定すると、防食被覆と基材との境界面からの反射波と基材の裏面からの反射波が計測されるが、空隙が存在すると該空隙からも反射が起こる。この空隙が防食被覆の内部に存在する場合には、防食被覆と基材との境界面より早く反射が起こって、独立した波形として検出される。防食被覆と基材との境界面に空隙がある場合には、空隙がない場合よりも強い反射波となって検出される。そこで、防食被覆と基材との境界面からの反射波と基材の裏面からの反射波以外の反射波が検出された場合には、そこに空隙があることがわかり、反射波の強度（高さ）から空隙の大きさを、反射波の戻るまでの時間から空隙の深さをそれぞれ求めることができる。防食被覆と基材との境界面に空隙がある場合には、空隙がない場合の反射波の高さとの差を検知することにより、当該部位に空隙があることがわかり、その差の大きさにより、空隙の大きさを知ることができる。

第二のステップにおいては、接着の条件、例えば、被覆樹脂の溶融、再結晶の条件によって生じる結晶サイズや配向性と超音波信号の変化との相関関係を利用したものであり、防食被覆が施された被覆材内の接着面で反射した超音波信号値および該接着面を透過して遠方側の境界面で反射した境超音波信号値を測定することにより評価することが可能である。

本発明により、被覆材の防食被覆の状態を非破壊で正確に評価することができ、それによって必要な対策を迅速にとることができる。

本発明で使用される超音波検査装置の一例のブロック図である。 超音波を、防食被覆を工場で設けた鋼材の表面に現地で更に防食塗装を行った被覆材に超音波を入射したときの反射状態を模式的に説明する断面図である。 図２の反射波形の典型例を示す図である。 一振動子型探触子とそれに遅延材を装着した状態を示す概略断面図である。 遅延材を装着した一振動子型探触子を用いて超音波を入射したときの反射状態を模式的に説明する断面図である。 図５の反射波形の典型例を示す図である。 二振動子探触子を用いて超音波を入射したときの反射状態を模式的に説明する断面図である。 図７の反射波形の典型例を示す図である。 超音波を用いて防食被覆を検査する状態を示す図である。 超音波を用いて接着力を評価している状態の一例を模式的に示す図である。 超音波信号値と接着力との関係を示す図である。 特許文献１でボイドの発生状態と、それに対応して得られる反射波形を示した図である。 特許文献１に示された超音波探触子の例を示す図である。

本発明の検査対象である被覆材の基材は金属であり、典型的なものは、鉄材、特に鋼管と鋼板である。
防食被覆は、通常はポリオレフィン、特にポリエチレン、エチレン共重合体、ポリプロピレン、プロピレン共重合体で形成される。被覆は、単層の外、複数の層よりなっていてもよく、防食層と基材の間には、接着樹脂等よりなる接着層が設けられることもある。防食層の厚みは２〜６ｍｍ程度である。

防食被覆の方法は、溶融押出法等で行われる。
本発明の検査方法で使用される超音波検査装置は、例えば、図１に示すように、探触子とそれを走査させる探触子スキャナーと、このスキャナーの制御装置と、探触子にそれを振動させるパルス信号を送り、かつ探触子が受信した超音波の反射信号を受ける超音波探傷器部と、この超音波探傷器部とスキャナー制御装置をコントロールする制御・記録用ＰＣから構成される。なお、超音波探傷器は市販のものを使用してもよい。

第一ステップでは、防食被覆に存在する空隙を検出し、それには、パルス反射法と呼ばれる一般的な超音波探傷法を利用できる。
図２に模式的に示したように、防食被覆の施された被覆材の表面に略垂直方向から超音波パルスを入射すると、鋼材部の表面からの反射（Ｉ_１）と鋼材部の裏面からの反射（Ｂ_１）が起こるが、防食被覆内の接着境界面に空隙があると空隙からの反射（Ｆ_１）が起こる。反射波の波形は、例えば図３に示すようになる。この図の横軸は、超音波パルスが探触子から発振され、反射して再び探触子で受信されるまでの伝播時間になる。そこで、各材料内を伝播する超音波の速度を求めておけば、伝播時間から反射位置の深さがわかる。

発明者は、この探触子として、図４に示すような、一振動子型探触子に遅延材を付加したものと、図７に示すような二振動子型探触子を検討した。
一振動子型探触子の場合には、発振時の振動がそのまま受信波形に現れる。そこで、検出対象である空隙が表面近くにある場合には、その反射信号が送信信号と重なって検出できなくなることがある。図５に示すように、遅延材を装着すれば、被検査体からの反射信号がその分遅くなって、図６に示すように、表面近くの空隙からの反射信号も送信信号から離して明確に検出できるようになる。図中、Ｓ_１は被覆表面からの反射信号、Ｓ_２は遅延材内部での多重反射信号、Ｆ_１は被覆内の空隙からの反射信号、Ｉ_１は鋼材の表面からの反射信号、Ｉ_２は被覆内部での多重反射信号、Ｂ_１は鋼材の裏面からの反射信号である。

物質の境界における超音波の伝達効率は、材料固有の音響インピーダンスで変化する。一般に遅延材として用いられているアクリルは防食被覆材と音響インピーダンスの差があってその間の伝達効率がよくない。そこで、遅延材として被覆材と同程の材料を用いれば、その間の伝達効率を高めることができ、高感度での測定とともに、遅延材と被覆の境界面での反射に起因する計測に不要な信号（Ｓ_１、Ｓ_２、Ｉ_２）を抑制することができる。ここに、「同程」とは、被覆材と遅延材がいずれもポリオレフィンであり、好ましくは、いずれもポリエチレン又はエチレン共重合体（エチレン単位が５０モル％以上）、ポリプロピレン又はプロピレン共重合体（プロピレン単位が５０モル％以上）、特に好ましくは、ポリエチレンの場合には高密度ポリエチレンであることを意味する。

二振動子型探触子は、超音波の送信と受信を別の振動子で行う方式の探触子であり、各振動子に若干角度をつけて超音波ビームの中心が設定位置（例えば接着面）で交差するようにする。また、超音波は探触子から防食被覆に伝播する際に屈折するため、振動子に付与する角度は、適用対象とする防食被覆の固有音速を加味して設計する必要がある。二振動子型探触子の利点は、図８の波形からわかるように、送信信号や被検査表面で反射する信号が発生せず、信号の識別性がよくなる点にあり、特に、評価したい個所が表面に近い場合に有効である。

一方、角度をつけて超音波を入射する必要があるため、反射源の位置（深さ）によって、超音波伝播時間の誤差や音圧分布にムラを生じることがある。また、２つの振動子を１つの探触子に納めるため、振動子サイズが小さくなってエネルギーや指向性が低下する。

こうして、超音波をパルス発振させながら探触子を被検体表面で走査させて空隙の有無および位置とサイズを確認する。
次に、第二ステップでは、超音波を使って接着力の評価を行う。これは、防食被覆の溶融、再結晶化の条件と超音波信号の変化の相関関係を利用するものである。具体的には、防食被覆が施された被覆材内の工場塗覆装と現地塗覆装との接着面からの反射信号値および接着面を透過して遠方側の境界面で反射した信号値の変化と試験片の剥離試験結果から相関を求めておいて、これを実測値と照合して、接着力を求める。

計測は、第一ステップと同様に、防食被覆が施された被覆材の表面に略垂直方向からパルス反射法を用いて行うが、周波数、周波数帯域、波数（パルス長）、振動子サイズ等の超音波の条件や縦波（疎密波）、横波（せん断波）等の超音波の種類については適宜最適な条件を定めて用いる。

図９に示す防食被覆鋼材の防食被覆を検査した。厚み１８ｍｍ程度の鋼材の上に、防食被覆として、約４ｍｍ厚の高密度ポリエチレンが工場で塗覆装され、現地で、鋼材の露出部から工場塗覆装端に一部重ねてさらに塗覆装されたものである。

第一ステップでは次の条件で超音波探傷を行った。
探傷方法：パルス反射法による垂直探傷
探傷器：汎用デジタル超音波探傷器
試験周波数：５ＭＨ_Ｚ
探触子：一振動子型探触子＋ＨＤＰＥ製遅延材（振動子サイズΦ１０ｍｍ）
二振動子型探触子（振動子サイズ３Ｘ５ｍｍ方形、対ＰＥ交軸深さ３ｍｍ）
一振動子型探触子と二振動子型探触子の探触子のいずれを用いた場合においても、工場塗覆装と現地塗覆装との接着面に発生した空隙からの反射波を明確に検出することができ、遅延材を用いない一振動子型探触子による計測結果に比べて信号の識別性が良好であった。

第二ステップでは、図１０に示すように、縦波および横波を用いて、次の条件で接着力の評価を行った。
探傷方法：パルス反射法による垂直探傷
探傷器：汎用デジタル超音波探傷器
試験周波数：縦波５〜１０ＭＨ_Ｚ
横波５００ＫＨ_Ｚ
探触子：一振動子型探触子＋ＰＥ製遅延材（振動子サイズΦ１０ｍｍ）
二振動子型横波垂直探触子
縦波を用いた場合、空隙が存在しない状態でも工場塗覆装と現地塗覆装との接着面および工場塗覆装と鋼材の境界面（鋼材表面）から微弱な反射波を検知することができた。

次に、接着状態の異なる３種類の防食被覆鋼材の試験片を用いて、防食被覆鋼材の表面に垂直方向から縦波５ＭＨ_Ｚの超音波を入射して、工場塗覆装と現地塗覆装との接着面および工場塗覆装と鋼材の境界面から反射した超音波信号値を計測した。

図１１に、得られた超音波信号値と接着力との関係を示した。横軸に反射波エコー高さを、縦軸に接着状態の良好時を１００とした場合の相対的な接着力を表した。図１１より、接着面からの反射波エコー高さが低く、しかも境界面からの反射波エコー高さが高くなれば接着力が上昇し、逆に、接着面からの反射波エコー高さが高く、しかも境界面からの反射波エコー高さが低くなれば接着力が低下することがわかった。

さらに、横波を使用した場合では、超音波の減衰が激しくなり、工場塗覆装と現地塗覆装との接着面からの微弱な反射波の識別が難しくなるものの、工場塗覆装と鋼材の境界面での反射波と併せて評価することにより、縦波の場合と同様に接着力と相関する傾向を確認した。

本発明の方法は、非破壊で防食被覆の状態をより正確に評価できるので、防食被覆の検査に広く利用できる。

Claims (3)

1. 防食被覆が施された被覆材の表面に超音波を略垂直方向から入射して反射した超音波信号を計測して、前記超音波信号の波形より空隙の有無と大きさを調べる第一ステップ、および防食被覆の施された被覆材の表面に超音波を略垂直方向から入射して、前記被覆材内の接着面および該接着面を透過した遠方側の境界面で反射した超音波信号値と接着力との相関関係により接着状態を評価する第二ステップよりなる防食被覆の検査方法
2. 第一ステップで使用される探触子が、防食被覆と同程の遅延材が装着された一振動子探触子である請求項１記載の検査方法
3. 第一ステップで使用される探触子が二振動子型探触子である請求項１記載の検査方法

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