📡 斜角探傷 ビーム路程・Y距離 計算機

📖 斜角探傷ビーム路程・Y距離計算の使い方と完全ガイド

超音波斜角探傷（UT）で溶接部や鋼板を検査していると、ブラウン管・液晶に出たエコーが「材料のどこにあるきずなのか」を頭の中で幾何計算しなければなりません。探傷器が表示してくれるのは入射点からきずまでのビーム路程Wだけで、現場で本当に知りたい「表面のどこにマーキングするか（Y距離）」「板厚方向で何mmの深さか」「直射でとらえているのか1回反射波なのか」は自分で換算する必要があります。このツールは屈折角θ・板厚t・ビーム路程Wの3つを入れるだけで、その換算を一括で行います。UT2種・3種の受験勉強で式を確認したい人、現場で電卓を叩く前に答え合わせをしたい検査技術者、教育担当者がスキップ位置の説明をするときの数値確認に向いています。

使い方と入力のコツ

• 屈折角 θ：使用する斜角探触子の屈折角を45°・60°・70°のボタン、または「指定」で任意角度を入力します。鋼の代表値はこの3つですが、後述のとおり公称値そのままではなく標準試験片で実測した値を入れるほど精度が上がります。
• 板厚 t：探傷している母材の肉厚（mm）。スキップ位置や折り返し深さの計算に使われます。溶接部なら開先を含む母材厚です。
• ビーム路程 W：探傷器に表示される入射点（0点）からきずまでの音の進んだ距離（mm）。校正後の表示値、または音速×往復時間÷2から求めた値を入れます。探触子前面からの距離ではない点に注意してください。

結果には、入射点からの表面距離（Y距離）、板厚で折り返したきずの実深さ、スキップ区分、そして0.5スキップ・1スキップそれぞれの路程と表面距離が出ます。迷いやすいのは「Wは斜辺で、Y距離と深さがその分解」という関係です。Wを直接マーキングに使ってはいけません。

計算のしくみ・計算式

屈折角θで斜めに進む超音波は、ビーム路程Wを斜辺とする直角三角形をつくります。水平成分がY距離、垂直成分が深さです。このツールが使っている式は次のとおりです。

• 表面距離（Y距離） ＝ W × sinθ
• 深さ d ＝ W × cosθ（ただし底面で反射すると板厚tで折り返す。1回反射後は d ＝ 2t − W×cosθ となる）
• 0.5スキップ路程 ＝ t ÷ cosθ　／　1スキップ路程 ＝ 2t ÷ cosθ
• 0.5スキップ表面距離 ＝ t × tanθ　／　1スキップ表面距離 ＝ 2t × tanθ

計算例1：屈折角60°・板厚20mm・路程W＝30mmのエコー。
Y距離＝30×sin60°＝30×0.866＝26.0mm。深さ＝30×cos60°＝30×0.5＝15.0mm。0.5スキップ路程はt÷cos60°＝20÷0.5＝40mmなので、W＝30mmはこれより短く直射（0.5スキップ以内）。きずは板厚20mmのうち深さ15mmの位置にあり、入射点から表面で26.0mm前方にマーキングします。

計算例2：屈折角70°・板厚12mm・路程W＝50mmのエコー。
0.5スキップ路程＝12÷cos70°＝12÷0.342＝35.1mm、1スキップ路程＝2×12÷0.342＝70.2mm。W＝50mmはその間にあるので底面で1回反射した後の反射波です。直射の式ではW×cos70°＝50×0.342＝17.1mmと板厚12mmを超えてしまうため、折り返して d＝2×12−17.1＝6.9mmが実深さ。Y距離は50×sin70°＝50×0.940＝47.0mmとなります。直射と勘違いすると位置を大きく外すので、まずスキップ区分を確認するのが鉄則です。

屈折角別スキップ早見表（板厚20mm基準）

板厚が変われば値は比例して伸縮します。例えば板厚10mmなら上表の半分、板厚30mmなら1.5倍です。屈折角が大きいほど同じ板厚でもY距離が伸び、探触子を母材から大きく離して当てることになるのが読み取れます。

スキップ区分の見方（自分の状況に当てはめる）

• W ≦ t÷cosθ（0.5スキップ以内）：直射波。きずは探触子と同じ側から下に向かう経路で直接とらえている。深さ＝W×cosθをそのまま使える。
• t÷cosθ ＜ W ≦ 2t÷cosθ（0.5〜1スキップ）：底面で1回反射した反射波。深さは折り返して 2t−W×cosθ で求める。溶接ルート部や下端のきずを見るときによく使う領域。
• W ＞ 2t÷cosθ（1スキップ超）：さらに反射を重ねた領域。多重反射ではエコー高さが減衰し位置精度も落ちるため、可能なら探触子を寄せて0.5〜1スキップでとらえ直すのが望ましい。

よくある質問

Q. 深さがマイナスや板厚超になるのはなぜ？
A. 直射の式（W×cosθ）は底面に達するまでの範囲でしか成り立ちません。路程が長く底面で反射した後のエコーは 2t−W×cosθ のように板厚で折り返して考えます。本ツールは自動で折り返して実深さを表示しますが、手計算では1スキップ路程を超えていないか必ず先に確認してください。

Q. Y距離は探触子のどこからの距離ですか？
A. ビームが材料に入る入射点からの水平距離です。探触子前面ではありません。きずをけがくときは「前面から入射点までの距離（入射点距離）＋Y距離」で前面基準に直すか、あらかじめ入射点位置を探触子側面にマーキングしておきます。

Q. 屈折角は探触子の表示値（公称45°など）をそのまま入れてよい？
A. 公称値はあくまで目安です。実屈折角は材質・温度・摩耗で数度ずれることがあり、特に70°探触子は角度感度が高く誤差が表面距離に大きく効きます。RB-A2などの標準試験片で実測した屈折角を「指定」で入れるほど精度が上がります。

Q. 直射と1スキップ、どちらで評価すればよい？
A. きずの深さ位置で使い分けます。表面近くのきずは直射、底面近くのきずは1スキップ（反射波）でとらえる方がビームが当たりやすい場合があります。探触子を前後に動かすと同じきずが直射と1スキップの両方でエコーを出すので、両方の路程から位置を求めて一致すれば信頼度が上がります。

Q. 曲率のある配管やノズルにも使える？
A. このツールは平板（直角三角形）モデルです。配管の周方向探傷など曲率の影響が大きい対象では、表面距離・深さに補正が必要になります。平板近似が成り立つ範囲の概算としてお使いください。

注意点・もう一歩踏み込んだ知識

• Wは斜辺、Y距離と深さはその分解。 ビーム路程をそのまま表面距離だと思い込むのが最も多いミスです。必ずsinθ・cosθで分解してから使ってください。
• 溶接部では「Y距離 − 入射点から開先中心までの距離」で開先のどちら側かを判定。 プラスなら向こう側（探触子から見て奥）、マイナスなら手前側のきずという形で、欠陥が融合不良なのかルート欠陥なのかの当たりをつけられます。
• 表面距離の誤差は角度誤差で増幅される。 70°では tanθ が大きいため、屈折角が1°ずれるだけで表面距離が数mm動きます。深い位置・大きな屈折角ほど実測屈折角の入力が効きます。
• マーキングは入射点距離の足し込みを忘れない。 Y距離は入射点基準なので、現場でけがく際は探触子の物理寸法（前面〜入射点）を加味しないと位置がずれます。
• 本ツールは規格の計算過程を理解・確認するための計算補助です。実際の探傷判定は適用するJIS等の規格・手順書と、校正済みの探傷器・標準試験片による校正値に従ってください。最終的な合否判断は資格者・公的機関の規定に基づいて行ってください。