JPH10123101A - 斜角超音波探傷方法及び装置 - Google Patents
斜角超音波探傷方法及び装置Info
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Abstract
よって、検査時間の短縮化と検査精度の向上を図る。 【解決手段】 探触子14に供給する接触媒質の音速を
制御するために、接触空間に供給する水の水温を水温制
御装置4によって制御する。これによって、超音波の入
射角を固定した状態で屈折角を調整することが可能にな
る。
Description
壊検査に採用される斜角超音波探傷方法及びその方法に
使用する斜角超音波探傷装置に関する。
管表面から斜めに超音波を入射させ、鋼管内を伝搬して
溶接部に到達する超音波の欠陥エコーを検出することに
よって欠陥の存在を認識する斜角超音波探傷と呼ばれる
手法が一般に採用されている。
推定方法を示す説明図である。これによると、まず最大
エコーが得られた斜角探触子Tの位置で、基準点Qから
入射点Pまでの距離Yが測定される。次ぎに、表示器の
エコー位置を横軸目盛りで読みとって欠陥までのビーム
路程Wが測定される。ここで、斜角探傷では検査対象物
中に角度θで超音波を伝搬させており、この角度θを屈
折角と呼んでいる。これによって欠陥位置を求めると、
欠陥箇所の基準点Qからの距離はk=Y−y=Y−W・
sinθ 、欠陥位置の深さはd=W・cosθ として求めら
れる。したがって、斜角探傷によって正確な欠陥位置を
把握するには、検査対象物中の超音波の伝搬方向を示す
屈折角θを正確に認識し、且つ一定に保つことが要求さ
れる。
物の表面との接触空間を水で満たして良好な超音波の伝
達効率を確保する水浸探傷と呼ばれる手法があり、この
水浸探傷を斜角探傷において採用することが提案されて
いる。この水浸探傷によって鋼材の欠陥検査を行う場
合、超音波の屈折角が64°で感度良好な領域があり、
感度調整の面からも検査時の屈折角を一定に保つことが
要求される。
の入射角を一定に保ったとしても、検査対象物内におけ
る超音波の屈折角は検査対象物の音速が変化することに
よって微妙に変化してしまう。検査対象物の音速は周囲
の環境の影響によって逐次変化し、特にパイプライン施
工現場では、鋼材の音速は3160m/s〜3400m
/sの範囲で変化する。したがって、鋼管の溶接箇所の
探傷では、鋼材の音速変化に対して検査の度に音速測定
を行い、振動子の設置角度、つまり超音波の入射角度を
現場で調整することによって屈折角の調整を行ってい
た。ところが、この振動子の機械的な角度調整,すなわ
ち複数の角度の異なるセンサーを付け替える作業は、大
変な労力と時間を要するにもかかわらず精度の高い調整
が困難であり、このことが検査時間の長期化と検査精度
の悪化を招く要因となっていた。
案されたものであって、屈折角の調整を簡易且つ高精度
に行うことによって、検査時間の短縮化と検査精度の向
上を可能にした斜角超音波探傷方法およびその方法に使
用する斜角超音波探傷装置を提供することを目的とする
ものである。
に、本発明は、まず第1の特徴として、接触媒質を介し
て超音波を検査対象物の表面から所定入射角で入射して
検査対象物内を所定の屈折角で伝搬させ、欠陥エコーを
検知することによって検査対象物の探傷を行う斜角超音
波探傷方法において、上記接触媒質の音速を制御するこ
とによって、超音波の上記入射角を固定した状態で上記
屈折角を調整することにある。
して、その水温の制御により音速を制御して、超音波の
上記入射角を固定した状態で上記屈折角を調整すること
にある。
グリセリンの混合物として、水に対するグリセリンの濃
度調整をすることによって音速を制御して、超音波の上
記入射角を固定した状態で上記屈折角を調整することに
ある。
ための装置として、検査対象物の表面に対して振動子を
一定の角度で傾斜配置した探触子と、上記振動子と検査
対象面との接触空間を水で埋めるための給水装置と、該
給水装置によって供給される水の水温を制御する水温制
御装置とを備えることを特徴とする。
対象物の表面に対して振動子を一定の角度で傾斜配置し
た探触子と、上記振動子と検査対象面との接触空間を水
で埋めるための給水装置と、該給水装置によって供給さ
れる水にグリセリンを混入するグリセリン混合装置と、
該グリセリンの混合濃度を制御する濃度制御装置とを備
えることを特徴とする。
との接触空間を接触媒質で埋めた場合に、図4で示すよ
うに、超音波が接触媒質から検査対象物に対して入射し
て屈折する際の入射角をθ1 ,屈折角をθ2 とし、接触
媒質の音速をC1 ,検査対象物の音速をC2 とすると、
スネルの法則によって次式の関係が成り立つ。
一定に保つには、接触媒質の音速C1 を、C1 =K・C
2 の関係を満たすように検査対象物の音速C2 に応じて
制御すればよい(ただし、Kは定数で、設定した入射角
をθ1S ,設定した屈折角をθ2S とすると、K=(sin
θ1S /sinθ2S ))。つまり、入射角を24°に設定
して、屈折角を64°としたい場合には、K=sin24
°/ sin64°≒0.45となるので、検査対象物とな
る鋼材の音速C2 が3160m/s〜3400m/sの
範囲で変化するとすると、接触媒質の音速C1 を143
0m/s〜1538m/sの範囲で鋼材の音速C2 に応
じて制御すればよいことになる。
中の音速は図5に示されるように水温によって線形に変
化する。したがって、水温の制御によって接触媒質の音
速制御が可能になる。上述の例に照らし合わせると、鋼
材の音速C2 の変化に応じて、水温を約10℃から50
℃の範囲で制御してやることによって、一定の屈折角を
得ることができる。
ても接触媒質中の音速を変化させることができる。接触
媒質を水とグリセリンの混合物とした場合には、水に対
するグリセリンの混合濃度を調整することによって、そ
の密度は約1〜1.2g/■3 の範囲で変化させること
ができ、常温における音速を約1500m/s〜180
0m/sの範囲で制御可能である。したがって、入射角
を適宜設定し、検査対象物の音速変化に応じて接触媒質
の密度調整をすることによって、所望の屈折角を一定に
保つことが可能になる。そして、接触媒質の温度制御と
密度調整を併用することによって、より精度の高い屈折
角の調整が可能になる。
する。図1は本発明の一実施例に係る斜角超音波探傷装
置を示す説明図である。1は検査対象となる鋼管、2は
欠陥検査が行われる溶接箇所を示している。この鋼管1
にガイドレール10が着脱自在に取り付けられる。ガイ
ドレール10には、この上を転動する転輪11aが備え
られ、ガイドレール10に規制され周方向にのみ移動可
能な治具本体11が設置される。さらに、この治具本体
11には鋼管1の軸方向のみに移動可能なスライド部材
12が取り付けられている。これらの走査治具にはX軸
・Y軸エンコーダ13が設けられて、ガイドレール10
に対する治具本体11の位置と治具本体11に対するス
ライド部材12の位置関係から、スライド部材12の先
端部に取り付けられる斜角探触子14の走査位置を検出
している。
は、一方で探傷器20に送られ探傷器の表示画面で探傷
波形のAスコープ表示がなされ、もう一方ではA/D変
換器21を介して、X軸・Y軸エンコーダ13からの走
査位置信号をデジタル変換するエンコーダカウンタボー
ド22からの走査位置情報信号と共にパーソナルコンピ
ュータ23に送られる。このパーソナルコンピュータ2
3で探傷結果の分析がなされ、その結果がパーソナルコ
ンピュータ23の表示画面にCスコープ画像としてリア
ルタイムにグラフィック表示される。また同時にパーソ
ナルコンピュータ23におけるフロッピーディスク等の
記録媒体に探傷結果及び走査位置情報の記録が取られ
る。したがって、一通りの検査を終了してデータを収録
後に任意の位置のBスコープ画像を表示することができ
る。ここで、パーソナルコンピュータ23として携帯に
便利なノート型のパソコンを用いることによって、現場
での設置が簡単になり、より実用的になる。
あるダイヤフラム式液体マイクロポンプ15が供給管1
6a及び16bを介して接続しており、探触子14と検
査対象物である鋼管1の表面との間に形成される接触空
間に接触媒質である水を供給している。17は水タン
ク、18は吸水管を示している。接触媒質として供給さ
れる水には防錆剤を混入して、検査後に鋼管が錆びるの
を防いでいる。
水温制御装置4が設置される。水温制御装置4は、断熱
材からなる筐体42内に形成される水槽41に供給管1
6a及び16bを接続し、供給管16aから送られた水
を水槽41内で設定温度に保ち、供給管16bによって
探触子14の接触空間に供給するものである。この水温
制御装置4において、43は水槽1内面に設置されるペ
ルチェ素子、44はそのペルチェ素子に接触する放熱
板、45は冷却ファンを示し、これらペルチェ素子4
3,放熱板44,冷却ファン45の吸熱作用によって水
槽内の水の冷却が行われる。また、46は水槽1内面に
設置されるヒータであって、これによって水槽内の水の
加熱を行う。47は水槽内の水温を検出するための温度
センサである。
しない制御部に送られ、制御部からの制御信号によって
ペルチェ素子43及び冷却ファン45による冷却作用或
いはヒータ46による加熱作用が制御されて、供給管1
6bから探触子に供給される水の温度を設定温度に保っ
ている。ここでは、加熱のためにヒータ46を設ける例
を示したが、ヒータ46を設けることなしに、加熱時に
は冷却ファン45を止めてペルチェ素子の発熱作用を利
用して水温上昇させる制御も可能である。また水温制御
装置の構成は、探触子に供給する水の温度を制御するた
めに必要な任意の熱交換手段を備えるものであればよ
く、上述の例に限定されるものではない。
する。図2(a)は斜角探触子14を接触面側から見た
正面図であり、同図(b)はそのAA断面図である。斜
角探触子14は、ケース30をベースとしており、ケー
ス30の検査対象物に対面する底面には磁石36が埋め
込まれている。また、ケース30の前方中央部付近には
斜めにカットされた楔状の接触空間37が形成されてお
り、該空間の斜面に沿って超音波振動子31が設置され
ている。そして、接触空間37の前方には振動子31に
接して円柱状のシリコン32が設けられケース30前面
に貼り付けられたアクリル板33によって支持されてい
る。アクリル板33の外面にはコルク34が貼り付けら
れており、これらのシリコン32,アクリル板33,コ
ルク34が接触空間37内の雑音を吸収する吸音材の作
用をしている。
に配置され接触空間37に開口する給水孔35が設けら
れる。この給水孔35には上述の供給管16bが接続さ
れ、使用時には、接触空間37はダイヤフラム式液体マ
イクロポンプ15から送り込まれた水によって常時満た
されることになる。
最適な態様について更に説明すると、斜角探触子14
は、ケース30の底面に設けられる磁石によって検査対
象物である鋼管表面に密着し、検査作業時にも鋼管表面
に密着した状態で走査を行う。したがって探触子を接触
面に押し付ける必要がなくなり、作業を楽に行うことが
できる。また、鋼管の下側を走査する場合にも接触面が
離れることがなく、音響結合不良を起こし難い。さら
に、接触空間37を使用時には常に水で満たすように
し、また水の供給にはダイヤフラム式液体マイクロポン
プ15を用いて気泡の入らない層流を送り込んでいるの
で、検査対象物の表面が多少荒い場合でも気泡等の空気
層が形成されることはなく、超音波の伝達効率が良い。
したがって、安定した一定強さの超音波を鋼管内に伝搬
させることができ、作業効率のみならず作業精度の向上
も図れる。
5×5mmの振動子寸法で10MHZ 程度の高周波・広
帯域探触子を用い、接触空間37の楔角、つまり超音波
の入射角を20〜26°と小さく設定している。本実施
例によれば接触媒質として水を用いているので超音波の
入射角を小さくしても適切な屈折角で検査対象物内に超
音波を伝搬させることができ、また、超音波の入射面を
均一な水で満たしているので短波長波を用いても感度の
低下がない。これによって検査対象領域への接近限界が
短く、感度の高い検査を行うことができる。
傷方法について説明する。まず検査に先立って、検査対
象物である鋼管の音速をV透過法で測定する。そして、
測定された鋼管の音速C2 を上述の水温制御装置4にお
ける制御部に入力する。制御部では、上述の式、C1 =
K・C2 によって、要求される屈折角64°を得るため
に必要な接触媒質の音速C1 が計算される。更に制御部
では、上記の図5に示した水の音速と水温との関係がマ
ップ化されて記憶されており、これによって、算出され
た音速C1 から設定水温が求められ、この設定水温に基
づく水温制御装置の制御が行われる。したがって、作業
者は現地で鋼管の音速を測定し、この測定値を水温制御
装置4の制御部に入力するのみで、要求される屈折角で
の斜角探傷検査を行うことが可能になる。
置の別の実施例を説明する。ここで、上述の実施例と同
一の箇所には同じ符号を付し説明を省略する。ここでは
接触媒質として水とグリセリンの混合物が用いられる。
ダイヤフラム式液体マイクロポンプ15によって水が供
給される供給管16aの下流には、グリセリン混合装置
51が設けられる。そして、このグリセリン混合装置5
1にはグリセリン供給装置53からの供給管16cが接
続されている。更に供給管16a及び16bには、供給
量を調整するための調整バルブ52b及び52aが設置
されると共に、この調整バルブ52a,52bを調整す
る濃度制御装置50が設けられている。グリセリン混合
装置51には、供給管16a及び16cから供給されて
くる水とグリセリンを混合して均一化する攪拌装置が備
えられ、均一に混合された水とグリセリンの混合物が供
給管16bから探触子14の接触空間に供給される。こ
こで、グリセリン混合装置内の混合濃度の調整が、調整
バルブ52b及び52aを制御することによって行わ
れ、これによって接触媒質の密度が調整されてこの接触
媒質中の音速が制御される。
斜角超音波探傷方法について説明する。上述の方法と同
様に、まず検査に先立って検査対象物である鋼管の音速
をV透過法で測定する。そして、測定された鋼管の音速
C2 を上述の濃度制御装置50に入力する。この濃度制
御装置50では、上述の方法と同様に式C1 =K・C2
によって要求される屈折角64°を得るために必要な接
触媒質の音速C1 が計算される。そして濃度制御装置5
0では、接触媒質の音速C1 と混合濃度との関係がマッ
プ化されて記憶されており、これによって、算出された
音速C1 から設定される混合濃度が求められ、この混合
濃度に基づく濃度制御装置50の制御が行われる。した
がって、作業者は現地で鋼管の音速を測定し、この測定
値を濃度制御装置50に入力するのみで、要求される屈
折角での斜角探傷検査を行うことが可能になる。
次に記載する効果を奏する。 (1)斜角超音波探傷において、接触媒質の音速を制御
することによって、超音波の入射角を固定した状態で屈
折角を調整することができるので、必要な屈折角で探傷
を行うのに、振動子の設置角度を調整すると行った面倒
な調整作業をなくすことができる。 (2)斜角探傷における屈折角の調整を自動化できるの
で、検査作業時間の短縮を図ることができると共に、調
整作業を高精度に行うことができ検査精度の向上を図れ
る。 (3)斜角探傷における調整作業を簡素化できるので、
検査作業に熟練を要することがない。 (4)探触子の振動子の角度を常時固定しておくことが
できるので、検査装置の信頼性の向上を図れる。
示す説明図である。
おける探触子の正面図及び断面図である。
を示す説明図である。
示す説明図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 接触媒質を介して超音波を検査対象物の
表面から所定入射角で入射して検査対象物内を所定の屈
折角で伝搬させ、欠陥エコーを検知することによって検
査対象物の探傷を行う斜角超音波探傷方法において、 上記接触媒質の音速を制御することによって、超音波の
上記入射角を固定した状態で上記屈折角を調整すること
を特徴とする斜角超音波探傷方法。 - 【請求項2】 上記接触媒質を水として、その水温の制
御により音速を制御することを特徴とする請求項1記載
の斜角超音波探傷方法。 - 【請求項3】 上記接触媒質を水とグリセリンの混合物
として、水に対するグリセリンの濃度調整をすることに
よって音速を制御する請求項1記載の斜角超音波探傷方
法。 - 【請求項4】 超音波を検査対象物の表面から所定入射
角で入射して検査対象物内を所定の屈折角で伝搬させ、
欠陥エコーを検知することによって検査対象物の探傷を
行う斜角超音波探傷装置において、 検査対象物の表面に対して振動子を一定の角度で傾斜配
置した探触子と、上記振動子と検査対象面との接触空間
を水で埋めるための給水装置と、該給水装置によって供
給される水の水温を制御する水温制御装置とを備えるこ
とを特徴とする斜角超音波探傷装置。 - 【請求項5】 超音波を検査対象物の表面から所定入射
角で入射して検査対象物内を所定の屈折角で伝搬させ、
欠陥エコーを検知することによって検査対象物の探傷を
行う斜角超音波探傷装置において、 検査対象物の表面に対して振動子を一定の角度で傾斜配
置した探触子と、上記振動子と検査対象面との接触空間
を水で埋めるための給水装置と、該給水装置によって供
給される水にグリセリンを混入するグリセリン混合装置
と、該グリセリンの混合濃度を制御する濃度制御装置と
を備えることを特徴とする斜角超音波探傷装置。
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
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JP2011089825A (ja) * | 2009-10-21 | 2011-05-06 | Ihi Aerospace Co Ltd | 屈折角制御装置、非接触超音波探傷装置、屈折角制御方法及び非接触超音波探傷方法 |
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1996
- 1996-10-24 JP JP28211196A patent/JP3571473B2/ja not_active Expired - Lifetime
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