JP3833591B2 - 超音波式探傷方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、隅肉溶接部、例えばタンク底板外周部のアニュラー板とタンク側板との間の溶接部における欠陥を検出する探傷方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
重油や液化ガス等を貯蔵するためのタンクは、一般に、タンク底板の外周部であるアニュラー板上にタンク側板を置き、両者を隅肉溶接によって接合して構成されている。アニュラー板とタンク側板との間の隅肉溶接のアニュラー板表面側(上面)に、万が一生じる略鉛直方向の亀裂を探傷するため、必要に応じ探傷試験を行う。
【0003】
従来一般の探傷試験は、超音波探触子によりアニュラー板に超音波パルスを伝搬させ、欠陥により反射される超音波を受信することで、欠陥の存在を検出するというものである。また、アニュラー板とタンク側板との間の隅肉溶接部での欠陥のうち、アニュラー板の表面側に発生する亀裂を探傷しようとする場合は、超音波探触子として、アニュラー板表面を伝播する縦波、いわゆるクリーピング波を送受信するタイプのものが用いられる。隅肉溶接形状及び探傷しようとする欠陥は異なるが、特開2000−97919号公報に記載のように、クリーピング波探触子から発せられる横波を板材の底面ないしは裏面にて反射させ、その際に生ずる二次クリーピング波を隅肉溶接部の欠陥にて反射させて、その反射クリーピング波を送信と同経路で受信して欠陥を見出すという方法もある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなクリーピング波タイプの超音波探触子を用いた従来の探傷方法では、探触子に受信される反射波のレベルが低い、言い換えるならばS/N比が低いという問題点があった。
【0005】
そこで、本発明の目的は、高S/N比にて、隅肉溶接部における欠陥を高精度で検出することのできる超音波式探傷方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に記載の本発明は、タンクにおけるアニュラー板とタンク側板のような第1板材と第2板材との間の隅肉溶接部の欠陥を検出する超音波式探傷方法において、第1板材の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信するステップと、第1板材の裏面にて反射された横波が隅肉溶接部の欠陥にて反射されることにより生じたクリーピング波を受信して電気的信号に変換するステップと、前記電気的信号の有無を検出することにより欠陥の有無を検出するステップとを含むことを特徴としている。
【0007】
かかる探傷方法では、送信波を横波とし、反射波のみがクリーピング波になるようにしている。横波は伝搬中にモード変換することは極めて少なく、よってモード変換に伴うエネルギー損失は小さい。一方、クリーピング波は、伝搬中に横波にモード変換していき、このためのエネルギー損失が大きい。従って、片道だけがクリーピング波となる本発明による方法では、受信信号のレベルは大きく、高精度で欠陥の検出が可能である。
【0008】
また、前記の本発明による探傷方法を有効に実施するための装置としては、第1板材の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信することができ且つ第1板材の表面を伝搬するクリーピング波の超音波を受信して電気的信号とすることができる超音波探触子と、超音波探触子から超音波パルスを発生させるためのパルス発生手段と、超音波探触子がクリーピング波の超音波を受信して発生する電気的信号を処理し、当該電気的信号の有無から隅肉溶接部の欠陥を検出する信号処理手段とを備えるものが考えられる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【0010】
図1は、本発明による超音波式探傷装置10を概略的に示したものである。図示実施形態における探傷装置10は、液化天然ガス等のタンク12におけるアニュラー板(第1板材)14とタンク側板(第2板材)16との間の隅肉溶接部18に生じた亀裂等の欠陥20を検出するためのものである。
【0011】
図1において、符号22は超音波探触子である。この超音波探触子22は、図1の点線の矢印で示すように、被検材であるアニュラー板14の表面から裏面に向かって横波を送信することができ、且つ、図1の実線及び一点鎖線の矢印で示すように、アニュラー板14の表面を伝搬するクリーピング波(縦波)を受信することができるタイプのものであるが、クリーピング波の送受信用に作られた一般的なクリーピング波タイプの探触子も、クリーピング波の発生と同時に横波も発生されるため、用いることができる。
【0012】
超音波探触子22は、図示しないが、超音波パルスの送信部材と受信部材とを兼ねる一つの圧電素子を有している。この圧電素子には、パルスを発生させるパルス発生回路24、及び、受信した信号を処理してブラウン管26に表示する信号処理回路28とが接続されている。
【0013】
パルス発生回路24には掃引発生回路30が接続されている。掃引発生回路30は鋸歯状の掃引信号を発生し、この掃引信号から一定の周期のトリガーパルスを生成する。パルス発生回路24はこのトリガーパルスを受けて駆動され、超音波探触子22の圧電素子に大きなエネルギーを加えて超音波パルスを発生させる。圧電素子からのこの超音波パルスはアニュラー板14にクリーピング波及び横波として伝搬される。
【0014】
なお、掃引発生回路30で発生された掃引信号は水平増幅されてブラウン管26のX軸偏光板に印加され、スポットを左から右へと振るよう機能する。
【0015】
また、超音波探触子22の圧電素子に接続される信号処理回路28は、圧電素子がクリーピング波を受信して発生した電気的信号を増幅する高周波増幅回路32、そしてその増幅された信号を検波してビデオ増幅する検波・ビデオ増幅回路34、更にこの検波・ビデオ増幅回路34からの出力を垂直増幅する垂直増幅回路36とを有している。垂直増幅回路36を経た信号はブラウン管26のY軸偏向板に印加されることで、ブラウン管26にその受信信号の波形が表示される。
【0016】
なお、図1に示す回路には、検波方式を切り替える検波切替回路38や、信号を時間的に限定して取り出すためのゲート回路40等の周知の回路が含まれている。
【0017】
図示実施形態の超音波式探傷装置10は、更に、超音波探触子22を支持する台車42を備えている。この台車42は、タンク側板16からの距離を一定に維持しながらアニュラー板14上をタンク周方向に自動的に走行することができるよう構成されている。
【0018】
次に、上述したような構成の探傷装置10を用いて、アニュラー板14とタンク側板16との間の隅肉溶接部18に発生した亀裂等の欠陥20を検出する方法について説明する。
【0019】
まず、前処理として、開放されたタンク12のアニュラー板14の形状及び板厚を確認する。次いで、隅肉溶接部18に隣接するアニュラー板14の表面部位であって、亀裂等の欠陥40が発生し得る範囲を特定する。更に、アニュラー板14の板厚と、タンク側板16の内面に対する超音波式探傷装置10の設置位置(すなわち、超音波探触子22の超音波パルスの入射位置からタンク側板16までの距離)とから超音波パルスの伝搬距離を算出し、前記の亀裂20が発生し得る範囲からスキャニング範囲を算出する。この算出値に基づき、探傷装置10の時間軸や探傷感度等の校正を行う。
【0020】
また、アニュラー板14の表面に対し超音波探触子22の密着性を向上させてより良好な探傷試験が可能となるよう、適当な接着媒質をアニュラー板14上に塗布する等の処理を行う。
【0021】
この後、探傷装置10の台車42をアニュラー板14上の所定位置にセットし、台車42をタンクの周方向に移動させながら、超音波パルスを発して探傷試験を行う。
【0022】
超音波探触子22の圧電素子にパルス発生回路24から電気的エネルギーが印加されると、超音波パルスが発せられる。この超音波パルスの縦波成分のうちその第一臨界角でアニュラー板14に入射したものは、クリーピング波となってタンク径方向に沿って外方に伝搬する。また、クリーピング波の発生と同時に、アニュラー板14の表面から裏面へと超音波パルスの横波が伝えられる。この横波はアニュラー板14の裏面で反射し、その一部が隅肉溶接部18に向かう。
【0023】
このようにクリーピング波及び横波が発せられた時、超音波探触子22に正対する位置の隅肉溶接部18に亀裂20が入っていた場合、まず、クリーピング波がその亀裂20で反射され、クリーピング波のまま超音波探触子22に戻り圧電素子により電気的な受信信号に変換される(図1の一点鎖線の矢印を参照)。そして、信号処理回路28にて処理された後、ブラウン管26にその信号が表示される。図2において符号aで示す波形がその受信反射波を表したものである。
【0024】
一方、超音波探触子22から発せられた横波はアニュラー板14の裏面で反射した後、亀裂20に到達する(図1の点線の矢印を参照)。この亀裂20に到達した横波はモード変化してクリーピング波となり、超音波探触子22に向かって逆行し、受信される(図1の実線の矢印を参照)。この反射クリーピング波も圧電素子により電気的な受信信号に変換され、信号処理回路28にて処理された後、ブラウン管26にその信号が表示される。その信号は、図2において符号bで示すものである。
【0025】
ここで、送受信ともクリーピング波の場合に得られた信号aの受信レベルと、横波からクリーピング波にモード変換した場合に得られた信号bの受信レベルとを比較すると、後者が前者よりも格段に大きくなっていることが、図2から理解されよう。これは、クリーピング波は伝搬中に横波にモード変換するため、エネルギー損失が著しく大きく、横波は伝搬中のモード変換は殆どなく、伝搬中のエネルギー損失は極めて少ないということに起因する。すなわち、送信波及び反射波が共にクリーピング波の場合は、反射波のみがクリーピング波の場合の2倍以上のエネルギー損失が生じるため、受信信号のレベルに大きな差が生じる。従って、横波からクリーピング波にモード変換して亀裂20を検出する方法の方がS/N比が高く、確実に亀裂20の検出が可能となる。
【0026】
このように、横波・クリーピング波による超音波式探傷方法のみを用いて、受信信号bの有無から亀裂20の検出が可能であるが、亀裂20の位置や深さ、或いは超音波の進路中の障害物の存在等、種々の原因により、いずれか一方の信号が現れないことが生じ得る。従って、信号a,bの少なくとも一方を受信した場合には、亀裂等の欠陥20の存在の疑いがあるものとして取り扱うことが好適である。
【0027】
また、アニュラー板14の材料とその材料での超音波の速度とは分かっている。例えばアニュラー板14がSM400である場合、横波の音速は3230m/s、縦波は5920m/sである。従って、アニュラー板14の板厚、及び、タンク側板16内面からの超音波探触子22までの距離を予め測定しておけば、信号a,bの現れる時間から検出した欠陥20の同定を行うことができる。これにより、より確実な欠陥検出が可能となる。
【0028】
なお、隅肉溶接部18に欠陥20が全くない場合には、反射波が発生しないため、信号a,bのいずれも発生しないため、正常な状態であると判断することができる。
【0029】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【0030】
例えば、上記実施形態では、受信信号の処理をアナログ的に行っているが、デジタル回路によってデジタル処理、デジタル表示することができ、或いは、デジタル信号から欠陥位置の特定や信号の記録等を行うことができる。
【0031】
また、台車42は自動走行タイプのものではなくてもよい。或いはまた、特定の箇所のみを探傷試験するような場合には、台車42は不要である。
【0032】
更に、上記実施形態では、アニュラー板14とタンク側板16との間の隅肉溶接部18の欠陥20を検出するものとしているが、上記のSM400に限られず、9%ニッケル鋼等の他の材料隅肉溶接部の探傷に対しても本発明は適用可能である。
【0033】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、横波の超音波パルスを発信し、それが亀裂等の欠陥により反射されて形成されるクリーピング波を受信することで、より高いレベルの受信信号が得られ、板材間の隅肉溶接部に生じた欠陥を高精度で検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による超音波式探傷装置の一実施形態を示す概略説明図である。
【図2】図1の超音波式探傷装置により得られる信号の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
10…超音波式探傷装置、12…タンク、14…アニュラー板(第1板材)、16…タンク側板(第2板材)、18…隅肉溶接部、20…欠陥、22…超音波探触子、24…パルス発生回路(パルス発生手段)、26…ブラウン管、28…信号処理回路(信号処理手段)、42…台車。
Claims (1)
- 第1板材(14)と第2板材(16)との間の隅肉溶接部(18)の欠陥(20)を検出する超音波式探傷方法であって、
前記第1板材(14)の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信するステップと、
前記第1板材(14)の裏面にて反射された前記横波が前記隅肉溶接部(18)の欠陥(20)にて反射されることにより生じたクリーピング波を受信して電気的信号に変換するステップと、
前記電気的信号の有無を検出することにより欠陥(20)の有無を検出するステップと、
を含む超音波式探傷方法。
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