JP5854141B2 - 超音波計測方法および超音波計測装置 - Google Patents
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Description
[鋼材の母材部の音響異方性]
まず、本実施の形態での被検体としての炭素鋼について説明する。従来、炭素鋼の溶接部の音響異方性は小さく、母材部と溶接部との境界での反射波を検出することは困難であった。しかしながら、炭素鋼であっても母材部に音響異方性がある場合には、母材部と溶接部との境界での反射波を検出可能である。そこで、本実施の形態では、母材部に音響異方性がある炭素鋼を被検体として、母材部と溶接部との境界面での超音波の反射波を計測する。なお、本実施の形態に必要な母材部の音響異方性の程度については後述する。
次に、本発明の一実施形態である超音波計測装置の構成について説明する。図1は、本実施の形態の超音波計測装置の構成を模式的に示したブロック図である。図1に示すように、この超音波計測装置10は、被検体に対して超音波を送信し、この送信した超音波に起因する超音波信号(計測信号)を受信する計測信号取得部1と、各種情報を入力する入力部2と、被検体の計測データ等を記憶する記憶部3と、被検体の計測結果等を表示する表示部4と、超音波計測装置10の各構成部を制御する制御部5とを有する。
ここで、図2に示したフローチャートを参照して、超音波計測装置10による超音波計測処理手順について説明する。図2のフローチャートは、例えば、操作者により被検体に対する超音波計測指示入力があったタイミングで開始となり、超音波計測処理はステップS1の処理に進む。
本実施の形態の被検体としての炭素鋼において、超音波の反射波をタンデム計測により計測する際に必要な母材部の音響異方性の程度について説明する。一般に、ビーム直径0.7mm程度のタンデム計測により検出可能な欠陥のサイズは、数十μm〜100μmであることが知られている(特許文献3参照)。
本実施の形態において、ステップS2の超音波ビームの設定において、以下のように超音波ビームを集束させて集束ビームとすることにより、タンデム計測であっても、仮想反射面と実反射面とのずれ角度θの許容範囲を拡げること、すなわち反射指向性を弱めることが可能となる。
次に、上述した第1の実施の形態に対応する実施例1について説明する。図16は本実施例の設定条件を示す図である。図16に示すように、本実施例において、簡単のため、被検体を2次元とした。また、溶接部と母材部とはインピーダンスを異なるものとして反射波を強調させた。超音波アレイプローブの周波数fは5MHzに設定した。仮想反射面は鉛直方向として、実反射面とのずれ角度θを5°とした。このとき、送信部幅Dは19.9mm(20ch)、上記式(19)〜(21)の左辺(VT/VR)・(F/D)は2.2として計測した。なお、従来技術による比較例として、送信部幅Dは5.9mm(6ch)、上記式(19)〜(21)の左辺(VT/VR)・(F/D)は∞(非集束ビーム)として計測した。
第2の実施形態の超音波計測装置は、図1に示す第1の実施形態の超音波計測装置10と同様の構成をとる。また、本実施の形態の超音波計測処理は、上記第1の実施形態と同様の炭素鋼を被検体とする。したがって、鋼材の母材部の音響異方性の要件として、上記式(8)を満たす。また、母材部は、上記式(9)または(10)が成立する音響異方性を有することが望ましい。一方、本実施の形態の超音波計測処理は、上記第1の実施形態の超音波計測処理とは、図2に示すステップS2の処理において、被検体の母材部内部の溶接部付近の計測点をターゲットとして、超音波ビームを集束させて集束ビームとする代わりに、複数の仮想反射面Pを想定する点のみが異なる。
本実施の形態において、上記したように、ステップS2の処理において、以下のように複数の仮想反射面の設定を行なうことにより、タンデム計測であっても、仮想反射面と実反射面とのずれ角度θの許容範囲を拡げること、すなわち反射指向性を弱めることが可能となる。
次に、上述した第2の実施形態に対応する実施例2について説明する。図22は本実施例の設定条件を示す図である。図22に示すように、本実施例において、簡単のため、被検体を2次元とした。また、溶接部と母材部とはインピーダンスを異なるものとして反射波を強調させた。超音波アレイプローブの周波数fは5MHzに設定した。実反射面は鉛直方向から5°傾いているものとし、仮想反射面として鉛直方向からの傾き0°と5°の2つの仮想反射面を設定し、非集束ビームを入射して計測した。
11 送信部
12 超音波アレイプローブ
13 受信部
2 入力部
3 記憶部
4 表示部
5 制御部
10 超音波計測装置
Claims (7)
- 前記仮想反射面が実反射面と一致した場合の送受信効率を1として、複数の前記仮想反射面のうちの少なくとも1つにおける送受信効率が0.5以上となるように、法線方向領域が連続する複数の前記仮想反射面を想定することを特徴とする請求項1に記載の超音波計測方法。
- 前記ずれ角度上限値θHlimが2°であることを特徴とする請求項1又は2に記載の超音波計測方法。
- 前記入射角は、前記計測点における超音波の送信方向と前記仮想反射面の法線方向とがなす角とし、0°以上10°以下または35°以上55°以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の超音波計測方法。
- 前記超音波の送受信にアレイ探触子を用い、該アレイ探触子の電子的なビーム制御を切り替えることにより、前記計測点を変更しながら超音波の送受信を行なうことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の超音波計測方法。
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