銅ブスバー(バスバー)の溶接部は、外観検査だけでは内部の欠陥を見逃すことがあります。気孔や融合不良は表面に出ないまま断面内部に残り、通電時の発熱や強度不足の原因になります。この記事では、超音波探傷(UT)で銅の溶接部を検査するときの基礎と、銅特有の難しさ、放射線透過試験(RT)との使い分けを整理します。

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非破壊検査
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外観検査で内部欠陥を見逃す理由

外観検査は表面の形状・ビード形状しか確認できず、溶接内部の気孔・融合不良は原理的に発見できません。

銅ブスバーの溶接部検査というと、まずビード形状や外観の割れ・ピンホールを目視で確認する工程を思い浮かべる担当者が多いはずです。しかし外観検査が見ているのは表面だけであり、溶接金属の内部に残った気孔(ブローホール)や、母材と溶接金属が十分に溶け合わずに残る融合不良は、表面に痕跡が出ない限り目視では判定できません。

これらの内部欠陥は、通電経路の断面積を実質的に減らし、電流集中による局所発熱や、繰り返し通電・振動による亀裂進展の起点になります。見た目が良い溶接ビードの内部に欠陥が潜んでいるケースがあるため、信頼性が求められる用途(大電流・高頻度通電の接続部など)では、外観検査に加えて内部を確認する非破壊検査が必要になります。

超音波探傷(UT)とは何か

超音波探傷とは、材料内部に超音波を送り込み、欠陥で反射したエコーの位置と強さから内部のきずを検出する検査方法です。

超音波探傷(UT: Ultrasonic Testing)は、探触子から材料内部に数MHz帯の超音波を送信し、材料中を伝わる過程で気孔・融合不良・割れなど音響的な性質が異なる箇所に当たると反射(エコー)が生じる性質を利用した検査方法です。反射波が戻ってくるまでの時間から欠陥の深さ(位置)を、反射波の強さから欠陥のおおよその大きさを推定します。

鋼溶接部については JIS Z 3060「鋼溶接部の超音波探傷試験方法」が整備されており、斜角探触子を使い、厚さ6mm以上のフェライト系鋼の完全溶込み溶接部を対象とした手順・判定基準が定められています。ただしこの規格は鋼材(フェライト系)を対象としたものであり、銅の溶接部にそのまま適用できる専用のJIS規格は確認できませんでした。銅の溶接部を探傷する際は、鋼材用の規格の考え方(探触子の選定・感度校正・判定の枠組み)を参考にしつつ、銅の音響的性質に合わせて条件を個別に設定する必要があります。

銅で探傷が難しい理由(結晶粒と減衰)

銅は結晶粒が粗くなりやすく、超音波が粒界で散乱して減衰するため、鋼材と同じ条件では探傷しにくいことがあります。

銅は鋼に比べて溶接時の結晶粒が粗大化しやすい材料です。超音波は結晶粒の境界(粒界)でも一部が反射・散乱するため、結晶粒が粗いほど探触子に戻る前に信号が減衰し、本来検出したい欠陥からのエコーがノイズに埋もれやすくなります。これは鋼溶接部の探傷条件をそのまま銅に転用できない最大の理由です。

結晶粒による減衰が大きい材料への対策として、複数の素子を電子制御して超音波ビームの向きや焦点を調整するフェーズドアレイ探傷という手法もあります。オーステナイト系ステンレス鋼など減衰の大きい材料への適用例が知られていますが、銅の溶接部への適用事例は一般にはまだ限られており、導入を検討する場合は実際の溶接条件・板厚でのテスト(予備検証)が欠かせません。

銅の溶接部で起きやすい内部欠陥

銅ブスバーの溶接部で内部欠陥として現れやすいのは、ガス巻き込みによる気孔と、入熱不足による融合不良です。

気孔(ブローホール)は、シールドガスの流量不足や風による乱れで空気中の窒素が溶融金属に巻き込まれたり、母材表面の油分・酸化膜が熱でガス化して内部に閉じ込められたりすることで発生します。銅は熱伝導率が高く溶融池が早く冷えやすいため、ガスが抜けきる前に凝固が進み、気孔として残りやすい傾向があります。

融合不良は、電流・入熱が不足していたり溶接速度が速すぎたりすることで、母材と溶接金属が十分に溶け合わないまま接合面が残る欠陥です。銅は熱伝導率が高く熱が逃げやすいため、鋼と同じ感覚の入熱では溶け込み不足になりやすく、融合不良のリスクが相対的に高くなります。割れについては予熱と冷却による割れ防止で扱っているため、本記事では気孔・融合不良に絞って整理しています。

放射線透過試験(RT)との使い分け

気孔のような塊状の欠陥はRT、融合不良や割れのような面状の欠陥はUTが得意という違いを踏まえて選びます。

内部欠陥の非破壊検査としてよく比較されるのが、放射線透過試験(RT: Radiographic Testing)です。RTはX線やガンマ線を材料に透過させ、フィルムや検出器に写る濃淡の差から内部欠陥を可視化します。銅合金についてはX線装置で最大30mm程度の肉厚まで検査できるとされています。

発注前・検査依頼時に確認すべきこと

銅の溶接部を検査依頼する際は、検査方法・判定基準・検査範囲をあらかじめ明確にしておくことが手戻りを防ぎます。

銅の溶接部には専用のJIS規格が確認できないため、検査会社や社内の品質保証部門と条件をすり合わせる際は、どの規格・基準を「準用」するのかを明文化しておく必要があります。鋼溶接部用のJIS Z 3060を準用する場合でも、探触子の周波数・感度校正・合否判定の閾値は銅の特性に合わせて個別に取り決めることになります。

発注段階でこれらを決めておくと、検査会社とのやり取りがスムーズになります。検査成績書の様式については品質管理のページも参考にしてください。寸法公差や外観検査の考え方と合わせて確認しておくと、溶接部の品質保証全体を網羅できます。

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