JP3281878B2 - 超音波探傷方法及びその装置 - Google Patents
超音波探傷方法及びその装置Info
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は金属材料の非破壊検
査方法に関し、更に詳しくは特に拡散接合面の欠陥を探
査するために有用な、超音波探傷方法とその装置に関す
るものである。
査方法に関し、更に詳しくは特に拡散接合面の欠陥を探
査するために有用な、超音波探傷方法とその装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、鉄鋼をはじめとする金属材料の接
合には図１に示すように母材に所定角度の開先を設け、
この開先の間に肉盛り溶接をする溶融溶接法が広く行わ
れていた。肉盛り溶接部の溶接欠陥を検出する手段とし
ては、一般に超音波の発信素子と受信素子とが一体とな
ったＰ／Ｓプルーブ（ Pulse Signal Probe ）タイプの
超音波探傷器を使用し、図１に示すように超音波が溶接
面に垂直に当たるように照射し、同じ経路をたどって反
射してくる超音波を捕らえて溶接欠陥を検出していた。
この場合、開先するのに工数がかかり、溶接部が外形変
形したり熱による組織変化を起すので、溶接部の信頼性
を確保するには高度に熟練した技能と経済的負担を伴う
難点がある。
合には図１に示すように母材に所定角度の開先を設け、
この開先の間に肉盛り溶接をする溶融溶接法が広く行わ
れていた。肉盛り溶接部の溶接欠陥を検出する手段とし
ては、一般に超音波の発信素子と受信素子とが一体とな
ったＰ／Ｓプルーブ（ Pulse Signal Probe ）タイプの
超音波探傷器を使用し、図１に示すように超音波が溶接
面に垂直に当たるように照射し、同じ経路をたどって反
射してくる超音波を捕らえて溶接欠陥を検出していた。
この場合、開先するのに工数がかかり、溶接部が外形変
形したり熱による組織変化を起すので、溶接部の信頼性
を確保するには高度に熟練した技能と経済的負担を伴う
難点がある。
【０００３】近年、上記問題を解決する手段として、接
合面に拡散しやすい金属の薄いシートを挟み、接合面近
傍を塑性変形がほとんど生じない程度に高温加熱・加圧
して、接合面の間で原子を拡散させて接合を行う拡散接
合法が注目されるようになってきた。拡散接合法は特殊
な技能を必要とせず能率的にも優れ、接合面の外形の変
形も起こさずに、しかも組織変化の無い均一組織の接合
面が得られるという利点を有している（特開昭６２−９
７７８４参照）。材料面に対して垂直に形成され接合面
の超音波探傷を行うには、図２に示すとおり超音波の発
信素子と受信素子を分離して二つの探触子に納めた二探
触子法により行うことができる。二探触子法は超音波の
発信素子と受信素子を分離して備え、超音波を材料面に
反射させて接合面に対して所定の角度で照射し、接合面
で反射した超音波を再び材料面で反射させて受信素子ま
で導き、捕捉する方法である。ところが、拡散接合法で
は開先をしないので接合面は材料面に対して垂直に形成
されるので、超音波を接合面に垂直に照射することがで
きず、超音波の発信素子と受信素子とが一体となったＰ
／Ｓプルーブタイプの超音波探傷器を使用することは不
可能である。超音波を接合面に垂直に照射して従来のＰ
／Ｓプルーブタイプの超音波探傷器を使用する方法とし
て、図３に示すように接合面に角度を持たせて切断して
突き合わせる方法も提案されている（特開平６−６３７
７１）。しかしながらこの方法は材料の切断が難しく実
用的ではない。
合面に拡散しやすい金属の薄いシートを挟み、接合面近
傍を塑性変形がほとんど生じない程度に高温加熱・加圧
して、接合面の間で原子を拡散させて接合を行う拡散接
合法が注目されるようになってきた。拡散接合法は特殊
な技能を必要とせず能率的にも優れ、接合面の外形の変
形も起こさずに、しかも組織変化の無い均一組織の接合
面が得られるという利点を有している（特開昭６２−９
７７８４参照）。材料面に対して垂直に形成され接合面
の超音波探傷を行うには、図２に示すとおり超音波の発
信素子と受信素子を分離して二つの探触子に納めた二探
触子法により行うことができる。二探触子法は超音波の
発信素子と受信素子を分離して備え、超音波を材料面に
反射させて接合面に対して所定の角度で照射し、接合面
で反射した超音波を再び材料面で反射させて受信素子ま
で導き、捕捉する方法である。ところが、拡散接合法で
は開先をしないので接合面は材料面に対して垂直に形成
されるので、超音波を接合面に垂直に照射することがで
きず、超音波の発信素子と受信素子とが一体となったＰ
／Ｓプルーブタイプの超音波探傷器を使用することは不
可能である。超音波を接合面に垂直に照射して従来のＰ
／Ｓプルーブタイプの超音波探傷器を使用する方法とし
て、図３に示すように接合面に角度を持たせて切断して
突き合わせる方法も提案されている（特開平６−６３７
７１）。しかしながらこの方法は材料の切断が難しく実
用的ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
二探触子法は材料面での超音波の伝播路が長くなり、反
射を多数回利用するので超音波の減衰が激しく、反射の
たびにノイズを拾うので微少な欠陥の検出感度が落ちて
実用的でないという問題があった。本発明の目的は、単
純な素材加工を施した拡散接合面の超音波探傷方法にお
いて、欠陥検出能を大幅に改善する方法とそのための装
置を提供しようとするものである。また、本発明は特に
鋼管の拡散接合部の接合欠陥を探査するのに有用な超音
波探傷器を提供しようとするものである。
二探触子法は材料面での超音波の伝播路が長くなり、反
射を多数回利用するので超音波の減衰が激しく、反射の
たびにノイズを拾うので微少な欠陥の検出感度が落ちて
実用的でないという問題があった。本発明の目的は、単
純な素材加工を施した拡散接合面の超音波探傷方法にお
いて、欠陥検出能を大幅に改善する方法とそのための装
置を提供しようとするものである。また、本発明は特に
鋼管の拡散接合部の接合欠陥を探査するのに有用な超音
波探傷器を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために鋭意研究を重ねた結果、発信素子と受信
素子を分離した二探触子法により被探傷材料の接合面に
存在する内部欠陥を検知する超音波探傷方法であって、
超音波を材料内部の接合面に対して所定の角度で直接照
射し、この際、前記材料の厚さをＴ、接合面と発信素子
との距離をＹ、発信素子と受信素子との距離をＬ、超音
波の入射角をθとしたときに、 Ｌ＝ ２×（Ｔ ・ tanθ−Ｙ） なる関係を維持しながら前記接合面を探傷し、 反射した
超音波を該材料内で１回反射させて捕捉し、前記内部欠
陥の表面からの深さを探査する方法を開発した。またこ
の方法に使用する装置として、一つの台座上に発信素子
と受信素子を分離して有し、二探触子法により被探傷材
料の接合面に存在する内部欠陥を検知する超音波探傷装
置であって、前記発信素子は材料表面から内部の接合面
に向けて所定の角度で超音波を発信するように構成し、
前記受信素子は材料表面から反射してくる超音波を捕捉
するよう構成し、前記発信素子と該受信素子は材料表面
上を接合面に対して直角方向に移動可能とし、かつ前記
発信素子と該受信素子の間隔を任意に変更可能に構成
し、前記材料の厚さをＴ、接合面と発信素子との距離を
Ｙ、発信素子と受信素子との距離をＬ、超音波の入射角
をθとしたときに、 Ｌ＝ ２×（Ｔ ・ tanθ−Ｙ） なる関係を維持しながら前記接合面を探傷し、前記内部
欠陥の表面からの深さを探査する 超音波探傷装置を開発
した。
解決するために鋭意研究を重ねた結果、発信素子と受信
素子を分離した二探触子法により被探傷材料の接合面に
存在する内部欠陥を検知する超音波探傷方法であって、
超音波を材料内部の接合面に対して所定の角度で直接照
射し、この際、前記材料の厚さをＴ、接合面と発信素子
との距離をＹ、発信素子と受信素子との距離をＬ、超音
波の入射角をθとしたときに、 Ｌ＝ ２×（Ｔ ・ tanθ−Ｙ） なる関係を維持しながら前記接合面を探傷し、 反射した
超音波を該材料内で１回反射させて捕捉し、前記内部欠
陥の表面からの深さを探査する方法を開発した。またこ
の方法に使用する装置として、一つの台座上に発信素子
と受信素子を分離して有し、二探触子法により被探傷材
料の接合面に存在する内部欠陥を検知する超音波探傷装
置であって、前記発信素子は材料表面から内部の接合面
に向けて所定の角度で超音波を発信するように構成し、
前記受信素子は材料表面から反射してくる超音波を捕捉
するよう構成し、前記発信素子と該受信素子は材料表面
上を接合面に対して直角方向に移動可能とし、かつ前記
発信素子と該受信素子の間隔を任意に変更可能に構成
し、前記材料の厚さをＴ、接合面と発信素子との距離を
Ｙ、発信素子と受信素子との距離をＬ、超音波の入射角
をθとしたときに、 Ｌ＝ ２×（Ｔ ・ tanθ−Ｙ） なる関係を維持しながら前記接合面を探傷し、前記内部
欠陥の表面からの深さを探査する 超音波探傷装置を開発
した。
【０００６】さらに本発明の超音波探傷装置には、管材
の超音波探傷を効率良く行うための付帯装置として、上
記探傷装置の台座にローラーを取り付けて管材周囲を移
動可能とし、かつ磁石を取り付けて鋼管の探傷を行う場
合に超音波探傷装置が常に被測定鋼管材に吸い着くよう
にして落下を防止し、さらにエンコーダーを取り付けて
管材周囲の移動距離を把握できるようにした。また、探
触子の信号線やエンコーダーの信号線には形状記憶合金
を使用して管径と同じ曲率を記憶させて管周の探傷を容
易にした。以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
の超音波探傷を効率良く行うための付帯装置として、上
記探傷装置の台座にローラーを取り付けて管材周囲を移
動可能とし、かつ磁石を取り付けて鋼管の探傷を行う場
合に超音波探傷装置が常に被測定鋼管材に吸い着くよう
にして落下を防止し、さらにエンコーダーを取り付けて
管材周囲の移動距離を把握できるようにした。また、探
触子の信号線やエンコーダーの信号線には形状記憶合金
を使用して管径と同じ曲率を記憶させて管周の探傷を容
易にした。以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図４は本発明方法による超音波探
傷の原理を説明するための図である。図４において厚さ
Ｔの板状の被探傷材５０は点Ｒで表面５０ａ対して直角
な接合面Ｊ−Ｊを有するように拡散接合されているもの
とする。被探傷材５０の一表面５０ａから接合面Ｊ−Ｊ
に発生する欠陥を探傷する場合を考える。図４に示す状
態で、発信探触子３の超音波発射点Ｐを表面５０ａ上の
接合面Ｊ−Ｊとの交点Ｒから距離Ｙ1 だけ移動させた点
で欠陥Ｆを捉え、受信探触子４が反射した超音波を点Ｐ
から距離Ｌだけ離れた点Ｓで捕捉して反射エコーが現れ
たものとする。この場合、発射された超音波は接合面Ｊ
−Ｊに対してθ度の角度で直接探傷面に当って点Ｆで反
射し、さらに被探傷材５０のもう一方の面５０ｂの点Ｑ
で１回反射して受信探触子４に到達する。本発明では反
射による減衰を極力防ぐため、材料内部に発信した超音
波を直接探傷面に当てることが重要である。
傷の原理を説明するための図である。図４において厚さ
Ｔの板状の被探傷材５０は点Ｒで表面５０ａ対して直角
な接合面Ｊ−Ｊを有するように拡散接合されているもの
とする。被探傷材５０の一表面５０ａから接合面Ｊ−Ｊ
に発生する欠陥を探傷する場合を考える。図４に示す状
態で、発信探触子３の超音波発射点Ｐを表面５０ａ上の
接合面Ｊ−Ｊとの交点Ｒから距離Ｙ1 だけ移動させた点
で欠陥Ｆを捉え、受信探触子４が反射した超音波を点Ｐ
から距離Ｌだけ離れた点Ｓで捕捉して反射エコーが現れ
たものとする。この場合、発射された超音波は接合面Ｊ
−Ｊに対してθ度の角度で直接探傷面に当って点Ｆで反
射し、さらに被探傷材５０のもう一方の面５０ｂの点Ｑ
で１回反射して受信探触子４に到達する。本発明では反
射による減衰を極力防ぐため、材料内部に発信した超音
波を直接探傷面に当てることが重要である。
【０００８】図４において Ｔ ： 板厚 ｄ ： 被探傷材料の表面から欠陥までの深さ Ｌ ： 発信探触子と受信探触子との距離 θ ： 超音波入射角 Ｙ1： 接合面と発信探触子との距離 Ｙ2： 接合面と被探傷材料内面の反射点との距離 Ｙ3： 被探傷材料内面の反射点と受信探触子面との距
離 Ｙ4： 接合面と受信探触子面との距離 とすると、 Ｙ1 = ｄ×tanθ Ｙ2 = （Ｔ−ｄ）×tanθ Ｙ3 = Ｔ×tanθ Ｙ4 = Ｙ2 ＋ Ｙ3 となる。上式の関係から発信探触子と受信探触子との距
離Ｌと被探傷材料の表面から欠陥までの深さｄとの間に
は、 Ｌ = Ｙ4 − Ｙ1 = Ｙ2 ＋ Ｙ3− Ｙ1 = （Ｔ−ｄ）×tanθ + Ｔ×tanθ − ｄ×tanθ = ２×（Ｔ−ｄ）×tanθ ・・・・・・・・（１） の関係が成り立つ。また、発信探触子と受信探触子との
距離Ｌと接合面と発信探触子との距離 Ｙ1との間には、 Ｌ = ２×（Ｔ・tanθ−Ｙ1） ・・・・・・・・（２） の関係が成り立つ。発信探触子３を接合面Ｊ−ＪからＹ
1だけ移動させた場合の反射エコーは、発信探触子３と
受信探触子４との距離がＬだけ離れた位置で検出できる
ことになり、ＬとＹ1 の関係は上記の（２）式の関係と
なる。
離 Ｙ4： 接合面と受信探触子面との距離 とすると、 Ｙ1 = ｄ×tanθ Ｙ2 = （Ｔ−ｄ）×tanθ Ｙ3 = Ｔ×tanθ Ｙ4 = Ｙ2 ＋ Ｙ3 となる。上式の関係から発信探触子と受信探触子との距
離Ｌと被探傷材料の表面から欠陥までの深さｄとの間に
は、 Ｌ = Ｙ4 − Ｙ1 = Ｙ2 ＋ Ｙ3− Ｙ1 = （Ｔ−ｄ）×tanθ + Ｔ×tanθ − ｄ×tanθ = ２×（Ｔ−ｄ）×tanθ ・・・・・・・・（１） の関係が成り立つ。また、発信探触子と受信探触子との
距離Ｌと接合面と発信探触子との距離 Ｙ1との間には、 Ｌ = ２×（Ｔ・tanθ−Ｙ1） ・・・・・・・・（２） の関係が成り立つ。発信探触子３を接合面Ｊ−ＪからＹ
1だけ移動させた場合の反射エコーは、発信探触子３と
受信探触子４との距離がＬだけ離れた位置で検出できる
ことになり、ＬとＹ1 の関係は上記の（２）式の関係と
なる。
【０００９】発信探触子３を接合面の点Ｒから順次移動
させていくと、接合面Ｊ−Ｊに沿って被探傷材５０の厚
さ方向に存在する内部欠陥を順次検知することができ
る。この状態を説明したのが図５である。図５は深さｄ
1 の位置に内部欠陥Ｆ1 があり、深さｄ2 の位置に内部
欠陥Ｆ2 がある場合を示している。発信探触子３と受信
探触子４との距離Ｌは、内部欠陥Ｆ1 を検出する場合は
Ｌ1 であり、内部欠陥Ｆ 2 を検出する場合はＬ2 であ
る。接合面と発信探触子との間の距離Ｙ1（ =ｔとおき
かえる）と発信探触子と受信探触子との間の距離Ｌとの
間には、先に（２）式で示された関係が成り立つ。図５
に示すように、内部欠陥Ｆ1 を検出する場合の接合面Ｊ
−Ｊと発信探触子３１との間の距離はｔ1 であり、内部
欠陥Ｆ2 を検出する場合の接合面Ｊ−Ｊと発信探触子３
２との間の距離はｔ2 である。従って、発信探触子と受
信探触子を順次移動させていけば、表面からどれくらい
の深さに欠陥があるかを探査することができる。また、
図５から内部欠陥の存在する位置が表面から深くなるほ
ど発信探触子３と受信探触子４との距離Ｌは短くなるこ
とが判る。この方法によれば接合面のほぼ全域を探傷す
ることができるが、発信探触子と受信探触子との距離Ｌ
の最小値は、発信探触子と受信探触子の大きさによって
決まり、実質的に零（ゼロ）にはできないから、欠陥を
検出できる深さにも限界があり、最深部には探傷不能な
部分が存在する。
させていくと、接合面Ｊ−Ｊに沿って被探傷材５０の厚
さ方向に存在する内部欠陥を順次検知することができ
る。この状態を説明したのが図５である。図５は深さｄ
1 の位置に内部欠陥Ｆ1 があり、深さｄ2 の位置に内部
欠陥Ｆ2 がある場合を示している。発信探触子３と受信
探触子４との距離Ｌは、内部欠陥Ｆ1 を検出する場合は
Ｌ1 であり、内部欠陥Ｆ 2 を検出する場合はＬ2 であ
る。接合面と発信探触子との間の距離Ｙ1（ =ｔとおき
かえる）と発信探触子と受信探触子との間の距離Ｌとの
間には、先に（２）式で示された関係が成り立つ。図５
に示すように、内部欠陥Ｆ1 を検出する場合の接合面Ｊ
−Ｊと発信探触子３１との間の距離はｔ1 であり、内部
欠陥Ｆ2 を検出する場合の接合面Ｊ−Ｊと発信探触子３
２との間の距離はｔ2 である。従って、発信探触子と受
信探触子を順次移動させていけば、表面からどれくらい
の深さに欠陥があるかを探査することができる。また、
図５から内部欠陥の存在する位置が表面から深くなるほ
ど発信探触子３と受信探触子４との距離Ｌは短くなるこ
とが判る。この方法によれば接合面のほぼ全域を探傷す
ることができるが、発信探触子と受信探触子との距離Ｌ
の最小値は、発信探触子と受信探触子の大きさによって
決まり、実質的に零（ゼロ）にはできないから、欠陥を
検出できる深さにも限界があり、最深部には探傷不能な
部分が存在する。
【００１０】図４及び図５のように材料表面における超
音波の反射が１回の場合には反射エコーも鮮明に現れ、
微小欠陥の検知能も優れている。従って、なるべく１回
反射の反射波を捉えることが重要である。探傷位置が深
くなり探触子間の距離が確保できない場合は、やむおえ
ずさらに１往復反射させた３回反射のエコーを捕捉す
る。感度は落ちるが利用は可能である。
音波の反射が１回の場合には反射エコーも鮮明に現れ、
微小欠陥の検知能も優れている。従って、なるべく１回
反射の反射波を捉えることが重要である。探傷位置が深
くなり探触子間の距離が確保できない場合は、やむおえ
ずさらに１往復反射させた３回反射のエコーを捕捉す
る。感度は落ちるが利用は可能である。
【００１１】図７に本発明の方法による検出精度の確認
実験に結果を示す。対象試料は図６に示すとおりの、厚
さ６ｍｍの鋼板の深さ４ｍｍの位置に横から深さ１０ｍ
ｍ、直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの孔を明けて、４５度
の角度で超音波を照射して、板の裏面で１回反射した反
射波を捉えてそのエコー高さを比較したものである。図
７に示すとおり、本発明によれば直径０．５ｍｍの欠陥
でも鮮明に検知することが可能であり、拡散接合面の欠
陥検査にも極めて有効であることが判る。図８には上記
実験の際の反射エコーをディスプレー表示させた際のエ
コーの様子を模式的に示した。図においてＴはパルスエ
コーであり、Ｗは形状エコーで探傷材の端面からの反射
エコーであり、ともに欠陥の検出とは関係しない。Ｆが
内部欠陥によるエコーである。図８（ａ）は欠陥の無い
場合であり、パルスエコー以外はノイズレベルである。
これに対して図８（ｂ）は欠陥の有る場合であり、欠陥
エコーＦが鮮明に現れている。本発明では超音波を探傷
面に直接照射し、材料面での反射回数も極力少なく抑え
ているので超音波の伝播路の長さを最短にすることがで
き、このため減衰が少なく、ノイズを拾う機会も少なく
なって鮮明なエコーが観察できるようになり、微少な内
部欠陥も検知できる利点を有する。
実験に結果を示す。対象試料は図６に示すとおりの、厚
さ６ｍｍの鋼板の深さ４ｍｍの位置に横から深さ１０ｍ
ｍ、直径０．５ｍｍ〜３．０ｍｍの孔を明けて、４５度
の角度で超音波を照射して、板の裏面で１回反射した反
射波を捉えてそのエコー高さを比較したものである。図
７に示すとおり、本発明によれば直径０．５ｍｍの欠陥
でも鮮明に検知することが可能であり、拡散接合面の欠
陥検査にも極めて有効であることが判る。図８には上記
実験の際の反射エコーをディスプレー表示させた際のエ
コーの様子を模式的に示した。図においてＴはパルスエ
コーであり、Ｗは形状エコーで探傷材の端面からの反射
エコーであり、ともに欠陥の検出とは関係しない。Ｆが
内部欠陥によるエコーである。図８（ａ）は欠陥の無い
場合であり、パルスエコー以外はノイズレベルである。
これに対して図８（ｂ）は欠陥の有る場合であり、欠陥
エコーＦが鮮明に現れている。本発明では超音波を探傷
面に直接照射し、材料面での反射回数も極力少なく抑え
ているので超音波の伝播路の長さを最短にすることがで
き、このため減衰が少なく、ノイズを拾う機会も少なく
なって鮮明なエコーが観察できるようになり、微少な内
部欠陥も検知できる利点を有する。
【００１２】本発明の他の実施の形態として、被探傷材
料に所定角度で入射させた超音波を被探傷材料表面で１
回反射させて探傷面に当て、探傷面で反射した超音波を
直接捕捉する方法を説明する。即ち、図４において発信
探触子３と受信探触子４の位置を入れ替え、超音波の伝
播路を逆向きにしたものである。探傷面に当たる超音波
は若干弱まるが、全伝播路の長さは同じであるから実用
上支障はない。この場合は先に示した（２）式の関係
は、Ｙ1 を接合面と受信探触子との距離と読み替えれれ
ばそのまま適用することができる。
料に所定角度で入射させた超音波を被探傷材料表面で１
回反射させて探傷面に当て、探傷面で反射した超音波を
直接捕捉する方法を説明する。即ち、図４において発信
探触子３と受信探触子４の位置を入れ替え、超音波の伝
播路を逆向きにしたものである。探傷面に当たる超音波
は若干弱まるが、全伝播路の長さは同じであるから実用
上支障はない。この場合は先に示した（２）式の関係
は、Ｙ1 を接合面と受信探触子との距離と読み替えれれ
ばそのまま適用することができる。
【００１３】
【実施例】（実施例１）次に、本発明の方法に利用する
装置について説明する。図９〜図１１は本発明の方法に
使用する装置の一実施例を示す図で、図９は平面図、図
１０は正面図、図１１は側面図である。この実施例は平
板を拡散接合した部材を探傷するための装置の例であ
る。接合面は平板面に対して直角方向に形成されてい
る。図９に示すとおり、２片の台座１の両端がフレーム
１０２ａ、１０２ｂで固定され枠組みを構成している。
また、対向する２片の台座１の間には、それぞれ発信素
子５と受信素子６を組み込んだ発信探触子３と受信探触
子４とがはめ込まれている。発信探触子３と受信探触子
４の側面には、図１１に示すように腕１０が取り付けら
れており、腕１０は台座１に設けられた溝１１にはめ込
まれていて、２片の台座１の間を台座１に沿ってＸ−Ｘ
方向に滑らかに摺動して移動できるようになっている。
台座１の一方には探傷面の位置を合わせるための基準線
７と探触子の移動距離を算出するためのスケール２２が
設けてあり、探触子の超音波発射位置を示すマーカー８
及び９を使用することにより、探触子の移動距離が判る
ようになっている。本装置の底部は、台座１の底面と発
信探触子３及び受信探触子４の底面が同一平面上にくる
ような平滑面に仕上げられていて、図１０及び図１１に
示すとおり被探傷材５０の表面に密着するように構成さ
れている。
装置について説明する。図９〜図１１は本発明の方法に
使用する装置の一実施例を示す図で、図９は平面図、図
１０は正面図、図１１は側面図である。この実施例は平
板を拡散接合した部材を探傷するための装置の例であ
る。接合面は平板面に対して直角方向に形成されてい
る。図９に示すとおり、２片の台座１の両端がフレーム
１０２ａ、１０２ｂで固定され枠組みを構成している。
また、対向する２片の台座１の間には、それぞれ発信素
子５と受信素子６を組み込んだ発信探触子３と受信探触
子４とがはめ込まれている。発信探触子３と受信探触子
４の側面には、図１１に示すように腕１０が取り付けら
れており、腕１０は台座１に設けられた溝１１にはめ込
まれていて、２片の台座１の間を台座１に沿ってＸ−Ｘ
方向に滑らかに摺動して移動できるようになっている。
台座１の一方には探傷面の位置を合わせるための基準線
７と探触子の移動距離を算出するためのスケール２２が
設けてあり、探触子の超音波発射位置を示すマーカー８
及び９を使用することにより、探触子の移動距離が判る
ようになっている。本装置の底部は、台座１の底面と発
信探触子３及び受信探触子４の底面が同一平面上にくる
ような平滑面に仕上げられていて、図１０及び図１１に
示すとおり被探傷材５０の表面に密着するように構成さ
れている。
【００１４】探傷するに当たっては、まず被探傷材５０
の探傷面Ｊ−Ｊに本装置の基準線７を合わせ、本装置の
中心軸Ｘ−Ｘが探傷面Ｊに対して直角になるように配置
する。次いで、発信探触子３のマーカー８を基準線７に
合わせた後、発信探触子３を徐々に探傷面Ｊ−Ｊから離
す方向に移動させ、同時に受信探触子４を式（２）に従
って、Ｌ＝２×（Ｔ・tanθ−Ｙ1 ）の関係を保つように
移動させて探傷する。この際、超音波の入射角θを４５
度とすれば、（２）式は、Ｌ＝ ２×（Ｔ− Ｙ 1 ）とな
る。本装置を使用すれば、本装置を平面上で自由に移動
させることができるので、板状の材料の拡散接合面の内
部欠陥を精度良く探傷することが可能となる。板状の場
合は表面形状が単純なので、１台の装置ではば広く使用
することができる。
の探傷面Ｊ−Ｊに本装置の基準線７を合わせ、本装置の
中心軸Ｘ−Ｘが探傷面Ｊに対して直角になるように配置
する。次いで、発信探触子３のマーカー８を基準線７に
合わせた後、発信探触子３を徐々に探傷面Ｊ−Ｊから離
す方向に移動させ、同時に受信探触子４を式（２）に従
って、Ｌ＝２×（Ｔ・tanθ−Ｙ1 ）の関係を保つように
移動させて探傷する。この際、超音波の入射角θを４５
度とすれば、（２）式は、Ｌ＝ ２×（Ｔ− Ｙ 1 ）とな
る。本装置を使用すれば、本装置を平面上で自由に移動
させることができるので、板状の材料の拡散接合面の内
部欠陥を精度良く探傷することが可能となる。板状の場
合は表面形状が単純なので、１台の装置ではば広く使用
することができる。
【００１５】つぎに、本発明の装置の他の例として、管
材の内部欠陥を探傷するための装置について説明する。
測定の原理は上記の平板の場合と同様である。ただ、管
材の場合は台座の底面と探触子の底面を管材の外径面の
曲率に合わせておき、管材の表面と本装置の底面とを密
着させておく必要がある。このため管材の内部欠陥を探
傷するための装置は、管材の外径毎に台座の底面及び探
触子の底面を変えたものを準備する必要がある。基本的
にはこのようにすれば管材の内部欠陥を探傷することが
可能であるが、本発明では鋼管の探傷を容易にするた
め、さらに台座に支持用のローラーと磁石を取り付けて
鋼管に対して常に吸引力を働かせて、鋼管に装置を密着
させたまま周方向の移動を可能にした。また、エンコー
ダーを取り付けて周方向の移動距離を測れるようにし
て、周方向の内部欠陥位置を知ることができるようにし
た。さらに、探触子の信号線とエンコーダーのリード線
に形状記憶合金を使用して、管材の裏面の探傷も容易に
できるようにした。以下に図を使用して詳細に説明す
る。
材の内部欠陥を探傷するための装置について説明する。
測定の原理は上記の平板の場合と同様である。ただ、管
材の場合は台座の底面と探触子の底面を管材の外径面の
曲率に合わせておき、管材の表面と本装置の底面とを密
着させておく必要がある。このため管材の内部欠陥を探
傷するための装置は、管材の外径毎に台座の底面及び探
触子の底面を変えたものを準備する必要がある。基本的
にはこのようにすれば管材の内部欠陥を探傷することが
可能であるが、本発明では鋼管の探傷を容易にするた
め、さらに台座に支持用のローラーと磁石を取り付けて
鋼管に対して常に吸引力を働かせて、鋼管に装置を密着
させたまま周方向の移動を可能にした。また、エンコー
ダーを取り付けて周方向の移動距離を測れるようにし
て、周方向の内部欠陥位置を知ることができるようにし
た。さらに、探触子の信号線とエンコーダーのリード線
に形状記憶合金を使用して、管材の裏面の探傷も容易に
できるようにした。以下に図を使用して詳細に説明す
る。
【００１６】（実施例２）図１２及び図１３は本発明の
鋼管用の磁気探傷装置である。図１２は平面図、図１３
は側面図である。図１２において台座１の中央部に発信
探触子３及び受信探触子４が搭載されており、台座１に
はさらに支持用ローラー１２とエンコーダーローラー２
０及び付帯装置が搭載されている。発信探触子３及び受
信探触子４近傍の探触子のスライド機構は、基本的には
平板用の装置の場合と同様なので、ここでは詳しい説明
は省略する。
鋼管用の磁気探傷装置である。図１２は平面図、図１３
は側面図である。図１２において台座１の中央部に発信
探触子３及び受信探触子４が搭載されており、台座１に
はさらに支持用ローラー１２とエンコーダーローラー２
０及び付帯装置が搭載されている。発信探触子３及び受
信探触子４近傍の探触子のスライド機構は、基本的には
平板用の装置の場合と同様なので、ここでは詳しい説明
は省略する。
【００１７】管材用の探傷装置では探触子面が管材の外
径の曲率と一致していることが必要であり、本装置では
図１３に示すように発信探触子３及び受信探触子４の底
面は台座１の底面と一体となって管材の外径面と同じ曲
率に加工してある。そして台座１には装置全体を管材の
周方向に沿って回転移動させるための駆動ローラー１２
が４個取り付けられている。被探傷鋼管の円周方向に沿
った台座の移動は手動でも良いし、駆動装置を使用して
も良い。
径の曲率と一致していることが必要であり、本装置では
図１３に示すように発信探触子３及び受信探触子４の底
面は台座１の底面と一体となって管材の外径面と同じ曲
率に加工してある。そして台座１には装置全体を管材の
周方向に沿って回転移動させるための駆動ローラー１２
が４個取り付けられている。被探傷鋼管の円周方向に沿
った台座の移動は手動でも良いし、駆動装置を使用して
も良い。
【００１８】さらに台座１には磁石１３が埋め込まれて
おり、鋼管の探傷を行う場合に装置を常に鋼管に引きつ
けておく働きをしている。このため鋼管が垂直に立って
いたり、水平に位置している場合の背面の探傷も容易に
行うことができる。磁石１３は永久磁石でも電磁石でも
良い。電磁石の場合には脱着の際には電流を切れば吸着
から解放することができる。また、台座１にはエンコー
ダーローラー２０が取り付けられており、装置が周方向
に沿って移動したときに、探触子の移動量が把握できる
ようになっている。２１はエンコーダーである。これに
より管材の円周方向に沿った内部欠陥の存在位置を知る
ことができる。
おり、鋼管の探傷を行う場合に装置を常に鋼管に引きつ
けておく働きをしている。このため鋼管が垂直に立って
いたり、水平に位置している場合の背面の探傷も容易に
行うことができる。磁石１３は永久磁石でも電磁石でも
良い。電磁石の場合には脱着の際には電流を切れば吸着
から解放することができる。また、台座１にはエンコー
ダーローラー２０が取り付けられており、装置が周方向
に沿って移動したときに、探触子の移動量が把握できる
ようになっている。２１はエンコーダーである。これに
より管材の円周方向に沿った内部欠陥の存在位置を知る
ことができる。
【００１９】本発明の探傷装置では探触子の信号線とエ
ンコーダーの信号線１４に形状記憶合金を使用した。形
状記憶合金にはＴｉ４９−Ｎｉ５１（at％）系合金を使
用した。この形状記憶合金に形状記憶熱処理を施して管
材の外径よりも一廻り大きな曲率を記憶させた。形状記
憶合金の作動温度は手で触れたときに所定の形状となる
ように３２〜３８℃に設定した。このように信号線に形
状記憶合金を使用することにより、装置装着時には任意
形状になっている信号線が、装着完了後に手で触ること
により鋼管の外径に沿った形状になるので、信号線が管
材の背面でからまることもなく、円滑な測定が可能とな
る。
ンコーダーの信号線１４に形状記憶合金を使用した。形
状記憶合金にはＴｉ４９−Ｎｉ５１（at％）系合金を使
用した。この形状記憶合金に形状記憶熱処理を施して管
材の外径よりも一廻り大きな曲率を記憶させた。形状記
憶合金の作動温度は手で触れたときに所定の形状となる
ように３２〜３８℃に設定した。このように信号線に形
状記憶合金を使用することにより、装置装着時には任意
形状になっている信号線が、装着完了後に手で触ること
により鋼管の外径に沿った形状になるので、信号線が管
材の背面でからまることもなく、円滑な測定が可能とな
る。
【００２０】これら信号線から得られた電気信号をマイ
クロコンピュータシステムに導き、探傷結果を平面図や
断面図として画像化してディスプレイ表示したり、プリ
ント表示することも可能である。また、探傷走査を自動
化したり１本の管材に複数台の装置を取り付けて、長い
管材の探傷を同時に行うことも可能である。
クロコンピュータシステムに導き、探傷結果を平面図や
断面図として画像化してディスプレイ表示したり、プリ
ント表示することも可能である。また、探傷走査を自動
化したり１本の管材に複数台の装置を取り付けて、長い
管材の探傷を同時に行うことも可能である。
【００２１】本装置を使用すれば、例えばボイラーチュ
ーブのように外径約３０ｍｍ前後の細い鋼管が、面間隔
十数ミリの狭い間隔で林立しているような場合でも、鋼
管の全外周方向にわたって内部欠陥を探傷することが可
能となる。
ーブのように外径約３０ｍｍ前後の細い鋼管が、面間隔
十数ミリの狭い間隔で林立しているような場合でも、鋼
管の全外周方向にわたって内部欠陥を探傷することが可
能となる。
【００２２】
【発明の効果】本発明の超音波探傷方法によれば、超音
波の伝播路の長さが最短にできるので、反射波の減衰や
ノイズが少なく、鮮明なエコーが得られ、拡散接合面に
存在する微少な内部欠陥も感度よく検知することができ
る。また本発明の超音波探傷装置によれば、細い鋼管が
密集しているような狭い空間の検査も容易になるので、
たとえばボイラーの火炎チューブの検査が能率良くでき
るようになる。最近の超音波素子技術の向上に伴い、発
信素子や受信素子はますます小型化・高性能化してお
り、これらの技術を活用すれば細い管材の探傷も可能と
なる。したがって本発明の応用範囲はますます広がり、
省力化・能率向上に寄与するところが大きい。
波の伝播路の長さが最短にできるので、反射波の減衰や
ノイズが少なく、鮮明なエコーが得られ、拡散接合面に
存在する微少な内部欠陥も感度よく検知することができ
る。また本発明の超音波探傷装置によれば、細い鋼管が
密集しているような狭い空間の検査も容易になるので、
たとえばボイラーの火炎チューブの検査が能率良くでき
るようになる。最近の超音波素子技術の向上に伴い、発
信素子や受信素子はますます小型化・高性能化してお
り、これらの技術を活用すれば細い管材の探傷も可能と
なる。したがって本発明の応用範囲はますます広がり、
省力化・能率向上に寄与するところが大きい。
【図１】 従来の溶融接合における検査方法を示す図で
ある。
ある。
【図２】 拡散接合面に従来の検査法法を適用した図で
ある。
ある。
【図３】 改良された拡散接合面の検査方法を示す図で
ある。
ある。
【図４】 本発明の検査方法を説明する図である。
【図５】 本発明の検査方法の例を説明する図である。
【図６】 測定精度の確認試験の概要を示す図である。
【図７】 欠陥の大きさと反射エコー高さの関係を示す
図である。
図である。
【図８】 本発明における反射エコーの例を示す図であ
る。
る。
【図９】 本発明の装置の一例を示す平面図である。
【図１０】 図９の装置の正面図である。
【図１１】 図９の装置の側面図である。
【図１２】 本発明の装置の他の一例を示す平面図であ
る。
る。
【図１３】 図１２の装置の側面図である。
１・・・・・台座、２・・・・・Ｐ／Ｓ探触子、３，３１，３２・・
・・・発信探触子、４，４１，４２・・・・・受信探触子、５・・
・・・発信素子、６・・・・・受信素子、７・・・・・基準線、８，
９・・・・・マーカー、１０・・・・・腕、１１・・・・・溝、１２・・・
・・支持ローラー、１３・・・・・磁石、１４・・・・・信号線、２
０・・・・・エンコーダーローラー、２１・・・・・エンコーダ
ー、２２・・・・・スケール、５０・・・・・被探傷材、５１・・・・
・鋼管、
・・・発信探触子、４，４１，４２・・・・・受信探触子、５・・
・・・発信素子、６・・・・・受信素子、７・・・・・基準線、８，
９・・・・・マーカー、１０・・・・・腕、１１・・・・・溝、１２・・・
・・支持ローラー、１３・・・・・磁石、１４・・・・・信号線、２
０・・・・・エンコーダーローラー、２１・・・・・エンコーダ
ー、２２・・・・・スケール、５０・・・・・被探傷材、５１・・・・
・鋼管、
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 正昭 東京都千代田区丸の内二丁目５番１号 三菱重工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−288722（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−318604（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−136512（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 29/00 - 29/28
Claims (10)
- 【請求項１】 発信素子と受信素子を分離した二探触子
法により被探傷材料の接合面に存在する内部欠陥を検知
する超音波探傷方法であって、 超音波を材料内部の接合面に対して所定の角度で直接照
射し、この際、前記材料の厚さをＴ、接合面と発信素子との距
離をＹ、発信素子と受信素子との距離をＬ、超音波の入
射角をθとしたときに、 Ｌ＝ ２×（Ｔ ・ tanθ−Ｙ） なる関係を維持しながら前記接合面を探傷し、 反射した
超音波を該材料内で１回反射させて捕捉し、前記内部欠
陥の表面からの深さを探査することを特徴とする超音波
探傷方法。 - 【請求項２】 発信素子と受信素子を分離した二探触子
法により被探傷材料の接合面に存在する内部欠陥を検知
する超音波探傷方法であって、 超音波を材料内部に向けて所定の角度で照射し、該超音
波を該材料の内面で１回反射させた後、該材料内部の接
合面に当てて反射させ、 この際、前記材料の厚さをＴ、接合面と受信素子との距
離をＹ、発信素子と受信素子との距離をＬ、超音波の入
射角をθとしたときに、 Ｌ＝ ２×（Ｔ ・ tanθ−Ｙ） なる関係を維持しながら前記接合面を探傷し、反射した
超音波を直接捕捉し、前記内部欠陥の表面からの深さを
探査することを特徴とする超音波探傷方法。 - 【請求項３】 被探傷材料表面と接合面とが９０度の角
度をなしていることを特徴とする請求項１または２記載
の超音波探傷方法。 - 【請求項４】 超音波を探傷材料表面に対して４５度の
角度で照射することを特徴とする請求項１、２または３
記載の超音波探傷方法。 - 【請求項５】 一つの台座上に発信素子と受信素子を分
離して有し、二探触子法により被探傷材料の接合面に存
在する内部欠陥を検知する超音波探傷装置であって、 前記発信素子は材料表面から内部の接合面に向けて所定
の角度で超音波を発信するように構成し、前記受信素子
は材料表面から反射してくる超音波を捕捉するよう構成
し、前記発信素子と該受信素子は材料表面上を接合面に
対して直角方向 に移動可能とし、かつ前記発信素子と該
受信素子の間隔を任意に変更可能に構成し、 前記材料の厚さをＴ、接合面と発信素子との距離をＹ、
発信素子と受信素子との距離をＬ、超音波の入射角をθ
としたときに、 Ｌ＝ ２×（Ｔ ・ tanθ−Ｙ） なる関係を維持しながら前記接合面を探傷し、前記内部
欠陥の表面からの深さを探査することを特徴とする超音
波探傷装置。 - 【請求項６】 前記被探傷材料は管材であり、前記台座
の底面と前記発信素子の底面及び前記受信素子の底面
が、前記管材の外径と同一の曲率半径を有していること
を特徴とする請求項５記載の超音波探傷装置。 - 【請求項７】 前記台座に支持ローラーを具備し、前記
管材の表面の周方向に沿って移動可能としたことを特徴
とする請求項６記載の超音波探傷装置。 - 【請求項８】 前記管材は鋼管であり、前記台座に磁石
を具備し、前記鋼管に対して吸引力が働くように構成し
たことを特徴とする請求項６または７記載の超音波探傷
装置。 - 【請求項９】 前記台座にエンコーダーを具備し、前記
管材の周方向の移動距離を把握できるように構成したこ
とを特徴とする請求項６、７または８記載の超音波探傷
装置。 - 【請求項１０】 前記発信素子の信号線、前記受信素子
の信号線、あるいは前記エンコーダーの信号線のうち、
少なくとも一つの信号線が形状記憶合金で構成されてい
ることを特徴とする請求項５ないし９のいずれか１項記
載の超音波探傷装置。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31300799A JP3281878B2 (ja) | 1999-11-02 | 1999-11-02 | 超音波探傷方法及びその装置 |
| US09/634,323 US6380516B1 (en) | 1999-08-11 | 2000-08-07 | Connecting clamp, connecting apparatus and connecting method |
| MXPA00007851A MXPA00007851A (es) | 1999-08-11 | 2000-08-11 | Pinza de conexion, aparato de conexion y metodo de conexion. |
| CNB001285785A CN1222390C (zh) | 1999-08-11 | 2000-08-11 | 接合夹具、接合装置以及接合方法 |
| HK01103552A HK1032929A1 (en) | 1999-08-11 | 2001-05-23 | Engaging clamp, engaging device device and engaging method. |
| US09/933,665 US6550334B2 (en) | 1999-08-11 | 2001-08-22 | Ultrasonic detecting apparatus |
| US09/933,664 US6423943B1 (en) | 1999-08-11 | 2001-08-22 | Connecting clamp, connecting apparatus and connecting method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31300799A JP3281878B2 (ja) | 1999-11-02 | 1999-11-02 | 超音波探傷方法及びその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001133444A JP2001133444A (ja) | 2001-05-18 |
| JP3281878B2 true JP3281878B2 (ja) | 2002-05-13 |
Family
ID=18036119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31300799A Ceased JP3281878B2 (ja) | 1999-08-11 | 1999-11-02 | 超音波探傷方法及びその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3281878B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170097322A1 (en) * | 2015-10-01 | 2017-04-06 | General Electric Company | Pipeline crack detection |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4519852B2 (ja) | 2004-11-16 | 2010-08-04 | 株式会社エッチアンドビーシステム | 共振現象を利用した超音波探査方法およびその装置 |
| JP5574731B2 (ja) * | 2010-02-05 | 2014-08-20 | 三菱重工業株式会社 | 超音波探傷試験方法 |
| CN114192582B (zh) * | 2021-12-06 | 2023-03-24 | 江苏锦航机械制造有限公司 | 一种具有裂缝修复结构的轧辊清洁装置 |
-
1999
- 1999-11-02 JP JP31300799A patent/JP3281878B2/ja not_active Ceased
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170097322A1 (en) * | 2015-10-01 | 2017-04-06 | General Electric Company | Pipeline crack detection |
| US10060883B2 (en) * | 2015-10-01 | 2018-08-28 | General Electric Company | Pipeline crack detection |
| US10557831B2 (en) | 2015-10-01 | 2020-02-11 | General Electric Company | Pipeline crack detection |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001133444A (ja) | 2001-05-18 |
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