超音波探傷器
超音波探傷器は、材料内部に存在する割れ、介在物、溶接欠陥、層間剥離などの不連続部を、超音波の伝搬と反射を利用して検出・評価する非破壊検査装置である。送受信回路が高電圧パルスを探触子へ印加し、被検体内を伝わった縦波・横波・表面波が欠陥や裏面で反射して戻るエコーを時間軸上で表示する。一般にパルスエコー法や透過法が用いられ、溶接構造物、鍛造品、鋳造品、配管、鉄道レール、複合材など広範な領域で活用される。X線に比して安全性が高く、携帯性と即時判定性に優れる一方、探触子の選定、音響結合、指向性、材質減衰などの条件整備が検出能を左右する装置である。
原理と方式
超音波は材料中で速度と減衰をもつ弾性波であり、縦波は体積変形、横波はせん断変形として伝搬する。超音波探傷器ではパルスエコー法が基本で、送信パルスから反射エコーまでの伝搬時間を距離に換算して内部位置を特定する。透過法は受信側に別探触子を置き減衰量を評価する。表示様式は単一波形のA-scan、断面像のB-scan、平面マップのC-scanが代表で、欠陥の位置・大きさ・形状推定に用いる。近距離域の干渉（ニアフィールド）とデッドゾーンの理解は不可欠である。
構成要素
超音波探傷器は、パルサ・レシーバ、時間軸・ゲート制御、表示部、信号処理部、探触子、くさび（斜角用）、カプラントから構成される。探触子は単振動子の直探触子・斜角探触子、二振動子（送受分離）、フェーズドアレイ探触子などがあり、周波数帯はおおむね0.5〜10 MHzを中心に選択する。感度直線（DAC）や時間可変利得（TCG）、距離補正、フィルタ、波形凍結、測長カーソルなどの機能が検査の再現性と定量性を支える。
性能指標と仕様
主な仕様は、中心周波数と帯域、パルス幅、立上り時間、ダイナミックレンジ、サンプリング周波数、表示範囲、ゲート数、S/N、測長分解能である。高周波探触子は分解能に優れるが減衰が大きい。感度校正は基準試験片（IIWブロックや人工欠陥を持つブロック）を用いて行い、DAC/TCGの作成、零点補正、音速設定、くさび遅延補正などの一連の手順で計量トレーサビリティを確保する。記録はA-scan波形、指示距離、指示高さ、評価曲線との関係を併記する。
探傷技術と画像化
A-scanは単点のエコー解析に適し、指示の真偽、干渉、複数反射の見極めに有効である。B-scanは走査方向に沿った断面像を与え、欠陥の延在状況を把握する。C-scanは一定深さ（または到達時間）での平面分布を示し、層間剥離や面欠陥の広がり評価に有効である。フェーズドアレイUT（PAUT）は電子走査によりビーム角度・焦点を可変化し、TOFDは欠陥先端からの回折波を利用して寸法精度の高い測定を可能にする。
校正・規格・手順
検査は手順書に基づき、機器立上げ前点検、基準片での感度・距離校正、環境条件確認、走査速度・ピッチの設定、判定基準の明示を行う。JISやISO、ASME等の規格は探傷条件、評価曲線、報告様式を定め、製品規格や施工基準と整合させる。特に溶接検査では斜角探触子の入射角、スキップ距離、走査線の重ね率が識別能を左右し、肉厚や開先形状に応じた最適化が必要である。
適用分野と代表事例
鋼構造物の溶接部の欠陥検出、鍛造軸材の内部健全性確認、鋳鋼の縮孔・介在物評価、配管の減肉・腐食監視、レールのき裂検査、CFRPの層間剥離探索、圧力容器の定期検査などが典型である。厚み測定モードを備えた超音波探傷器は、片面アクセスで迅速に肉厚を把握できる。評価指標として、平底穴（FBH）やスリット、横穴（SDH）による換算が用いられる。
利点と限界
超音波探傷器の利点は、非放射線で安全、現場携行が容易、即時性が高く深部欠陥に到達できる点にある。限界として、粗粒材や減衰の大きい材では感度が低下し、表面状態や形状が結合と入射を制限する。近表面欠陥はデッドゾーンで見落としやすく、複雑形状では音線追跡の知識が必要となる。結果の解釈は教育訓練と経験に強く依存するため、手順の標準化とトレース可能な記録が重要である。
安全・取扱い
超音波は非電離放射であり、適正条件下で安全に使用できる。ただし高出力連続照射や高温部でのカプラント取扱いには注意を払う。探触子面の損傷防止、ケーブルの屈曲管理、バッテリーの点検、温度・湿度の影響管理、定期的な較正記録の保全が、装置性能と検査信頼性の維持に直結する。
選定のポイント
- 対象材質・厚み・欠陥想定に合う周波数と探触子（直・斜角・二振動子・PAUT）を選ぶ。
- 必要表示（A/B/C-scan）、ゲート数、DAC/TCG、測長機能、データ保存とレポート出力の可否を確認する。
- 現場性（重量、バッテリー寿命、IP保護等級）、インターフェース（入出力、ファイル形式）、教育・保守体制を評価する。
- 基準片適合、JIS/ISO等規格への対応、トレーサビリティ文書化の容易さを重視する。
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