背景: ほとんどの超音波欠陥検出と厚さ測定は、通常の室温で実施されますが、高温下で材質の試験が必要となる場合も多く存在します。この事は金属パイプやタンク が冷却の為に休止する事無く検査する場合や、高温材料を含む製造状況、例えば製造直後の押出樹脂パイプや熱成形、完全冷却前の金属インゴットや鋳造検査を 行う加工業界で最も多く起ります。従来の超音波トランスデューサーは、約50°Cまたは125°Fまでの温度に耐えます。それより高い温度では、熱膨張に よる内部剥離が原因で最終的に破損に至る事になります。試験される材料が約50°Cまたは125°Fよりも高温である場合は、高温用トランスデューサーお よび特殊な試験手法を採用する必要があります。

このアプリケーションノートには、高温用トランスデューサーとカプラントの選択、およびそれらの使用に関する重要な要因に関して簡便な情報が含まれていま す。約500°Cまたは1000°Fまでの温度における材料の従来型の超音波試験を対象としています。それ以上の高温を対象とする研究用途においては、極 めて特殊な導波管手法が使用されます。それらは本ノートの対象外です。

1. トランスデューサー
オリンパスの高温トランスデューサーは、分割型トランスデューサーと遅延トランスデューサーの２つのカテゴリーに分けられます。いずれの場合も、遅延材 （分割型の場合は内蔵）が、作動中のトランスデューサーのエレメントと高温の試験表面の間の熱絶縁体として機能します。設計上の理由から、標準の製品群に は高温接触または集束型のトランスデューサーは存在しません。高温用分割型および遅延トランスデューサーは、厚さ測定および欠陥検出用途の両方に使用可能 です。全ての超音波試験と同様、任意の用途に最適なトランスデューサーは材質、厚さの範囲、温度、および欠陥検出の場合は関連する欠陥のタイプとサイズを 含む具体的な試験要件によって決定されます。

(a) 厚さ測定
高温厚さ測定の一般的用途は腐食調査作業であり、38DL PLUSおよびMG2シリーズ等 の腐食用超音波厚さ計による高温のパイプとタンクの残存金属の厚さ測定です。オリンパスNDTの腐食用厚さ計と共に使用する為に設計されたトランスデュー サーのほとんどは、高温での使用に適しています。一般的に使用されるD790シリーズのトランスデューサーは、500°Cまたは930°Fの様な高温の表 面での使用が可能です。温度仕様を含む腐食測定用の分割型の全リストについては次のリンクを参照してください：Corrosion Gage Duals。

高温のプラスティック等の35 シリーズに よる精密な厚さ測定の用途には、M200シリーズ（デフォルトのトランスデューサーM202、M206、M207およびM208）の全ての標準 Microscan遅延トランスデューサーに高温遅延材を装備することが可能です。DLHT-1、-2および-3の遅延材は260°Cまたは500°Fま での表面上で使用が可能です。DLHT-101、-201および-301の遅延材は175°Cまたは350°Fまでの表面上で使用が可能です。これらの遅 延材はDelay Line Option Chartに一覧されています。

透過性を高める為に低周波数トランスデューサーが求められる過酷な用途では、Videoscan Replaceable Faceトランスデューサーと適切な高温用遅延材が、25シリーズの厚さ計と用いられます。このシリーズのトランスデューサー用の標準遅延材は、 480°Cまたは900°Fの様な高温の表面での使用が可能です。トランスデューサーと遅延材の全リストについては次のリンクを参照してください：Replaceable Face Transducers。

(b) 欠陥検出
高温厚さ測定用途と同様、高温欠陥検出も分割型または遅延トランスデューサーを通常使用します。全ての標準欠陥検出分割型は高温性能を有しています。その 周波数が5MHzかそれ以下であるFingertip、Flush Caseおよび拡張レンジ分割型は、約425°Cまたは800°Fまで使用が可能で、高周波数分割型（7.5および10MHz）は、約175°Cまたは 350°Fまで使用可能です。このカテゴリーのトランスデューサーの全リストについては次のリンクを参照してください：Flaw Detection Duals 。

全てのVideoscan Replaceable Faceトランスデューサーは、適切な高温用遅延材と共に欠陥検出用途に使用することが可能です。このシリーズの遅延材付きトランスデューサーは、 480°Cまたは900°Fの様な高温表面での使用が可能です。様々な最高温度に適したトランスデューサーと遅延材の全リストについては次のリンクを参照 してください: Replaceable Face Transducers。

薄い材料が関与する用途では、多くの場合V200シリーズ（最も一般的にはV202、V206, V207およびV208）の遅延線トランスデューサーが最も利用され、その全てに高温用遅延線の装着が可能です。DLHT-1、-2および-3の遅延線は 260°Cまたは500°Fまでの表面上で使用が可能です。DLHT-101、-201および-301の遅延線は175°Cまたは350°Fまでの表面上 で使用が可能です。これらのトランスデューサーと遅延線はDelay Line Transducer Listに一覧されています。

斜角トランスデューサーと共に使用する特殊高温用ウェッジも用意されており、ABWHTシリーズは260°Cまたは500°Fまで、ABWVHTシリーズ は480°Cまたは900°Fまで使用します。遅延型の利用可能なサイズに関する情報についてはSales Departmentまでご相談ください。

2. カプラント
グリコール、グリセリンおよび超音波用ジェル等の一般的な超音波カプラントは、約100°Cまたは200°Fよりも高温の表面で使用した場合は短時間で蒸 発します。そのため、高温における超音波試験には沸騰したり、焼けたり、または有毒ガスを発生することなく、安定した液状もしくはペースト状を保つような 特別に形成したカプラントが必要となります。その使用に指定された温度範囲を知り、その範囲内のみで使用することが重要です。高温用カプラントをその温度 範囲外で使用すると音響性能が不良となり、安全上の危険にもつながります。

極めて高温では、特殊化した高温用カプラントですら乾燥したり固形化してもはや超音波エネルギーを伝達しなくなる為、迅速に使用する必要があります。乾燥 したカプラントの残りは、試験表面およびトランスデューサーから次の測定までに除去してください。

通常の横波用カプラントは液化し、横波を伝搬するのに必要な高粘度を失うため、通常の入射角度の横波の伝搬は高温では不可能です。

以下の二種類の高温用カプラントが提供しています：

カプラントE - 260°と520°C（500°と970°F）の間での使用に推奨。

カプラントG - 315°C（600°F）までの温度での使用に推奨される中温カプラント。
オリンパスNDTが提供するカプラントにつきましては、各々に関するアプリケーションノートと併せて、超音波カプラントに関するアプリケーションノートを参照してください。 .

3. 試験手法
全ての高温用途についての試験手順の設定には、以下の要素を常に考慮に入れる必要があります。

負荷サイクル: 全ての標準の高温用トランスデューサーは負荷サイクルに配慮して設計されています。遅延材はトランスデューサーの内部を絶縁していますが、極めて高温の表 面に長期間接触すると著しい熱の蓄積を生じ、内部温度が高温になった場合にトランスデューサーが結果的に破損します。ほとんどの分割型トランスデューサー では、約90°Cと425°C（200°Fと800°F）の間の表面温度について推奨される負荷サイクルは、高温表面との10秒間以下の接触（推奨は5 秒）とそれに続いて最低1分間の空冷です。これは単に指標であることに注意してください。接触時間と冷却時間の割合は、任意のトランスデューサーの規定さ れた温度範囲の上限部ではより重大です。一般的な規則として、トランスデューサーの外側のケースが素手で触れるにはあまりに熱くなりすぎている場合は、ト ランスデューサーの内部温度は破損の可能性のある温度に達しており、試験を継続する前にトランスデューサーを冷却する必要があります。中には冷却プロセス を早めるために水冷を採用してきているユーザーもいますが、弊社は公式には水冷の指標を示しておりませんので、その適当性は個々のユーザーに委ねられるこ ととなります。

オリンパスの EPOCHシリーズ探傷器と厚さ計38DL PLUS、MG2は全てフリーズ機能を有しており、表示された波形と読み取り値をフリーズする事が可能です。オペレーターが読取り値を把握し、高温表面からトランスデューサーを素早く取り外す事が出来る為、フリーズ機能は高温測定では非常に便利です。

機器と共に高速スクリーン更新モードを使用して、接触時間を最小限とする必要があります。

接触手法: トランスデューサーの負荷サイクル要件とその使用可能な厚さ範囲の上限におけるカプラントの固化または蒸発の傾向とが組み合わさり、オペレーターの側での 迅速な作業が必要となります。多くのユーザーが最良の方法を見つけて、トランスデューサーの面に一滴のカップラントを滴下し、ねじったり擦り合わせたり （この事でトランスデューサーが摩耗します）せずに試験面にトランスデューサーを強固に押しつけてきています。乾燥したカプラントの残留物は、トランス デューサーの端から測定の間に除去してください。

ゲインの増加: 38DLおよびMG2厚さ計の両方に、全てのEPOCH探傷器と同様に、ゲインの増加機能が装備されています。高温測定には高い減衰が伴う為、測定を行う前にゲインを高めると便利です。

速度のバラツキ: 全ての材質内の音速は温度によって変化し、材質が暖まると低速となります。精密な高温の材質の厚さ測定には、常に速度の再校正が必要となります。鉄では、 この速度は温度の55°Cまたは100°Fの変化毎に約1%変化します（正確な値の変化は合金に依存しています）。プラスティックやその他のポリマーで は、この変化ははるかに大きく、融点まで55°Cまたは100°Fの変化毎に50%の変化に達し得ます。材質についての温度/速度の表が利用できない場合 は、実際に試験温度において試験材料のサンプルで速度の校正を行う必要があります。

ゼロ点再校正: 分割型トランスデューサーで厚さ測定を実施する際は、遅延材内を伝播する時間の変化が原因で、任意のトランスデューサーのゼロオフセット値が温度と共に変化する事に留意してください。そのため、定期的な再ゼロ調整が測定精度の維持に必要です。オリンパスの腐食厚さ計（38DL PLUS、MG2）では、機器の自動ゼロ点調整機能で迅速且つ簡単に実施できます。ZEROキーを押すだけです。

減衰の増大: 全ての材質内の音の減衰は温度と共に増加し、その効果は金属や陶器よりもプラスティック内でよりはるかに顕著です。一般的な細粒炭素鋼合金内では、室温に おける5MHzでの減衰は音響経路の片道で100mmにつき2dB（各々50mmの往復の経路に相当）です。500°Cまたは930°Cでは、減衰は 100mmの音の経路に付き約15dBに増加します。この影響により、長い音響経路を高温で試験する際には、著しく測定器のゲインをあげて使用することが 求められ、室温で設定した距離/振幅補正（DAC）曲線、またはTVG（Time Varied Gain）（時間変動ゲイン）プログラムに対する調整も必要となります。ポリマーにおける温度/減衰効果は、材質に対する依存度が高いですが、一般的に鉄 の数値の数倍となります。特に高温となった長い高温遅延材は、試験における総減衰の顕著な原因となる事があります。

くさびにおける角度のバラツキ: あらゆる高温のくさびにおいてくさびの材料内の音速は、温度が上がると減少するため金属内の屈折角度はくさびが暖まると共に増加します。任意の試験でこの 事が問題となる場合は、実際の運用温度における屈折角度を検証するべきです。実用上は、試験中の温度のバラツキによって、実際の屈折角度を精密に決定する ことが困難となります。