JP4378019B2

JP4378019B2 - 超音波による金属の材質劣化検出方法

Info

Publication number: JP4378019B2
Application number: JP2000060068A
Authority: JP
Inventors: 雅弘西川; 保夫黒住
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2009-12-02
Anticipated expiration: 2020-03-06
Also published as: JP2001249118A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属の材質劣化検査方法の改良に関するものであり、主として炭素鋼やステンレス鋼等の熱時効による材質劣化や機械的応力の印加による材質劣化、中性子照射等による材質劣化等の検出に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
金属、特にステンレス鋼は、その優れた耐食性や耐錆性の故に多くの分野で広く利用されている。その中でも所謂オーステナイト系ステンレス鋳鋼は耐食性、強度、溶接性等に特に優れているため、化学プラントや原子力発電プラント等において広く用いられている。
ところで、オーステナイト系ステンレス鋳鋼は、冶金学的には約１０〜２０％のα相と約９０〜８０％のγ相の二相から形成されており、α相は約０．１ｍｍの間隔でγ相内に分布している。そして、３００℃以上の高温中に数百時間以上保持すると、所謂熱時効により前記α相内で硬度の上昇や衝撃値の低下が発生し、ステンレス鋼としての材質が大きく変化する。
尚、このような材質の変化は、オーステナイト系ステンレス鋳鋼の場合だけでなく、炭素鋼等の金属材に共通して見られる現象であり、且つ熱時効のケースのみならずに加圧力等の機械的応力を長期に亘って印加した場合や中性子照射等の場合にも生ずる。
【０００３】
ところで、金属の内部に生じた欠陥や材質劣化等の検出方法として、これ迄に超音波を用いた各種の方法が開発されている。
しかし、ステンレス鋼、特にオーステナイト系ステンレス鋳鋼は結晶粒が粗大であるうえ、その大きさも不均一であり、しかも結晶異方性を有している。そのため、オーステナイト系ステンレス鋳鋼内を通過する超音波ビームは粗大結晶粒によって著しく散乱される。その結果、超音波ビームの減衰やバックグランドノイズとしてのエコーを生ずることになり、ＳＮ比の低下を来たして材料欠陥の検出性能を低下させる。
【０００４】
また、結晶異方性の方は材料の音響異方性を引き起し、通過する超音波ビームのゆがみ（スキュー）や通過方向によって音速が変動することになり、材料欠陥や材質劣化が生じている位置の検出精度が低下する。
更に、超音波発信用探触子の取り付け面と金属外表面との間の伝達効率を高めるために接触媒質を使用する必要があり、検査の実施に多くの手数と時間と費用を必要とする。
【０００５】
一方、上述の如き超音波を用いた金属の材質劣化検査に於ける各問題を解決するものとして、本願発明者は先きに図１１に示すような超音波受信用の電磁探触子２と受信用の磁気マイクロプローブ３を用いたステンレス鋼の材質劣化検査方法を開発し、これを特願平１０−３６３４５３号として公開している。
即ち、この発明は、▲１▼磁場を有する被検査体１の表層内を電磁探触子２から発信した超音波を伝播させ、当該伝播する超音波のエネルギーを用いて被検査体１の表層を振動させる。被検査体１の表層が振動すると、被検査体の表層の前記磁場が変動するので、この磁場の変動を被検査体１の表面に配設した少なくとも０．５μｍの分解能を有する磁気マイクロプローブ３を用いて検出する。▲３▼そして、検出した磁場の変動の状態から、被検査体１の材質劣化を判定するものである。尚、図１１に於いて７・８は磁気マイクロプローブ３に設けた磁極、４はプリアンプ、５はアンプ、６はディスプレイである。
【０００６】
例えばオーステナイト系ステンレス鋳鋼の被検査体１の場合、その表層が超音波エネルギーによって振動すると、組織を形成する幅１０μｍ程度で材料中に分布するα相（フェライト相・約１０〜２０％の割合でランダムに混在）も振動する。その結果、α相の粒界近傍の磁場は、α相が磁場内で振動することにより生じた誘導電流の磁場によって乱され、強弱のある不均一な磁場となる。
この被検査体１の表層の振動により生じたα相近傍の磁場の変動は、図１２の曲線Ａのような形状になるものと想定され、被検査体１の矢印イーロ方向の振動に対しては、α相とγ相との粒界付近で磁場のピーク値Ｐ₁、Ｐ₂を持つ変動になる。
【０００７】
変動する磁場のピークＰ₁、Ｐ₂は、０．５μｍのギャップＧを有する磁気マイクロプローブ（即ち、０．５μｍの空間分離能を有する磁気マイクロプローブ）３によって検出され、プリアンプ４、アンプ５を通してディスプレイ６等に表示若しくは記録される。
尚、磁気マイクロプローブ３は、被検査体１の表面を適宜の速度でスキャンニングするが、材質に変化が無ければ、スキャンニング中の各α相の粒界近傍に於ける磁場変動の大きさ（即ちピーク値Ｐ₁、Ｐ₂の大きさ）は、ほぼ近似した大きさとなる。
【０００８】
一方、オーステナイト系ステンレス鋳鋼を構成する組織の一つであるα相は、３００℃以上の温度下に５００時間以上保持すると所謂熱時効によってその材質が変化する。具体的には、熱時効によってα相が硬化（弾性常数が増加）して超音波の伝播特性が変化する。また、その磁気特性も変化する。
熱時効によってα相の磁気特性に変化が生じると、α相の振動によるα相粒界近傍の磁場変動の状態も変わる。具体的には、磁場の変動曲線が図１２の曲線Ｂ或いは曲線Ｃのような形状になり、ピーク値Ｐ₁′、Ｐ₂′或いはＰ₁″、Ｐ₂″が熱時効による材質の変化が無い場合の曲線Ａのピーク値Ｐ₁、Ｐ₂に比較して変化する。
【０００９】
磁気マイクロプローブ３によって検出されたα相の粒界近傍の磁場変動（ピーク値Ｐ₁′、Ｐ₂′或いはＰ₁″、Ｐ₂″は、ディスプレイ６やこれに接続されたコンピュータ（図示省略）等へ表示並びに記録され、この磁場の変動量が設定範囲外の大きさになれば、材料に変質（材質劣化）が生じていると判断される。また、被検査体１の表面の所定の範囲内をスキャンニングして材料変質の有・無の分布を求めることにより、被検査体１の材料変質（材質劣化）を起こしている範囲が特定できる。
【００１０】
図１３は、被検査体１としてオーステナイト系ステンレス鋳鋼（厚さ２５ｍｍ、外形１００ｍｍ×２００ｍｍ、４００℃・２０００Ｈｒの熱時効を印加）を、電磁探触子２として波長λ＝約０．５ＭＨＺのＳＨ波を発信するものを、磁気マイクロプローブ３として分解能（ギャップＧ）が約０．５μｍの磁気マイクロプローブを夫々使用し、磁気マイクロプローブ３と電磁接触子２の間隔Ｌを１００ｍｍとしたときの磁気マイクロプローブ３の検出信号をオッシレータで測定したものである。尚、曲線Ｂはプローブ３に磁極７・８を設けず且つ被検査体１に残留磁気がある場合、また曲線Ｃはプローブ３に磁極７・８を設け且つ被検査体１に残留磁気がある場合を示す。また、曲線Ａは残留磁気及び磁極７・８が無い場合である。
【００１１】
上記先出願に係る金属の材質劣化検査方法は磁気マイクロプローブ３の検出信号の振幅の対比から材質劣化を比較的容易に検出することができ、優れた実用的効用を有するものである。
しかし、この材質劣化検査方法にも実用化を図る上で多くの問題点が残されている。
例えば、図１３の曲線Ｂ及びＣからも明らかなように、反射超音波等の影響によって磁気マイクロプローブ３の検出信号は、同一地点であっても時間の経過と共に大きく変動する。また、変動の起き方そのものもランダムであって、相互の間に規則性が全く見られない。従って、現実の測定に於いては、検出信号の最初の変動範囲Ｓ（図１３の曲線Ｃの４０μｓ〜５０μｓの間）の平均値を求め、この平均値と、予かじめ熱時効のない同一の被検査体について同じ超音波入力等の条件下で測定した検出信号の最初の変動範囲の平均値とを対比し、これによって材質劣化の有無を判定するようにしている。
【００１２】
しかし、前記最初の変動範囲Ｓの平均値がそれより後の変動範囲Ｓ′、Ｓ″（図１３の７０ｕｓ以降）の平均値と大きく異なる場合が屡々あり、判断基準とする最初の変動範囲Ｓの検出値のそのものの信頼性が低い。そのため、高精度な材質劣化の判断ができず、判断結果に対する信頼性に欠けると云う難点がある。
【００１３】
同様に、図１３の曲線Ｂ及び曲線Ｃの矢印Ｂ′、Ｃ′からも明らかなように、検出信号の振幅の変化が比較的ゆっくりとしているため、超音波の伝播速度の変化を正確に検出することが困難となる。その結果、伝播速度の変化率から材質劣化を検出する場合であっても、検出精度が極めて低いと云う問題がある。
【００１４】
更に、磁気マイクロプローブ３の分解能とも関係するが、熱時効の無い被検査体であるにも拘わらず、最初の変動範囲Ｓに該当する検出値が相当大きくなることが屡々あり、熱時効の比較的軽い被検査体の場合には、検出値に殆んど差異が出て来ない。
即ち、被検査体１に相当量の熱時効が加わえられない限り、磁気マイクロプローブ３による検出値の振幅に明確な差異が出ず、結果として初期段階での材質劣化の検出が出来ないと云う問題がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする問題点】
本発明は、先きに開発をした超音波を用いた金属の材質劣化検出に於ける上述の如き問題、即ち、▲１▼磁気マイクロプローブによる伝播して来た超音波の検出値の信頼性が低いため、材質劣化の判断結果に対する信頼性が低いこと、及び▲２▼材質劣化の初期段階に於いて、これを検出することが困難なこと等の問題を解決せんとするものであり、熱時効等を加える前及び後の被検査体について、電磁マイクロプローブにより検出した検出信号の振幅そのものの対比から材質劣化を判断したり、或いは振幅の変動から検出した超音波の伝播速度の変化から材質劣化を判断するのではなく、両検出信号間の位相のづれから検出した位相差の変動率（即ち、伝播速度の変動率）を対比することにより、より正確に金属の材質劣化を検出できるようにした材質劣化検出方法を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、金属の外表面の所定位置に超音波送信プローブを配設すると共に当該位置より所定距離だけ離れた位置に超音波受信プローブを配設し、前記送信プローブから発信され金属内部を伝播して来た超音波を受信プローブにより検出すると共に受信プローブからの検出信号を記録し、次に、所定時間が経過したあと、前記金属材料の外表面の所定位置に超音波送信プローブを、またこれにより所定距離だけ離れた位置に超音波受信プローブを夫々配設し、前記送信プローブから最初の場合と同じ超音波を発信して金属内部に伝播させると共に、伝播して来た超音波を最初の場合と同じ受信条件下で受信プローブにより検出し、当該受信プローブからの検出信号と前記記録した検出信号とを対比して両検出信号間の位相差Δｔを検出すると共に当該位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔを演算し、前記位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔ（超音波の音速変化率）に基づいて金属の材質劣化を検知することを発明の基本構成とするものである。
【００１７】
請求項２の発明は、請求項１の発明に於いて、送信プローブ及び受信プローブを電磁超音波接触子から成るプローブとしたものである。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明に於いて、送信プローブから送信する超音波を表面ＳＨ波としたものである。
【００１９】
請求項４の発明は、請求項１の発明に於いて、所定時間が経過した後の超音波伝播特性の測定を最初の場合の送信プローブ及び受信プローブと実質的に同一のプローブを用いて行なうようにしたものである。
【００２０】
請求項５の発明は、請求項１、請求項３又は請求項４の発明に於いて、送信プローブを圧電接触子から成る送信プローブとしたものである。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１、請求項３、請求項４又は請求項５の発明に於いて、受信プローブを電磁マイクロプローブとしたものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の機器配置の概要を示す説明図であり、送信プローブ１０及び受信プローブ１１を電磁探触子とした場合を示すものである。
図１に於いて、１は被検査体、１０は送信プローブ、１１は受信プローブ、１２は任意波形発生器、１３はパワーアンプ、１４は受信アンプ、１５はオッシロスコープ、１６はパソコンである。
【００２３】
被検査体１には、オーステナイト系ステンレス鋳鋼製の厚板（厚さｈ＝３０ｍｍ、横幅ｗ＝８５ｍｍ、長さｍ＝２００ｍｍ）が用いられており、その外表面は平滑面に仕上げられている。
また、被検査体１には、同一の材質及び外形寸法のものがセットで準備されており、一方の被検査体１ｂには予かじめ４００℃×５００Ｈｒの熱時効が加えられているが、他方の被検査体１ａには熱時効が全く加えられていない。
更に、本実施形態に於いては、被検査体１としてオーステナイト系ステンレス鋳鋼を使用しているが、硬化やぜい化等の材質劣化が一様に（若しくは均一に）起るものであれば、如何なる金属であってもよい。
【００２４】
前記送信プローブ１０及び受信プローブ１１には、前述の通り公知の電磁探触子が使用されている。図２は本発明で使用する電磁探触子の斜視図であり、複数の永久磁石２ａを磁極を相互に反転させながら組み合わせ、その上面にコイル２ｂを蛇行して構成されている。間隔ｄは磁極の反復単位を与え、２本の同極磁石間の間隔である。磁石の本数は任意に選択でき、最終的に、横Ｗ＝２０ｍｍ、縦Ｋ＝１２ｍｍ、高さＨ＝３０ｍｍのサイズに構成される。
【００２５】
図３は電磁探触子の発信機構の説明図である。本図では、図２に示す電磁探触子が逆転して被検査体１の近傍に非接触に配置されている。
コイル２ｂに高周波電流（例えば７００〜２０００ＫＨＺ）を記号方向に流すと、被検査体１内に図示方向に渦電流が流れる。この渦電流は磁石２ａの磁力線Ｍと相互作用して、実線矢印方向にローレンツ力Ｆが作用する。このローレンツ力Ｆが被検査体１に超音波を生起し、高周波電流の周波数と同じ振動数の超音波が発生する。
【００２６】
このようにして発生した超音波はＳＨ波（ＳｈｅａＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＷａｖｅ）である。発生する超音波は被検査体１の表層部を伝播する必要性から表面ＳＨ波が選ばれる。また、電磁探触子は被検査体１と非接触であっても近接さえしていれば、超音波を被検査体１に伝達することができる。
更に、発生する超音波の波長をλ、超音波の入射角をθ、１組の永久磁石の厚さをＤとすると、λ＝Ｄｓｉｎθの関係にある超音波のＳＨ波（ＳｈｅａＨｏｒｉｚｏｎｔａｌＷａｖｅ）を発生することができる。
尚、本実施形態では、図２の如き構成のＳＨ波を発生する電磁探触子を用いているが、本発明で使用する電磁探触子は如何なる構成のものであってもよく、また、発生する超音波も横波・縦波の何れであってもよい。
【００２７】
電磁探触子の受信機構は、前記発信機構の場合と逆くであり、超音波の伝播により被検査体１の表層部が振動すると、永久磁石２ａの磁力線Ｍとの相互作用によって被検査体１にうづ電流が流れる。このうず電流により起生した磁界がコイル２ｂと鎖交することにより、コイル２ｂに超音波の振動数と同じ周波数の高周波電圧が誘起される。
尚、上記電磁探触子そのものは、既に公知であり、従ってその詳細説明は省略する。
同様に、任意波形発生器１２、パワアンプ１３、受信アンプ１４、オッシロスコープ１５及びパソコン１６等も既に公知であるため、その説明は省略する。
【００２８】
次に、本発明を用いた金属の材質劣化検査方法について説明する。図１を参照して、先ず熱時効等を加えていない方の被検査体１ａの表面（検査面）を清浄面とし、その後、電磁探触子から成る送信用プローブ１０と受信プローブ１１とを適宜の間隔例えばＬ＝５０ｍｍ〜３００ｍｍ程度離して被検査体１上にセットする。
各機器のセッチングが終ると、任意波形発生器１２、パワーアンプ１３、受信アンプ１４、オシロスコープ１５及びパソコン１６の設定並びに調整を行ない、送信プローブ１０を作動させる。これにより、送信プローブ１０からは、周波数が０．５ＭＨＺ〜２ＭＨＺ（本実施形態の場合１．５ＭＨＺ）の超音波の表面ＳＨ波（波長λは約６ｍｍ〜１．５ｍｍ）Ｓが被検査体１の表面に沿って発信される。
上記発信された超音波の表面ＳＨ波Ｓは、被検査体１の表面から波長λの約１／２程度の寸法（即ち、約２〜３ｍｍ程度）の深さまで浸透し、被検査体１の表層内を進行する。
【００２９】
超音波の表面ＳＨ波が被検査体１の表層内を進行すると、表面ＳＨ波Ｓの有するエネルギーによって被検査体１の表層が振動し、表面ＳＨ波Ｓが受信プローブ１１へ到達すると、受信プローブ１１により検出される。
また、受信プローブ１１からの検出信号は、受信アンプ１４で増幅されたあとオッシロスコープ１５へ入力されると共に、ディジタル化されてパソコン１６へ入力され、ここに記憶される。尚、受信プローブ１１による検出時間は極く短時間（例えば１００〜２００μｓｅｃ）でよい。
【００３０】
上記被検査体１ａについてのデータの読み取りが終れば、この被検査体に所定の熱時効を加える。これを被検査体１ｂとし、この熱時効を加えた被検査体１ｂに前記送信プローブ１０及び受信プローブ１１をセットする。
この場合、両送信プローブ１０及び受信プローブ１１は先きに検査をした被検査体１１ａの場合と全く同じ位置関係となるようにセットされる。即ち、両プローブ１０・１１間の距離Ｌは勿論のこと、横幅ｗ方向の位置関係及び長さｍ方向の位置関係も、全く前者の被検査体１ａの場合と同一になるようにセットする。
【００３１】
その後、任意波形発生器１２、パワーアンプ１３、受信アンプ１４、オシロスコープ１５並びにパソコン１６の設定並びに調整を行ない、送信プローブ１０及び受信プローブ１１を前回の被検査体１ａの場合と全く同じ条件下で作動をさせる。即ち、任意波形発生器１２、パワーアンプ１３、受信アンプ及びオシロスコープ１５等を先きに測定をした被検査体１ａの場合と同じ条件下に設定し、受信プローブ１１により被検査体１１ｂ内を伝播して来た超音波の表面ＳＨ波を検出し、その検出波形をオシロスコープ１５に表示させると共に、当該検出信号をディジタル信号化してマイコン１６に取り込む。
【００３２】
前記被検査体１ｂに対する超音波表面ＳＨ波の伝播特性の測定が終れば、先きに行なった熱時効等を加えていない被検査体１ａについての伝播特性の測定データと、熱時効等を加えた被検査体１ｂに対する伝播特性の測定データとを対比し、両伝播特性間の位相差Δｔを検出すると共に、当該位相差Δｔの変化率（即ち、音速変化率Δｔ／Ｔ）を求め、この音速変化率の大きさから被検査体１ｂの熱時効等の印加による材質劣化のレベルを判断する。
【００３３】
尚、図１の実施態様に於いては、熱時効を加えた被検査体１ｂに対する超音波伝播特性の測定を全て完了した後に、当該検出データと先きに測定をした新たな被検査体１ａに対する検出データとを対比するようにしているが、受信プローブ１１からの被検査体１ｂに対する検出信号を入力しつつ、前記被検査体１ａに対する検出データと逐次的に対比するようにしてもよい。
また、本実施形態では、送信プローブ１０からの出力波形を、任意波形発生器１２の調整により正弦波に近い波形となるようにしている。電磁接触子に於いては、電磁接触子の有するフィルター作用により正弦波波形の超音波の方がより高精度な受信ができるからである。
【００３４】
図４は、前記図１の方法により測定した被検査体１ａと被検査体１ｂに配置した受信プローブ１１からの検出信号を示すものであり、図５は図４の囲い部分（Ｂの部分）の拡大図である。
尚、図４に於いて、曲線Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃…Ａ₉は夫々発信プローブ１０と受信プローブ１１間の距離Ｌを５０ｍｍ、６０ｍｍ、７０ｍｍ…１３０ｍｍとした場合の受信プローブ１０の検出信号を示すものである。
また、被検査体１ａ、１ｂは厚さｈ＝３０ｍｍ、横幅ｗ＝８５ｍｍ、長さｍ＝２００ｍｍのオーステナイト系ステンレス鋳鋼から成る厚板であり、被検査体１ａには熱時効が印加されていないが、被検査体１ｂには４００℃×５００Ｈｒの熱時効が加えられている。
更に、発信プローブ１０からは０．５ＭＨＺの超音波表面ＳＨ波が発信されている。
【００３５】
図４に於いては、被検査体１ａに対する検出信号Ｋａと被検査体１ｂに対する検出信号Ｋｂとがほぼ重なっており、各曲線Ａ₁、Ａ₂、Ａ₃…Ａ₉は一本の太線のように見えるが、実際は、図５に示すように両検出信号Ｋａ、Ｋｂの間にΔｔだけの位相差があり、熱時効を加えた方の被検査体１ｂに対する出力波形Ｋｂの方が、Δｔだけ進み位相となり、音速が速くなる。
また、この位相差Δｔの大きさは、時間Ｔの経過と共に増大する。
【００３６】
尚、図５では、図４のＢ部のみを拡大しているが、図４のＣ部かＤ部に於いても位相差Δｔ′が生じており、発信プローブ１０と受信プローブ１１間の距離Ｌが変っても、加えられた熱時効のレベルが同じであれば、前記位相差の変化率Δｔ／Ｔはほぼ同じ値になる。
【００３７】
また、発信プローブ１０及び受信プローブ１１と被検査体１ａ（又は被検査体１ｂ）との相対的な位置関係は、前述の通り各被検査体１ａ、１ｂについて厳密に同一とする必要があり、単に両プローブ１０、１１間の距離Ｌだけを同一としても、正確な材質劣化の検出は困難となる。被検査体１ａ、１ｂに対する両プローブ１０、１１の相対的な位置関係を同一とすることにより、反射波等の全ての雑音性超音波を含めて、各被検査体１ａ、１ｂに対する超音波の伝播状態が同一となるからである。
【００３８】
更に、使用する発信プローブ１０や受信プローブ１１等は、両被検査体１ａ、１ｂについて同一の機器を用いるのが望ましいが、同一仕様で製作されているものであれば、別のプローブ１０、１１例えば後で行なう被検査体１ｂの検査に於いて先きに使用したプローブ１０、１１の予備品を使用したとしても、測定データに大きな差異が生じない。
【００３９】
図６は、前記４００℃×５００Ｈｒの熱時効を加えた被検査体１ｂの位相差変化率即ち音速変化率（Δｔ／Ｔ）を示すものであり、図４の各曲線Ａ₁〜Ａ₉を基にしてプロットしたものである。
この実施態様に於いては、被検査体１ｂに４００℃×５００Ｈｒの熱時効が加えられることにより、Δｔ／Ｔ＝０．４４５％の音速変化率が生じたことが判る。
尚、加えた熱時効のレベルが上昇すれば高速変化率Δｔ／Ｔは大となる。
【００４０】
図７は被検査体１ｂに加えた熱時効の時間Ｈと被検査体１ｂのシャルピー吸収エネルギーＪとの関係の一例を示すものであり、４００℃×５００Ｈｒの熱時効を加えることにより、被検査体１ｂのシャルピー吸収エネルギーは約２４０Ｊから約１５０Ｊに低下し、所謂ぜい化現象が生じていることが判る。
【００４１】
同様に、図８は被検査体１ｂに加えた熱時効の時間Ｈと被検査体１ｂのヴイッカス硬度Ｈｖとの関係を示すものであり、４００℃×５００Ｈｒの熱時効を加えることにより、例えばＨｕ＝約２３０が約２４５に上昇し、被検査体１ｂは硬化する。
【００４２】
本実施形態に於いては、前記熱時効による音速変化率Δｔ／Ｔを測定し、当該Δｔ／Ｔが所定の設定値を越えた場合に被検査体１ｂに材質変化が生じていると判断する。
また、本実施形態に於いては、被検査体１ａと被検査体１ｂとを同一体としており、本発明を現実に実施する場合には、機器等の使用開始前に、予かじめ機器等の構成材の所定位置毎に超音波伝播特性を測定し、その時の測定値や測定条件等を全て記録しておく。
次に、機器等の使用開始後に適宜の時間間隔でもって、前記最初の測定条件と同一の条件下で所定位置毎に超音波伝播特性を測定し、前記音速変化率Δｔ／Ｔの大きさを求めることにより機器の材質劣化を判定する。
【００４３】
また、本実施形態では熱時効による材質劣化を検出しているが、熱時効以外の原因例えば中性子照射や機械的応力の印加による材質変化であっても、本実施形態と同様の手順で材質劣化を検出することができる。
【００４４】
更に、本実施形態では被検査体１としてオーステナイト系ステンレス鋳鋼を用いているが、被検査体１の材質はステンレス鍛鋼であっても或いはその他の炭素鋼等であってもよく、全ての金属材に本発明を適用することができる。
【００４５】
図９及び図１０は本発明の第２形態及び第３実施形態の機器配置の概要を示すものであり、図９に於いては送信プローブ１０として圧電斜角探触子及び受信プローブ１１として電磁探触子を、また図１０に於いては、送信プローブ１０として圧電斜角探触子及び受信プローブ１１として電磁マイクロセンサプローブを、夫々使用している。
尚、送信プローブ１０及び受信プローブ１１以外の機器類や被検査体１の材質劣化の検査方法は、前記図１に示した第１実施形態の場合と同一であるため、ここではその説明を省略する。
【００４６】
【発明の効果】
本発明に於いては、被検査体が新しい時の超音波伝播特性を測定してこれを記録しておくと共に、被検査体に熱時効等が加った後に、前記最初の測定時と同じ条件の下で被検査体の超音波伝播特性を測定し、両測定で得られた受信プローブによる検出信号を対比することにより、両検出信号間の位相差Δｔの検出並びに当該位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔ（即ち音速変化率）の演算を行ない、当該位相差の変化率Δｔ／Ｔを基準にして被検査体の材質劣化を検出する構成としている。
その結果、先きに本願発明者等が公開した電磁マイクロプローブにより伝播して来た超音波を受信し、その受信信号波形から超音波の伝播速度を検知して超音波伝播特性の変化から材質劣化を検出する方法や、受信信号波形そのものの変化の状態から材質劣化を検出する方法に比較して、より高精度な材質劣化の検出が可能となる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態で使用する電磁探触子型の発信プローブを示す斜面図である。
【図３】電磁探触子型の発信プローブの超音波発生機構の説明図である。
【図４】本発明の第１実施形態に於ける受信プローブによる検出信号の一例を示すものである。
【図５】図４のＡ部の部分拡大図である。
【図６】本発明の第１実施形態による被検査体の熱時効による音速変化率を示す曲線である。
【図７】被検査体の熱時効によるシャルピー吸収エネルギーの変化状態を示すものである。
【図８】被検査体の熱時効によるヴイッカス硬さの変化状態を示すものである。
【図９】本発明の第２実施形態の概要を示す説明図である。
【図１０】本発明の第３実施形態の概要を示す説明図である。
【図１１】先願に係るステンレス鋼の材質劣化検査の実施説明図である。
【図１２】図１１のステンレス鋼の材質劣化検査に於ける被検査体（ステンレス鋼）のα相粒界の磁場変動のモデル説明図である。
【図１３】図１１のステンレス鋼の材質劣化検査に於ける磁気マイクロプローブによる検出信号の一例を示すものである。
【符号の説明】
１は被検査体、１ａは熱時効の無い被検査体、１ｂは熱時効を加えた被検査体、２は電磁超音波探触子、２ａは永久磁石、２ｂは磁極、１０は送信プローブ、１１は受信プローブ、１２は任意波形発生器、１３はパワーアンプ、１４は受信アンプ、１５はオシロスコープ、１６はパソコン、ｈは被検査体の厚さ、ｗは被検査体の縦幅、ｍは被検査体の横幅、Ｌは送・受信プローブ間の距離。

Claims

金属の外表面の所定位置に超音波送信プローブを配設すると共に当該位置より所定距離だけ離れた位置に超音波受信プローブを配設し、前記送信プローブから発信され金属内部を伝播して来た超音波を受信プローブにより検出すると共に受信プローブからの検出信号を記録し、次に、所定時間が経過したあと、前記金属の外表面の前記所定位置に超音波送信プローブを、またこれにより所定距離だけ離れた位置に超音波受信プローブを夫々配設し、前記送信プローブから最初の場合と同じ超音波を発信して金属内部に伝播させると共に、伝播して来た超音波を最初の時と同じ受信条件下で受信プローブにより検出し、当該受信プローブからの検出信号と前記記録した検出信号とを対比して両検出信号間の位相差Δｔを検出すると共に当該位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔを演算し、前記位相差Δｔの変化率Δｔ／Ｔ（超音波の音速変化率）に基づいて金属の材質劣化を検知することを特徴とする金属の材質劣化検出方法。
送信プローブ及び受信プローブを電磁超音波接触子から成るプローブとした請求項１に記載の金属の材質劣化検出方法。
送信プローブから送信する超音波を表面ＳＨ波とした請求項１又は請求項２に記載の金属の材質劣化検査方法。
所定時間が経過した後の超音波伝播特性の測定を最初の場合の送信プローブ及び受信プローブと実質的に同一のプローブを用いて行なうようにした請求項１に記載の金属の材質劣化検査方法。
送信プローブを圧電接触子から成る送信プローブとした請求項１、請求項３又は請求項４に記載の金属の材質劣化検査方法。
受信プローブを電磁マイクロプローブとした請求項１、請求項３、請求項４又は請求項５に記載の金属の材質劣化検査方法。