JP4363699B2 - 浸炭層の検出方法及びその厚さの測定方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油化学プラントの炉内配管等の金属管の内，外面の浸炭層の検出及びその厚さの測定を非破壊試験で行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石油化学プラントの代表例であるエチレン製造装置，重油脱硫装置，ＢＴＸ装置等の加熱炉や反応塔の配管（加熱炉管等）は、外側からの加熱や内側の高温流体の通流等によって高温加熱されるため、低合金鋼９Ｃｒ−１ＭＯ，２（１／２）Ｃｒ−１ＭＯ，インコロイ８００，ＳＵＳ３２１ＨＴＦ等の金属管で形成される。
【０００３】
そして、これらの高温加熱される金属管にあっては、使用によって管の内，外面に浸炭層が発生し、次第にその層が厚くなって劣化するため、定期的な検査等で浸炭層の発生（有無）及びその厚さを監視し、その結果に応じて管の取換え等の措置をとる必要がある。
【０００４】
ところで、この種の金属管は長く、しかも、プラント内等に多数配設されるため、それらの浸炭状況を、１本ずつ切断，研削等して破壊検査することは、検査効率や費用の面から極めて不経済である。
【０００５】
そこで、従来はこの種の金属管の浸炭状況を、とりあえず電磁誘導式の浸炭計で計測して非破壊検査し、その結果に基づき、疑わしい場合に切断，研削等して浸炭層の発生の検出及びその厚さの測定を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の電磁誘導式の浸炭計は、浸炭層が磁性層であることに着目して浸炭状況を計測するものであり、計測可能な金属管がインコロイやＳＵＳ等の非磁性体の金属管に限られ、いわゆる鋼管等の磁性体の金属管については計測することができない。
【０００７】
しかも、浸炭計の計測では磁性層の厚さを知ることは困難であり、内側にフィンを付けた押出管のような内径の不均一な金属管や溶接部分を有する金属管の計測も困難である。
【０００８】
すなわち、従来は磁性管や内径が不均一な管等の浸炭層の発生を、非破壊試験で知ることができず、しかも、浸炭層の厚さについては、磁性管，非磁性管を問わず、非破壊検査で知ることができない問題点がある。
【０００９】
本発明は、石油化学プラント等のこの種の金属管につき、磁性管，非磁性管を問わず、その内，外面の浸炭層の発生の検出及び厚さの測定が、非破壊試験で行えるようにすることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明のベースになる浸炭層の検出方法においては、金属管の外面に間隔をとって超音波斜角探傷試験用の送信側探触子と受信側探触子とを設け、
超音波Ｖ透過法の試験により、送信側探触子から出射されて金属管の管面等で反射し、受信側探触子に反射パルスとして受信された超音波の受信レベル及び路程長を測定し、
受信側探触子が受信する反射パルスのうちの金属管の内面で反射した最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になるように、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，この浸炭層より金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
短路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の内面側の浸炭層の発生を検出する。
【００１１】
この場合、超音波Ｖ透過法の試験により、金属管の外面の送信側探触子から内面側に斜めに出射された超音波は、金属管の内面で反射するだけでなく、内面側に浸炭層が発生していると、この浸炭層とその外面側の非浸炭層との界面でも反射する。
【００１２】
そして、これらの超音波の反射パルスにおいては、内面反射パルスが他の反射パルスより著しく大きく、また、内面側の浸炭層と非浸炭層との界面での反射パルスの管内の路程長（伝播距離）は内面反射パルスの路程長より短くなる。
【００１３】
そのため、最初に受信側又は送信側の探触子を、最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になる位置に移動し、両探触子の間隔を初期間隔に設定すると、受信側探触子が内面反射パルスの受信点（到達点）に位置する。
【００１４】
そして、受信側又は送信側の探触子をその間隔が狭くなるように移動すると、内面側に浸炭層が発生し、この層とその外面側の非浸炭層との界面での反射パルスがあるときに、この反射パルスが内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスとして受信側探触子に受信される。
【００１５】
したがって、この短路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の内面側に浸炭層が発生していることを、切断，研削等することなく、現場の非破壊試験で検出することができ、この場合金属管が磁性管や内径が不均一な管等であっても、確実に内面側の浸炭層の発生を検出することができる。
【００１６】
つぎに、本発明のベースになる浸炭層の厚さの測定方法においては、送信側探触子と受信側探触子との間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，この浸炭層より金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスを受信したときに、短路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を内側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
内面反射パルスの路程長と内側浸炭層反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さを測定する。
【００１７】
この場合、内面反射パルスの路程長及びその短路程側の隣接反射パルスの路程長の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算すると、それぞれ反射面から金属管の外面までの距離（長さ）になる。
【００１８】
そして、内面反射パルスの路程長の１／２に前記の余弦関数値の係数を乗算した長さは金属管の内面から外面までの厚さになり、短路程側の隣接反射パルスの路程長の１／２に前記の余弦関数値の係数を乗算した長さは金属管の浸炭層より外面側の非浸炭層の厚さになる。
【００１９】
したがって、両反射パルスの路程長の差の１／２に前記の余弦関数値の係数を乗算した長さから、金属管の内面側の浸炭層の厚さを求めて測定することができ、このとき、金属管が非磁性管等であっても正確に内面側の浸炭層の厚さを測定することができる。
【００２０】
つぎに、請求項１の本発明の浸炭層の検出方法においては、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
長路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の外面側の浸炭層の発生を検出する。
【００２１】
この場合、金属管の外面側に浸炭層が発生すると、金属管の内面反射パルスは金属管の外面で再反射し、その再反射パルスが前記界面で外面側に再々反射し、この再々反射の反射パルスが内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスとして受信側探触子で受信される。
【００２２】
そのため、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、受信側探触子又は送信側探触子をその間隔が広くなるように移動すると、外面側に浸炭層が発生しているときに、金属管の内面で一旦反射し、外面で再反射した後、浸炭層とその内面側の非浸炭層との界面で再々反射した超音波の反射パルスが内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスとして受信側探触子に受信される。
【００２３】
したがって、この長路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の外面側に浸炭層が発生していることを非破壊試験で検出することができ、この場合、金属管が磁性管や内径が不均一な管であっても、確実に外面側の浸炭層の発生を検出することができる。
【００２４】
つぎに、請求項２の本発明の浸炭層の厚さの測定方法においては、両探触子の間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスを受信したときに、長路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を外面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
この外面側浸炭層反射パルスの路程長と内面反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する。
【００２５】
この場合、両探触子が初期間隔のときの内面反射パルスの路程長及びその長路程側の隣接反射パルスの路程長の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算すると、内面から金属管の外面までの距離（長さ），この距離に外面側の浸炭層の厚さを加えた距離になる。
【００２６】
したがって、長路程側の隣接反射パルスと内面反射パルスとの路程長の差の１／２に前記の余弦の係数を乗算した長さから、金属管の外面側の浸炭層の厚さを求めて測定することができ、このとき、金属管が非磁性管等であっても正確に内面側の浸炭層の厚さを測定することができる。
【００２７】
つぎに、請求項３の本発明の浸炭層の検出方法においては、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
金属管の内面側の浸炭層の発生の検出により、両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
短路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の内面側の浸炭層の発生を検出し、
金属管の外面側の浸炭層の発生の検出により、両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
長路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の外面側の浸炭層の発生を検出する。
【００２８】
したがって、この場合はベースになる検出方法と請求項１の検出方法とを組合わせた検出方法により、金属管の内面側及び外面側の浸炭層の発生を非破壊試験で正確に検出することができる。
【００２９】
つぎに、請求項４の浸炭層の厚さの測定方法においては、両探触子の間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さの測定により、両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスを受信したときに、短路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を内面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
内面反射パルスの路程長と内面側浸炭層反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さを測定し、
金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さの測定により、両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスを受信したときに、長路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を外面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
外面側浸炭層反射パルスの路程長と内面反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する。
【００３０】
したがって、この場合はベースになる測定方法と請求項２の測定方法とを組合わせた測定方法により、金属管の内面側及び外面側に発生した浸炭層の厚さを非破壊検査で正確に測定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図１ないし図１０を参照して説明する。
図１は例えばＢＴＸ装置の加熱炉の鋼管等の金属管１の管軸方向（長手方向）の断面図であり、図中の２は金属管１の内面側に発生した浸炭層（内面側浸炭層）、３は金属管１の外面側に発生した浸炭層（外面側浸炭層）、４は浸炭層２，３間の金属管１の非浸炭層である。
【００３２】
５，６は金属管１の外面１′に管軸方向に間隔をとって設けられた超音波斜角探傷試験用の送信側探触子，受信側探触子である。
【００３３】
そして、金属管１の浸炭状況の検査（保守点検）はＢＴＸ装置の運転が停止等されて金属管１に熱が加わらないときに現地で実施される。
【００３４】
このとき、金属管１は加熱炉等に縦向き又は横向きに配設され、探触子５，６が１組の場合、図１に実線及び破線で示したように、探触子５，６の設置位置を金属管１の各検査部位の外面１′に順に移動して検査が行われる。
【００３５】
つぎに、具体的な検査について説明する。
まず、探触子５，６を用いた超音波Ｖ透過法の試験により、反射パルスと呼ばれる超音波の反射エコーの計測から、金属管１の内面側浸炭層２の検出及び厚さの測定を行う。
【００３６】
この場合、図１の一部の拡大図である図２に示すように、探触子５，６の間隔を、最初に、金属管１の内面１″で反射した超音波の反射パルス（内面反射パルスＶ0）の受信レベルが最大になる初期間隔Ｙ0に調整して設定する。
ところで、送信側探触子５は超音波を図２の屈折角θで出射する。
【００３７】
そして、この屈折角θは３０°，４５°，６０°，７０°等に適当に設定してよいが、いわゆるＵ字管等の場合も考慮して種々実験したところ、４５°にすることが汎用性等の面から最も好ましいことが判明した。
【００３８】
なお、検出及び測定を精度よく行うため、屈折角θはいわゆる公称屈折角でなく、予め実験等で測定した実測角である。
【００３９】
また、探触子５，６は図示省略された本体装置の制御，監視により、超音波の送受信が制御，監視される。
【００４０】
そして、その送受信結果に基づく本体装置のマイクロコンピュータ等の演算処理により、斜角探傷法のうちのタンデム法を変形した周知のＶ透過法で反射パルスを測定し、金属管１の音速及びその超音波の出射（送信）から受信までの時間計測等に基づき、例えば図２の矢印線に示す送信側探触子５から受信側探触子６に至るまでの超音波の伝播路の長さを、反射パルスの路程長として求める。
【００４１】
さらに、この路程長と受信レベルとの関係を示す図３のような波形のグラフを、モニタ表示器等に画面表示する。
【００４２】
図３は内面反射パルスＶ0の場合の画面表示を示し、路程長Ｌ0の１／２の往路又は復路の路程長をビーム路程長Ｗ0 とし、ビーム路程長を横軸，受信レベルを表わす任意単位のエコー高さ（％）を縦軸にして内面反射パルスＶ0 を画面表示したものである。
【００４３】
そして、送信側探触子５から出射された超音波は、実際には、内面１″だけでなく、浸炭層２，３と非浸炭層４との界面Ｆ1，Ｆ2でも反射するが、内面１″で反射した内面反射パルスＶ0 のレベルが他のパルスより著しく大きくなる。
【００４４】
そこで、初期間隔Ｙ0 に調整する場合、モニタ表示器の画面表示をみながら、受信ゲインを調整しつつ送信側探触子５，受信側探触子６のいずれか一方又は両方を、表示された最も大きい反射パルスが最大レベルになるように、すなわち図３のように内面反射パルスＶ0 が最も大きく表示されるように、近づく方向又は離れる方向に少しずつ移動して超音波の送受信をくり返し、位置決めする。
【００４５】
なお、図３においては内面反射パルスＶ0 の受信レベルが最大であることが分り易いように、最大レベルのときに１００％でなく、８０％になるように表示したものであり、この場合、他の反射パルスについてはレベルが小さく、画面には現れない。
【００４６】
つぎに、内面側浸炭層２が発生している場合、この浸炭層２とその外面側の非浸炭層４との界面Ｆ1 でも超音波が反射し、その反射パルス（短路程側の隣接反射パルスＶ1）の路程長Ｌ1は、図４からも明らかなように内面反射パルスＶ0 の路程長Ｌ0 より浸炭層２の厚さに相当する数ミリメートル程度の微小な長さだけ短くなる。
【００４７】
そこで、モニタ表示器の表示画面をみながら、受信ゲインを調整しつつ探触子５，６のいずれか一方又は両方を近づく方向に移動して両探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ0 から少しずつ狭くし、図５に示すように、表示画面の内面反射パルスＶ0の短路程側近傍に隣接反射パルスＶ1が明瞭に分離して出現し、反射パルスＶ1 が検出されるか否かを観察する。
【００４８】
なお、本発明の反射パルスＶ0，Ｖ1等は横波のパルスであるが、実際には横波のパルスの他に、縦波のパルス等の疑似エコーと呼ばれる反射パルスも発生し、これらの反射パルスもモニタ表示等に画面表示される場合がある。
【００４９】
しかし、横波の反射パルスＶ0，Ｖ1等と疑似エコーの反射パルスとは探触子５，６の間隔を変えたときの表示変化等から区別することができ、しかも、疑似エコーの反射パルスは反射パルスＶ1 より短路程側に群パルス状に発生する。
【００５０】
そこで、図５等にあっては、本発明を分り易くするため、疑似エコーの反射パルスは省略して表している。
【００５１】
そして、隣接反射パルスＶ1 が明瞭に分離して検出されると、この検出によって内面側浸炭層２の発生が検出される。
【００５２】
つぎに、本形態ではその厚さを検出するため、隣接反射パルスＶ1 が最大レベルになるように探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ0から狭くして間隔Ｙ1にする。
【００５３】
このとき、図２からも明らかなように、内面反射パルスＶ0の路程長Ｌ0の１／２をＷ0とすると、その余弦関数値Ｗ0・cosθが金属管１の内面１″から外面１′までの厚さｔ0になる。
【００５４】
さらに、図４からも明らかなように、隣接反射パルスＶ1の路程長Ｌ1の１／２をＷ1とすると、その余弦関数値Ｗ1・cosθが界面Ｆ1から外面までの厚さ（ｔ0−ｔ1）になる。
【００５５】
したがって、内面側浸炭層２の厚さｔ1 は、路程長Ｌ0，Ｌ1の差の１／２に屈折角θの余弦関数値cosθの係数Ｋを乗算するつぎの数１の式から求められて測定される。
【００５６】
【数１】
ｔ1＝（（Ｌ0−Ｌ1）／２）・Ｋ＝（Ｗ0−Ｗ1）・cosθ
【００５７】
そして、金属管１の端面を示した図６の内面側浸炭層２の厚さｔ1 につき、数１の式から求めた測定値の精度を確かめたところ、実際に切断して確認した値（検証厚）と、数１の式から求めた値（測定厚）とにつき、図７の各○印の結果が得られた。
【００５８】
この図７によると、例えば実測の検証厚０．５mmに対して数１の式から求めた測定厚はその＋０．３mm〜−０．２mmの範囲になり、誤差が少なく、数１の式から金属管１の内面側浸炭層２の厚さｔ1 を非破壊試験で精度よく求めて測定できることが確かめられた。
【００５９】
つぎに、探触子５，６を用いた金属管１の外面側浸炭層３の検出及び厚さの測定について説明する。
【００６０】
ところで、金属管１等にあっては、管内の高温流体の通流によって浸炭層が内面側に発生し、加熱炉管等の管外から熱が加わるものについては、内面側だけでなく、外面側にも浸炭層（外面側浸炭層３）が発生する。
【００６１】
そして、この外面側浸炭層３の有無を検出する場合も、最初に内面反射パルスＶ0の受信に基づき、探触子５，６の設置間隔を初期間隔Ｙ0に設定する。
【００６２】
つぎに、外面側浸炭層３が発生している場合、探触子５から出射された超音波は、図８に示すように一部は外面側浸炭層３と非浸炭層４との界面Ｆ2 ，非浸炭層４と内面側浸炭層２との界面Ｆ1 で反射するが、大部分は金属管１の内面１″で反射する。
【００６３】
そして、界面Ｆ２で反射した超音波は金属管１の外面１′で再反射し、その後、界面Ｆ２での反射と外面１′での反射とをくり返し、探触子６に到達するまでに著しく減衰する。
【００６４】
また、界面Ｆ1で反射した超音波（内面側浸炭層反射パルスＶ1）は外面１′の内面反射パルスＶ0の到達点より探触子５に近い地点で受信される。
【００６５】
一方、内面１″で反射した超音波は内面反射パルスＶ０であることから他の反射パルスより著しく大きく、この内面反射パルスＶ０が外面１′で再反射して界面Ｆ２で再々反射すると、内面１″の内面反射パルスＶ０の到達点より外面側浸炭層３の厚さに応じた路程（距離）離れた地点で十分な大きさの反射パルスとして受信することができる。
【００６６】
そして、この反射パルスが内面反射パルスＶ0 の長路程側の隣接反射パルスＶ2であり、探触子５，６を初期間隔Ｙ0 に設置した後、モニタ表示器の表示画面をみながら、受信ゲインを調整しつつ探触子５，６のいずれか一方又は両方を離れる方向に移動して両探触子５，６の間隔を初期間隔から少しずつ広くし、図９に示すように、モニタ表示器の表示画面の内面反射パルスＶ0 の長路程側近傍に隣接反射パルスＶ2が明瞭に分離して出現し、反射パルスＶ2が検出されるか否かを観察する。
【００６７】
そして、隣接反射パルスＶ2 が明瞭に分離して検出されることにより、外面側浸炭層３の発生が検出される。
【００６８】
つぎに、外面側浸炭層３の厚さを検出するため、隣接反射パルスＶ2 が最も大きく受信されるように、探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ0から広くして間隔Ｙ2にする。
【００６９】
このとき、隣接反射パルスＶ２の出射から受信までの全路程長Ｌ２は、図８からも明らかなように、内面反射パルスＶ０の路程長Ｌ０（＝２・Ｗ０＝２・Ｗ２ａ）に、外面１′で再反射して界面Ｆ２で再々反射する路程長２・Ｗ２ｂを加算した長さＬ０＋２・Ｗ２ｂ（＝２（Ｗ２ａ＋Ｗ２ｂ））になる。
【００７０】
そして、金属管１の厚さｔ0は（Ｌ0／２）・cosθ（＝Ｗ0・cosθ＝Ｗ2a・cosθ）であり、外面側浸炭層３の厚さｔ2は（２・Ｗ2b／２）・cosθ（＝Ｗ2b・cosθ）である。，
【００７１】
そのため、外面側浸炭層３の厚さｔ2 は、路程長Ｌ2，Ｌ1の差の１／２に係数Ｋ（＝cosθ）を乗算するつぎの数２の式から求められて測定される。
【００７２】
【数２】
ｔ2＝（（Ｌ2−Ｌ0）／２）・Ｋ＝（Ｗ2−Ｗ0）・cosθ＝Ｗ2b・cosθ
【００７３】
そして、図６の外面側浸炭層３の厚さｔ2 につき、数２の式から求めた測定値の精度を確かめたところ、図７と同様の図１０の結果が得られ、この図１０から明らかなように、数２の式から外面側浸炭層３の厚さｔ2 を精度よく求めて測定できる。
【００７４】
したがって、探触子５，６を用いた超音波Ｖ透過法の試験により、金属管１の内面側浸炭層２，外面側浸炭層３の発生の検出及びその厚さの測定が、金属管１を切断，研削等することなく確実に精度よく行える。
【００７５】
そして、従来の電磁誘導式の浸炭計を用いた場合のような金属管１の材質や内面形状等による制限がなく、磁性管，非磁性管を問わず、どのような金属管であっても、現場での非破壊試験で精度よく、しかも、経済的に効率よく浸炭層２，４の発生を検出し、その厚さを測定することができる。
【００７６】
なお、浸炭層の有無が表示画面から容易に分かり、しかも、その厚さが数１，数２の式から簡単に求められるため、浸炭層２，３の検出や厚さの測定に超音波の反射エコーについての高度の熟練等を要しない利点もある。
【００７７】
ところで、金属管によっては内面側浸炭層２又は外面側浸炭層３についてのみ、浸炭層の発生の検出又はこの検出とその厚さの測定を行うようにしてもよい。また、探触子５，６を複数組用いて複数の金属管の検出，測定又は１本の金属管の複数個所の検出，測定を一度に行うようにしてもよい。
【００７８】
さらに、探触子５，６が送受する超音波の屈折角θは４５°に限られるものでなく、３０°，４５°，６０°，７０°等の種々の角度であっても、同様に適用できるのは勿論である。
【００７９】
そして、本発明は熱が加わる種々の金属管の浸炭層の発生の検出及びその厚さの測定に適用できる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、ベースになる検出方法の場合は、最初に受信側又は送信側の探触子６，５を、金属管１の内面１″の内面反射パルスＶ０の受信レベルが最大になる位置に移動し、両探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ０に設定すると、受信側探触子６が内面反射パルスＶ０の受信点（到達点）に位置し、つぎに受信側又は送信側の探触子６，５をその間隔が狭くなるように移動すると、内面側に浸炭層２が発生し、この層２とその外面側の非浸炭層４との界面Ｆ１での反射パルスがあるときに、この反射パルスを内面反射パルスＶ０の短路程側の隣接反射パルスＶ１として受信側探触子６で受信することができる。
【００８１】
そして、この短路程側の隣接反射パルスＶ1 の受信により、金属管１の内面側に浸炭層２が発生していることを、切断，研削等することなく、現場の非破壊試験で検出することができ、この場合、金属管１が磁性管や内径が不均一な管等であっても、確実に内面側の浸炭層２の発生を検出して浸炭状況を把握することができる。
【００８２】
また、ベースになる測定方法の場合は、内面側の浸炭層２の検出時、反射パルスＶ０，Ｖ１の路程長Ｌ０，Ｌ１の差の１／２（Ｗ０−Ｗ１）に屈折角θの余弦関数値の係数を乗算した長さ（Ｗ０−Ｗ１）ｃｏｓθから金属管１の浸炭層２の厚さｔ１ を求めて測定することができ、このとき、金属管１が非磁性管等であっても正確に内面側の浸炭層２の厚さを測定して浸炭状況を一層正確に把握することができ、その結果に基づいて管の取換え等の必要な補修等を適切に行うことができる。
【００８３】
そして、請求項１の検出方法の場合は、探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ０に設定した後、受信側又は送信側の探触子６，５をその間隔が広くなるように移動すると、外面側に浸炭層３が発生しているときに、金属管１の内面１″で一旦反射し、外面１′で再反射した後、浸炭層３とその内面側の非浸炭層４との界面Ｆ２で再々反射した超音波の反射パルスが内面反射パルスＶ０の長路程側の隣接反射パルスＶ２として受信側探触子６で受信することができる。
【００８４】
したがって、この長路程側の隣接反射パルスＶ2 の受信により、金属管１の外面側に浸炭層３が発生していることを切断，研削等することなく、現場の非破壊試験で検出することができ、この場合、金属管１が磁性管や内径が不均一な管であっても、確実に外面側の浸炭層３の発生を検出して浸炭状況を把握することができる。
【００８５】
また、請求項２の測定方法の場合は、外面側の浸炭層３の検出時、長路程側の隣接反射パルスＶ２と内面反射パルスＶ０との路程長Ｌ２，Ｌ０の差の１／２（（Ｗ２−Ｗ０）に屈折角θの余弦関数値の係数を乗算した長さ（Ｗ２−Ｗ０）ｃｏｓθから金属管１の外面側の浸炭層３の厚さｔ２を求めて測定することができ、このとき、金属管１が非磁性管等であっても正確に外面側の浸炭層３の厚さを測定して浸炭状況を一層正確に把握することができる。
【００８６】
つぎに、請求項３の検出方法の場合は、ベースになる検出方法と請求項１の検出方法とを組合わせた検出方法により、金属管１の内面側及び外面側の浸炭層２，３の発生を現場の非破壊試験で確実に検出して浸炭状況を把握することができる。
【００８７】
また、請求項４の測定方法の場合は、ベースになる測定方法と請求項２の測定方法とを組合わせた測定方法により、金属管１の内面側及び外面側に発生した浸炭層２，３の厚さｔ１，ｔ２を非破壊試験で正確に測定して内面側及び外面側の浸炭状況を一層正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態の金属管の管軸方向の切断面図である。
【図２】図１の金属管の内面反射パルスの反射の説明図である。
【図３】図２の内面反射パルスの受信波形の説明図である。
【図４】図１の金属管の内面側浸炭層反射パルスの反射の説明図である。
【図５】図４の内面側浸炭層反射パルスの受信波形図である。
【図６】図１の金属管の端面図である。
【図７】図１の金属管の内面側浸炭層の厚さの測定結果の１例の説明図である。
【図８】図１の金属管の外面側浸炭層反射パルスの反射の説明図である。
【図９】図８の外面側浸炭層反射パルスの受信波形図である。
【図１０】図１の金属管の外面側浸炭層の厚さの測定結果の１例の説明図である。
【符号の説明】
１ 金属管
１′ 外面
１″ 内面
２ 内面側浸炭層
３ 外面側浸炭層
５ 送信側探触子
６ 受信側探触子
Ｆ1，Ｆ2 界面
Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2 路程長
Ｖ0 内面反射パルス
Ｖ1 内面側浸炭層反射パルス
Ｖ2 外面側浸炭層反射パルス
Ｙ0 初期間隔
ｔ0，ｔ1，ｔ2 厚さ
θ 屈折角
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油化学プラントの炉内配管等の金属管の内，外面の浸炭層の検出及びその厚さの測定を非破壊試験で行う方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、石油化学プラントの代表例であるエチレン製造装置，重油脱硫装置，ＢＴＸ装置等の加熱炉や反応塔の配管（加熱炉管等）は、外側からの加熱や内側の高温流体の通流等によって高温加熱されるため、低合金鋼９Ｃｒ−１ＭＯ，２（１／２）Ｃｒ−１ＭＯ，インコロイ８００，ＳＵＳ３２１ＨＴＦ等の金属管で形成される。
【０００３】
そして、これらの高温加熱される金属管にあっては、使用によって管の内，外面に浸炭層が発生し、次第にその層が厚くなって劣化するため、定期的な検査等で浸炭層の発生（有無）及びその厚さを監視し、その結果に応じて管の取換え等の措置をとる必要がある。
【０００４】
ところで、この種の金属管は長く、しかも、プラント内等に多数配設されるため、それらの浸炭状況を、１本ずつ切断，研削等して破壊検査することは、検査効率や費用の面から極めて不経済である。
【０００５】
そこで、従来はこの種の金属管の浸炭状況を、とりあえず電磁誘導式の浸炭計で計測して非破壊検査し、その結果に基づき、疑わしい場合に切断，研削等して浸炭層の発生の検出及びその厚さの測定を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の電磁誘導式の浸炭計は、浸炭層が磁性層であることに着目して浸炭状況を計測するものであり、計測可能な金属管がインコロイやＳＵＳ等の非磁性体の金属管に限られ、いわゆる鋼管等の磁性体の金属管については計測することができない。
【０００７】
しかも、浸炭計の計測では磁性層の厚さを知ることは困難であり、内側にフィンを付けた押出管のような内径の不均一な金属管や溶接部分を有する金属管の計測も困難である。
【０００８】
すなわち、従来は磁性管や内径が不均一な管等の浸炭層の発生を、非破壊試験で知ることができず、しかも、浸炭層の厚さについては、磁性管，非磁性管を問わず、非破壊検査で知ることができない問題点がある。
【０００９】
本発明は、石油化学プラント等のこの種の金属管につき、磁性管，非磁性管を問わず、その内，外面の浸炭層の発生の検出及び厚さの測定が、非破壊試験で行えるようにすることを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明のベースになる浸炭層の検出方法においては、金属管の外面に間隔をとって超音波斜角探傷試験用の送信側探触子と受信側探触子とを設け、
超音波Ｖ透過法の試験により、送信側探触子から出射されて金属管の管面等で反射し、受信側探触子に反射パルスとして受信された超音波の受信レベル及び路程長を測定し、
受信側探触子が受信する反射パルスのうちの金属管の内面で反射した最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になるように、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，この浸炭層より金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
短路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の内面側の浸炭層の発生を検出する。
【００１１】
この場合、超音波Ｖ透過法の試験により、金属管の外面の送信側探触子から内面側に斜めに出射された超音波は、金属管の内面で反射するだけでなく、内面側に浸炭層が発生していると、この浸炭層とその外面側の非浸炭層との界面でも反射する。
【００１２】
そして、これらの超音波の反射パルスにおいては、内面反射パルスが他の反射パルスより著しく大きく、また、内面側の浸炭層と非浸炭層との界面での反射パルスの管内の路程長（伝播距離）は内面反射パルスの路程長より短くなる。
【００１３】
そのため、最初に受信側又は送信側の探触子を、最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になる位置に移動し、両探触子の間隔を初期間隔に設定すると、受信側探触子が内面反射パルスの受信点（到達点）に位置する。
【００１４】
そして、受信側又は送信側の探触子をその間隔が狭くなるように移動すると、内面側に浸炭層が発生し、この層とその外面側の非浸炭層との界面での反射パルスがあるときに、この反射パルスが内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスとして受信側探触子に受信される。
【００１５】
したがって、この短路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の内面側に浸炭層が発生していることを、切断，研削等することなく、現場の非破壊試験で検出することができ、この場合金属管が磁性管や内径が不均一な管等であっても、確実に内面側の浸炭層の発生を検出することができる。
【００１６】
つぎに、本発明のベースになる浸炭層の厚さの測定方法においては、送信側探触子と受信側探触子との間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，この浸炭層より金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスを受信したときに、短路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を内側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
内面反射パルスの路程長と内側浸炭層反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さを測定する。
【００１７】
この場合、内面反射パルスの路程長及びその短路程側の隣接反射パルスの路程長の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算すると、それぞれ反射面から金属管の外面までの距離（長さ）になる。
【００１８】
そして、内面反射パルスの路程長の１／２に前記の余弦関数値の係数を乗算した長さは金属管の内面から外面までの厚さになり、短路程側の隣接反射パルスの路程長の１／２に前記の余弦関数値の係数を乗算した長さは金属管の浸炭層より外面側の非浸炭層の厚さになる。
【００１９】
したがって、両反射パルスの路程長の差の１／２に前記の余弦関数値の係数を乗算した長さから、金属管の内面側の浸炭層の厚さを求めて測定することができ、このとき、金属管が非磁性管等であっても正確に内面側の浸炭層の厚さを測定することができる。
【００２０】
つぎに、請求項１の本発明の浸炭層の検出方法においては、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
長路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の外面側の浸炭層の発生を検出する。
【００２１】
この場合、金属管の外面側に浸炭層が発生すると、金属管の内面反射パルスは金属管の外面で再反射し、その再反射パルスが前記界面で外面側に再々反射し、この再々反射の反射パルスが内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスとして受信側探触子で受信される。
【００２２】
そのため、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、受信側探触子又は送信側探触子をその間隔が広くなるように移動すると、外面側に浸炭層が発生しているときに、金属管の内面で一旦反射し、外面で再反射した後、浸炭層とその内面側の非浸炭層との界面で再々反射した超音波の反射パルスが内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスとして受信側探触子に受信される。
【００２３】
したがって、この長路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の外面側に浸炭層が発生していることを非破壊試験で検出することができ、この場合、金属管が磁性管や内径が不均一な管であっても、確実に外面側の浸炭層の発生を検出することができる。
【００２４】
つぎに、請求項２の本発明の浸炭層の厚さの測定方法においては、両探触子の間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスを受信したときに、長路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を外面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
この外面側浸炭層反射パルスの路程長と内面反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する。
【００２５】
この場合、両探触子が初期間隔のときの内面反射パルスの路程長及びその長路程側の隣接反射パルスの路程長の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算すると、内面から金属管の外面までの距離（長さ），この距離に外面側の浸炭層の厚さを加えた距離になる。
【００２６】
したがって、長路程側の隣接反射パルスと内面反射パルスとの路程長の差の１／２に前記の余弦の係数を乗算した長さから、金属管の外面側の浸炭層の厚さを求めて測定することができ、このとき、金属管が非磁性管等であっても正確に内面側の浸炭層の厚さを測定することができる。
【００２７】
つぎに、請求項３の本発明の浸炭層の検出方法においては、両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
金属管の内面側の浸炭層の発生の検出により、両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
短路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の内面側の浸炭層の発生を検出し、
金属管の外面側の浸炭層の発生の検出により、両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
長路程側の隣接反射パルスの受信により、金属管の外面側の浸炭層の発生を検出する。
【００２８】
したがって、この場合はベースになる検出方法と請求項１の検出方法とを組合わせた検出方法により、金属管の内面側及び外面側の浸炭層の発生を非破壊試験で正確に検出することができる。
【００２９】
つぎに、請求項４の浸炭層の厚さの測定方法においては、両探触子の間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さの測定により、両探触子の間隔を初期間隔より狭くし、
金属管の内面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスを受信したときに、短路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を内面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
内面反射パルスの路程長と内面側浸炭層反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さを測定し、
金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さの測定により、両探触子の間隔を初期間隔より広くし、
金属管の内面で反射して外面で再反射し、金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスを受信したときに、長路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を外面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
外面側浸炭層反射パルスの路程長と内面反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する。
【００３０】
したがって、この場合はベースになる測定方法と請求項２の測定方法とを組合わせた測定方法により、金属管の内面側及び外面側に発生した浸炭層の厚さを非破壊検査で正確に測定することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図１ないし図１０を参照して説明する。
図１は例えばＢＴＸ装置の加熱炉の鋼管等の金属管１の管軸方向（長手方向）の断面図であり、図中の２は金属管１の内面側に発生した浸炭層（内面側浸炭層）、３は金属管１の外面側に発生した浸炭層（外面側浸炭層）、４は浸炭層２，３間の金属管１の非浸炭層である。
【００３２】
５，６は金属管１の外面１′に管軸方向に間隔をとって設けられた超音波斜角探傷試験用の送信側探触子，受信側探触子である。
【００３３】
そして、金属管１の浸炭状況の検査（保守点検）はＢＴＸ装置の運転が停止等されて金属管１に熱が加わらないときに現地で実施される。
【００３４】
このとき、金属管１は加熱炉等に縦向き又は横向きに配設され、探触子５，６が１組の場合、図１に実線及び破線で示したように、探触子５，６の設置位置を金属管１の各検査部位の外面１′に順に移動して検査が行われる。
【００３５】
つぎに、具体的な検査について説明する。
まず、探触子５，６を用いた超音波Ｖ透過法の試験により、反射パルスと呼ばれる超音波の反射エコーの計測から、金属管１の内面側浸炭層２の検出及び厚さの測定を行う。
【００３６】
この場合、図１の一部の拡大図である図２に示すように、探触子５，６の間隔を、最初に、金属管１の内面１″で反射した超音波の反射パルス（内面反射パルスＶ0）の受信レベルが最大になる初期間隔Ｙ0に調整して設定する。
ところで、送信側探触子５は超音波を図２の屈折角θで出射する。
【００３７】
そして、この屈折角θは３０°，４５°，６０°，７０°等に適当に設定してよいが、いわゆるＵ字管等の場合も考慮して種々実験したところ、４５°にすることが汎用性等の面から最も好ましいことが判明した。
【００３８】
なお、検出及び測定を精度よく行うため、屈折角θはいわゆる公称屈折角でなく、予め実験等で測定した実測角である。
【００３９】
また、探触子５，６は図示省略された本体装置の制御，監視により、超音波の送受信が制御，監視される。
【００４０】
そして、その送受信結果に基づく本体装置のマイクロコンピュータ等の演算処理により、斜角探傷法のうちのタンデム法を変形した周知のＶ透過法で反射パルスを測定し、金属管１の音速及びその超音波の出射（送信）から受信までの時間計測等に基づき、例えば図２の矢印線に示す送信側探触子５から受信側探触子６に至るまでの超音波の伝播路の長さを、反射パルスの路程長として求める。
【００４１】
さらに、この路程長と受信レベルとの関係を示す図３のような波形のグラフを、モニタ表示器等に画面表示する。
【００４２】
図３は内面反射パルスＶ0の場合の画面表示を示し、路程長Ｌ0の１／２の往路又は復路の路程長をビーム路程長Ｗ0 とし、ビーム路程長を横軸，受信レベルを表わす任意単位のエコー高さ（％）を縦軸にして内面反射パルスＶ0 を画面表示したものである。
【００４３】
そして、送信側探触子５から出射された超音波は、実際には、内面１″だけでなく、浸炭層２，３と非浸炭層４との界面Ｆ1，Ｆ2でも反射するが、内面１″で反射した内面反射パルスＶ0 のレベルが他のパルスより著しく大きくなる。
【００４４】
そこで、初期間隔Ｙ0 に調整する場合、モニタ表示器の画面表示をみながら、受信ゲインを調整しつつ送信側探触子５，受信側探触子６のいずれか一方又は両方を、表示された最も大きい反射パルスが最大レベルになるように、すなわち図３のように内面反射パルスＶ0 が最も大きく表示されるように、近づく方向又は離れる方向に少しずつ移動して超音波の送受信をくり返し、位置決めする。
【００４５】
なお、図３においては内面反射パルスＶ0 の受信レベルが最大であることが分り易いように、最大レベルのときに１００％でなく、８０％になるように表示したものであり、この場合、他の反射パルスについてはレベルが小さく、画面には現れない。
【００４６】
つぎに、内面側浸炭層２が発生している場合、この浸炭層２とその外面側の非浸炭層４との界面Ｆ1 でも超音波が反射し、その反射パルス（短路程側の隣接反射パルスＶ1）の路程長Ｌ1は、図４からも明らかなように内面反射パルスＶ0 の路程長Ｌ0 より浸炭層２の厚さに相当する数ミリメートル程度の微小な長さだけ短くなる。
【００４７】
そこで、モニタ表示器の表示画面をみながら、受信ゲインを調整しつつ探触子５，６のいずれか一方又は両方を近づく方向に移動して両探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ0 から少しずつ狭くし、図５に示すように、表示画面の内面反射パルスＶ0の短路程側近傍に隣接反射パルスＶ1が明瞭に分離して出現し、反射パルスＶ1 が検出されるか否かを観察する。
【００４８】
なお、本発明の反射パルスＶ0，Ｖ1等は横波のパルスであるが、実際には横波のパルスの他に、縦波のパルス等の疑似エコーと呼ばれる反射パルスも発生し、これらの反射パルスもモニタ表示等に画面表示される場合がある。
【００４９】
しかし、横波の反射パルスＶ0，Ｖ1等と疑似エコーの反射パルスとは探触子５，６の間隔を変えたときの表示変化等から区別することができ、しかも、疑似エコーの反射パルスは反射パルスＶ1 より短路程側に群パルス状に発生する。
【００５０】
そこで、図５等にあっては、本発明を分り易くするため、疑似エコーの反射パルスは省略して表している。
【００５１】
そして、隣接反射パルスＶ1 が明瞭に分離して検出されると、この検出によって内面側浸炭層２の発生が検出される。
【００５２】
つぎに、本形態ではその厚さを検出するため、隣接反射パルスＶ1 が最大レベルになるように探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ0から狭くして間隔Ｙ1にする。
【００５３】
このとき、図２からも明らかなように、内面反射パルスＶ0の路程長Ｌ0の１／２をＷ0とすると、その余弦関数値Ｗ0・cosθが金属管１の内面１″から外面１′までの厚さｔ0になる。
【００５４】
さらに、図４からも明らかなように、隣接反射パルスＶ1の路程長Ｌ1の１／２をＷ1とすると、その余弦関数値Ｗ1・cosθが界面Ｆ1から外面までの厚さ（ｔ0−ｔ1）になる。
【００５５】
したがって、内面側浸炭層２の厚さｔ1 は、路程長Ｌ0，Ｌ1の差の１／２に屈折角θの余弦関数値cosθの係数Ｋを乗算するつぎの数１の式から求められて測定される。
【００５６】
【数１】
ｔ1＝（（Ｌ0−Ｌ1）／２）・Ｋ＝（Ｗ0−Ｗ1）・cosθ
【００５７】
そして、金属管１の端面を示した図６の内面側浸炭層２の厚さｔ1 につき、数１の式から求めた測定値の精度を確かめたところ、実際に切断して確認した値（検証厚）と、数１の式から求めた値（測定厚）とにつき、図７の各○印の結果が得られた。
【００５８】
この図７によると、例えば実測の検証厚０．５mmに対して数１の式から求めた測定厚はその＋０．３mm〜−０．２mmの範囲になり、誤差が少なく、数１の式から金属管１の内面側浸炭層２の厚さｔ1 を非破壊試験で精度よく求めて測定できることが確かめられた。
【００５９】
つぎに、探触子５，６を用いた金属管１の外面側浸炭層３の検出及び厚さの測定について説明する。
【００６０】
ところで、金属管１等にあっては、管内の高温流体の通流によって浸炭層が内面側に発生し、加熱炉管等の管外から熱が加わるものについては、内面側だけでなく、外面側にも浸炭層（外面側浸炭層３）が発生する。
【００６１】
そして、この外面側浸炭層３の有無を検出する場合も、最初に内面反射パルスＶ0の受信に基づき、探触子５，６の設置間隔を初期間隔Ｙ0に設定する。
【００６２】
つぎに、外面側浸炭層３が発生している場合、探触子５から出射された超音波は、図８に示すように一部は外面側浸炭層３と非浸炭層４との界面Ｆ2 ，非浸炭層４と内面側浸炭層２との界面Ｆ1 で反射するが、大部分は金属管１の内面１″で反射する。
【００６３】
そして、界面Ｆ２で反射した超音波は金属管１の外面１′で再反射し、その後、界面Ｆ２での反射と外面１′での反射とをくり返し、探触子６に到達するまでに著しく減衰する。
【００６４】
また、界面Ｆ1で反射した超音波（内面側浸炭層反射パルスＶ1）は外面１′の内面反射パルスＶ0の到達点より探触子５に近い地点で受信される。
【００６５】
一方、内面１″で反射した超音波は内面反射パルスＶ０であることから他の反射パルスより著しく大きく、この内面反射パルスＶ０が外面１′で再反射して界面Ｆ２で再々反射すると、内面１″の内面反射パルスＶ０の到達点より外面側浸炭層３の厚さに応じた路程（距離）離れた地点で十分な大きさの反射パルスとして受信することができる。
【００６６】
そして、この反射パルスが内面反射パルスＶ0 の長路程側の隣接反射パルスＶ2であり、探触子５，６を初期間隔Ｙ0 に設置した後、モニタ表示器の表示画面をみながら、受信ゲインを調整しつつ探触子５，６のいずれか一方又は両方を離れる方向に移動して両探触子５，６の間隔を初期間隔から少しずつ広くし、図９に示すように、モニタ表示器の表示画面の内面反射パルスＶ0 の長路程側近傍に隣接反射パルスＶ2が明瞭に分離して出現し、反射パルスＶ2が検出されるか否かを観察する。
【００６７】
そして、隣接反射パルスＶ2 が明瞭に分離して検出されることにより、外面側浸炭層３の発生が検出される。
【００６８】
つぎに、外面側浸炭層３の厚さを検出するため、隣接反射パルスＶ2 が最も大きく受信されるように、探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ0から広くして間隔Ｙ2にする。
【００６９】
このとき、隣接反射パルスＶ２の出射から受信までの全路程長Ｌ２は、図８からも明らかなように、内面反射パルスＶ０の路程長Ｌ０（＝２・Ｗ０＝２・Ｗ２ａ）に、外面１′で再反射して界面Ｆ２で再々反射する路程長２・Ｗ２ｂを加算した長さＬ０＋２・Ｗ２ｂ（＝２（Ｗ２ａ＋Ｗ２ｂ））になる。
【００７０】
そして、金属管１の厚さｔ0は（Ｌ0／２）・cosθ（＝Ｗ0・cosθ＝Ｗ2a・cosθ）であり、外面側浸炭層３の厚さｔ2は（２・Ｗ2b／２）・cosθ（＝Ｗ2b・cosθ）である。，
【００７１】
そのため、外面側浸炭層３の厚さｔ2 は、路程長Ｌ2，Ｌ1の差の１／２に係数Ｋ（＝cosθ）を乗算するつぎの数２の式から求められて測定される。
【００７２】
【数２】
ｔ2＝（（Ｌ2−Ｌ0）／２）・Ｋ＝（Ｗ2−Ｗ0）・cosθ＝Ｗ2b・cosθ
【００７３】
そして、図６の外面側浸炭層３の厚さｔ2 につき、数２の式から求めた測定値の精度を確かめたところ、図７と同様の図１０の結果が得られ、この図１０から明らかなように、数２の式から外面側浸炭層３の厚さｔ2 を精度よく求めて測定できる。
【００７４】
したがって、探触子５，６を用いた超音波Ｖ透過法の試験により、金属管１の内面側浸炭層２，外面側浸炭層３の発生の検出及びその厚さの測定が、金属管１を切断，研削等することなく確実に精度よく行える。
【００７５】
そして、従来の電磁誘導式の浸炭計を用いた場合のような金属管１の材質や内面形状等による制限がなく、磁性管，非磁性管を問わず、どのような金属管であっても、現場での非破壊試験で精度よく、しかも、経済的に効率よく浸炭層２，４の発生を検出し、その厚さを測定することができる。
【００７６】
なお、浸炭層の有無が表示画面から容易に分かり、しかも、その厚さが数１，数２の式から簡単に求められるため、浸炭層２，３の検出や厚さの測定に超音波の反射エコーについての高度の熟練等を要しない利点もある。
【００７７】
ところで、金属管によっては内面側浸炭層２又は外面側浸炭層３についてのみ、浸炭層の発生の検出又はこの検出とその厚さの測定を行うようにしてもよい。また、探触子５，６を複数組用いて複数の金属管の検出，測定又は１本の金属管の複数個所の検出，測定を一度に行うようにしてもよい。
【００７８】
さらに、探触子５，６が送受する超音波の屈折角θは４５°に限られるものでなく、３０°，４５°，６０°，７０°等の種々の角度であっても、同様に適用できるのは勿論である。
【００７９】
そして、本発明は熱が加わる種々の金属管の浸炭層の発生の検出及びその厚さの測定に適用できる。
【００８０】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、ベースになる検出方法の場合は、最初に受信側又は送信側の探触子６，５を、金属管１の内面１″の内面反射パルスＶ０の受信レベルが最大になる位置に移動し、両探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ０に設定すると、受信側探触子６が内面反射パルスＶ０の受信点（到達点）に位置し、つぎに受信側又は送信側の探触子６，５をその間隔が狭くなるように移動すると、内面側に浸炭層２が発生し、この層２とその外面側の非浸炭層４との界面Ｆ１での反射パルスがあるときに、この反射パルスを内面反射パルスＶ０の短路程側の隣接反射パルスＶ１として受信側探触子６で受信することができる。
【００８１】
そして、この短路程側の隣接反射パルスＶ1 の受信により、金属管１の内面側に浸炭層２が発生していることを、切断，研削等することなく、現場の非破壊試験で検出することができ、この場合、金属管１が磁性管や内径が不均一な管等であっても、確実に内面側の浸炭層２の発生を検出して浸炭状況を把握することができる。
【００８２】
また、ベースになる測定方法の場合は、内面側の浸炭層２の検出時、反射パルスＶ０，Ｖ１の路程長Ｌ０，Ｌ１の差の１／２（Ｗ０−Ｗ１）に屈折角θの余弦関数値の係数を乗算した長さ（Ｗ０−Ｗ１）ｃｏｓθから金属管１の浸炭層２の厚さｔ１ を求めて測定することができ、このとき、金属管１が非磁性管等であっても正確に内面側の浸炭層２の厚さを測定して浸炭状況を一層正確に把握することができ、その結果に基づいて管の取換え等の必要な補修等を適切に行うことができる。
【００８３】
そして、請求項１の検出方法の場合は、探触子５，６の間隔を初期間隔Ｙ０に設定した後、受信側又は送信側の探触子６，５をその間隔が広くなるように移動すると、外面側に浸炭層３が発生しているときに、金属管１の内面１″で一旦反射し、外面１′で再反射した後、浸炭層３とその内面側の非浸炭層４との界面Ｆ２で再々反射した超音波の反射パルスが内面反射パルスＶ０の長路程側の隣接反射パルスＶ２として受信側探触子６で受信することができる。
【００８４】
したがって、この長路程側の隣接反射パルスＶ2 の受信により、金属管１の外面側に浸炭層３が発生していることを切断，研削等することなく、現場の非破壊試験で検出することができ、この場合、金属管１が磁性管や内径が不均一な管であっても、確実に外面側の浸炭層３の発生を検出して浸炭状況を把握することができる。
【００８５】
また、請求項２の測定方法の場合は、外面側の浸炭層３の検出時、長路程側の隣接反射パルスＶ２と内面反射パルスＶ０との路程長Ｌ２，Ｌ０の差の１／２（（Ｗ２−Ｗ０）に屈折角θの余弦関数値の係数を乗算した長さ（Ｗ２−Ｗ０）ｃｏｓθから金属管１の外面側の浸炭層３の厚さｔ２を求めて測定することができ、このとき、金属管１が非磁性管等であっても正確に外面側の浸炭層３の厚さを測定して浸炭状況を一層正確に把握することができる。
【００８６】
つぎに、請求項３の検出方法の場合は、ベースになる検出方法と請求項１の検出方法とを組合わせた検出方法により、金属管１の内面側及び外面側の浸炭層２，３の発生を現場の非破壊試験で確実に検出して浸炭状況を把握することができる。
【００８７】
また、請求項４の測定方法の場合は、ベースになる測定方法と請求項２の測定方法とを組合わせた測定方法により、金属管１の内面側及び外面側に発生した浸炭層２，３の厚さｔ１，ｔ２を非破壊試験で正確に測定して内面側及び外面側の浸炭状況を一層正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態の金属管の管軸方向の切断面図である。
【図２】図１の金属管の内面反射パルスの反射の説明図である。
【図３】図２の内面反射パルスの受信波形の説明図である。
【図４】図１の金属管の内面側浸炭層反射パルスの反射の説明図である。
【図５】図４の内面側浸炭層反射パルスの受信波形図である。
【図６】図１の金属管の端面図である。
【図７】図１の金属管の内面側浸炭層の厚さの測定結果の１例の説明図である。
【図８】図１の金属管の外面側浸炭層反射パルスの反射の説明図である。
【図９】図８の外面側浸炭層反射パルスの受信波形図である。
【図１０】図１の金属管の外面側浸炭層の厚さの測定結果の１例の説明図である。
【符号の説明】
１ 金属管
１′ 外面
１″ 内面
２ 内面側浸炭層
３ 外面側浸炭層
５ 送信側探触子
６ 受信側探触子
Ｆ1，Ｆ2 界面
Ｌ0，Ｌ1，Ｌ2 路程長
Ｖ0 内面反射パルス
Ｖ1 内面側浸炭層反射パルス
Ｖ2 外面側浸炭層反射パルス
Ｙ0 初期間隔
ｔ0，ｔ1，ｔ2 厚さ
θ 屈折角
Claims (4)
- 加熱炉，反応塔の配管等の熱が加わる金属管の外面側の浸炭層の発生を検出する浸炭層の検出方法において、
前記金属管の外面に間隔をとって超音波斜角探傷試験用の送信側探触子と受信側探触子とを設け、
超音波Ｖ透過法の試験により、前記送信側探触子から出射されて前記金属管の管面等で反射し、前記受信側探触子に反射パルスとして受信された超音波の受信レベル及び路程長を測定し、
前記受信側探触子が受信した反射パルスのうちの前記金属管の内面で反射した最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になるように、前記両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
前記両探触子の間隔を前記初期間隔から広くし、
前記金属管の内面で反射して外面で再反射し、前記金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した前記内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
前記長路程側の隣接反射パルスの受信により、前記金属管の外面側の浸炭層の発生を検出する
ことを特徴とする浸炭層の検出方法。 - 加熱炉，反応塔の配管等の熱が加わる金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する浸炭層の厚さの測定方法において、
前記金属管の外側面に間隔をとって超音波斜角探傷試験用の送信側探触子と受信側探触子とを設け、
超音波Ｖ透過法の試験により、前記送信側探触子から出射されて前記金属管の管面等で反射し、前記受信側探触子に反射パルスとして受信された超音波の受信レベル及び路程長を測定し、
前記受信側探触子が受信した反射パルスのうちの前記金属管の内面で反射した最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になるように、前記両探触子の間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
前記両探触子の間隔を前記初期間隔から広くし、
前記金属管の内面で反射して外面で再反射し、前記金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した前記内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスを受信したときに、前記長路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を外面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
前記外面側浸炭層反射パルスの路程長と前記内面反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して前記金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する
ことを特徴とする浸炭層の厚さの測定方法。 - 加熱炉，反応塔の配管等の熱が加わる金属管の内面側及び外面側の浸炭層の発生を検出する浸炭層の検出方法において、
前記金属管の外面に間隔をとって超音波斜角探傷試験用の送信側探触子と受信側探触子とを設け、
超音波Ｖ透過法の試験により、前記送信側探触子から出射されて前記金属管の管面等で反射し、前記受信側探触子に反射パルスとして受信された超音波の受信レベル及び路程長を測定し、
前記受信側探触子が受信した反射パルスのうちの前記金属管の内面で反射した最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になるように、前記両探触子の間隔を初期間隔に設定した後、
前記金属管の内面側の浸炭層の発生の検出により、前記両探触子の間隔を前記初期間隔から狭くし、
前記金属管の内面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した前記内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
前記短路程側の隣接反射パルスの受信により、前記金属管の内面側の浸炭層の発生を検出し、
前記金属管の外面側の浸炭層の発生の検出により、前記両探触子の間隔を前記初期間隔から広くし、
前記金属管の内面で反射して外面で再反射し、前記金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した前記内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスの受信の有無を検出し、
前記長路程側の隣接反射パルスの受信により、前記金属管の外面側の浸炭層の発生を検出する
ことを特徴とする浸炭層の検出方法。 - 加熱炉，反応塔の配管等の熱が加わる金属管の内面側及び外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する浸炭層の厚さの測定方法において、
前記金属管の外面に間隔をとって超音波斜角探傷試験用の送信側探触子と受信側探触子とを設け、
超音波Ｖ透過法の試験により、前記送信側探触子から出射されて前記金属管の管面等で反射し、前記受信側探触子に反射パルスとして受信された超音波の受信レベル及び路程長を測定し、
前記受信側探触子が受信した反射パルスのうちの前記金属管の内面で反射した最も大きい内面反射パルスの受信レベルが最大になるように、前記両探触子の間隔を初期間隔にして内面反射パルスの路程長を求めた後、
前記金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さの測定により、前記両探触子の間隔を前記初期間隔より狭くし、
前記金属管の内面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の外面側の非浸炭層との界面で反射した前記内面反射パルスの短路程側の隣接反射パルスを受信したときに、前記短路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を内面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
前記内面反射パルスの路程長と前記内面側浸炭層反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して前記金属管の内面側に発生した浸炭層の厚さを測定し、
前記金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さの測定により、前記両探触子の間隔を前記初期間隔より広くし、
前記金属管の内面で反射して外面で再反射し、前記金属管の外面側の浸炭層と，該浸炭層より前記金属管の内面側の非浸炭層との界面で再々反射した前記内面反射パルスの長路程側の隣接反射パルスを受信したときに、前記長路程側の隣接反射パルスの受信レベルが最も大きくなる路程長を外面側浸炭層反射パルスの路程長として求め、
前記外面側浸炭層反射パルスの路程長と前記内面反射パルスの路程長との差の１／２に超音波の屈折角の余弦関数値の係数を乗算して前記金属管の外面側に発生した浸炭層の厚さを測定する
ことを特徴とする浸炭層の厚さの測定方法。
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