JPH0429056A - 超音波探傷試験用接触媒質 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、超音波探傷試験を行なう際に、探触子から発
信された超音波を効率良く試験体中に伝播させるため、
試験体と探触子の間に塗布して用いる超音波探傷試験用
接触媒質に関するものである。

［従来の技術］ 超音波探傷試験を行なう際に、試験体と探触子との間に
塗布する超音波探傷試験用接触媒質として従来は、グリ
セリン、油、水等が主に用いられていた。

［発明が解決しようとする課題］ これらの接触媒質を常温で使用する場合には支障は生じ
ないが、これらの接触媒質を高温で用いようとした場合
には、有機物は高温では不安定であり、分解によって変
質が生じたり、更にガスが発生したり、沸騰が生じ超音
波の伝達は著しく阻害される結果になる。一般に超音波
作用による核沸騰（キャビテーション）が起こるので、
沸点以下の温度でも超音波伝達が著しく阻害される結果
になる。

一方、高温で使用するための接触媒質として種々のもの
が発表されているが、これらの多くは高温で発煙したり
、安定性か著しく悪くなり、伝達損失が時間と共に急激
に悪くなった。結果として、３００℃を超える温度で長
時間安定して使用できる接触媒質を見い出すことができ
なかった。

また、液体はせん断力を持たないために、横波（せん断
波）を伝播させる接触媒質には極めて粘度の高い蜂蜜等
を用いて探傷を行っている。

しかしながら、極めて粘度の高いものを用いるために、
探触子を移動して探傷する（走査する）必要のある場合
には、探触子のスムーズな移動が困難になる問題が起こ
る他、探傷後の接触媒質の除去が簡単でない等の問題が
あった。

本発明は、高温でも安定して長時間使用でき、更に横波
をも容易に伝播させることかでき、かつ探触子の走査か
スムーズに行う事かできる超音波探傷試験用接触媒質を
提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明の超音波探傷試験用接触媒質は、Ｂ２Ｏ３が０〜
６０重量％、５ｉ０２がＡ１２０３が０〜４０重量％、
Ｐ２Ｏ５が２０〜７０重量％、Ｍ２０　（Ｍはアルカリ
金属）が８〜８０重量％の範囲にある組成物で０〜７０
０℃の温度範囲で溶融もしくは粘性を変化し、半液状化
または液状化する物質より成ることを特徴とするもので
ある。

また上記の接触媒質を水または有機溶媒に溶解もしくは
懸濁させた水溶性もしくは半水溶性のものにしたり、水
または有機溶媒に溶解させて放置するか、あるいは加熱
溶解させて放置することにより固化させたものにするこ
とができる。

［作　　　用］ 本発明の超音波探傷試験用接触媒質を試験体と探触子の
間に塗布することにより、３００’Ｃを超える高温であ
っても、安定した超音波探傷試験か可能である。

［実　施　例］ 以下、本発明の詳細な説明する。

超音波探傷試験用接触媒質として、次の表１に示すガラ
ス粉末を作成して試験した。

表１ 表１には試料記号と組成を示し第３図は各試料の温度変
化に対する粘性の変化を示した。

本発明では、無機質のガラスを用いており、ガラスは温
度の上昇により溶融して徐々に粘性か変化して行く。第
３図には、本発明の成分範囲にある種々のガラスの高温
での粘性の変化の例を示している。また、ガラスは、高
温で長時間安定であるために、長時間の使用に対しても
安定して超音波を試験体に伝播させるための接触媒質と
して使用する事が可能である。更に超音波の伝達に対し
て最適の粘性を得る事も、例えば第３図から、使用温度
に対して適正な組成のものを選ぶ事によって可能になる
ことも明らかである。

すなわち、超音波探傷試験を行う箇所の温度に併せて、
その温度で溶融し、適性な粘性の得られる範囲の組成の
ガラス粉末を例えば第３図より選択し、ガラス粉末を被
検査体の表面に塗布し、溶融して後に高温で使用できる
探触子を用いて探傷することが可能となる。また、組成
によっては、水に結晶化することなく溶融することがで
きる。例えば後に記載する表２の記号Ｆのものを例にと
ると、第５図に示すように水が２５％存在する溶液から
、温度か上昇するにしたかって結晶化する事なくガラス
状態を保ち、第４図に示すように粘性変化か生じて、こ
れにともない水分も減少しく第５図参照）、安定てかつ
探触子の操作がスムーズに行う事が出来る。

これより常温から高温迄の広い温度範囲で接触媒質とし
ての使用が可能になる。

それぞれのガラス粉末を接触媒質として用いるための試
験には、第１図に示すように超音波を送受信するための
圧電素子１．２をろう付け３で取り付けて耐熱性を著し
く向上させた分割型の探触子４．５を用いて、試験体６
の板厚を測定した。測定には試験体６に板厚１０ＩＩ１
１の鋼板を用い、試験体６と探触子４，５との間に表１
の接触媒質７を塗布し、ヒーター８によって試験体６を
各温度に加熱して、それぞれの温度で板厚を接触媒質を
用いて計測して行った。この時探傷器のブラウン管上に
は第２図に示す波形が得られる。縦軸は得られるエコー
の音圧を示し、横軸は圧電素子１て発信された超音波が
再び圧電素子２て受信されるまでの時間を測定している
。

第２図のＳて示したエコーは探触子４．５と試験体６の
界面（第１図１−Ｉ’）でのエコーを示しており、Ｂ１
は試験体６の裏面（第１図のＩＩ−ＩＩ’　）でのエコ
ーを示している。また、Ｂ２は裏面（第１図の■−ｎ′
）で反射した超音波が試験体６の表面（第１図のＩ−Ｉ
’）で更に反射し、再度裏面で反射することで得られた
エコーである。従って、Ｓ波とＢ１波または８１波と８
２波か得られた横軸の時間の差；ｔｌ及びｔ２から、予
め求められた各測定時の温度での音速を用いることで板
厚の測定ができる。

試験結果によれば、作成したいずれのガラス粉末とも接
触媒質として充分な性能を持っていることが知られた。

すなわち、ガラス粉末Ａは５７０℃で、ガラス粉末Ｂ、
Ｃは６５０℃で、またガラス粉末りは３５０℃で適度の
粘性を有し、良好な板厚測定が可能であった。なお、ガ
ラス粉末Ｅは本試験においても５００℃までの試験を行
ったが、その温度範囲に於いてはいずれも良好な測定結
果であった。

すなわち、本接触媒質を用いた測定によれば、の構造物
の稼働中に発生する腐食や磨耗による減肉を、稼働中の
高温下においても安定に測定することが可能である。ま
た構造物の温度に応じて、測定時に適度の粘性を有する
組成のガラス粉末を使い分けるならば、更に安定して精
度良い測定が可能であることも理解できよう。

なお、用いた高温探触子は、ろう付は部の温度が６００
℃付近まで達すると、耐熱性か損なわれ・るか、本試験
では、試験体と圧電素子の間に鋼柱の遅延材を取り付け
たものであり、６５０℃での測定であっても、熱がろう
付は部に伝達され６００℃近傍に達する以前に測定を完
了しており、試験体の温度が６５０℃の場合であっても
測定が可能であった。

なお、ガラス粉末を用いた場合には、常温近傍において
は固体であり、超音波は探触子から試験体へ伝達できな
い。高温になりガラス粉末の粘性が生じ、液状になって
始めて超音波は試験体中へ伝達される。

一方、常温から高温まで連続して超音波を試験体中に伝
達させるために、ガラス粉末を水または有機溶媒等に懸
濁させて使用することを検討した。試験は表１に示した
記号Ｅのもの及び表２に示したガラス粉末Ｆを用いて試
験した。

表２ 試験の方法は、ガラス粉末をそのまま用いた時と同様に
して、板厚を測定することにより行った。なお、本試験
では、ガラス粉末を常温で水に溶解して行った。添加し
た水の比率は約１／４とした。試験の結果を第６図に示
している。縦軸は第１底面エコー高さ（第２図の８１エ
コー高さ）の相対感度差で表わし、横軸は各試験温度を
示している。なお第１底面エコー高さは接触媒質部での
超音波の伝達の容易さに依存すると考えて良い。常温か
ら高温までの全ての範囲で底面エコー高さが明瞭に判別
でき、板厚の測定が可能であった。

第６図中には点線で、現在市販されている各種の高温用
接触媒質を用いて同様の測定をした時の測定結果も示し
ている。用いたものの中には、使用温度範囲が６００℃
までとの記載のあるものもあったが、開発した接触媒質
と同様の試験をした結果によれば、市販の接触媒質で使
用可能な温度はせいぜい３００℃前後と考えられた。

また、開発したガラス粉末を用いたものは市販のものに
比べて優れていることかわかり、特に３００℃を超えた
温度領域で両者の相違には明瞭なものがあることがわか
る。

なお、ここでの試験はガラス粉末を水に溶解して用いた
場合を示したが、半水溶性のガラス粉末を水に懸濁させ
、粉末表面が溶融して粒子間の連結が生じた状態でも超
音波の伝達か可能であり、高温用接触媒質に用いること
か可能である。

なお、ガラス粉末を水に懸濁してペースト状にした懸濁
液をチューブ等に入れ、長期間保管しておくと、徐々に
粘性が増加し、次第に固形化していくことがあり、結果
としてチューブから接触媒質を取り出すことが困難にな
って作業性を著しく阻害することがある。このため予め
固形化させ、形状を使い易いように薄片に整形しておけ
ば、保存が容易となる。すなわち、高温の試験体上に予
め整形された薄片を置き加熱されると液状化か起こり、
接触媒質として容易に用いることが可能となる。この結
果、保存に優れ、更に作業性に優れた接触媒質を供給で
きる。

更にガラス粉末を含む懸濁液は、横波の伝播を可能とし
、横波用の接触媒質としても使用可能である。

なお、本ガラス粉末は、水を含んだ状態から高温になり
水を失うに従って、その温度に従って適当な粘性を持つ
ために、接触媒質として用いた場合、極めて探触子のス
ムースな移動（走査）を可能にすることは明らかである
。特に従来の横波用接触媒質は、粘性か極めて高く、探
触子の走査が困難であったが、本発明を用いれば走査が
極めて容易になった。

また、水のみに限らず、適切な有機溶媒等に懸濁して用
いることも可能である。

更に、ガラス粉末を水や有機溶媒に懸濁して用いなくて
も、組成が特許請求範囲の１に記載されたものであれば
、高温用接触媒質として用いることができる。第６図中
の一点鎖線で示した結果は、表２のＦのものと同一の組
成ではあるが、各成分の粉末を均一に混合させた後に水
に懸濁させたものを用いた結果であり、粉末はガラス化
したものではない。ガラス化した物を水に溶解したもの
に比べれば、１５０℃を超えた温度領域での測定感度は
悪くなり、３００℃前後で極小を迎えてはいるものの、
３００℃以上でも接触媒質として充分使用可能であり、
市販の高温用接触媒質に比べれば、なお優れた測定能力
かあることがわかる。すなわち、本特許請求第１項に示
された組成範囲が特許の請求であって、必ずしもガラス
化させて用いることを前提としていない。但し予めガラ
ス化したものを用いた方が安定したより優れた特性を得
ることかできる。

なお、ガラス粉末を水に溶解し、ペースト状にしたもの
を放置しておくと、次第に粘性を失い固まっていく。特
に夏場の暖かい時に溶解させ、冬に向って寒い時期にな
るとこの傾向が顕著になった。溶解させたものを直ちに
使用する場合は優れた作業性を持つが、例えばチューブ
に詰めたものを長期間保管した場合には、チューブ内で
固まってしまう不具合が生じ、作業性を著しく阻害する
。

作業性と接触媒質の保管を容易にするために、予め固形
化させたものを、使用し易いように薄片に加工して置き
、これを高温の構造物に取り付けて測定を行うことか考
えられる。第６図中の二重線で示した結果は、表２のＦ
の組成のガラス粉末を約５０℃の湯に溶解し、その後常
温で放置して薄片にしたものを用いて試験を行った結果
を示している。

約２００℃以下での感度では、ガラス粉末を水に懸濁さ
せたものと比べると多少劣ってはいるものの、板厚測定
は可能であり、更に約３００℃以上の温度では、ガラス
粉末を水に溶解したものを用いたものと遜色ない結果と
なっており、保存に優れた、また作業性に優れた接触媒
質となる。

なお、ガラス粉末を溶解したものを用いると、高温で若
干の泡が発生する。但し、この場合であっても探触子を
上から少し加圧するのみて何ら問題なく測定できること
は第６図に測定結果を示した通りであるか、発生する泡
の量を軽減するために、減圧中で加熱して予め気泡を除
去して置くことも当然考えられ得ることである。

また、ガラス粉末を例えば５００℃を超える高温で用い
た場合、成分によっては僅かに腐食性を示すことがある
が、この腐食性を低減させる目的で、有機成分を添加さ
せ、安定化させることも当然予測しうろことてあり、本
特許請求範囲に含まれる。

また、原理的に全く同じ構造持つＡＥ用センサーを構造
物に取り付けて構造物で発生する超音波を受信するアコ
ースティック・エミッションに本発明の接触媒質を用い
る場合も本特許請求範囲に含まれる。

次に横波を伝播させるための接触媒質としての試験を行
った。せん断波である横波は、せん断力を持たない液体
中を伝播しない。このため、これら液体を接触媒質に用
いても超音波の伝達はできない。このため、蜂蜜のよう
な極めて粘りのある液状のものを接触媒質として使用さ
せている。しかしながらこれらを用いると、探触子の走
査か極めて悪くなり、作業性が極めて悪くなる。

非晶質であるガラスの性質を用いて、横波用接触媒質と
して用いることを検討した。試験は表１のＥのガラス粉
末を用いて行い、横波用の垂直探触子を用いて板厚１０
ａ＋ＩＩの鋼板の第１底面エコー高さを比較して、接触
媒質の特性を検討した。結果を第７図に示す。横軸はガ
ラス粉末を水に溶解した時のガラス粉末の濃度を示して
いる。また縦軸の相対感度は、市販の横波用接触媒質を
用いた時の感度と比較して示している。

ガラス粉末の濃度が高くなると感度は高くなり、市販の
ものよりも優れた超音波の伝達性を示すことがわかる。

また、開発した接触媒質は、探触子の走査性が極めて優
れており、作業性にも優°れた高性能の接触媒質である
ことが知られた。

なお、ここでは板厚の測定に関する試験を行ったが、発
明した接触媒質は材料内部の欠陥検出の目的で、垂直探
触子あるいは斜角探触子により高温で検査するのに使用
しても効果が得られることは明らかである。

［発明の効果コ 従来は３００℃を超える試験体の肉厚や欠陥検出を行う
場合に、接触媒質が発煙して気化したり、固形化するこ
とで測定ができなかったか、本発明の接触媒質を用いれ
ば３００℃を超える高温であっても安定して計測が可能
となる。

更に、横波を伝播させる従来の接触媒質は探触子の走査
を行う上での作業性か悪かったか、本発明は作業性の優
れた横波用の接触媒質として使用することができる。

そして粉末の接触媒質の組成を測定目的にあった組成で
調整しておくことによって、被検査体に粉末を塗布し、
各測定温度で適度の粘性が得られることで安定な測定を
行うことかできる。

また、常温から連続した測定を可能にするために、本発
明の粉末を水又は有機溶媒等に懸濁させて用いることで
、常温から高温まで安定した超音波検査を可能にした。

更に接触媒質の保存性に優れた固形化させて、予め薄片
の形状に整形しておくことで作業性に優れた接触媒質と
して使用することができる。

従って、従来は困難であった３００℃を超える温度での
接触媒質を用いて探触子を走査して行う超音波検査を可
能にてきた。

また、従来横波を伝播させる接触媒質は探触子の操作か
困難であったか、非晶質のガラスの性質を利用すること
て走査性の優れた接触媒質とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波探傷試験を行っている状態を示す側面図
、第２図は試験時のブラウン管に表われる波形図、第３
図、第４図は温度と接触媒質の粘性との関係を示すグラ
フ、第５図は温度と接触媒質の保持水分量との関係を示
すグラフ、第６図は試験温度と相対エコー高さとの関係
を示すグラフ、第７図はガラス粉末の濃度と相対エコー
高さとの関係を示すグラフである。 図中、１．２は圧電素子、４，５は探触子、６は試験体
、７は接触媒質、８はヒーターを示す。 第１ 図 第２ 図 曲間 第３図 （’Ｃ１ 第４図 Ｘ崖（°Ｃ） 第５図 遣 屋 （’Ｃ１ 第７図 θ”ラス約１の１崖（％）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）Ｂ＿２Ｏ＿３が０〜６０重量％、ＳｉＯ＿２かＡｌ
   ＿２Ｏ＿３が０〜４０重量％、Ｐ＿２Ｏ＿５が２０〜７
   ０重量％、Ｍ＿２Ｏ（Ｍはアルカリ金属）が８〜８０重
   量％の範囲にある組成物で０〜７００℃の温度範囲で溶
   融もしくは粘性を変化し、半液状化または液状化する物
   質より成ることを特徴とする超音波探傷試験用接触媒質
   。 ２）水または有機溶媒に溶解もしくは懸濁させた水溶性
   もしくは半水溶性の請求項１記載の超音波探傷試験用接
   触媒質。 ３）水または有機溶媒に溶解させて放置するか、あるい
   は加熱溶解させて放置することにより固化させたことを
   特徴とする請求項１記載の超音波探傷試験用接触媒質。