JPH09318605A - 超音波表面ｓｈ波による溶接部の検査法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接部のルート部の反対側の表面から、溶込
み不良及びタレ込みによる溶接部の欠陥を区別して検出
することができる超音波探傷法を提供することを目的と
する。 【構成】 試験体８の溶接部の裏側の欠陥を外側より超
音波により検査する検査法において、該試験体８表面９
に平行で進行方向に垂直に振動する横波よりなる超音波
パルスを発生する探触子１０を該試験体８の外側表面９
に密着して、該探触子１０から該表面９に対し浅い角度
で表面ＳＨ波を入射して、該表面ＳＨ波を該試験体８裏
側の欠陥に到達せしめ、該欠陥からの反射波を該探触子
１０又は別個の受信用探触子により検出して、欠陥を検
出することを特徴とする超音波表面ＳＨ波による溶接部
の検査法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波の表面ＳＨ
波による発電所等のボイラー等の蒸気・水管等と管台等
を溶接した後に外部から溶接部を検査する方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】原子力、火力発電用等の配管に小口径管
を溶接する場合は図１に示すように蒸気・水管１の母管
２に管台３の基端を溶接し、管台３の先端に目的とする
小口径管４を溶接する。母管２と管台３との溶接部１６
は図１に示す形状に予め開先加工を施して、この部分に
溶接を施す。その際溶接部１６の内側のルート部５に図
２に示すように溶込み不良による溝６が残ったり、図３
に示すように溶融金属のタレ込みによる余盛７が生じ
る。この溶接部１６の欠陥の種類と大きさを正確に検出
する必要がある。

【０００３】非破壊検査法として、超音波探傷法が広く
用いられているが、超音波が固体中を伝播する振動に
は、固体を構成する粒子が超音波の進行方向に動く縦波
と、音の進行方向に対して垂直方向に振動する横波があ
り、更にこの横波には、固体表面に対して垂直に振動す
るＳＶ波と、固体表面に対して平行に振動するＳＨ波と
がある。表面に沿って進行するＳＨ波を表面ＳＨ波とい
う。表面ＳＨ波は探傷面から約１５°の広がりをもって
進む剪断波である。

【０００４】従来、継手の溶接部の欠陥の非破壊検査法
としては、社団法人日本非破壊検査協会発行の雑誌「非
破壊検査」第４４巻第１２号（１９９５）第９４６−６
５０頁に記載されるように、超音波のＳＶ波による斜角
探傷法及び超音波の表面ＳＨ波による探傷法が知られて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の超音波の斜角探
傷法では、上記の溶込み不良とタレ込みの区別ができな
かった。また従来の超音波表面ＳＨ波による溶接部の検
査法は溶接欠陥の存在するルート部の面から探傷する方
法のみが知られ、ルート部の反対側の表面からは検査を
行うことはできないとされていた。従って従来の超音波
表面ＳＨ波による溶接部の検査法は、図１に示す溶接部
の如く、内面のルート部からは検査することができず、
ルート部５と反対側の表面から検査を行わねばならない
場合には適用できないと考えられてきた。これは超音波
表面ＳＨ波は超音波を探触子から試験体に入射すると、
超音波は入射した試験体の表面に沿って伝播し、反射し
てくる超音波を検出するのであるから、入射側の表面の
欠陥のみを検出することができ、裏側の欠陥は検出でき
ないと考えられてきた。

【０００６】従って本発明は、溶接部のルート部の反対
側の表面から、溶込み不良及びタレ込みによる溶接部の
欠陥を区別して検出することができる超音波探傷法を提
供することを目的とする。

【０００７】更に本発明は溶接部の溶込み不良の欠陥に
ついて、その欠陥の深さも欠陥の反対側の表面から推定
しうる検出法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、探触子より試験体
表面に平行な方向に振動する横波の超音波パルスを管表
面に対して浅い角度で管表面に沿って伝播する表面ＳＨ
波として入射すると、表面ＳＨ波は図４に示すような放
射特性を以て試験体内に進入し、約１５°の広がりをも
って進むため、探触子と溶接部の位置関係を適当に選択
すれば、試験体の裏側にある溶接欠陥も表面ＳＨ波によ
り検出可能であることを見出し、本発明を完成するに至
った。

【０００９】即ち、本発明は試験体の溶接部の裏側の欠
陥を外側より超音波により検査する検査法において、該
試験体表面に平行で進行方向に垂直に振動する横波より
なる超音波パルスを発生する探触子を該試験体の外側表
面に密着して、該探触子から該表面に対し浅い角度で表
面ＳＨ波を入射して、該表面ＳＨ波を該試験体裏側の欠
陥に到達せしめ、該欠陥からの反射波を該探触子又は別
個の受信用探触子により検出して、欠陥を検出すること
を特徴とする超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査法を
要旨とする。

【発明の実施の形態】

【００１０】次に本発明の超音波による溶接部の検査法
の実施の形態について、図面により具体的に説明する。
図５は本発明の超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査法
により、溶込み不良による溝６を有する試験体８（図５
ａ）、又はタレ込みによる余盛７を有する試験体８（図
５ｂ）の欠陥を検出する方法の説明図である。溶接欠陥
の溝６と反対側の試験体８の表面９に超音波を送受信す
る探触子１０を密着する。

【００１１】本発明で用いられる探触子１０の振動子と
しては、水晶をＹカットした横波用圧電素子、その他各
種セラミックスよりなる圧電素子が用いられる。探触子
１０の圧電素子１１は、例えば図６に示すようにポリメ
タクリル酸メチル樹脂等の合成樹脂よりなる楔１２と合
成樹脂等よりなる背面材１３の間に挟着して、探触子１
０を構成する。圧電素子１１の底面に対する角度、即ち
試験体８への超音波の入射角λは、鋼材等の試験体８に
入射する超音波の屈折角が丁度９０度となる臨界角と呼
ばれる角度に略等しい角度とするのが送受信効率を上げ
るために必要である。

【００１２】探触子１０の底面に、粘稠液よりなる音響
結合剤を薄く塗布して試験体８の表面９に密着させ、そ
の音響結合剤の薄層を介して超音波をできるだけ効率よ
く伝達させる。探触子１０から試験体８の表面９に対し
て平行に振動する横波を、表面９に対し表面ＳＨ波の発
生する臨界角に近い浅い角度で入射された横波の超音波
パルスは、試験体８表面で屈折して、表面ＳＨ波のパル
スとなり、図６に示すように試験体８内を表面９から約
１５°の範囲の広がりをもって進行する横波として伝播
する。約１５°の範囲で試験体８内に拡がった横波の一
部は溝６で反射して、入射経路を逆に辿り、探触子１０
に到達して検出される。上記受信用の探触子は超音波を
発射した探触子１０と同一探触子を受信用に兼用して用
いるのが好ましいが、別個の受信用探触子を用いてもよ
い。

【００１３】パルス発射からエコーの検出までの時間
と、エコーの強度をオシロスコープ等の表示装置上に表
示し、又は記録して読み取る。探触子１０から超音波パ
ルスを一定間隔で発射してそのエコーを検出しつつ、探
触子１０を試験体８の表面９に沿って走査し、観測され
るエコーの位置と大きさから、欠陥の位置を求める。

【００１４】

【実施例】

〔実施例１〕図５ａに示す幅１００mm、長さ１５０mm、
厚さ１６mmの鋼板よりなる試験体８の片面に幅６mm、深
さ２mmの溝６を幅方向に設け、溝６と反対側の表面９に
探触子１０を密着させる。溝６から探触子１０迄の水平
距離Ｗ＝５０mmの位置に探触子１０を置き、探触子１０
より表面９に平行に振動する横波の超音波パルスを発射
して表面ＳＨ波として入射し、そのＳＨ波のエコーを同
じ探触子１０により検出して、横軸にパルス入射からエ
コー検出までの時間を、縦軸にエコーの強度を表示する
と図７の探傷図形が得られる。図７においてＡは溝６か
らの反射波、Ｔは試験体８の端面１４からの反射波であ
る。

【００１５】探触子１０の位置を溝６の方向に対して直
角方向に少しずつ移動させて図７と同様にエコーの検出
し、その溝６からのエコーＡの高さを縦軸に、探触子１
０の基準点からの距離を横軸にとって点綴すると図８が
得られる。

【００１６】図８において２つのピークが認められる
が、この２つのピークの間隔ｄは溝６の深さｈに応じて
変化する。即ち表面ＳＨ波の入射角をθとすると、 ｈ＝ｄ cosθ (1) が成り立つ。これは探触子１０から入射された表面ＳＨ
波は溝６の探触子１０側の垂直壁面１５で反射され、こ
れがエコーとして観測されるが、垂直壁面１５全面で均
一に反射が起こるのではなく、溝６の探触子１０側の垂
直壁面の下端及び上端の出隅部及び入隅部からの反射が
強いため、探触子１０と溝６の距離Ｗと入射角θとが一
定の関係にあるときにエコーの強度が大きくなるためで
ある。

【００１７】従って図８から溝６の深さｈを求めること
ができる。例えば、図８においてｄ＝３mm、θ＝７１°
より、ｈ≒１mmが求められる。

【００１８】〔実施例２〕次に図５ｂに示す幅１００m
m、長さ１５０mm、厚さ１６mmの試験体８の片面に、幅
６mm、高さ４．５mmの直線状に盛り上がった余盛７を設
け、余盛７と反対側の表面９に探触子１０を密着させ
る。余盛７から探触子１０までの水平距離Ｗ＝５０mmの
位置に探触子１０を密着し、実施例１と同様に探触子１
０より横波の超音波パルスを発射し、そのＳＨ波のエコ
ーを検出して、横軸にパルス入射からエコー検出までの
時間を、縦軸にエコーの強度を表示すると図９が得られ
る。図９においてＢは余盛７からの反射波、Ｔは試験体
８の端面１４からの反射波である。図９は図７と同じ感
度で検出した探傷図形であるが、図９の余盛７からの反
射波が極めて小さいので、その検出感度を上げて表示す
ると図１０のようになる。図７の溶込み不良による溝６
からのエコーと図９のタレ込みの余盛７からのエコーで
は３０dBの感度差があり、１mmの溶込み不良の溝６の検
出感度では、タレ込みによる余盛７は検出されない。こ
のように溝６からのエコーと余盛７からのエコーはその
強度が大きく異なるのでので、両者は明瞭に区別するこ
とができる。

【００１９】

【発明の効果】本発明の超音波表面ＳＨ波による溶接部
の検査法によれば、蒸気・水管等への小口径管の溶接部
のごとく溶接部の内側に探触子を近づけることができな
い場合でも、小口径管の外側から超音波の表面ＳＨ波を
入射することにより、裏側の溶接部の欠陥を検出するこ
とができ、溶込み不良による溝とタレ込みによる余盛と
を明瞭に区別することができ、また溶込み不良による溝
の深さを求めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】原子力、火力発電所用ボイラー等の配管に管台
を溶接した溶接部の断面図である。

【図２】溶込み不良の溶接部の断面図である。

【図３】タレ込みの生じた溶接部の断面図である。

【図４】表面ＳＨ波の放射特性図である。

【図５】本発明の超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査
法の説明図である。

【図６】探触子から発射された超音波表面ＳＨ波として
の伝播を示す断面図である。

【図７】本発明の超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査
法による、溶込み不良の溶接部の探傷図形である。

【図８】図６の探傷図形のピーク高さを探触子の位置に
対して点綴したグラフである。

【図９】本発明の超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査
法による、タレ込みの生じた溶接部の探傷図形である。

【図１０】図９の感度を上げて示した探傷図形である。

【符号の説明】

１ 蒸気・水管 ２ 母管 ３ 管台 ４ 小口径管 ５ ルート部 ６ 溝 ７ 余盛 ８ 試験体 ９ 表面 １０ 探触子 １１ 圧電素子 １２ 楔 １３ 背面材 １４ 端面 １５ 垂直壁面 １６ 溶接部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉川 雄一郎 大阪市福島区海老江２丁目10番20号 株式 会社日本アーム内 (72)発明者 岡島 則行 大阪市福島区海老江２丁目10番20号 株式 会社日本アーム内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】試験体の溶接部の裏側の欠陥を外側より超
   音波により検査する検査法において、該試験体表面に平
   行で進行方向に垂直に振動する横波よりなる超音波パル
   スを発生する探触子を該試験体の外側表面に密着して、
   該探触子から該表面に対し浅い角度で表面ＳＨ波を入射
   して、該表面ＳＨ波を該試験体裏側の欠陥に到達せし
   め、該欠陥からの反射波を該探触子又は別個の受信用探
   触子により検出して、欠陥を検出することを特徴とする
   超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査法。
2. 【請求項２】該欠陥が開先部の溶込み不良による溝状の
   欠陥である請求項１記載の超音波表面ＳＨ波による溶接
   部の検査法。
3. 【請求項３】該探触子を試験体表面に沿って移動しつつ
   溝状欠陥よりの該反射波のピーク高さを測定し、該探触
   子の移動位置に対して該ピーク高さを点綴したときに生
   ずる２つのピークの間隔から、該溝状欠陥の深さを求め
   る請求項２記載の超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査
   法。
4. 【請求項４】該欠陥が開先部のタレ込みによる欠陥であ
   る請求項１記載の超音波表面ＳＨ波による溶接部の検査
   法。