JPH08271488A - Frpm管の材質評価方法 - Google Patents

Frpm管の材質評価方法

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JPH08271488A
JPH08271488A JP7073478A JP7347895A JPH08271488A JP H08271488 A JPH08271488 A JP H08271488A JP 7073478 A JP7073478 A JP 7073478A JP 7347895 A JP7347895 A JP 7347895A JP H08271488 A JPH08271488 A JP H08271488A
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JP
Japan
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frpm
sound velocity
pipe
ultrasonic
frpm pipe
Prior art date
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JP7073478A
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English (en)
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Hiroki Sueyoshi
博樹 末吉
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 目視検査や打音検査に頼らないで、FRPM
管の材質評価ができるようにする。 【構成】 超音波トランスデューサを管厚既知のFRP
M管の外表面に当てて超音波(周波数450kHz)の
半波インパルスを該FRPM管の材質内に注入し、内表
面で反射されて戻ってくるエコーを受信することで、該
FRPM管の材質内を伝搬する前記超音波の音速を求め
る。この音速が、予め求めておいたFRPM管の標準品
の音速と較べて遅いか否かを検査する。同等であれば、
良品であり、一方、遅ければ、検査されたFRPM管
は、不良品(樹脂増量品、粗砂増量品、細砂増量品)で
あると判定される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、ガラス繊維強化プラ
スチック(FRP)と樹脂モルタルとの積層構成からな
るFRPM管の超音波計測による材質評価方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来から個体材料の内部状態を非破壊検
査する装置として超音波探傷器が知られている。この超
音波探傷器は、超音波を被測定物の表面から放射し、そ
の被測定物からの反射波又は透過波を受信して、その強
度や伝搬時間の測定から対象物に関する情報を検出し
て、その材料の内部状態を診断するものである。この測
定法として、透過法、インパルス反射法、共振法などが
知られている。
【0003】しかし、従来の超音波探傷器で内部状態を
測定する材料は単一素材に限られていて、FRPM管の
ような複合材料の内部状態の測定には使用されていなか
った。単一素材としては鋼、鉄、セラミック等が使用さ
れる場合が多い。従来の超音波探傷器に用いられる超音
波は、非常に波長の短い、高周波のパルス状超音波が用
いられている。例えば、鋼板の検査には10MHzの超
音波が使用されており、金属の検査には一般に1〜20
MHzの超音波が使用されている。一方、従来測定の対
象とされていた単一素材は、組成粒が微細でかつ組成が
均一なので、超音波が材料内部を透過する際の反射によ
る減衰が小さく、透過波の受信が容易で、内部欠陥の診
断も容易である。
【0004】ところで、高圧力用の管の一つとして、芯
材に樹脂モルタルを使用し、その両側をガラス繊維強化
プラスチック等で補強したFRPM管が開発されてい
る。FRPM管は複数の層からなり、また、樹脂モルタ
ルは組成粒が粗く、かつ組成が不均一なので、従来の超
音波探傷器ではFRPM管の内部状態の測定が困難であ
った。このため、FRPM管の検査は、表面の変化を目
視検査する方法や人の手による打音の音色変化で検査す
る方法が行われている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、目視検
査や打音検査では、検査する人の経験や感が大きく作用
し、熟練するために長期間を要し、また、検査結果が不
均一で信頼性に欠けるという問題がある。
【0006】この発明は、上述の事情に鑑みてなされた
もので、目視検査や打音検査によらないで、FRPM管
の材質(樹脂含有量、砂含有量)を評価できるFRPM
管の材質評価方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、ガラス繊維強化プラスチッ
クと樹脂モルタルとの積層構成からなるFRPM管の材
質評価方法であって、超音波トランスデューサを管厚既
知のFRPM管の外表面又は内表面に当てて超音波のイ
ンパルスを該FRPM管の材質内に注入し、反対側の面
で反射されて戻ってくる該超音波のエコーを受信するこ
とで、該FRPM管の材質内を伝搬する上記超音波の音
速を求め、求めた音速から上記FRPM管の材質を評価
することを特徴としている。
【0008】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載のFRPM管の材質評価方法であって、予め、基準と
なる良品のFRPM管の材質内を伝搬する上記超音波の
音速を求めて、これを基準音速とし、次に、検査対象の
FRPM管の材質内を伝搬する上記超音波の音速を求
め、求めた音速が、上記基準音速よりも遅い場合に、当
該検査対象のFRPM管は材質不良であると判定するこ
とを特徴としている。
【0009】また、請求項3記載の発明は、上記超音波
は、請求項1又は2記載のFRPM管の材質評価方法で
あって、周波数が200〜600kHzであることを特
徴としている。
【0010】
【作用】この出願に係る発明者の行った実験により、F
RPM管の標準品(良品)と較べて、樹脂増量品、粗砂
増量品、細砂増量品等の不良品では、周波数が200〜
600kHzの超音波の伝搬速度(音速)が遅くなると
いうことが判明した。それゆえ、この実施結果を応用す
るこの発明のFRPM管の材質評価方法によれば、管厚
既知のFRPM管を伝搬する超音波の音速を調べること
により、材質(樹脂含有量、砂含有量)の良否を判断す
ることができる。
【0011】
【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。図1は、この発明の一実施例に係るFR
PM管の材質評価装置の全体構成を模式的に示す模式
図、図2は、同材質評価装置の電気的構成を示すブロッ
ク図である。この材質評価装置は、FRPM管1の材質
内に指向性の良い超音波の半波インパルスPを放射する
と共に、その反射パルス(エコー)Eを受波する超音波
トランスデューサ2と、装置本体3とから概略なってい
る。装置本体3は、パルス送出部4と、受波信号処理部
5と、A/D変換器6と、CPU(中央処理装置)7と
ROM8とRAM9と表示器10とから概略構成されて
いる。
【0012】パルス送出部4は、超音波トランスデュー
サ1とケーブルで接続され、200〜600の周波数範
囲、好適には400〜500kHzの周波数範囲の半波
インパルスの電気信号を超音波トランスデューサ1に送
信する。受波信号処理部5は、同じく超音波トランスデ
ューサ1とケーブルで接続され、超音波トランスデュー
サ1から供給される受波信号に対して、インピーダンス
整合、レベル制限、増幅、フィルタ処理、検波等を行
う。A/D変換器6は、受波信号処理部5から出力され
る受波信号をデジタル信号に変換する。
【0013】CPU7は、パルス送出部4からのパルス
送出を制御すると共に、A/D変換器6から供給される
デジタルの受波信号を処理して、反射パルス(エコー)
Eのレベル及び超音波の半波インパルスPが放射され
て、その反射パルス(エコー)Eが戻ってくるまでの経
過時間を測定する。ROM8は、CPU7の処理プログ
ラムを記憶する。RAM9は、CPU9の作業領域が設
定されるワーキングエリアと、超音波トランスデューサ
1が受波した受波信号のレベル(エコーレベル)等を一
時的に記憶するデータエリアとを有している。表示器1
0は、CRTディスプレイからなり、超音波トランスデ
ューサ1が受波した反射パルス(エコー)Eのレベル及
び放射から受波までの経過時間を表示する。
【0014】次に、図3を参照して、この例の材質評価
の対象となるFRPM管1について説明する。FRPM
管1は、同図に示すように、円筒状の芯材である樹脂モ
ルタル層(M層)11と、この樹脂モルタル層11を両
面から補強する外面FRP層12と内面FRP層13と
の積層構成でなっている。ここで、樹脂モルタルは、例
えば、ポリエステル樹脂に珪素3号及び5号と炭酸カル
シウムを添加したものである。外面FRP層12及び内
面FRP層13は、同図中円周方向と軸方向とに配され
たガラス繊維12a,13aに不飽和ポリエステル樹脂
12b,13bを含浸させてなるガラス繊維強化プラス
チック層で、これにより、材料の軽量、高強度化が図ら
れている。
【0015】ここで、FRPM管の材質評価に適用可能
な超音波の周波数領域は、この出願に係る発明者が行っ
た実験によれば、200〜600kHzの範囲であり、
好適には、400〜500kHzの範囲である。図4
は、同発明者が行った実験により得られた、空気や樹脂
モルタル層(M層)11やFRP層12,13等の媒質
内を伝搬する超音波の周波数と伝搬減衰率との関係を示
すグラフである。同図より明らかなように、樹脂モルタ
ル11中では、周波数が600kHz以上になると減衰
が急に増大して、超音波のエコーが戻ってこないことが
分かる。
【0016】600kHz以上で、樹脂モルタル11中
を伝搬する超音波が急に減衰する理由は、樹脂モルタル
11では、組成粒が粗く、しかも不均一であるため、樹
脂モルタル11の媒質を伝搬する超音波の波長が短かけ
れば、図5(b)に示すように、超音波は大きな不均一
な粒子で反射を繰り返すので、FRPM管1の外表面か
ら超音波のインパルスを放射した場合、内表面で反射さ
れるエコーは戻ってこれない。これに対して、超音波の
波長が長かければ、同図(a)に示すように、超音波は
大きな粒子の所でも回折されて、透過するので、FRP
M管1の外表面から超音波のインパルスを放射した場
合、内表面で反射されるエコーは戻ってくることができ
る。一方、樹脂モルタル11の媒質では、22kHz以
下の低周波での減衰はさらに少ないが、指向性が悪いの
で、正確な音速が得られないという欠点がある。そこ
で、FRPM管の材質評価に適用可能な超音波の周波数
領域は、200〜600kHzの範囲であり、好適に
は、400〜500kHzの範囲であるという結論が得
られたのである。
【0017】次に、この例の材質評価装置を用いて、F
RPM管1における樹脂モルタル11の組成比と超音波
の音速との関係を調べた実験について言及する。この実
験では、品質の異なる多数のFRPM管1(標準品(良
品)、樹脂減量品(不良品)、粗砂増量品(不良品)、細砂
増量品(不良品))に、外表面側から周波数が450kH
zの超音波の半波インパルスPを注入して、内表面から
エコーが戻ってくるまでの時間を計測して、音速を求め
ることを行った。なお、FRPM管1は、膜厚既知のも
のを使用した。また、超音波トランスデューサ1とFR
PM管1の間に、空気が介在すると、超音波が注入され
ないので、FRPM管1の超音波トランスデューサ当接
面にワセリンや水やゼリーを塗って、その上から超音波
トランスデューサ1を当てた。図6は、この実験により
得られた、FRPM管1における樹脂モルタル11の組
成比と超音波の音速との関係を示す表である。同図から
明らかなように、標準品(厚さ30.1mm)では音速
が3450m/secであり、これに対して、樹脂増量
品(厚さ29.9mm)では同3126m/sec、粗
砂増量品(厚さ29.9mm)では同3431.5m/
sec、また、細砂増量品(厚さ26mm)では同32
52m/secで、このことから、材質不良品の音速
は、標準品(良品)に較べて遅いということが実験によ
り判明した。
【0018】それゆえ、この実施例の材質評価方法によ
れば、管厚既知のFRPM管を伝搬する超音波の音速を
調べることにより、材質(樹脂含有量、砂含有量)の良
否を判断することができる。以上、この発明の実施例を
図面により詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例
に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない
範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。例
えば、超音波の半波インパルスをFRPM管の外表面側
から注入する代わりに、内表面側から注入しても良い。
【0019】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の構成に
よれば、管厚既知のFRPM管を伝搬する超音波の音速
を調べることにより、材質(樹脂含有量、砂含有量)の
良否を判断することができる。したがって、目視検査や
打音検査等に頼らなくて済む。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例に係るFRPM管の材質評
価装置の全体構成を模式的に示す模式図である。
【図2】同材質評価装置の電気的構成を示すブロック図
である。
【図3】同FRPM管の材質層構成を一部破断して示す
一部破断断面図である。
【図4】空気や樹脂モルタル層(M層)やFRP層等の
媒質内を伝搬する超音波の周波数と伝搬減衰率との関係
を示すグラフである。
【図5】樹脂モルタル中を伝搬する短波長の超音波が急
に減衰する理由を説明するための図である。
【図6】FRPM管における樹脂モルタルの組成比と超
音波の音速との関係を示す表である。
【符号の説明】
1 FRPM管 11 樹脂モルタル層(M層) 12 外面FRP層 13 内面FRP層 2 超音波トランスデューサ P 超音波の半波インパルス E 超音波の反射パルス(エコー)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガラス繊維強化プラスチックと樹脂モル
    タルとの積層構成からなるFRPM管の材質評価方法で
    あって、 超音波トランスデューサを管厚既知のFRPM管の外表
    面又は内表面に当てて超音波のインパルスを該FRPM
    管の材質内に注入し、反対側の面で反射されて戻ってく
    る該超音波のエコーを受信することで、該FRPM管の
    材質内を伝搬する前記超音波の音速を求め、求めた音速
    から前記FRPM管の材質を評価することを特徴とする
    FRPM管の材質評価方法。
  2. 【請求項2】 予め、基準となる良品のFRPM管の材
    質内を伝搬する前記超音波の音速を求めて、これを基準
    音速とし、次に、検査対象のFRPM管の材質内を伝搬
    する前記超音波の音速を求め、求めた音速が、前記基準
    音速よりも遅い場合に、当該検査対象のFRPM管は材
    質不良であると判定することを特徴とする請求項1記載
    のFRPM管の材質評価方法。
  3. 【請求項3】 前記超音波は、周波数が200〜600
    kHzであることを特徴とする請求項1又は2記載のF
    RPM管の材質評価方法。
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