溶接部検査の高速で安全な新たな方法

溶接は、多くの業界で大規模に行われています。 溶接での欠陥は、機器の誤った操作や、誤った溶接セットアップが原因で発生します。 よくある溶接欠陥の例は、気孔、融合不良、スラグ巻き込み、根元または先端の割れ、溶込み不良などです（図1）。 欠陥は、溶接の強度に多大な影響を与え、その結果、構成材の品質に多大な影響が生じる場合があります。

大規模な溶接の品質を確保する最も確実で費用対効果の高い方法は、非破壊検査（NDT）です。 特定の種類の欠陥においては、溶接材料とその準備方法によって、検出が容易になったり困難になったりします。

例えば、融合不良（図2）は、融解した溶接材料のビーズが母材をうまく溶かせず、母材の上でそのまま固まってしまった場合に発生します。 生じた接合部は、強度が低くなります。 つまり、融合不良は、検出する必要のある致命的な欠陥の1つです。

図1：溶接欠陥
溶接の強度に悪影響を及ぼす欠陥には、さまざまな種類があります。

現在の代表的な方法である放射線検査は、検査対象物の反対側にある検出器に向けて、金属内を伝播する高エネルギー光子を利用した検査法です。 構成材内に不規則な部分があると、溶接内、母材内、接合部のいずれであっても、その領域は検出器上で他の箇所より明るいまたは暗い領域として現れます。

放射線検査の使用における主な制限事項は、放射線を使うことによる有害な影響です。 高エネルギーのX線により人の健康に対して多くのリスクが生じるため、放射線への曝露を避けるための安全策が必要です。 通常は検査対象の近辺の広いエリアから人を避難させる必要があり、検査エリアでの作業が中断されます。

検出率が、溶接検査の方法を選択する際の1つの因子となる場合があります。 放射線検査を使用すると、融合不良などの欠陥におけるコントラストが低くなる可能性があるというデータ¹があります。 これは、ステンレス鋼や異種材料間溶接において、こうした欠陥の検出率が低下することを意味しています。

図2：融合不良
融解した金属が、下地となる材料と接合しないまま固まる場合があります。

溶接検査での探傷においてもう一つの選択肢となる技法が、超音波検査です。 オリンパスのOmniScan MX2（図3）などの超音波探傷器は、放射線ではなく音波を使用して構成材を検査します。 検出は、構成材内の接合部分における音波の偏向に基づいて行われます。 検出率を最大限に上げるために、そして画像化とセクタースキャンを可能にするために、超音波フェイズドアレイプローブを使用できます。

フェイズドアレイとは？
超音波探触子は、高周波音波を検出することで機能します。探触子自体が高周波音波を発信する方法（パルスエコー技法）と、探触子が高周波音波を受信する方法（ピッチキャッチ技法）のいずれかが用いられます。 ステンレス鋼や異種材料間溶接などの難しい構成材では、高いレベルのノイズが生成されます。 こうした状況では、ピッチキャッチ技法（送受信分割縦波法（TRL）とも呼ばれる）がより適しています（図4）。

図3：オリンパスOmniScan MX2
OmniScanなどの超音波探傷器は、さまざまな幅広いプローブとともに、多様なタイプの検査に使用できます。