JP4112526B2 - 超音波探傷方法および装置 - Google Patents
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Description
そこで、欠陥の寸法をより精確に測定し得る超音波探傷法としてTOFD(Time of Flight Diffraction)法が期待されている。TOFD法では、一対の送波用の超音波探触子と受波用の超音波探触子を、対象物の表面に一定距離を隔てて対向して配置し、送波用探触子から対象物中に超音波を放射する。対象物の表面を直接伝わる波(ラテラル波)、そして対象物の底面から反射された底面反射波とともに、対象物中にきずなどの欠陥が存在する場合に欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を受波用探触子で受信し、これらの波の伝搬時間を基に欠陥の位置や寸法を測定しようとするものである。従来の超音波探傷試験における欠陥の寸法測定には、デシベルドロップ法、評価レベル法、DGS法などが広く用いられてきた。これらの手法は、探触子の移動距離やエコー高さに基づいた評価を行なうため、探触子のビームピロフィール、走査ピッチ、あるいは欠陥の傾き角度などによって、測定精度が影響を受けることを避け得なかった。これに対しTOFD法は、比較的高精度の測定が可能な伝搬時間を利用するため、欠陥の寸法測定の精度の向上を期待できることになる。
(1)前記き裂欠陥の端部の前記対象物中の位置を特定し、
(2)前記き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを求め、
(3)前記受波用探触子を前記送波用探触子の方向に前後走査したときの受信信号が最大となる前記受波用探触子の位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ該き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求め、
(4)前記き裂欠陥の端部近傍の傾き角(γ)を以下の式によって推定することを特徴とする超音波探傷方法。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。
(1)前記き裂欠陥端部の前記対象物中の位置を特定し、
(2)前記き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを求め、
(3)それぞれの前記垂直縦波振動子の内で前記回折波の受信信号が最大となる垂直縦波振動子の前記対象物表面における位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ該き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求め、
(4)前記き裂欠陥の端部の傾き角(γ)を以下の式によって推定することを特徴とする超音波探傷方法。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。
(1)前記対象物中に超音波を放射する送波用探触子と、
(2)前記き裂欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を受波する受波用探触子と、
(3)前記き裂欠陥端部の前記対象物中の位置を特定し、該き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを測定する手段と、
(4)前記受波用探触子を前記送波用探触子の方向に前後走査したときの受信信号が最大となる前記受波用探触子の位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ前記き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求める位置測定手段と、
(5)前記測定する手段で求められた距離Zと、前記位置測定手段で得られた距離Ymaxを用いて、以下の式によって欠陥の端部近傍の傾き角(γ)を算出する演算部を設けたことを特徴とする超音波探傷装置。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。
(1)前記対象物中に超音波を放射する送波用探触子と、
(2)前記対象物表面に沿って複数の垂直縦波振動子がアレイ状に配設され、前記き裂欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波によって前記対象物表面に発生する垂直応力成分を、前記複数の垂直縦波振動子によりそれぞれ受波する受波用探触子と、
(3)前記き裂欠陥端部の前記対象物中の位置を特定し、該き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを測定する手段と、
(4)それぞれの前記垂直縦波振動子の内で前記回折波の受信信号が最大となる垂直縦波振動子の対象物表面における位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ該き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求める位置測定手段と、
(5)前記測定する手段で求められた距離Zと、前記位置測定手段で得られた距離Ymaxを用いて、、以下の式によってき裂欠陥の端部の傾き角(γ)を算出する演算部を設けたことを特徴とする超音波探傷装置。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。
上記した受信信号が最大となる受波位置、欠陥の端部位置などを用いることで、回折波の放射指向性、欠陥の傾き角を幾何学的に算出することができる。
(1)前記き裂欠陥の端部の前記対象物中の位置を特定し、
(2)前記き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを求め、
(3)前記受波用探触子を前記送波用探触子の方向に前後走査したときの受信信号が最大となる前記受波用探触子の位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ該き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求め、
(4)前記き裂欠陥の端部近傍の傾き角(γ)を、
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。
の式によって推定するので、従来のTOFD法の問題を解決しかつ煩雑な方法を要しないで、TOFD法において欠陥の傾き角の推定を簡便かつ精確におこなうことができる。
(1)前記対象物中に超音波を放射する送波用探触子と、
(2)前記き裂欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を受波する受波用探触子と、
(3)前記き裂欠陥端部の前記対象物中の位置を特定し、該き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを測定する手段と、
(4)前記受波用探触子を前記送波用探触子の方向に前後走査したときの受信信号が最大となる前記受波用探触子の位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ前記き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求める位置測定手段と、
(5)前記測定する手段で求められた距離Zと、前記位置測定手段で得られた距離Ymaxを用いて、
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
上記式によって欠陥の端部近傍の傾き角(γ)を算出する演算部を設けたので、前記探傷方法を確実に実行して欠陥の傾き角を知ることができる。
この実施形態では、送波用探触子1に通常の楔を用いた縦波斜角探触子を使用し、受波用探触子2に複数(n個)の垂直縦波振動子a1…anをアレイ状に配設したアレイ探触子を使用する。該垂直縦波振動子a1…anは、対象物5に設置した際に、対象物5の表面5aに沿って位置させることができる。
送波用探触子1によって対象物5中に超音波縦波を放射することにより生ずるラテラル波、上端回折波、下端回折波、及びその他の超音波は受波用探触子2で受波される。
アレイ探触子を構成する各々の垂直縦波振動子a1…anの受波信号は、それぞれ制御部10で制御される受波信号処理部12に入力される。
探触子位置検出部13は、当該垂直縦波振動子の受波信号からラテラル波の受信信号を抽出し、送信信号とラテラル波の受信信号の間の時間差を測定する。この時間差から予め設定された送波用探触子1及び受波用探触子2内部での時間遅れを減じたものに、ラテラル波の伝搬速度(通常は対象物における縦波音速)を乗算することにより、送波用探触子1の入射点から当該垂直縦波振動子の入射点に至る距離が精確に算出される。すなわち、この実施形態では、受波信号処理部12と探触子位置検出部とによって本発明の位置測定手段が構成されている。
さらに、本発明は上記実施形態の説明に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜変更が可能である。
本発明の超音波探傷方法を、対象物表面に垂直な高さD=5mmのスリット状の欠陥を内部に有する鋼製の対象物に実施した。送波用探触子には、周波数5MHzで公称屈折角60°の縦波斜角探触子を用い、受波用探触子には、同じく周波数5MHzで対象物表面に16個の垂直縦波振動をピッチ0.375mmでアレイ状に配設したアレイ探触子を使用した。
γ={tan−1(17/10)}− 60 ≒ − 0.5 (°)
本発明の超音波探傷方法を、対象物表面への垂線から10°傾いた高さD=5mmのスリット状の欠陥を内部に有する鋼製の対象物に実施した。送波用探触子には、周波数5MHzで公称屈折角60°の縦波斜角探触子を用い、受波用探触子には、同じく周波数5MHzで対象物表面に16個の垂直縦波振動をピッチ0.375mmでアレイ状に配設したアレイ探触子を使用した。
γ={tan−1(27/10)}− 60 ≒ 9.7 (°)
2 受波用探触子
5 対象物
6 欠陥
10 制御部
11 送波信号発生部
12 受波信号処理部
13 探触子位置検出部
14 演算部
15 表示部
30 送波用探触子
30ab 入射点
31 受波用探触子
31ab 入射点
40 対象物
41 欠陥
41a 上端部
41b 下端部
50 試験片
51 疲労き裂
Claims (4)
- 対となる送波用探触子と受波用探触子を、対象物の表面に一定距離を隔てて配置し、前記送波用探触子から前記対象物中に超音波を放射し、該対象物中にき裂欠陥が存在する場合に該き裂欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を、前記受波用探触子で受信して対象物中に存在する前記き裂欠陥の端部の傾き角を推定する超音波探傷方法であって、
(1)前記き裂欠陥の端部の前記対象物中の位置を特定し、
(2)前記き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを求め、
(3)前記受波用探触子を前記送波用探触子の方向に前後走査したときの受信信号が最大となる前記受波用探触子の位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ該き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求め、
(4)前記き裂欠陥の端部近傍の傾き角(γ)を以下の式によって推定することを特徴とする超音波探傷方法。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。 - 対となる送波用探触子と対象物表面に沿って複数の垂直縦波振動子をアレイ状に配設した受波用探触子を、前記対象物の表面に一定距離を隔てて配置し、前記送波用探触子から前記対象物中に超音波を放射し、該対象物中にき裂欠陥が存在する場合に該き裂欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波によって前記対象物表面に発生する垂直応力成分を、該アレイ探触子の複数の垂直縦波振動子によりそれぞれ受波して対象物中に存在する前記き裂欠陥の端部の傾き角を推定する超音波探傷方法であって、
(1)前記き裂欠陥端部の前記対象物中の位置を特定し、
(2)前記き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを求め、
(3)それぞれの前記垂直縦波振動子の内で前記回折波の受信信号が最大となる垂直縦波振動子の前記対象物表面における位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ該き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求め、
(4)前記き裂欠陥の端部の傾き角(γ)を以下の式によって推定することを特徴とする超音波探傷方法。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。 - 対象物中に存在するき裂欠陥の端部の傾き角を超音波探傷法を用いて推定する超音波探傷装置であって、
(1)前記対象物中に超音波を放射する送波用探触子と、
(2)前記き裂欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波を受波する受波用探触子と、
(3)前記き裂欠陥端部の前記対象物中の位置を特定し、該き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを測定する手段と、
(4)前記受波用探触子を前記送波用探触子の方向に前後走査したときの受信信号が最大となる前記受波用探触子の位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ前記き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求める位置測定手段と、
(5)前記測定する手段で求められた距離Zと、前記位置測定手段で得られた距離Ymaxを用いて、以下の式によって欠陥の端部近傍の傾き角(γ)を算出する演算部を設けたことを特徴とする超音波探傷装置。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。 - 対象物中に存在するき裂欠陥の端部の傾き角を超音波探傷法を用いて推定する超音波探傷装置であって、
(1)前記対象物中に超音波を放射する送波用探触子と、
(2)前記対象物表面に沿って複数の垂直縦波振動子がアレイ状に配設され、前記き裂欠陥の端部に入射した超音波によって生じる回折波によって前記対象物表面に発生する垂直応力成分を、前記複数の垂直縦波振動子によりそれぞれ受波する受波用探触子と、
(3)前記き裂欠陥端部の前記対象物中の位置を特定し、該き裂欠陥の端部から前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線への距離Zを測定する手段と、
(4)それぞれの前記垂直縦波振動子の内で前記回折波の受信信号が最大となる垂直縦波振動子の対象物表面における位置から、前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ該き裂欠陥の端部から引いた法線までの距離(Ymax)を求める位置測定手段と、
(5)前記測定する手段で求められた距離Zと、前記位置測定手段で得られた距離Ymaxを用いて、以下の式によってき裂欠陥の端部の傾き角(γ)を算出する演算部を設けたことを特徴とする超音波探傷装置。
γ={tan −1 (Ymax/Z)}− 60°
ただし、γは、前記対象物の表面に配置した前記送波用探触子と前記受波用探触子のそれぞれの入射点を結ぶ直線へ引いた法線に対する前記き裂欠陥端部の傾き角(受波用探触子側への傾きを正とする)である。
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