JPH11201949A

JPH11201949A - 接合材の超音波検査方法

Info

Publication number: JPH11201949A
Application number: JP10020213A
Authority: JP
Inventors: Koji Horio; 浩次堀尾; Hisao Nakase; 久生中瀬
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1998-01-16
Publication date: 1999-07-30

Abstract

(57)【要約】【課題】接合温度、接合強度等の接合特性を非破壊で
推定することを可能とする接合材の超音波検査方法を提
供すること。【解決手段】被接合材を既知の条件下で接合した標準
接合体の接合界面を挟んで２個以上の探触子を置き、前
記接合界面を透過する超音波の減衰量を測定し、前記標
準接合体の接合温度、接合強度等の接合特性を測定して
前記標準接合体の超音波の減衰量と前記接合特性との相
関を求め、前記被接合材を未知の条件下で接合した被測
定接合材の接合界面を挟んで２個以上の探触子を置き、
前記接合界面を透過する超音波の減衰量を測定し、前記
被測定接合材の超音波の減衰量から、前記相関に基づ
き、前記被測定接合材の接合温度、接合強度等の接合特
性を推定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、接合材の超音波検
査方法に関し、さらに詳しくは、接合材の接合界面を透
過する超音波の減衰量から、接合材の接合温度、強度等
の接合特性を非破壊で検査する接合材の超音波検査方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属の接合法は、一つの部材に他の部材
を付加する加工方法であり、局部的にエネルギーを与え
て別個の物体を原子間結合させる冶金的接合法と、鋲
接、ボルト接合などの機械的接合法に大別される。

【０００３】冶金的接合法は、さらに、融接法、圧接
法、ロウ接法、拡散接合法等に分類される。融接法は、
母材の接合部を溶融状態まで加熱し、必要に応じて溶加
材を加えて融合させる接合方法である。圧接法は、被接
合材に大きな機械的圧力を加えて接合する方法であり、
常温圧接法、摩擦圧接法、爆発圧接法、超音波圧接法等
の他、抵抗溶接法もこの部類に入る。ロウ接法は、被接
合材より融点の低いロウ材を溶融状態で接合部の隙間に
流入させ、凝固させて接合する方法である。

【０００４】また、拡散接合法は、被接合材を密着さ
せ、被接合材の融点以下の温度で、塑性変形を生じない
程度に加圧し、接合界面に生じる原子の拡散を利用して
被接合材を接合する方法であり、被接合材を直接密着さ
せ、固相状態を維持したまま元素の拡散を行わせる固相
拡散接合法と、被接合材間に低融点のインサート材を介
挿し、インサート材を一時的に溶融させ、液相中の特定
元素の被接合材中への拡散消失を利用して、等温凝固さ
せて接合を行う液相拡散接合法とがある。

【０００５】このような、拡散接合法を始めとする冶金
的接合法は、機械的接合法と異なり、材料の節約と工数
の削減が可能であり、接合強度、気密性、耐圧性等に優
れた接合継手が得られるという利点がある。その反面、
接合作業は非可逆的であり、接合後に分離して再接合す
ることは困難である。また、接合界面に発生する種々の
欠陥により強度、靱性等の接合特性が大きく変動し、し
かも、欠陥の発生要因は多岐に渡るという欠点がある。

【０００６】そのため、拡散接合法等の冶金的接合法に
おいては、高い信頼性が要求される場合には、接合後に
接合界面に存在する欠陥の有無を検査するために、放射
線透過試験、超音波探傷試験、磁粉探傷試験、浸透探傷
試験等の各種の非破壊検査が接合材に対して行われてい
る。また、同種の接合材が大量生産される場合には、大
量生産された接合材の中から一部を抜き取り、接合材か
ら接合界面を含む試験片を切り出して引張試験等の破壊
検査が行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、拡散接
合法等の冶金的接合法は、被接合材である金属材料の局
部的な加熱・冷却を伴うために、接合部近傍に組織や機
械的性質が変化した熱影響部が発生する場合がある。そ
のため、各種非破壊検査により接合界面に亀裂、気孔、
接合不良等の欠陥が発見されない場合であっても、接合
強度、靱性等の接合特性が低下している場合がある。

【０００８】この場合、接合材が大量生産されるような
時には、抜き取り検査による破壊検査が可能であるが、
例えば、プラント製造のような少量生産の時には、抜き
取り検査による破壊試験は不可能であり、実際に接合さ
れた接合材の接合特性を検査する手段がないという問題
があった。

【０００９】この問題を解決するために、例えば、接合
作業をマニュアル化する手段も考えられる。しかし、接
合特性は、継手の設計、精度、清浄度や、接合温度、保
持時間、加圧力等の多くの接合条件に依存することに加
え、屋外で接合作業を行わざるを得ない場合には、気温
等の天候の影響を受け、さらには、接合作業者の技量に
も大きく左右されるものである。そのため、特に高い信
頼性が要求される部位に使用される接合材については、
接合作業の管理のみでは不十分である。

【００１０】本発明が解決しようとする課題は、拡散接
合法を始めとする冶金的接合法において、接合材の強
度、靱性等の接合特性を非破壊で推定することを可能と
する接合材の検査方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明に係る接合材の超音波検査方法は、接合条件
の未知な被測定接合材の接合界面の両側に超音波発振探
触子と受信探触子とを置き、前記超音波発振探触子より
発振された超音波が前記接合界面を透過し、前記受信探
触子に受信された時の超音波の減衰量を測定し、その測
定値に基づいて予め測定される既知の接合条件により接
合された標準接合体の超音波減衰量と接合特性との相関
関係より、前記被測定接合材の接合特性を検査するよう
にしたことを要旨とするものである。

【００１２】ここで、接合特性とは、接合材の機械的特
性に影響するあらゆる特性であって、接合界面に形成さ
れた亀裂、気孔、接合不良等の欠陥以外のものを意味す
る。具体的には、接合温度、冷却速度、熱処理温度等の
接合条件や、接合強度、降伏応力、硬度、靱性等の機械
的特性、さらには組成、結晶粒度等の材料特性が挙げら
れる。特に、応力が作用する構造物においては、接合強
度が最も重要な評価項目であり、しかも、接合強度に最
も影響を及ぼすのが接合温度であることから、接合特性
として、接合温度又は接合強度を選択することが望まし
い。

【００１３】また、材料中に入射した超音波は、縦波、
横波、表面波、板波など種々の様式で伝搬するが、接合
体内部の情報を得るには、縦波又は横波を用いるのがよ
い。特に、縦波モードの超音波は、詳細は不明である
が、接合界面を透過する超音波の減衰量が、接合特性の
変化に伴って大きく変動し、接合特性の検査結果の信頼
性を高めることが可能となるので好適である。

【００１４】但し、縦波モードの超音波を用いる場合に
は、屈折角が１７゜〜３０゜となるように接合材に入射
させる必要がある。屈折角が１７゜未満では、ノイズが
大きくなってＳ／Ｎ比が低下し、又、屈折角が３０゜を
越えると、横波が混入する割合が大きくなり、いずれも
測定感度を低下させるので好ましくない。

【００１５】また、検査に用いる超音波の周波数は、４
ＭＨｚ以上１０ＭＨｚ以下であることが好ましい。周波
数が４ＭＨｚ未満では、超音波の波長が長くなり、それ
に伴い指向角が大きくなって指向性が低下する。周波数
が高くなるほど超音波の波長が短くなり、それに伴い指
向性が向上して測定感度は向上するが、周波数が１０Ｍ
Ｈｚを越えると、接合体内部での超音波の減衰量が大き
くなり過ぎ、かえって測定感度が低下するので好ましく
ない。

【００１６】また、検査に用いる探触子は、一辺が８ｍ
ｍ以上１５ｍｍ以下の角形探触子を用いることが好まし
い。同一面積で比較すると、丸形探触子よりも角形探触
子の方が指向性が向上し、測定感度が向上するためであ
る。また、探触子の一辺が８ｍｍ未満では、指向角が大
きくなって指向性が低下するので好ましくない。探触子
が大きくなるほど指向角が小さくなり、指向性は向上す
るが、一辺の長さが１５ｍｍを越えると、近距離音場限
界距離が長くなると共に、近距離音場内で強い干渉現象
が生じ、ノイズが大きくなるので好ましくない。

【００１７】さらに、検査に供する接合材は、特に限定
されるものではないが、被接合材が２種以上の相を含む
二相鋼からなるものが好適である。二相鋼を被接合材に
用いた場合、接合条件の変動に伴い、接合界面近傍の相
の分布状態が変化することがあるが、相境界は、透過す
る超音波を散乱・減衰させる原因の一つとなるものであ
り、相の分布状態に応じて超音波が散乱される割合が変
化する。

【００１８】そのため、このような接合材に対して本発
明を適用すれば、接合条件の変動に起因する接合特性の
変化が超音波の減衰量の変化として顕著に表れ、信頼性
の高い検査が可能となる。２種以上の相を含む二相鋼と
しては、具体的には、フェライト地に超音波の減衰量が
大きいオーステナイトが１：１の比率で分散した組織を
呈する二相ステンレス鋼や、該二相ステンレス鋼をベー
スとする析出硬化型ステンレス鋼等が一例として挙げら
れる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一実施の形態に
ついて詳細に説明する。図１に示す接合材１は、鋼管
２、３が管端面において接合されたものであり、接合界
面４を挟んで、超音波発振探触子５及び受信探触子６が
配置されている。

【００２０】超音波発振探触子５は、図２に示すよう
に、アクリル等の合成樹脂製のくさび１０に振動子１１
を張り付けたものからなり、振動子１１は、水晶、ニオ
ブ酸鉛、ジルコンチタン酸鉛等の圧電材料からなる薄板
の両面に電極を張り付けたものである。また、くさび１
０には、吸音材１２が張り付けられ、超音波発振探触子
５と接合材１との接触面で反射した超音波を吸収できる
ようになっている。

【００２１】超音波発振探触子５の底面の形状は、板状
の接合材を検査する場合には、平坦であることが望まし
いが、図１に示すように、鋼管等の曲面を有する接合材
１を検査する場合には、接合材１の曲率にあわせて、超
音波発振探触子５の底面の形状を曲面とするのがよい。
なお、受信探触子６は、図示はしないが、超音波発振探
触子５と同一の構造を有するものである。

【００２２】また、超音波発振探触子５及び受信探触子
６と接合材１との隙間には、接触媒質を介在させる必要
がある。超音波発振探触子５又は受信探触子６と接合材
１との間に隙間があると、超音波の送受信が効率よく行
われないからである。接触媒質は、超音波を効率よく伝
搬可能なものであれば良く、必要に応じて種々の接触媒
質を使い分ければよい。接触媒質としては、例えば、
水、脂、グリセリン等がある。

【００２３】さらに、超音波発振探触子５から接合材１
に入射した超音波を受信探触子６でとらえるためには、
超音波発振探触子５及び受信探触子６の相対位置を正確
にセットする必要がある。超音波発振探触子５から接合
材１に入射した超音波は、接合材１の外周面及び内周面
で全反射を繰り返しながら伝搬していくので、受信探触
子６は、接合材１の内周面で全反射した超音波が接合材
１の外周面に到達する位置又は、接合材１の外周面で全
反射した超音波が接合材１の内周面に到達する位置に置
く必要がある。

【００２４】接合材１の外周面に配置された超音波発振
探触子５から接合材１に入射した超音波が接合材１の内
周面で全反射し、接合材１の外周面に到達するまでの水
平距離を１スキップとすると、何スキップ目に受信探触
子６を配置するかは、検査する接合材１の形状や測定条
件に応じて適宜選択すればよい。図１の場合、受信探触
子６は、超音波発振探触子５から４スキップ目の位置に
配置されている。

【００２５】次に、接合材の接合界面を透過する超音波
の減衰量を測定する方法について説明する。まず、図示
しない同期制御部において高周波パルスを発生させ、こ
の高周波パルスを高周波ケーブルを介して超音波発振探
触子５に送る。超音波発振探触子５に送られた高周波パ
ルスは、振動子１１の両面に張り付けられた電極に印加
され、これにより振動子１１が厚さ方向に伸縮し、超音
波が発生する。

【００２６】発生した超音波は、くさび１０を通って鋼
管３に入射し、鋼管３の内周面及び外周面で全反射を繰
り返しながら、鋼管２に向かって伝搬する。その過程
で、超音波は、接合界面４を透過することになる。予め
定められた回数の反射が行われたところで、鋼管２上に
配置された受信探触子６に超音波が受信される。

【００２７】受信された超音波は、受信探触子６に備え
られた振動子に伝えられ、振動子を厚さ方向に伸縮させ
る。この機械的振動は、該振動子により電気信号に変換
され、高周波ケーブルを介して図示しない検査装置の受
信部に送られる。そして、超音波発振探触子５に投入し
た電気エネルギーに対する受信探触子６により受信され
た電気エネルギーの比から超音波の減衰量が求められる
ものである。

【００２８】この時、超音波発振探触子５と受信探触子
６との距離を一定の距離（例えば４スキップに相当する
距離）に保ったまま前後左右に走査させると、超音波が
透過する位置が変わるので、接合界面４全面の２次元情
報を得ることができる。通常、接合界面４を透過する超
音波の減衰量としては、接合界面４の各位置で測定され
た減衰量の平均値が用いられる。

【００２９】なお、走査方法は、ジグザグ走査、前後走
査、左右走査等、種々の方法があり、特に限定されるも
のではなく、接合材１の形状等に応じて適宜選択すれば
よい。また、走査させる距離は、接合界面４の全面をカ
バーできればよいので、接合界面４に垂直な方向につい
ては、少なくとも０．５スキップに相当する距離だけ走
査させればよい。また、接合界面４に平行な方向につい
ては、板状の接合材にあっては少なくとも接合界面４の
横幅に相当する距離、図１のような管状の接合材にあっ
ては少なくとも管円周に相当する距離だけ走査させれば
よい。

【００３０】また、図１においては、接合界面４を挟ん
で超音波発振探触子５と受信探触子６とを各１個づつ配
置しているが、受信探触子６を２個以上配置しても良
い。受信探触子６を２個以上配置すると、一つの受信探
触子６からもう一つの受信探触子６に至るまでの超音波
の減衰量を測定できるので、接合界面４を透過する超音
波の減衰量のみならず、接合界面４を挟んで左右に広が
る熱影響部を透過する超音波の減衰量を測定することも
可能となる。

【００３１】さらに、超音波発振探触子５と受信探触子
６とを各２個以上配置しても良い。超音波は、指向性が
良いので、超音波発振探触子５の間隔が適正であれば、
各超音波発振探触子５から入射する超音波が干渉し合う
ことはない。そのため、接合界面４の面積が大きい接合
材を検査する場合等には、双方の探触子を各２個以上配
置すれば、走査距離が短くなり、検査時間を短縮させる
ことが可能となる。

【００３２】次に、本発明に係る接合材の超音波検査法
により、どのように接合特性を推定するかについて説明
する。超音波の減衰は、接合体中を伝搬する超音波の一
部が伝搬途中で散乱することによって生ずるものであ
る。超音波の散乱は、種々の原因により生ずることが知
られており、例えば、結晶粒界、内部摩擦、転位の運
動、音響インピーダンスの異なる相境界等がその原因と
なる。

【００３３】ところで、冶金的接合法は、接合過程にお
いて加熱を伴うので、加熱により被接合材中で元素の拡
散、相変態、粒成長等が生じ、接合界面近傍の性状が接
合前後で変化する場合がある。特に、接合界面近傍の性
状が熱履歴に敏感である場合には、接合条件の僅かな変
動によって接合界面近傍の性状が大きく変化し、接合界
面を透過する超音波の減衰量の変化として顕著に現れる
ことになる。

【００３４】また、接合材の接合界面近傍の性状が熱履
歴に対して敏感であると同時に、被接合材の機械的性質
もまた、熱履歴に対して敏感である場合には、接合条件
の僅かな変動によって接合材の機械的性質が大きく変動
することになる。従って、このような系においては、超
音波の減衰量の変化と接合条件あるいは機械的性質の変
化とが一対一に対応し、超音波の減衰量から接合条件、
機械的性質等の接合特性の変動を推定することが可能と
なる。

【００３５】上述の趣旨から、本発明に係る接合材の超
音波検査方法は、接合条件の変動によって超音波の減衰
量及び機械的性質が変動する系であれば適用可能であ
り、変動量が大きい系ほど検査精度は高くなる。例え
ば、接合方法の点から言えば、拡散接合法が特に好適で
ある。拡散接合法は、被接合材の融点の９割前後の温度
で接合が行われ、接合界面において元素の拡散を積極的
に行わせるために、接合条件の変動に伴う超音波の減衰
量の変動が顕著に現れるからである。

【００３６】また、被接合材の材質の点から言えば、鉄
系材料では、例えば、フェライト地にオーステナイトが
１：１の比率で分散した組織を呈する二相ステンレス鋼
や、該二相ステンレス鋼をベースとする析出硬化型ステ
ンレス鋼が特に好適である。オーステナイトは、接合過
程において結晶粒が粗大化しやすく、しかも結晶粒界に
おける超音波の散乱が大きいために、接合条件の変動に
より接合界面近傍のオーステナイトの性状が変化する
と、超音波の減衰量の変化として顕著に現れるからであ
る。

【００３７】接合材の超音波検査は、具体的には、以下
の手順に従って行われる。まず、接合特性と接合界面を
透過する超音波の減衰量との対応関係を予め調べるため
の標準接合体を作製する。標準接合体の作製に用いる被
接合材は、少なくとも実際の接合材に使用される被接合
材と同一材質であることを要するが、接合特性の推定精
度を上げるためには、その形状も同一にすることが望ま
しい。

【００３８】次いで、評価したい接合特性を故意に変え
て、種々の条件で標準接合体の接合を行う。例えば、応
力が作用する構造物に使用される接合材の場合には、接
合強度が最も重要な評価項目であり、接合強度は、接合
温度に最も影響を受けるものである。そこで、このよう
な場合には、接合特性として接合温度を選択し、推奨す
る接合温度を中心として、種々の接合温度で標準接合体
を作製すればよい。

【００３９】また、例えば、接合後に行われる熱処理に
より接合界面近傍の強度、靱性等が大きく変動する系の
場合には、実際の接合作業において変動が予想される熱
処理条件、例えば、熱処理温度、保持時間、冷却速度等
を故意に変えて標準接合体を作製すればよい。

【００４０】次に、このようにして作製された標準接合
体について、図１に示すように、接合界面を挟んで超音
波発振探触子５及び受信探触子６を配置し、超音波発振
探触子５と受信探触子６との距離を一定に保った状態を
維持しながら前後左右に走査させ、接合界面４の各位置
を透過する超音波の減衰量を逐次測定し、その平均値を
算出する。

【００４１】評価すべき接合特性が接合温度等の接合条
件である場合には、そのまま、得られた超音波の減衰量
と接合条件とを対比し、両者の相関を求めればよい。通
常は、減衰量及び接合温度等の接合条件の内、一方を横
軸に、他方を縦軸に取って測定データをプロットし、回
帰分析が行われる。一方の変化に対して他方が直線的に
変化する場合には、単回帰を行い、一方の変化に対して
他方が曲線的に変化する場合には、多項式回帰を行えば
よい。

【００４２】また、評価すべき接合特性が引張強度等の
機械的特性である場合には、標準接合体の超音波検査が
終了後、各標準接合体から試験片を切り出し、引張試験
等の破壊試験を行えばよい。そして、得られた減衰量と
破壊試験のデータから、上述と同様の手順に従い、回帰
分析等により両者の相関を求める。

【００４３】そして、求められた標準接合体の超音波減
衰量と接合特性との相関に基づき、各測定データのバラ
ツキを考慮して、合否判定のための判定基準を作成す
る。なお、判定基準は、接合材に要求される信頼性の高
さ、要求特性、測定される超音波減衰量のバラツキの大
きさ等を考慮して適宜決定すればよい。

【００４４】次に、実際に接合された接合特性が未知で
ある接合材（被測定接合材）に対し、標準接合体と同一
条件下で超音波の減衰量を計測し、回帰分析等により求
められた標準接合体の超音波減衰量と接合特性との相関
から、被測定接合材の接合特性を推定する。

【００４５】例えば、単回帰を行った場合において、相
関係数が１に近い場合には、接合特性に対する超音波減
衰量の回帰直線と、超音波減衰量に対する接合特性の回
帰直線とはほぼ一致するので、標準接合体について求め
た回帰直線に被測定接合材で測定された超音波減衰量を
代入し、被測定接合材の接合特性を逆算する。そして、
その逆算された接合特性が予め定められた判定基準内で
ある場合には合格とし、判定基準外にある場合には不合
格とすればよい。

【００４６】あるいは、標準接合体に対して求められた
回帰直線の回帰係数が十分大きい場合には、測定された
被測定接合材の超音波減衰量を用いて所定の棄却率で接
合特性の区間推定を行い、推定された接合特性が予め定
められた判定基準内である場合には合格とし、判定基準
外にある場合には不合格とすればよい。なお、棄却率
は、接合材に要求される信頼性に応じて適宜選択すれば
よい。

【００４７】そして、実際に接合された被測定接合材
が、作業マニュアル通りに接合されている場合には、被
測定接合材の接合界面の性状は、必要とされる接合特性
を満足している標準接合体の接合界面とほぼ同一の性状
を有している可能性が高いので、測定された超音波の減
衰量も上述の判定基準内に収まる可能性が高い。

【００４８】一方、不可抗力により作業マニュアル通り
に接合作業が行われず、接合条件が変動している場合に
は、接合特性が変化しているので、それに応じて超音波
の減衰量も上述の判定基準外の値が検出され、不合格判
定がなされることになる。なお、不合格判定がなされた
接合材に対しては、必要に応じて、接合部を接合温度に
再加熱したり、放射線透過試験法等の他の非破壊検査を
行う等の処置が取られることになる。

【００４９】（実施例１）以下に、二相ステンレス鋼管
を被接合材に用いて液相拡散接合法により接合した接合
材に対し、本発明に係る接合材の超音波検査方法を適用
した例について説明する。

【００５０】初めに、標準接合体を以下の手順により作
製した。すなわち、被接合材は、二相ステンレス鋼ＳＵ
Ｓ３２９Ｊ１からなる外径１５０ｍｍ、内径１２０ｍｍ
の鋼管とし、接合界面は、表面粗さがＲｍａｘ３０μｍ
以下となるように仕上げた。また、インサート材は、融
点が１０４０℃である厚さ４０μｍのＮｉ系合金箔を用
いた。

【００５１】この２本の二相ステンレス鋼管の間にイン
サート材を介挿し、接合界面に４ＭＰａの加圧力を印加
し、Ａｒガス雰囲気下、１１５０℃〜１３００℃の温度
に６０秒間保持することにより、二相ステンレス鋼管の
液相拡散接合を行った。得られた接合材に対し、図１に
示すように、接合界面４を挟んで超音波発振探触子５及
び受信探触子６を配置し、接合界面４を透過する超音波
の減衰量（超音波相対比強度）を測定した。なお、超音
波発振探触子５と受信探触子６との距離は、４スキップ
とし、検査には、縦波を用いた。

【００５２】初めに、接合温度を１２９０℃とした接合
材に対し、縦波を種々の屈折角で入射させたときの超音
波相対比強度の変化を調べた。使用した探触子は、１辺
が１０ｍｍの角形探触子とし、超音波の周波数は５ＭＨ
ｚとした。図３において、屈折角を２０゜とした場合が
最も超音波相対比強度が高く、−１９ｄＢを示した。屈
折角が小さくなるに伴い超音波相対比強度は急激に低下
し、屈折角を１６゜とした場合には、−３４ｄＢまで低
下した。

【００５３】また、屈折角が２０゜を越えると、屈折角
が大きくなるに伴い超音波相対比強度は低下し、屈折角
が２５゜では−２９ｄＢとなった。屈折角を３０゜とし
た場合には、超音波相対比強度は−３０ｄＢとなり、屈
折角を２５゜とした場合とほぼ同等であったが、横波の
混入に起因するノイズが増加した。さらに、屈折角が３
０゜を越えた場合には、横波の混入のために測定が困難
となった。

【００５４】次に、接合温度を１１５０℃及び１２９０
℃とした接合材に対し、周波数の異なる縦波を入射させ
たときの超音波相対比強度の変化を調べた。探触子は、
１辺が１０ｍｍの角形探触子とし、屈折角は２０゜とし
た。図４において、周波数が２ＭＨｚの縦波を用いた場
合には、接合温度を１１５０℃とした接合材の超音波相
対比強度と接合温度を１２９０℃とした接合材の超音波
相対比強度の差は、約６ｄＢであった。

【００５５】周波数の増加に伴い、超音波相対比強度の
差は拡大し、周波数が５ＭＨｚである縦波を用いた場合
で約１１ｄＢとなった。さらに、周波数が１０ＭＨｚで
ある縦波を用いた場合には、超音波相対比強度の差は１
４ｄＢに拡大したが、超音波相対比強度の値自体は−３
０ｄＢ前後となり、測定感度は低下した。なお、周波数
が１２ＭＨｚ以上の縦波を用いた場合には、ノイズが大
きくなったため、測定は困難であった。

【００５６】次に、接合温度を１１５０℃から１３００
℃まで変化させた各接合材に対し、振動子の大きさを変
えて縦波を入射させたときの超音波相対比強度の変化を
調べた。使用した超音波の周波数は、５ＭＨｚとし、屈
折角は２０゜とした。図５において、１辺が５ｍｍであ
る角形振動子を用いた場合には、接合温度を１１５０℃
とした接合材と接合温度を１３００℃とした接合材との
超音波相対比強度の差の平均値は、１０ｄＢ以下であっ
た。

【００５７】一方、１辺が１０ｍｍである角形振動子を
用いた場合には、接合温度を１１５０℃とした接合材と
接合温度を１３００℃とした接合材との超音波相対比強
度の差の平均値は、約２０ｄＢ程度となり、１辺が５ｍ
ｍである角形振動子を用いた場合よりも超音波相対比強
度の変化量が増大した。

【００５８】以上の結果から、検査に使用する超音波の
屈折角、周波数及び振動子寸法を適正範囲内とすれば、
接合材を透過する超音波の検出感度を高く維持したま
ま、接合温度の変化を、接合界面を透過する超音波の減
衰量（超音波相対比強度）の変化として検出できること
がわかった。

【００５９】図５の白丸で示したように、１辺が１０ｍ
ｍの角形探触子を用い、周波数が５ＭＨｚの縦波を屈折
角２０゜で入射させた場合について、単回帰を行ったと
ころ、次の回帰式を得た。超音波相対比強度＝−０．０８３ｘ（接合温度）＋９１・・・（１）

【００６０】また、超音波検査後の各標準接合体から引
張試験片（ＪＩＳＺ３１２１４号試験片）を切り出
し、クロスヘッドスピード１ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を
行った。得られた引張強さと、接合温度の関係を図６に
示す。図６より、接合温度が高くなるほど引張強さが高
くなり、接合温度と引張強さとは、１：１に対応してい
ることがわかる。図７に示すように、標準接合体の超音
波相対比強度を引張強さに対してプロットし、単回帰を
行ったところ、次の回帰式を得た。引張強さ＝−４０ｘ（超音波相対比強度）＋１５０・・・（２）

【００６１】次に、（１）及び（２）の回帰式を用い
て、接合特性の異なる接合材を実際に選別できるか否か
を確認する試験を行った。前述と同様の手順に従い、接
合温度を１３００℃とした接合材を１０個、及び接合温
度を１１５０℃とした接合材を１０個作製し、各接合材
について浸透探傷試験及びＸ線透過試験により、亀裂、
未接合部等の欠陥がないことを予め確認した。

【００６２】次いで、各接合材の履歴を伏せた状態で、
１辺が１０ｍｍの角形探触子を用い、周波数が５ＭＨｚ
の縦波を屈折角２０゜で入射させることにより、接合材
の全数検査を行った。なお、判定基準は、（１）の回帰
式に基づき、超音波相対比強度が−１０ｄＢ以上（接合
温度１２００℃以下に相当）を不合格とした。その結
果、接合温度を１３００℃とした接合材を全数検出・選
別することができた。

【００６３】また、測定された超音波の減衰量から
（２）の回帰式を用いて逆算された引張強さは、接合温
度を１３００℃とした接合材で８２６ＭＰａ、接合温度
を１１５０℃とした接合材で３２８ＭＰａであった。一
方、選別された１３００℃で接合された鋼管及び１１５
０℃で接合された鋼管からそれぞれ実際に試験片を切り
出し、引張強さを測定したところ、それぞれ、８３５Ｍ
Ｐａ及び３６０ＭＰａとなり、（２）の回帰式から推定
した結果と良く一致した。

【００６４】（実施例２）実施例１と同様の手順に従
い、接合温度を変えて二相ステンレス鋼管の接合を行っ
た。次いで、横波を用いて接合界面を透過する超音波の
減衰量を測定した。探触子は、１辺が１０ｍｍの角形探
触子とした。

【００６５】初めに、超音波の周波数を５ＭＨｚとし、
横波を種々の屈折角で入射させたところ、図８に示すよ
うに、屈折角を６０゜とした場合には、接合温度を１１
５０℃とした接合材の超音波相対比強度と、接合温度を
１３００℃とした接合体の超音波相対比強度との差の平
均値は、約１０ｄＢであった。一方、屈折角を７０゜と
すると、超音波相対比強度の差の平均値は、約１５ｄＢ
に拡大した。

【００６６】また、屈折角を７０゜とし、周波数の異な
る横波を用いて各接合材の超音波相対比強度を測定した
ところ、図９に示すように、周波数が２ＭＰａでは、接
合温度の変化に伴う超音波相対比強度の変化が小さいの
に対し、周波数が５ＭＰａの横波を用いた場合には、接
合温度を１１５０℃とした接合材と接合温度を１３００
℃とした接合材の超音波相対比強度の差の平均値は、約
１５ｄＢに拡大した。

【００６７】なお、図５の白丸と図９の白丸とを比較す
ると、縦波を用いた方が１１５０℃及び１２００℃にお
ける超音波相対比強度のバラツキが小さく、しかも、１
１５０℃又は１２００℃における超音波相対比強度の下
限値と１２９０℃前後における超音波相対比強度の上限
値との差が大きくなっている。詳細は不明であるが、図
５及び図９より、縦波を用いて接合材の検査を行った方
が、より信頼性の高い検査を行えることがわかる。

【００６８】以上の結果から、横波を用いた場合であっ
ても、検査条件が適切であれば、接合特性の変化を、接
合界面を透過する超音波の減衰量の変化として検出する
ことができ、履歴が未知である接合材の接合特性を推定
できることがわかった。

【００６９】以上、本発明の実施の形態について詳細に
説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の
改変が可能である。例えば、上記実施例では、鋼管同志
の接合材に対して本発明を適用しているが、鋼管に限ら
ず、板状の接合材に対しても本発明を適用できる。

【００７０】また、上記実施の形態では、Ｎｉ系合金を
インサート材として二相ステンレス鋼を液相拡散接合法
により接合した接合材に対して本発明を適用している
が、二相ステンレス鋼を固相拡散接合法、融接法、圧接
法等により接合した接合材に対しても本発明を適用で
き、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

【００７１】さらに、被接合材は、二相ステンレス鋼あ
るいは二相ステンレス鋼をベースとする析出硬化型ステ
ンレス鋼に限定されるものではなく、接合条件等の変動
によって超音波減衰量が大きく変動する性質を有する材
料を被接合材とする接合材であれば、あらゆる接合材に
対して本発明を適用できる。

【００７２】例えば、パーライトは、フェライトとセメ
ンタイトの層状構造のため、超音波の減衰量は大きくな
るが、マルテンサイトや中間組織では、超音波の減衰量
は小さくなる傾向がある。そのため、パーライトを含む
鋼材を接合し、接合部を急冷してマルテンサイトを生成
させた場合や、マルテンサイト又は中間組織を含む鋼材
を接合し、接合部を徐冷してパーライトを生成させた場
合には、接合界面を透過する超音波減衰量の変化として
検出することができ、超音波減衰量から接合特性を推定
することが可能となる。

【００７３】

【発明の効果】本発明は、既知の条件下で接合した標準
接合体の接合界面を透過する超音波の減衰量と接合特性
との相関を予め求め、未知の条件下で接合した被測定接
合材の接合特性を、被測定接合材の界面を透過する超音
波の減衰量から推定するようにしたので、接合温度、接
合強度等の接合特性を非破壊で推定することが可能とな
るという効果がある。

【００７４】また、縦波を検査に用いると共に、超音波
の屈折角、周波数、探触子の大きさを最適化すると、超
音波の測定感度を高く維持しながら、接合特性の変化に
伴う超音波の減衰量の変化を大きくとらえることができ
るので、検査精度を向上させることができるという効果
がある。

【００７５】さらに、２種以上の相を含む二相鋼、例え
ば二相ステンレス鋼を被接合材とする接合材を検査対象
とすると、接合特性の変化が超音波減衰量の変化として
顕著に現れ、高い精度で接合特性の非破壊検査が可能と
なるという効果がある。

【００７６】以上のように、本発明に係る接合材の超音
波検査方法によれば、抜き取り検査が不可能な接合材で
あっても高い精度で、接合温度、接合強度等の接合特性
を推定することができるので、これを例えば、油井管や
化学プラントの配管等の検査に応用すれば、接合工程の
信頼性を高めることが可能となるものであり、産業上そ
の効果の極めて大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波検査方法の概略を説明する
図である。

【図２】本発明に係る超音波検査方法に用いられる探触
子の断面図である。

【図３】縦波の屈折角と超音波相対比強度との関係を示
す図である。

【図４】縦波の周波数と超音波相対比強度との関係を示
す図である。

【図５】縦波を用いた場合における振動子寸法と超音波
相対比強度との関係を示す図である。

【図６】二相ステンレス鋼管の接合温度と引張強さとの
関係を示す図である。

【図７】縦波の超音波相対比強度と引張強さとの関係を
示す図である。

【図８】横波の屈折角と超音波相対比強度との関係を示
す図である。

【図９】横波の周波数と超音波相対比強度との関係を示
す図である。

【符号の説明】

１接合材２、３鋼管４接合界面５超音波発振探触子６受信探触子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】接合条件の未知な被測定接合材の接合界
面の両側に超音波発振探触子と受信探触子とを置き、前
記超音波発振探触子より発振された超音波が前記接合界
面を透過し、前記受信探触子に受信された時の超音波の
減衰量を測定し、その測定値に基づいて予め測定される既知の接合条件に
より接合された標準接合体の超音波減衰量と接合特性と
の相関関係より、前記被測定接合材の接合特性を検査す
るようにしたことを特徴とする接合材の超音波検査方
法。
【請求項２】前記接合特性が、接合温度であることを
特徴とする請求項１に記載される接合材の超音波検査方
法。
【請求項３】前記接合特性が、接合強度であることを
特徴とする請求項１又は２に記載される接合材の超音波
検査方法。
【請求項４】前記超音波は、縦波モードを用い、屈折
角が１７゜〜３０゜となるように前記被測定接合材に入
射させるようにしたことを特徴とする請求項１、２又は
３に記載される接合材の超音波検査方法。
【請求項５】前記超音波は、その周波数が４ＭＨｚ以
上１０ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１、
２、３又は４に記載される接合材の超音波検査方法。
【請求項６】前記探触子は、一辺が８ｍｍ以上１５ｍ
ｍ以下の角形探触子を用いることを特徴とする請求項
１、２、３、４又は５に記載される接合材の超音波検査
方法。
【請求項７】前記被接合材が、二相鋼からなることを
特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６に記載され
る接合材の超音波検査方法。