JP4098070B2 - Ultrasonic flaw detector - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を被検査材内部に送受信することで探傷あるいは板厚測定する超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、配管溶接部や圧力容器溶接部の欠陥検出手法として超音波探傷装置が利用されている。従来の超音波探傷装置１として図１０に示す装置がある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
超音波探傷装置１は、時間制御装置２に信号ケーブル３を介してパルス発生器４と縦波用超音波探蝕子５とを直列に接続した構成である。縦波用超音波探蝕子５の内部には縦波用超音波振動子が設けられ、縦波用超音波振動子が被検査材６の探傷面６ａに面接触するように縦波用超音波探蝕子５が配置される。
【０００４】
時間制御装置２からトリガパルスがパルス発生器４に送信されると、パルス発生器４は電気信号パルスを縦波用超音波探蝕子５に印加する。縦波用超音波探蝕子５は、電気信号パルスを変換して被検査材６内部に探傷面６ａに垂直に縦波超音波Ｘを発生させる。この縦波超音波Ｘは被検査材６の内部を伝搬するが、被検査材６の内部に欠陥が存在すると欠陥部で縦波超音波Ｘが反射して再び縦波用超音波探蝕子５に到達する。
【０００５】
縦波用超音波探蝕子５は、反射した縦波超音波Ｘを電気信号パルスに変換して図示しない信号処理装置に伝送し、この信号処理装置において縦波超音波Ｘが発生してから再び縦波用超音波探蝕子５に到達するまでの時間を測定する。この時間に音速を乗じて被検査材６内部の欠陥の位置を計算する。
【０００６】
尚、被検査材６の探傷面６ａと反対側の面６ｂで反射した縦波超音波Ｘを測定することで、被検査材６の板厚計測が可能となる。
【０００７】
一方、図１１は、従来の超音波探傷装置の別の例を示す構成図である（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
超音波探傷装置１Ａでは、縦波用超音波振動子１０が被検査材６の探傷面６ａに縦用超音波の伝搬方向と斜角となるように傾けて設けられる。このとき、縦波用超音波振動子１０と被検査材６の探傷面６ａとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント１１が塗布される。
【０００９】
また、被検査材６は例えば２つの母材１２，１２を突き合わせて溶接され溶接ビード１３が形成された溶接材が対象となる。
【００１０】
縦波用超音波振動子１０から縦波超音波が発生し、カプラント１１中を伝搬した後、縦波超音波は被検査材６の探傷面６ａにおいてモード変換して垂直偏波横波（ＳＶ波：Ｓｈｅａｒ Ｖｅｒｔｉｃａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）Ｙとなる。
【００１１】
そして、このＳＶ波Ｙが被検査材６の内部に照射され、反射して再び被検査材６の探傷面６ａにおいてモード変換して縦波超音波となって縦波用超音波振動子１０に到達する。この反射した縦波超音波を検出して被検査材６内部の、例えば溶接ビード１３内部の欠陥１４の有無を判定する。
【００１２】
【非特許文献１】
「新非破壊検査便覧」（日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日、初版第一刷発行、ｐ２５４、図２．３１８参照）
【００１３】
【非特許文献２】
「新非破壊検査便覧」（日刊工業新聞社、１９９２年１０月１５日、初版第一刷発行、ｐ２９７）
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の被検査材６の探傷面６ａに垂直に超音波を照射する超音波探傷装置１においては、測定精度向上のため、より高周波の縦波超音波Ｘが使用される。
【００１５】
しかし、周波数が高くなると被検査材６中における縦波超音波Ｘの減衰が大きくなり信号のＳＮ比が低下する一方、縦波超音波Ｘの周波数を上げるためには縦波用超音波振動子の厚さを薄くする必要があるため、縦波用超音波振動子の製造中に破損する恐れが発生する。
【００１６】
そこで、縦波超音波Ｘの代わりに横波超音波を使用することができれば、横波超音波の音速は縦波超音波Ｘの音速の約半分であるため、縦波超音波Ｘの約半分の周波数で同程度の測定精度を得ることができる。
【００１７】
一方、被検査材６の探傷面６ａに斜方向から超音波を照射する超音波探傷装置１Ａは、横波超音波であるＳＶ波Ｙを利用する方法であるが、ＳＶ波Ｙは液体中を伝搬しないため被検査材６の探傷面６ａにおけるモード変換現象を利用してカプラント１１中は縦波超音波として伝搬させる構成である。
【００１８】
しかし、ＳＶ波Ｙは、被検査材６の端面や欠陥１４部で再度モード変換するため、反射する超音波の減衰によるレベルの低下あるいは不必要な超音波モードの発生により、反射する超音波の正確な検出が困難となる。
【００１９】
そこで、水平偏波横波（ＳＨ波：Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）の適用が考えられる。ＳＨ波はモード変換しないため、不必要な超音波モードの発生および超音波の減衰によるレベルの低下を伴わない。このＳＨ波は、電磁超音波探蝕子（ＥＭＡＴ：Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）あるいは横波用圧電セラミックを使用して送受信させることができる。
【００２０】
ＥＭＡＴは、電磁力を利用してＳＨ波の送受信を行うものであるが、周波数の上限が１ＭＨｚ程度であるため、汎用の超音波探傷試験に必要な周波数が得られず実用化することができない。
【００２１】
一方、横波用圧電セラミックを利用してＳＨ波を送受信するためには、ＳＨ波を被検査材６内部に照射するために横波用圧電セラミックスをろう付けあるいは溶接等の接合方法により被検査材６に接合し、あるいは横波用圧電セラミックスを粘性の高いカプラント１１を介して被検査材６に押し付け、さらにＳＨ波の送受信の安定化に数分間の時間を必要とする。このため、横波用圧電セラミックは、超音波探蝕子の移動が不要な特殊な用途に限定される。
【００２２】
本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、従来使用される低粘性のカプラントを使用して、より低周波の横波超音波を被検査材内部に送受信することでより効率的かつ正確に探傷あるいは板厚測定することが可能な超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る超音波探傷装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、正パルス発生器と負パルス発生器とで構成されるパルス発生器と、前記正パルス発生器および前記負パルス発生器にそれぞれ個別に信号ケーブルを介して接続された送信用超音波振動子と、受信用超音波振動子と、この受信用超音波振動子に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記正パルス発生器に接続される送信用超音波振動子の分極方向と前記負パルス発生器に接続される送信用超音波振動子の分極方向とが同一の方向に構成され、前記各送信用超音波振動子を被検査材の探傷面上に設け、前記各送信用超音波振動子に前記パルス発生器によりパルスをそれぞれ印加して前記被検査材の内部に縦波超音波とともに遅れエコーとして互いに逆相の横波超音波を発生させて前記各横波超音波が前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うようにする一方、前記受信用超音波振動子を前記被検査材の探傷面に対向する面上の前記各横波超音波を受信可能な位置に設け、この受信用超音波振動子により前記各横波超音波を受信して、前記信号処理系において解析することにより前記被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明に係る超音波探傷装置は、上述の目的を達成するために、請求項２に記載したように、パルス発生器と、前記パルス発生器に信号ケーブルを介して接続されかつ分極方向が互いに逆方向で隣接する複数の整列配置された送信用超音波振動子と、受信用超音波振動子と、前記受信用超音波振動子に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記複数の送信用超音波振動子を被検査材の探傷面上に設け、前記複数の送信用超音波振動子に前記パルス発生器によりパルスをそれぞれ印加して前記被検査材の内部に縦波超音波とともに遅れエコーとして互いに逆相の横波超音波をそれぞれ発生させて前記各横波超音波が前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うようにする一方、前記受信用超音波振動子を前記被検査材の探傷面に対向する面上の前記各横波超音波を受信可能な位置に設け、前記受信用超音波振動子により前記各横波超音波を受信して、前記信号処理系において解析することにより前記被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とするものである。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る超音波探傷装置の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成図である。
【００２７】
超音波探傷装置２０は、板状あるいはブロック状の被検査材２１の、対向する一方の面である探傷面２１ａに超音波送信系２２を、他方の面に超音波受信系２３をそれぞれ設けた超音波通過型の構成である。
【００２８】
超音波送信系２２は、時間制御装置２４に信号ケーブル２５，２５を介して正パルス発生器２６と負パルス発生器２７とが並列に設けられ、さらに正パルス発生器２６と負パルス発生器２７にそれぞれ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを信号ケーブル２５，２５を介して接続した構成である。
【００２９】
正パルス発生器２６は極性が正のパルス電圧を発生させて、送信用超音波振動子２８ａに印加させる機能を有する。一方、負パルス発生器２７は正のパルス電圧と位相が１８０度反転させた極性が負のパルス電圧を発生させて、送信用超音波振動子２８ｂに印加させる機能を有する。
【００３０】
送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部に超音波を送信するための接触面２９，２９をそれぞれ有する。さらに、送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、予め分極される。そして、送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、それぞれ被検査材２１の一方の面である探傷面２１ａにその接触面２９，２９が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【００３１】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは同方向とされる。図１の例では、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは共に、被検査材２１の探傷面２１ａから正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７に向かう方向である。
【００３２】
一方、超音波受信系２３は、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂをそれぞれ信号ケーブル２５，２５を介してアンプ３２ａ，３２ｂに接続し、さらに各アンプ３２ａ，３２ｂを信号処理系の一例である単一の信号加算器３３に信号ケーブル２５を介して接続した構成である。
【００３３】
また、信号加算器３３には、信号ケーブル２５を介して波形表示装置３４が接続される。この波形表示装置３４はモニタを具備し、波形を表示して観測可能にする機能を有する。
【００３４】
受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部から伝搬する超音波を受信するための接触面３５，３５をそれぞれ有する。さらに、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、予め分極される。そして、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、それぞれ被検査材２１の超音波送信系２２が設けられない反対側の面にそれぞれの接触面３５，３５が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂとの隙間には、音響カプラとして油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【００３５】
このとき、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂは、被検査材２１の反対側に設けられる送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに対向する位置付近にそれぞれ設けられる。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは同方向とされる。図１の例では、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは共に、被検査材２１の探傷面２１ａからアンプ３２ａ，３２ｂ側に向かう方向である。
【００３６】
次に超音波探傷装置２０の作用を説明する。
【００３７】
超音波探傷装置２０の作動により、時間制御装置２４から、トリガパルスが正パルス発生器２６および負パルス発生器２７に送信される。トリガパルス送信する時間の間隔は、被検査材２１に超音波を発振する発振間隔に対応する間隔とされる。
【００３８】
次に、正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、時間制御装置２４から送信されたトリガパルスにより、それぞれトリガパルスの間隔に応じた正パルスおよび負パルスを各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加する。
【００３９】
送信用超音波振動子２８ａは、正パルス発生器２６から正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ１を発生するが、このとき振動様式の変換に伴う遅れエコーである横波超音波を発生する。一方、送信用超音波振動子２８ｂは、送信用超音波振動子２８ａと同様に、負パルス発生器２７から負パルスを印加されると、縦波超音波Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波を発生する。
【００４０】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波は、それぞれ各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂからカプラント３０を介して被検査材２１の内部に伝搬される。
【００４１】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐが共に同方向であり、かつそれぞれ印加されるパルスの正負が逆相であるため、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１の振動方向Ａ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２の振動方向Ａ２とは、互いに逆相となる。
【００４２】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と平行な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ１となる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と平行な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ２となる。
【００４３】
同様に、遅れエコーである送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波の振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波の振動方向Ｂ２とは、互いに逆相となる。
【００４４】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる横波超音波となる。
【００４５】
すなわち、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波の振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波の振動方向Ｂ２とは互いに同じ方向となる。このため、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波とは互いに強め合い合成された横波超音波Ｙとなる。
【００４６】
さらに、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波Ｙは互いに振動を強め合いながら、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【００４７】
同様に、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【００４８】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙは、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが接する面に到達し、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信されて電気信号に変換される。
【００４９】
ここで、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。同様に、横波超音波Ｙも各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは同じ方向であるため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて変換した各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の電気信号の位相は各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の位相から変化せずに互いに逆相となる。
【００５０】
同様に、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて変換した横波超音波Ｙ，Ｙの電気信号の位相も、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波Ｙ，Ｙの位相から変化せずに互いに逆相となる。
【００５１】
例えば、受信用超音波振動子３１ａ近傍の横波超音波Ｙは、横波超音波Ｙの伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、受信用超音波振動子３１ｂ近傍の横波超音波Ｙは、横波超音波Ｙの伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる。
【００５２】
さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙは、それぞれアンプ３２ａ，３２ｂに電気信号として送信され、各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅される。
【００５３】
各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅された縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙの電気信号は、共通の信号加算器３３に送信される。この信号加算器３３において受信用超音波振動子３１ａで受信した横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ１の位相あるいは受信用超音波振動子３１ｂで受信した横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ２の位相のうちいずれか一方が反転される。
【００５４】
この結果、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙは互いに同相となる。そして、同相となった縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波Ｙ，Ｙの各電気信号は加算され、加算縦波超音波と加算横波超音波とが得られる。
【００５５】
さらに、信号加算器３３は、加算縦波超音波と加算横波超音波とを波形表示装置３４に送信し、この波形表示装置３４において、時間を軸として加算縦波超音波と加算横波超音波とがそれぞれ波形表示される。そして、この加算縦波超音波と加算横波超音波とを分析して被検査材２１内部における欠陥の有無の判定あるいは板厚測定が実施される。
【００５６】
すなわち超音波探傷装置２０は、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波Ｙを各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信して横波超音波Ｙを利用した分析を可能とする構成である。
【００５７】
さらに、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから逆相の横波超音波Ｙ，Ｙをそれぞれ発生させて、波の干渉作用により横波超音波Ｙ，Ｙを互いに強め合い合成して伝播するように構成して減衰を抑制させるものである。
【００５８】
超音波探傷装置２０では、被検査材２１の探傷面２１ａに垂直方向に伝搬する横波超音波Ｙの送受信が可能となるため、より低い周波数の超音波を探傷検査に適用することができる。このため、より安価に探傷あるいは板厚測定の精度を向上させることができる。
【００５９】
また、従来は横波超音波Ｙを送受信する手段として横波用圧電セラミックの利用が可能であったが、超音波エコーの安定化に数分間の時間要し、かつ超音波振動子の移動が困難であった。
【００６０】
しかし、超音波探傷装置２０では、従来使用される縦波用の送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂあるいは受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波Ｙを利用するため、短時間で超音波エコーが安定し、かつ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂあるいは受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの移動を容易とすることができる。
【００６１】
尚、超音波探傷装置２０は、２個の送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを具備する構成としたが、単一の送信用超音波振動子２８ａのみで構成することも可能である。単一の送信用超音波振動子２８ａから超音波を発生する場合、伝搬する横波超音波Ｙおよび縦波超音波Ｘ１の振動方向は同相となる。
【００６２】
このため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信した縦波超音波Ｘ１は同相となる。しかし、受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの間の被検査材２１の対面に送信用超音波振動子２８ａを設ければ、送信用超音波振動子２８ａから被検査材２１の探傷面２１ａに垂直な方向に形成される横波超音波Ｙの伝搬中心線に対して、横波超音波Ｙの振動方向は線対称となる。
【００６３】
従って、超音波振動子１３ａと超音波振動子１３ｂで受信する横波超音波Ｙの振動方向は互いに逆向きとなる。このため、超音波振動子１３ａが受信した横波超音波Ｙの位相あるいは超音波振動子１３ｂが受信した横波超音波Ｙの位相のいずれか一方を反転させて加算すれば、横波超音波Ｙを強め合うことができる。
【００６４】
尚、超音波振動子１３ａ，１３ｂが受信した超音波の位相の一方を反転させて加算すると縦波超音波Ｘ１は互いに弱め合うこととなり、逆に位相を反転させないでそのまま加算すると、横波超音波Ｙは互いに弱め合う一方、縦波超音波Ｘ１は互いに強め合うこととなる。
【００６５】
図２は本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態を示す構成図であり、図３は、図２に示す超音波探蝕子Ａが具備する複数の超音波振動子３５ａの配置方法を示す正面図である。
【００６６】
尚、図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０と同一の構成要素には同符号を付す。
【００６７】
超音波探傷装置２０Ａは、超音波反射型の探傷装置であり時間制御装置２４に信号ケーブル２５を介して複数の正パルス発生器２６および負パルス発生器２７を並列にそれぞれ設け、さらにこれら正パルス発生器２６および負パルス発生器２７を、信号ケーブル２５を介して単一の超音波探触子４０に接続した構成である。
【００６８】
時間制御装置２４に複数の信号ケーブル２５が設けられ、各信号ケーブル２５はそれぞれ時間遅延回路４１に接続される。さらに各時間遅延回路４１において信号ケーブル２５は分岐され、一方は正パルス発生器２６に、他方は負パルス発生器２７にそれぞれ接続される。
【００６９】
一方、超音波探触子４０は内部に複数の超音波振動子４２ａ，４２ｂを有する。図２および図３の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂは例えば１６個設けられる。各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１の探傷面２１ａに接触して、その内部に超音波を送信するための接触面をそれぞれ有する。そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、それぞれの接触面が共通の面上となるように整列配置される。
【００７０】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、２個を１組としてペア組を構成し、各ペア組同士は所定の間隔ｐを有する位置に配置される。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、例えば２列に整列される。さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは接触面に垂直な方向に予め分極され、分極方向は全て同じ方向とされる。
【００７１】
そして、各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、信号ケーブル２５を介して超音波探触子４０の内部に設けられた超音波振動子４２ａ，４２ｂにそれぞれ個別に接続される。このとき、超音波探触子４０の内部に設けられたペア組の一方の超音波振動子４２ａは正パルス発生器２６に接続され、ペア組の他方の超音波振動子４２ｂは負パルス発生器２７に接続される。すなわち、一方の列の超音波振動子４２ａは全て正パルス発生器２６に接続され、他方の列の超音波振動子４２ｂは全て負パルス発生器２７に接続される。
【００７２】
さらに、超音波探触子４０は、各超音波振動子４２ａ，４２ｂの接触面が音響カプラとしてのカプラント３０を介して面接触するように被検査材２１の探傷面２１ａに設けられる。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は被検査材２１の探傷面２１ａに垂直でかつ互いに同方向となる。
【００７３】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂと正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７との間の各信号ケーブル２５にはそれぞれ分岐部４３が設けられ、これらの分岐部４３から信号ケーブル２５が分岐してそれぞれアンプ４４に接続される。
【００７４】
各アンプ４４は、それぞれ信号ケーブル２５を介して信号加算器３３に接続される。ただし、共通の時間遅延回路４１から分岐してペア組の超音波振動子４２ａ，４２ｂとともに接続された２つのアンプ４４は、共通の信号加算器３３に接続される。すなわち、各時間遅延回路４１および超音波振動子４２ａ，４２ｂの各ペア組に対応する同数の信号加算器３３が設けられる。
【００７５】
さらに、各信号加算器３３は信号ケーブル２５を介して共通の信号処理装置４５と接続され、信号処理装置４５は信号ケーブル２５を介して波形表示装置３４と接続される。
【００７６】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理装置４５に接続される。
【００７７】
尚、各信号加算器３３および信号処理装置４５は一体として構成してもよく、両者で信号処理系が形成される。
【００７８】
次に超音波探傷装置２０Ａの作用を説明する。
【００７９】
超音波探傷装置２０Ａを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ａを作動させる。超音波探傷装置２０Ａの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【００８０】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延をトリガパルスに与え、正パルス発生器２６および負パルス発生器２７にそれぞれ伝送する。すなわち、ある１つの正パルス発生器２６および負パルス発生器２７がトリガパルスを受信してから、所定の時間経過後に隣接する別の正パルス発生器２６および負パルス発生器２７がトリガパルスを受信する。
【００８１】
また、各時間遅延回路４１は、各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【００８２】
各正パルス発生器２６および負パルス発生器２７は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、正パルスおよび負パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加する。
【００８３】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７から正パルスあるいは負パルスが印加されると、振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生する。
【００８４】
この横波超音波は振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに水平であるため、ＳＨ波（水平偏波横波：Ｓｈｅａｒ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｗａｖｅ）となる。
【００８５】
図４は、図２に示す被検査材２１の探傷面２１ａにおける横波超音波の振動方向Ｂを示す図であり、図５は、図４に示すＣ−Ｃ断面の断面図である。
【００８６】
図４に示すように、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、２個を１組としてペア組を構成し、各ペア組同士は所定の間隔ｐを有する位置に例えば２列に整列配置される。
【００８７】
各超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は同方向であり、かつ一方の列の超音波振動子４２ａに印加されるパルスと他方の列の超音波振動子４２ｂに印加されるパルスの符号が逆であるため、双方の列の超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生する横波超音波は互いに逆相となる。
【００８８】
このため、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に、双方の列の各超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生した横波超音波の振動方向Ｂは被検査材２１の探傷面２１ａに平行な同心円状となるが、重ね合さって双方の列の各超音波振動子４２ａ，４２ｂの間では振動方向Ｂがそれぞれ同一となり互いに強め合う。
【００８９】
すなわち、一方の列の各超音波振動子４２ｂから他方の列の各超音波振動子４２ａに向かう振動が一様に強調される。
【００９０】
図５に示すように各ＳＨ波は、一定間隔pで整列した各超音波振動子４２ａ，４２ｂから順に一定の時間遅延Δｔを伴って被検査材２１の探傷面２１ａから内部に向かって伝搬する。各ＳＨ波の振動方向Ｂは、図５において同方向かつ紙面に垂直な方向であり、例えば紙面の手前から紙面を貫通する向きである。
【００９１】
このため、被検査材２１の探傷面２１ａに水平な方向にフェーズドアレイが形成される。そして、各ＳＨ波は互いに干渉し、被検査材２１の探傷面２１ａの法線と一定の角度θとなる斜方向のＳＨ波となる。すなわち、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは斜方向のＳＨ波を送受信することができる。
【００９２】
ここで、超音波振動子４２ａ，４２ｂ間の距離をｐ（ｍ）、ＳＨ波の伝搬方向と被検査材２１の探傷面２１ａの法線とのなす角をθ（度）とし、さらに被検査材２１中の横波超音波の音速をＶｓ（ｍ／ｓｅｃ）、時間遅延回路４１におけるトリガパルスの遅延時間をΔｔ（ｓｅｃ）とすると、式（１）に示す公知のフェーズドアレイの関係式が成立する。
【００９３】
【数１】
Δｔ＝（ｐ／Ｖｓ）ｓｉｎθ ……（１）
【００９４】
式（１）に示すように時間遅延回路４１におけるトリガパルスの遅延時間Δｔの値を制御することで、ＳＨ波の伝搬方向と被検査材２１の探傷面２１ａの法線とのなす角θを任意の角度とすることができる。
【００９５】
すなわち、超音波探触子４０は、ＳＨ波の伝搬方向を制御可能なフェーズドアレイ式の超音波探触子４０として機能する。
【００９６】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０が設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに到達する。
【００９７】
さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、信号ケーブル２５を介してそれぞれアンプ４４に送信する。そして、これらアンプ４４において、電気信号に変換されたＳＨ波は増幅され、共通の信号加算器３３に送信される。
【００９８】
ただし、信号加算器３３に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号加算器３３は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に同相となるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【００９９】
そして、信号加算器３３において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【０１００】
すなわち超音波探傷装置２０Ａでは、複数の超音波振動子４２ａ，４２ｂを２列に整列配置して構成した超音波探触子４０を使用して、一定の遅延時間を伴うパルスを印加することで被検査材２１の探傷面２１ａに水平方向のフェーズドアレイを形成し、被検査材２１内の任意の方向にＳＨ波を強め合うように送受信することにより被検査材２１内部を探傷する構成である。
【０１０１】
超音波探傷装置２０Ａでは、ＳＨ波を被検査材２１内に照射するため、モード変換を伴わない探傷を実施することができる。このため、異材継手部等の従来適用が困難であった部位の探傷が可能となり、配管や圧力容器等の構成部材の信頼性を向上させることができる。
【０１０２】
また、超音波探傷装置２０Ａは、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａ，４２ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波９ａを利用するため、横波用圧電セラミックを利用して横波超音波９ａを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａ，４２ｂの移動を容易とすることができる。
【０１０３】
尚、図２の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を１６個として、８つのペア組を形成する８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば４チャンネル、１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１０４】
図６は本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態を示す構成図である。
【０１０５】
図６に示された、超音波探傷装置２０Ｂでは、図２に示す第２の実施形態による超音波探傷装置２０Ａと同等の構成であるが、時間遅延回路４１が設定する遅延時間およびＳＨ波の伝搬方向が異なる。このため超音波探傷装置２０Ｂの構成および同一の作用については図示および説明を省略する。
【０１０６】
超音波探傷装置２０Ｂでは、時間遅延回路４１が設定する遅延時間は、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定される。すなわち、式（１）において、θ＝９０度となるように遅延時間Δｔが時間遅延回路４１において設定される。従って、時間遅延回路４１が設定する遅延時間は、式（２）で示される。
【０１０７】
【数２】
Δｔ＝（ｐ／Ｖｓ） ……（２）
【０１０８】
式（２）の条件を満たすＳＨ波は、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行でありかつ被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬するいわゆる表面ＳＨ波となる。このため、超音波探傷装置２０Ｂでは表面ＳＨ波の送受信が可能となる。
【０１０９】
被検査材２１は、例えば板状の母材５０を付き合わせて溶接され、凸状の溶接ビード５１が形成される。表面ＳＨ波は、被検査材２１の母材５０の表面に平行な方向に伝搬するため、溶接ビード５１内の表面近傍に欠陥５２がある場合、この欠陥５２で表面ＳＨ波が反射する。このため、表面ＳＨ波を利用する検査では、溶接ビード５１内部の欠陥５２の検出が可能となる。
【０１１０】
従来、被検査材２１の欠陥５２を検出するためにレーリ波（表面波）Ｚが利用される。しかし、レーリ波Ｚを溶接ビード５１が形成された溶接部材の検査に適用すると、レーリ波Ｚは凸状である溶接ビード５１の内部ではなく表面に沿って伝搬するため、レーリ波Ｚを利用する検査方法では、溶接ビート５１内部の欠陥５２の検出は困難であった。
【０１１１】
しかし、超音波探傷装置２０Ｂでは、溶接部材の検査に溶接ビード５１内においても、伝搬方向が変わらずに母材５０の表面に平行な方向に伝搬する表面ＳＨ波を利用するため、溶接ビード５１内部の欠陥５２の検出を可能とすることができる。このため、溶接された配管や圧力容器等の溶接部の内部欠陥の検出が可能となり、溶接を伴う構成部材の信頼性を向上させることができる。
【０１１２】
また、超音波探傷装置２０Ｂは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａ，４２ｂと低粘性のカプラント３０を使用して発生する横波超音波９ａを利用するため、横波用圧電セラミックを利用して横波超音波９ａを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａ，４２ｂの移動を容易とすることができる。
【０１１３】
図７は本発明に係る超音波探傷装置の第４の実施形態を示す構成図である。
【０１１４】
図７に示された、超音波探傷装置２０Ｃでは、図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０に対し、超音波送信系２２Ａの構成および超音波受信系２３Ａが具備する受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐが相違している。超音波探傷装置２０Ｃの他の構成は図１に示された超音波探傷装置２０と実質的に異ならないため、同一の構成については図１に示す第１の実施形態による超音波探傷装置２０と同符号を付して説明する。
【０１１５】
超音波探傷装置２０Ｃの超音波送信系２２Ａは、時間制御装置２４に信号ケーブル２５を介して単一のパルス発生器６０を設け、このパルス発生器６０に並列に２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂを信号ケーブル２５を介して接続した構成である。
【０１１６】
尚、パルス発生器６０は正パルス発生器２６あるいは負パルス発生器２７のいずれでもよい。
【０１１７】
送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂは、予め各接触面２９，２９に垂直な方向に分極され、それぞれ被検査材２１の一方の面である探傷面２１ａに接触面２９，２９が接するように設けられる。さらに、被検査材２１と送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂとの隙間には、油あるいはグリセリン等の低粘性の液体で構成されるカプラント３０が塗布される。
【０１１８】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐは互いに逆向きとされる。図７の例では、一方の送信用超音波振動子２８ａの分極方向Ｐは、被検査材２１の探傷面２１ａからパルス発生器６０側に向かう方向であり、他方の送信用超音波振動子２８ｂの分極方向Ｐは、パルス発生器６０側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向である。
【０１１９】
一方、超音波受信系２３Ａの構成は、図１に示す超音波探傷装置２０と同等であるが、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐが異なる。
【０１２０】
すなわち、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは互いに逆方向とされる。図７の例では、一方の受信用超音波振動子３１ａの分極方向Ｐは、アンプ３２ａ側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向であり、他方の受信用超音波振動子３１ｂの分極方向Ｐは、被検査材２１の探傷面２１ａからアンプ３２ｂ側に向かう方向である。
【０１２１】
次に超音波探傷装置２０Ｃの作用を説明する。
【０１２２】
超音波探傷装置２０Ｃを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｃを作動させる。超音波探傷装置２０Ｃの作動により、時間制御装置２４から、所定の時間間隔でトリガパルスがパルス発生器６０に送信され、さらにパルス発生器６０はトリガパルスの時間間隔に応じた正あるいは負の同相のパルスを各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加させる。
【０１２３】
送信用超音波振動子２８ａは、パルス発生器６０から例えば正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ１とともに遅れエコーである横波超音波９ａを発生する一方、送信用超音波振動子２８ｂは、送信用超音波振動子２８ａと同様に、パルス発生器６０から例えば正パルスが印加されると、縦波超音波Ｘ２とともに遅れエコーである横波超音波９ｂを発生する。
【０１２４】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂから発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、それぞれ各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂからカプラント３０を介して被検査材２１の内部に放射状方向に伝搬する。
【０１２５】
このとき、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐが共に逆方向であり、かつそれぞれ印加されるパルスの正負が同相であるため、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１の振動方向Ａ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２の振動方向Ａ２とは、互いに逆相となる。
【０１２６】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する縦波超音波Ｘ１は、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と平行な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ１となる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する縦波超音波Ｘ２は、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と平行な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる縦波超音波Ｘ２となる。
【０１２７】
同様に、遅れエコーである送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａの振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂの振動方向Ｂ２とは、互いに逆相となる。
【０１２８】
例えば、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａは、送信用超音波振動子２８ａから伝搬方向と垂直な方向の圧縮応力を被検査材２１に発生させる。一方、送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂは、送信用超音波振動子２８ｂから伝搬方向と垂直な方向の引張応力を被検査材２１に発生させる横波超音波９ｂとなる。
【０１２９】
すなわち、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａの振動方向Ｂ１と送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂの振動方向Ｂ２とは互いに同じ方向となる。このため、２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの間においては、送信用超音波振動子２８ａが発生する横波超音波９ａと送信用超音波振動子２８ｂが発生する横波超音波９ｂとは波の干渉により互いに強め合って重ね合わさり、各横波超音波９ａ，９ｂの減衰が抑制される。
【０１３０】
さらに、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した横波超音波９ａ，９ｂは互いに振動を強め合いながら、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【０１３１】
同様に、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２は、被検査材２１の内部を各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂに向かって伝搬する。
【０１３２】
そして、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂが発生した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが接する面に到達し、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂで受信されて電気信号に変換される。
【０１３３】
ここで、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおいて同時に受信される。さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは逆方向であるため、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂにおける各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を変換した電気信号の位相は互いに同相となる。
【０１３４】
すなわち、各送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂ近傍および被検査材２１の内部においては各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の位相は逆相であるが、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐは逆方向であるため、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を電気信号に変換する際、一方の電気信号が反転する。このため、各縦波超音波Ｘ１，Ｘ２を変換した電気信号の位相は互いに同相となる。
【０１３５】
同様に、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが横波超音波９ａ，９ｂを変換して得られたの電気信号の位相も互いに同相となる。
【０１３６】
さらに、各受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂが受信した縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂは、それぞれアンプ３２ａ，３２ｂに電気信号として送信され、各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅される。
【０１３７】
各アンプ３２ａ，３２ｂにおいてそれぞれ増幅された縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂの電気信号は、共通の信号加算器３３に送信される。この信号加算器３３において同相の縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂの各電気信号は加算され、加算縦波超音波と加算横波超音波とが得られる。
【０１３８】
さらに、信号加算器３３は、加算縦波超音波と加算横波超音波とを波形表示装置３４に送信し、この波形表示装置３４において、時間を軸として加算縦波超音波と加算横波超音波とがそれぞれ波形表示される。そして、この加算縦波超音波と加算横波超音波とを分析して被検査材２１内部における欠陥の有無の判定あるいは板厚測定が実施される。
【０１３９】
すなわち超音波探傷装置２０Ｃでは、パルス発生器６０から正または負の同相のパルスを２つの送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂに印加し、かつ送信用超音波振動子２８ａ，２８ｂの分極方向Ｐを互いに逆方向とすることで、図１に示す超音波探傷装置２０と同様な、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂを被検査材２１の内部に発生させる構成である。
【０１４０】
このため、超音波探傷装置２０Ｃでは、図１に示す超音波探傷装置２０と同様な効果に加えてパルス発生器６０の単一化が可能となりより簡易で安価な構成にすることができる。
【０１４１】
さらに、超音波探傷装置２０Ｃは、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを逆方向にすることで電気信号に変換する際、縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相をそれぞれ反転させ同相とする構成である。
【０１４２】
このため、超音波探傷装置２０Ｃでは、信号加算器３３において縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相を反転する必要がなく、そのまま加算するのみで縦波超音波Ｘ１，Ｘ２および横波超音波９ａ，９ｂを増幅させることができる。
【０１４３】
尚、超音波探傷装置２０Ｃでは、２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを逆方向にしたが、図１に示す超音波探傷装置２０と同様に２つの受信用超音波振動子３１ａ，３１ｂの分極方向Ｐを同方向として、さらに信号加算器３３において縦波超音波Ｘ１，Ｘ２の一方の位相および横波超音波９ａ，９ｂの一方の位相を反転して加算する構成としてもよい。
【０１４４】
図８は本発明に係る超音波探傷装置の第５の実施形態を示す構成図である。
【０１４５】
図８に示された、超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す第２の実施形態の超音波探傷装置２０Ａに対し、正パルス発生器２６と負パルス発生器２７を共に同符号のパルス発生器７０とした点および超音波探触子４０Ａが具備する超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向が相違する。他の構成については図２に示された超音波探傷装置２０Ａと実質的に同じ構成であるため同一の構成については同符号を付して説明を省略する。
【０１４６】
超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、時間制御装置２４に接続される複数の信号ケーブル２５が時間遅延回路４１に導かれ、この時間遅延回路４１において各信号ケーブル２５は２つの信号ケーブル２５に分岐される。そして、時間遅延回路４１において分岐された全ての信号ケーブル２５はそれぞれパルス発生器７０に接続される。
【０１４７】
各パルス発生器７０は正あるいは負のパルスを発生させるが、各パルス発生器７０は互いに同符号のパルスを発生させるように構成される。
【０１４８】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理系の一部である信号処理装置４５に接続される。
【０１４９】
一方、超音波探触子４０Ａの構成は図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同等であり、図８のように超音波探触子４０Ａの内部には例えば１６個の超音波振動子４２ａ，４２ｂが２列に整列して被検査材２１の探傷面２１ａに面接触するように設けられる。
【０１５０】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは接触面に垂直な方向に予め分極されるが、分極方向は被検査材２１の探傷面２１ａに垂直でかつ一方の列と他方の列とで互いに逆向きとされる。例えば、一方の列の各超音波振動子４２ａの分極方向は信号ケーブル２５側から被検査材２１の探傷面２１ａに向かう方向であり、他方の列の各超音波振動子４２ｂの分極方向は、被検査材２１の探傷面２１ａから信号ケーブル２５側に向かう方向である。
【０１５１】
次に超音波探傷装置２０Ｄの作用について説明する。
【０１５２】
超音波探傷装置２０Ｄを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｄを作動させる。超音波探傷装置２０Ｄの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【０１５３】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延の値を設定し、この時間遅延に相当する時間間隔でトリガパルスを順次パルス発生器７０にそれぞれ伝送する。このとき、各時間遅延回路４１は、各パルス発生器７０にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【０１５４】
各パルス発生器７０は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、正パルスあるいは負パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ順次超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加する。このため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生し、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様なフェーズドアレイが形成されて式（１）の関係を満たす方向にＳＨ波が送信される。
【０１５５】
また、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに印加するパルスは同符号であり、かつ一方の列に属する超音波振動子４２ａの分極方向と他方の列に属する超音波振動子４２ｂの分極方向とは互いに逆向きである。このため、双方の列の超音波振動子４２ａ，４２ｂが発生する横波超音波は互いに逆相となって干渉し、ＳＨ波は重ね合わさって強め合う。
【０１５６】
そして、各超音波振動子４２ａ，４２ｂから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０Ａが設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａ，４２ｂに到達する。
【０１５７】
さらに、各超音波振動子４２ａ，４２ｂは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、さらにアンプ４４を経由して増幅され、共通の信号加算器３３に送信される。
【０１５８】
このとき、各列の超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向は互いに逆向きであり、かつ印加されたパルスが同符号であるため、各超音波振動子４２ａ，４２ｂが変換した電気信号は互いに同相となる。
【０１５９】
そして、信号加算器３３において、ペア組をなす超音波振動子４２ａ，４２ｂから受信した同相の電気信号が加算され、さらに信号処理装置４５に送信される。
【０１６０】
ここで、信号処理装置４５に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号処理装置４５は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に受信したものとみなせるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【０１６１】
そして、信号処理装置４５において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【０１６２】
すなわち超音波探傷装置２０Ｄでは、正パルス発生器２６と負パルス発生器２７の代わりに同符号のパルスを発生させるパルス発生器７０を設ける一方、超音波探触子４０Ａが具備するペア組の超音波振動子４２ａ，４２ｂの分極方向を互いに逆向きとすることで、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様なＳＨ波を被検査材２１内部に送受信させて、被検査材２１内部を探傷する構成である。
【０１６３】
このため超音波探傷装置２０Ｄでは、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様な効果に加え、構成要素の種類数を減らすことができる。
【０１６４】
尚、図２に示す超音波探傷装置２０Ａと同様に、信号処理装置４５および信号加算器３３は一体として構成してもよく、両者で信号処理系が形成される。
【０１６５】
尚、図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同様に、超音波探傷装置２０Ｄの時間遅延回路４１が設定する遅延時間を、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定することができる。すなわち、時間遅延回路４１が設定する遅延時間を式（２）で示される関係を有する遅延時間とすると、ＳＨ波は、被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬し、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行となるいわゆる表面ＳＨ波となる。
【０１６６】
このため、超音波探傷装置２０Ｄでは図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同等な作用および効果が得られるのみならず、構成要素の種類の数を減らすことができる。
【０１６７】
尚、図８の例では、超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を１６個として、８つのペア組を形成する８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１６８】
図９は、本発明に係る超音波探傷装置の第６の実施形態を示す構成図である。
【０１６９】
図９示された、超音波探傷装置２０Ｅは、図８に示す第５の実施形態による超音波探傷装置２０Ｄに対し、超音波探蝕子４０Ｂが具備する超音波振動子４２ａの構成、パルス発生器７０の数、信号加算器３３を具備しない点および信号ケーブル２５の接続方法が相違する。超音波探傷装置２０Ｅのそれ以外の構成は、図８に示された超音波探傷装置２０Ｄの構成と実質的に異ならないため、同一の構成については超音波探傷装置２０Ｄと同符号を付して説明を省略する。
【０１７０】
超音波探傷装置２０Ｅでは、図８に示す超音波探傷装置２０Ｄと同様に、時間制御装置２４に接続される複数の信号ケーブル２５がそれぞれ時間遅延回路４１に導かれる。各時間遅延回路４１はそれぞれ個別のパルス発生器７０に接続される。
【０１７１】
このパルス発生器７０は正あるいは負のパルスを発生させるが、各パルス発生器７０は互いに同符号のパルスを発生させるように構成される。
【０１７２】
また、各時間遅延回路４１は、それぞれ信号処理系の一例である信号処理装置４５に接続される。
【０１７３】
一方、超音波探触子４０Ｂの内部には複数の８個の超音波振動子４２ａが１列に整列して被検査材２１の探傷面２１ａに面接触するように設けられる。各超音波振動子４２ａは接触面に対して垂直な方向に予め分極され、分極方向は互いに同方向とされる。
【０１７４】
そして、各パルス発生器７０は、信号ケーブル２５を介して超音波探触子４０Ｂの内部に設けられた超音波振動子４２ａにそれぞれ個別に接続される。
【０１７５】
また、各超音波振動子４２ａと各パルス発生器７０とを接続する信号ケーブル２５には分岐部４３がそれぞれ設けられ、この分岐部４３から分岐した各信号ケーブル２５は、それぞれアンプ４４を経由して共通の信号処理装置４５に接続される。
【０１７６】
次に超音波探傷装置２０Ｅの作用について説明する。
【０１７７】
超音波探傷装置２０Ｅを被検査材２１の探傷面２１ａ上に音響カプラであるカプラント３０を介して設置する。続いて超音波探傷装置２０Ｅを作動させる。超音波探傷装置２０Ｅの作動により、時間制御装置２４は、各時間遅延回路４１にトリガパルスを伝送する。
【０１７８】
さらに各時間遅延回路４１は、一定の時間遅延の値を設定し、この時間遅延に相当する時間間隔でトリガパルスを順次パルス発生器７０にそれぞれ伝送する。このとき、各時間遅延回路４１は、各パルス発生器７０にトリガパルスを送信する際の各遅延時間の値を信号処理装置４５にそれぞれ送信する。
【０１７９】
各パルス発生器７０は、時間遅延回路４１からトリガパルスを受信すると、同符号のパルス例えば正パルスを一定の時間遅延を伴ってそれぞれ順次超音波振動子４２ａに印加する。このため、各超音波振動子４２ａは、振動して縦波超音波とともに遅れエコーである横波超音波を発生し、被検査材２１の探傷面２１ａに水平方向にフェーズドアレイが形成される。
【０１８０】
このため、各超音波振動子４２ａからＳＨ波が式（１）の関係を満たす方向にそれぞれ送信される。
【０１８１】
そして、各超音波振動子４２ａから被検査材２１の内部に向かって斜方向に発生したＳＨ波は、被検査材２１内部を伝搬して、超音波探触子４０Ｂが設けられない側の面、あるいは内部欠陥で反射して再び、各超音波振動子４２ａに到達する。
【０１８２】
さらに、各超音波振動子４２ａは、被検査材２１内で反射したＳＨ波を受信して電気信号に変換し、さらにアンプ４４を経由して増幅され、共通の信号処理装置４５に送信される。
【０１８３】
ただし、信号処理装置４５に送信された各電気信号は時間遅延回路４１が設定した一定の遅延時間を伴う。そこで信号処理装置４５は、各時間遅延回路４１から受信した各遅延時間の値を参照して、同時刻に同相となるように遅延時間による位相差を補正してから各電気信号を加算して合成する。
【０１８４】
そして、信号処理装置４５において加算されたＳＨ波の電気信号は、波形表示装置３４に送信され、波形表示装置３４において、時間を軸として波形表示される。さらに、波形表示装置３４に表示された波形表示を分析して欠陥の有無を判定する。
【０１８５】
すなわち超音波探傷装置２０Ｅは、一列に整列させた複数の超音波振動子４２ａに同符号のパルスを一定の時間遅延を伴って印加することでフェーズドアレイを形成して斜方向のＳＨ波の送受信を可能とする構成である。
【０１８６】
このため、超音波探傷装置２０Ｅでは、被検査材２１の探傷の際にモード変換を伴わず、より正確な検査を実施できるとともに、超音波探傷装置２０Ｄよりもパルス発生器７０および超音波振動子４２ａ，４２ｂの数を減らすことが可能であるため装置を簡易化することができる。
【０１８７】
また、超音波探傷装置２０Ｅは、従来使用される縦波用の超音波振動子４２ａと低粘性のカプラント３０を使用して発生するＳＨ波を利用するため、横波用圧電セラミックを利用してＳＨを発生させる場合に比べて短時間で超音波エコーが安定し、かつ超音波振動子４２ａの移動を容易とすることができる。
【０１８８】
尚、図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同様に、超音波探傷装置２０Ｅの時間遅延回路４１が設定する遅延時間を、ＳＨ波が被検査材２１の探傷面２１ａを伝搬するように設定することができる。すなわち、時間遅延回路４１が設定する遅延時間を式（２）で示される関係を有する遅延時間とすると、ＳＨ波は、被検査材２１の探傷面２１ａに沿って伝搬し、振動方向が被検査材２１の探傷面２１ａに平行となるいわゆる表面ＳＨ波のモードとなる。
【０１８９】
このため、超音波探傷装置２０Ｅでは図６に示す超音波探傷装置２０Ｂと同等な作用および効果に加えさらに構成要素を減らして簡易化することができる。
【０１９０】
尚、図９の例では、超音波振動子４２ａの数を８個として、８チャンネルの超音波探蝕子で構成したが、８チャンネルに限らず例えば１６チャンネル、３２チャンネル等の任意数のチャンネルとしてもよい。
【０１９１】
また、各実施形態の超音波探傷装置２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅにおいて、電気信号を増幅する必要がない場合はアンプ３２ａ，３２ｂ，４４を設けなくてもよい。さらに、電気信号を波形表示せずに数値として表示する構成とすることも可能であり、この場合は波形表示装置３４を必ずしも設けなくてもよい。
【０１９２】
また、図２に示す超音波探傷装置２０Ａ、図８に示す超音波探傷装置２０Ｄおよび図９に示す超音波探傷装置２０Ｅにおいて、時間制御装置２４と時間遅延回路４１とは一体に構成してもよく、また超音波振動子４２ａ，４２ｂと接続される信号ケーブル２５は分岐部４３で２つの信号ケーブル２５，２５に分岐する構成としたが個別に設ける構成としても信号の送信あるいは受信が可能な接続形態であればよい。
【０１９３】
また、図１に示す超音波探傷装置２０および図７に示す超音波探傷装置２０Ｃにおいて、送信用超音波振動子および受信用超音波振動子の数は１つあるいは２つに限らない。すなわち、隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子が送受信する横波超音波が互いに強め合うように構成されれば任意数設ける構成としてもよい。
【０１９４】
例えば、隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子の分極方向Ｐの向きが互いに逆方向となるように複数個整列させ、かつ各送信用超音波振動子および各受信用超音波振動子に印加するパルスを号符号とする構成、あるいは分極方向Ｐが同方向となるように複数の送信用超音波振動子および受信用超音波振動子を整列させ、かつ隣接する送信用超音波振動子および受信用超音波振動子に印加するパルスを互いに逆符号とする構成としてもよい。
【０１９５】
また、図２に示す超音波探傷装置２０Ａおよび図８に示す超音波探傷装置２０Ｄにおいて、超音波振動子の列は２列に限らない。すなわち、隣接する列に属する超音波振動子が送受信する横波超音波が互いに強め合うように構成されれば、超音波振動子の列を２列以上の複数列としてもよい。
【０１９６】
例えば、隣接する列に属する超音波振動子の分極方向Ｐの向きが互いに逆方向となるように複数列に亘り超音波振動子を整列させ、かつ各超音波振動子に印加するパルスを同符号とする構成、あるいは超音波振動子の分極方向Ｐが同方向となるように複数列に亘り超音波振動子を整列させ、かつ隣接する列に属する超音波振動子に印加するパルスを互いに異符号とする構成としてもよい。
【０１９７】
【発明の効果】
本発明に係る超音波探傷装置においては、従来使用される縦波用の超音波振動子および超音波探触子を使用して被検査材内部に、垂直方向、斜方向あるいは探傷面に沿う方向にモード変換を伴わない横波を伝搬させて送受信させることがきる。このため、汎用の低粘性のカプラントを使用して容易に移動可能な状態で、より安価な低い周波数の超音波により、短時間かつ高精度に被検査材を探傷あるいは板厚を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る超音波探傷装置の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明に係る超音波探傷装置の第２の実施形態を示す構成図。
【図３】図２に示す超音波探蝕子が具備する複数の超音波振動子の配置方法を示す正面図。
【図４】図２に示す被検査材の探傷面における横波超音波の振動方向を示す図。
【図５】図４に示すＣ−Ｃ断面の断面図。
【図６】本発明に係る超音波探傷装置の第３の実施形態を示す構成図。
【図７】本発明に係る超音波探傷装置の第４の実施形態を示す構成図。
【図８】本発明に係る超音波探傷装置の第５の実施形態を示す構成図。
【図９】本発明に係る超音波探傷装置の第６の実施形態を示す構成図。
【図１０】従来の超音波探傷装置の構成図。
【図１１】従来の超音波探傷装置の別の例を示す構成図。
【符号の説明】
２０，２０A，２０B，２０C，２０D，２０E 超音波探傷装置
２１ 被検査材
２１ａ 探傷面
２２，２２Ａ 超音波送信系
２３，２３Ａ 超音波受信系
２４ 時間制御装置
２５ 信号ケーブル
２６ 正パルス発生器
２７ 負パルス発生器
２８ａ，２８ｂ 送信用超音波振動子
２９ 接触面
３０ カプラント
３１ａ，３１ｂ 受信用超音波振動子
３２ａ，３２ｂ アンプ
３３ 信号加算器
３４ 波形表示装置
３５ 接触面
４０，４０Ａ，４０Ｂ 超音波探触子
４１ 時間遅延回路
４２ａ，４２ｂ 超音波振動子
４３ 分岐部
４４ アンプ
４５ 信号処理装置
５０ 母材
５１ 溶接ビード
５２ 欠陥
６０ パルス発生器
７０ パルス発生器
Ｐ 分極方向
Ａ１，Ａ２ 縦波超音波の振動方向
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２ 横波超音波の振動方向
Ｘ１，Ｘ２ 縦波超音波の伝搬方向
Ｙ 横波超音波の伝搬方向
Ｚ レーリ波（表面波）の伝搬方向[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic flaw detector that performs flaw detection or plate thickness measurement by transmitting and receiving ultrasonic waves inside a material to be inspected.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an ultrasonic flaw detector has been used as a defect detection method for pipe welds and pressure vessel welds. As a conventional ultrasonic flaw detector 1, there is an apparatus shown in FIG. 10 (see, for example, Non-Patent Document 1).
[0003]
The ultrasonic flaw detector 1 has a configuration in which a pulse generator 4 and a longitudinal wave ultrasonic probe 5 are connected in series to a time controller 2 via a signal cable 3. A longitudinal wave ultrasonic transducer is provided inside the longitudinal wave ultrasonic probe 5, and the longitudinal wave ultrasonic transducer is in surface contact with the flaw detection surface 6 a of the inspection object 6. A sonic probe 5 is arranged.
[0004]
When a trigger pulse is transmitted from the time control device 2 to the pulse generator 4, the pulse generator 4 applies an electric signal pulse to the longitudinal wave ultrasonic probe 5. The longitudinal wave ultrasonic probe 5 converts an electrical signal pulse to generate longitudinal wave ultrasonic waves X perpendicular to the flaw detection surface 6 a inside the inspection object 6. This longitudinal wave ultrasonic wave X propagates inside the material 6 to be inspected. However, if there is a defect inside the material 6 to be inspected, the longitudinal wave ultrasonic wave X is reflected at the defective part, and again the longitudinal wave ultrasonic probe. Reach 5
[0005]
The longitudinal wave ultrasonic probe 5 converts the reflected longitudinal wave ultrasonic wave X into an electric signal pulse and transmits it to a signal processing device (not shown), and after the longitudinal wave ultrasonic wave X is generated in this signal processing device. The time required to reach the longitudinal wave ultrasonic probe 5 again is measured. The position of the defect in the inspection object 6 is calculated by multiplying this time by the speed of sound.
[0006]
Note that the thickness of the material to be inspected 6 can be measured by measuring the longitudinal wave ultrasonic wave X reflected by the surface 6b opposite to the flaw detection surface 6a of the material 6 to be inspected.
[0007]
On the other hand, FIG. 11 is a block diagram showing another example of a conventional ultrasonic flaw detector (see, for example, Non-Patent Document 2).
[0008]
In the ultrasonic flaw detector 1A, the longitudinal wave ultrasonic transducer 10 is provided on the flaw detection surface 6a of the inspection object 6 so as to be inclined with respect to the propagation direction of the longitudinal ultrasonic wave. At this time, a coplanar 11 made of a low-viscosity liquid such as oil or glycerin is applied as an acoustic coupler in the gap between the longitudinal wave ultrasonic transducer 10 and the flaw detection surface 6a of the material 6 to be inspected.
[0009]
Further, the inspection material 6 is, for example, a welding material in which two base materials 12 and 12 are butted and welded to form a weld bead 13.
[0010]
Longitudinal ultrasonic waves are generated from the longitudinal wave ultrasonic transducer 10 and propagated through the coplanar 11, and then the longitudinal ultrasonic waves are mode-converted on the flaw detection surface 6 a of the material 6 to be inspected to be vertically polarized transverse waves (SV waves). : Shear Vertically Polarized Wave) Y.
[0011]
The SV wave Y is irradiated on the inside of the material 6 to be inspected, reflected, and mode-converted again at the flaw detection surface 6a of the material 6 to be inspected to become longitudinal wave ultrasonic waves to the longitudinal wave ultrasonic transducer 10. To reach. The reflected longitudinal wave ultrasonic waves are detected to determine the presence or absence of a defect 14 in the inspection object 6, for example, in the weld bead 13.
[0012]
[Non-Patent Document 1]
"New Nondestructive Inspection Handbook" (Nikkan Kogyo Shimbun, October 15, 1992, first edition, first edition, p. 254, see Fig. 2.318)
[0013]
[Non-Patent Document 2]
"New Nondestructive Inspection Handbook" (Nikkan Kogyo Shimbun, October 15, 1992, first edition, first edition, p297)
[0014]
[Problems to be solved by the invention]
In the ultrasonic flaw detector 1 that irradiates ultrasonic waves perpendicularly to the flaw detection surface 6a of the conventional inspection object 6, higher frequency longitudinal wave X is used to improve measurement accuracy.
[0015]
However, when the frequency is increased, the attenuation of the longitudinal wave ultrasonic wave X in the inspection object 6 is increased and the signal-to-noise ratio of the signal is decreased. On the other hand, in order to increase the frequency of the longitudinal wave ultrasonic wave X, the longitudinal wave ultrasonic transducer Therefore, there is a risk of damage during the production of the longitudinal wave ultrasonic transducer.
[0016]
Therefore, if a transverse wave ultrasonic wave can be used instead of the longitudinal wave ultrasonic wave X, the sound velocity of the transverse wave ultrasonic wave is about half that of the longitudinal wave ultrasonic wave X, and therefore the frequency of about half that of the longitudinal wave ultrasonic wave X. The same measurement accuracy can be obtained.
[0017]
On the other hand, the ultrasonic flaw detection apparatus 1A that irradiates the flaw detection surface 6a of the material 6 to be inspected from an oblique direction is a method that uses the SV wave Y that is a transverse wave ultrasonic wave, but the SV wave Y propagates in the liquid. Therefore, the mode conversion phenomenon on the flaw detection surface 6a of the material 6 to be inspected is utilized to propagate through the coplant 11 as longitudinal wave ultrasonic waves.
[0018]
However, since the SV wave Y undergoes mode conversion again at the end face of the material 6 to be inspected or the defect 14 part, the level of the reflected ultrasonic wave is reduced due to a decrease in the level due to attenuation of the reflected ultrasonic wave or generation of an unnecessary ultrasonic mode. Accurate detection becomes difficult.
[0019]
Therefore, application of a horizontally polarized shear wave (SH wave: Shear Horizonally Polarized Wave) can be considered. Since SH waves are not mode-converted, there is no reduction in level due to generation of unnecessary ultrasonic modes and attenuation of ultrasonic waves. This SH wave can be transmitted and received using an electromagnetic ultrasonic transducer (EMAT) or a piezoelectric ceramic for transverse waves.
[0020]
EMAT transmits and receives SH waves using electromagnetic force. However, since the upper limit of the frequency is about 1 MHz, the frequency required for a general-purpose ultrasonic flaw detection test cannot be obtained and cannot be put into practical use. .
[0021]
On the other hand, in order to transmit and receive SH waves using the piezoelectric ceramic for transverse waves, the material 6 to be inspected is joined by brazing or welding the piezoelectric ceramic for transverse waves to irradiate the inside of the material 6 to be inspected with SH waves. Or a piezoelectric ceramic for transverse waves is pressed against the material to be inspected 6 via the cohesive 11 having high viscosity, and it takes several minutes to stabilize the transmission and reception of SH waves. For this reason, the piezoelectric ceramic for transverse waves is limited to special applications that do not require movement of the ultrasonic probe.
[0022]
The present invention has been made in order to cope with such a conventional situation, and by using a low-viscosity co-plant that is conventionally used, it is more efficient by transmitting and receiving a lower-frequency transverse wave ultrasonic wave inside the material to be inspected. An object of the present invention is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus that can perform flaw detection or thickness measurement accurately and accurately.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an ultrasonic flaw detection apparatus according to the present invention is as described in claim 1, Consists of a positive pulse generator and a negative pulse generator A pulse generator; Each of the positive pulse generator and the negative pulse generator individually An ultrasonic transducer for transmission connected via a signal cable, an ultrasonic transducer for reception, and a signal processing system connected to the ultrasonic transducer for reception via a signal cable, The polarization direction of the transmission ultrasonic transducer connected to the positive pulse generator and the polarization direction of the transmission ultrasonic transducer connected to the negative pulse generator are configured in the same direction, Above each An ultrasonic transducer for transmission is provided on the flaw detection surface of the material to be inspected, Each Pulses are transmitted to the transmitting ultrasonic transducer by the pulse generator. Respectively As a delayed echo along with longitudinal ultrasonic waves inside the material to be inspected Out of phase with each other Generate shear wave ultrasound The transverse wave ultrasonic waves strengthen each other by interference inside the inspection object. On the other hand, the receiving ultrasonic transducer is placed on the surface facing the flaw detection surface of the material to be inspected. each Provided at a position where the transverse ultrasonic wave can be received, and this receiving ultrasonic transducer each By receiving shear wave ultrasonic waves and analyzing in the signal processing system Said The present invention is characterized in that a flaw detection or a plate thickness measurement is performed on a material to be inspected.
[0024]
In addition, an ultrasonic flaw detector according to the present invention is claimed in order to achieve the above object. 2 As described in A pulse generator, a plurality of ultrasonic transducers for transmission that are connected to the pulse generator via a signal cable and whose polarization directions are adjacent to each other in opposite directions, and ultrasonic transducers for reception, A signal processing system connected to a reception ultrasonic transducer via a signal cable, and the plurality of transmission ultrasonic transducers are provided on a flaw detection surface of an inspection object, and the plurality of transmission ultrasonic waves Pulses are respectively applied to a vibrator by the pulse generator to generate transverse wave ultrasonic waves having opposite phases as delayed echoes along with longitudinal wave ultrasonic waves inside the material to be inspected. The ultrasonic transducers for reception are provided at positions where the ultrasonic waves for reception on the surface facing the flaw detection surface of the material to be inspected can be received, and the reception ultrasonic transducers are mutually strengthened by interference inside the material. Ultrasonic Receives the respective transverse ultrasonic wave by Doko was configured to perform flaw detection or thickness measurements of the inspection material by analyzing in said signal processing system It is characterized by this.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an ultrasonic flaw detector according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0026]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.
[0027]
The ultrasonic flaw detector 20 is provided with an ultrasonic transmission system 22 on the flaw detection surface 21a, which is one of the opposing surfaces, of the plate-shaped or block-shaped inspection material 21, and an ultrasonic reception system 23 on the other surface. This is an ultrasonic transmission type configuration.
[0028]
In the ultrasonic transmission system 22, a positive pulse generator 26 and a negative pulse generator 27 are provided in parallel to the time control device 24 via signal cables 25 and 25, and the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27 are further provided. The transmission ultrasonic transducers 28a and 28b are connected via signal cables 25 and 25, respectively.
[0029]
The positive pulse generator 26 has a function of generating a pulse voltage having a positive polarity and applying the pulse voltage to the transmitting ultrasonic transducer 28a. On the other hand, the negative pulse generator 27 has a function of generating a positive pulse voltage and a negative pulse voltage whose phase is inverted by 180 degrees and applying it to the ultrasonic transducer for transmission 28b.
[0030]
The ultrasonic transducers 28a and 28b for transmission have contact surfaces 29 and 29 for contacting the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected and transmitting ultrasonic waves therein, respectively. Furthermore, the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b are polarized in advance. The transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b are provided such that their contact surfaces 29 and 29 are in contact with the flaw detection surface 21a which is one surface of the material 21 to be inspected, respectively. Further, a coplanar 30 composed of a low-viscosity liquid such as oil or glycerin is applied as an acoustic coupler in the gap between the material to be inspected 21 and the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b.
[0031]
At this time, the polarization directions P of the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b are the same. In the example of FIG. 1, the polarization directions P of the transmission ultrasonic transducers 28 a and 28 b are both directions from the flaw detection surface 21 a of the inspection object 21 toward the positive pulse generator 26 or the negative pulse generator 27.
[0032]
On the other hand, the ultrasonic receiving system 23 connects two receiving ultrasonic transducers 31a and 31b to the amplifiers 32a and 32b via the signal cables 25 and 25, respectively, and each amplifier 32a and 32b is an example of a signal processing system. The signal adder 33 is connected via the signal cable 25.
[0033]
Further, a waveform display device 34 is connected to the signal adder 33 via the signal cable 25. The waveform display device 34 includes a monitor and has a function of displaying and observing the waveform.
[0034]
The ultrasonic transducers 31a and 31b for reception have contact surfaces 35 and 35 for contacting the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected and receiving ultrasonic waves propagating from the inside, respectively. Further, the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b are polarized in advance. The receiving ultrasonic transducers 31a and 31b are provided such that the contact surfaces 35 and 35 are in contact with the opposite surfaces of the material to be inspected 21 where the ultrasonic transmission system 22 is not provided. Further, a coplanar 30 made of a low-viscosity liquid such as oil or glycerin is applied as an acoustic coupler in the gap between the material to be inspected 21 and the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b.
[0035]
At this time, each of the receiving ultrasonic transducers 31 a and 31 b is provided in the vicinity of a position facing the transmitting ultrasonic transducers 28 a and 28 b provided on the opposite side of the inspection object 21. Furthermore, the polarization directions P of the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are the same. In the example of FIG. 1, the polarization directions P of the reception ultrasonic transducers 31 a and 31 b are both directions from the flaw detection surface 21 a of the material to be inspected 21 toward the amplifiers 32 a and 32 b.
[0036]
Next, the operation of the ultrasonic flaw detector 20 will be described.
[0037]
Due to the operation of the ultrasonic flaw detector 20, a trigger pulse is transmitted from the time controller 24 to the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27. The time interval for transmitting the trigger pulse is set to an interval corresponding to the oscillation interval for oscillating the ultrasonic wave in the inspection object 21.
[0038]
Next, the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27 respectively send a positive pulse and a negative pulse corresponding to the interval of the trigger pulse to the transmission ultrasonic transducers 28a according to the trigger pulse transmitted from the time control device 24. , 28b.
[0039]
When a positive pulse is applied from the positive pulse generator 26, the transmitting ultrasonic transducer 28a generates a longitudinal wave X1, and at this time, generates a transverse wave ultrasonic wave that is a delayed echo accompanying the vibration mode conversion. To do. On the other hand, when a negative pulse is applied from the negative pulse generator 27, the transmission ultrasonic transducer 28b, as with the transmission ultrasonic transducer 28a, transmits a transverse wave ultrasonic wave that is a delayed echo together with the longitudinal wave ultrasonic wave X2. appear.
[0040]
Then, the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse wave ultrasonic waves generated from the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b are transmitted from the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b to the inspection object 21 via the coplant 30 respectively. Propagated inside.
[0041]
At this time, since the polarization directions P of the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b are both in the same direction, and the positive and negative of the applied pulses are in opposite phases, the vertical direction in which the transmission ultrasonic transducer 28a is generated is generated. The vibration direction A1 of the wave ultrasonic wave X1 and the vibration direction A2 of the longitudinal wave ultrasonic wave X2 generated by the transmission ultrasonic transducer 28b are opposite to each other.
[0042]
For example, the longitudinal wave ultrasonic wave X1 generated by the transmission ultrasonic transducer 28a is a longitudinal wave ultrasonic wave X1 that causes the tensile stress in the direction parallel to the propagation direction from the transmission ultrasonic transducer 28a to be generated on the inspection target material 21. Become. On the other hand, the longitudinal wave ultrasonic wave X2 generated by the transmission ultrasonic transducer 28b is a longitudinal wave ultrasonic wave X2 that causes the inspected material 21 to generate a compressive stress in a direction parallel to the propagation direction from the transmission ultrasonic transducer 28b. Become.
[0043]
Similarly, the vibration direction B1 of the transverse wave ultrasonic wave generated by the transmission ultrasonic transducer 28a, which is a delayed echo, and the vibration direction B2 of the transverse wave ultrasonic wave generated by the transmission ultrasonic transducer 28b are in opposite phases to each other. .
[0044]
For example, the transverse ultrasonic wave generated by the transmitting ultrasonic transducer 28a causes the inspected material 21 to generate a compressive stress in a direction perpendicular to the propagation direction from the transmitting ultrasonic transducer 28a. On the other hand, the transverse ultrasonic wave generated by the transmission ultrasonic transducer 28b becomes a transverse wave ultrasonic wave that causes the material to be inspected 21 to generate a tensile stress in a direction perpendicular to the propagation direction from the transmission ultrasonic transducer 28b.
[0045]
That is, between the two transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b, the vibration direction B1 of the transverse ultrasonic wave generated by the transmitting ultrasonic transducer 28a and the transverse ultrasonic wave generated by the transmitting ultrasonic transducer 28b are set. The vibration direction B2 is the same direction as each other. For this reason, between the two transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b, the transverse ultrasonic wave generated by the transmitting ultrasonic transducer 28a and the transverse ultrasonic wave generated by the transmitting ultrasonic transducer 28b are strengthened to each other. The combined ultrasonic wave Y is obtained.
[0046]
Further, the transverse ultrasonic waves Y generated by the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b propagate inside the material to be inspected 21 toward the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b while strengthening vibrations.
[0047]
Similarly, the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 generated by the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b propagate in the inspection material 21 toward the reception ultrasonic transducers 31a and 31b.
[0048]
Then, the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse wave ultrasonic wave Y generated by the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b reach the surface where the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are in contact with each other, and receive the ultrasonic waves for reception. It is received by the acoustic transducers 31a and 31b and converted into an electrical signal.
[0049]
Here, the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 are simultaneously received by the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b. Similarly, the transverse ultrasonic wave Y is also simultaneously received by the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b. Furthermore, since the polarization directions P of the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are the same, the phases of the electrical signals of the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 converted by the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are as follows. The transmission ultrasonic transducers 28a and 28b are opposite in phase to each other without changing from the phase of the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 generated.
[0050]
Similarly, the phases of the electrical signals of the transverse ultrasonic waves Y and Y converted by the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b are also the phases of the transverse ultrasonic waves Y and Y generated by the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b. The phases are opposite to each other without changing.
[0051]
For example, the transverse ultrasonic wave Y in the vicinity of the receiving ultrasonic transducer 31 a causes the inspected material 21 to generate a compressive stress in a direction perpendicular to the propagation direction of the transverse ultrasonic wave Y. On the other hand, the transverse ultrasonic wave Y in the vicinity of the reception ultrasonic transducer 31b generates a tensile stress in the inspection material 21 in a direction perpendicular to the propagation direction of the transverse ultrasonic wave Y.
[0052]
Further, the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse wave ultrasonic waves Y and Y received by the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are transmitted as electric signals to the amplifiers 32a and 32b, respectively, and are respectively transmitted to the amplifiers 32a and 32b. Amplified.
[0053]
The electrical signals of the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse wave ultrasonic waves Y and Y amplified by the amplifiers 32a and 32b are transmitted to a common signal adder 33. In this signal adder 33, the phase of the transverse ultrasonic wave Y and the longitudinal ultrasonic wave X1 received by the receiving ultrasonic transducer 31a or the transverse wave ultrasonic wave Y and the longitudinal ultrasonic wave X2 received by the receiving ultrasonic transducer 31b. Either one of the phases is inverted.
[0054]
As a result, the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse ultrasonic waves Y and Y received by the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b are in phase with each other. Then, the electrical signals of the longitudinal ultrasonic waves X1, X2 and the transverse ultrasonic waves Y, Y that are in phase are added to obtain an added longitudinal ultrasonic wave and an added transverse ultrasonic wave.
[0055]
Further, the signal adder 33 transmits the added longitudinal wave ultrasonic wave and the added transverse wave ultrasonic wave to the waveform display device 34, and in this waveform display device 34, the added longitudinal wave ultrasonic wave and the added transverse wave ultrasonic wave are time-axis-based. Are displayed as waveforms. Then, the added longitudinal wave ultrasonic wave and the added transverse wave ultrasonic wave are analyzed to determine the presence or absence of a defect in the inspected material 21 or to measure the plate thickness.
[0056]
That is, the ultrasonic flaw detector 20 receives the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 generated by the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b and the transverse wave ultrasonic wave Y that is a delayed echo by the reception ultrasonic transducers 31a and 31b. Thus, the analysis using the transverse wave ultrasonic wave Y is possible.
[0057]
Further, the opposite-phase transverse ultrasonic waves Y and Y are generated from the two transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b, respectively, so that the transverse ultrasonic waves Y and Y are intensified and combined with each other by the wave interference action and propagated. It is comprised and it suppresses attenuation.
[0058]
The ultrasonic flaw detection apparatus 20 can transmit and receive the transverse wave ultrasonic wave Y propagating in the direction perpendicular to the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected, and therefore can apply lower frequency ultrasonic waves to the flaw detection inspection. For this reason, the accuracy of flaw detection or thickness measurement can be improved at a lower cost.
[0059]
Conventionally, it has been possible to use a piezoelectric ceramic for transverse waves as means for transmitting / receiving the transverse wave ultrasonic wave Y. However, it takes several minutes to stabilize the ultrasonic echo, and it is difficult to move the ultrasonic transducer. there were.
[0060]
However, in the ultrasonic flaw detector 20, the longitudinal wave ultrasonic wave generated by using the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b for longitudinal waves or the reception ultrasonic transducers 31a and 31b and the low-viscosity coplanar 30 that are conventionally used. Since the sound wave Y is used, the ultrasonic echo can be stabilized in a short time and the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b or the reception ultrasonic transducers 31a and 31b can be easily moved.
[0061]
Although the ultrasonic flaw detector 20 includes the two transmission ultrasonic transducers 28a and 28b, the ultrasonic flaw detection apparatus 20 may be configured with only a single transmission ultrasonic transducer 28a. When ultrasonic waves are generated from a single ultrasonic transducer for transmission 28a, the vibration directions of the propagating transverse wave ultrasonic wave Y and longitudinal wave ultrasonic wave X1 are in phase.
[0062]
For this reason, the longitudinal wave ultrasonic waves X1 received by the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are in phase. However, if the transmission ultrasonic transducer 28a is provided on the facing surface of the inspection object 21 between the reception ultrasonic transducers 31a and 31b, the transmission ultrasonic transducer 28a is applied to the flaw detection surface 21a of the inspection target 21. With respect to the propagation center line of the transverse ultrasonic wave Y formed in the vertical direction, the vibration direction of the transverse ultrasonic wave Y is line symmetric.
[0063]
Therefore, the vibration directions of the transverse ultrasonic waves Y received by the ultrasonic transducer 13a and the ultrasonic transducer 13b are opposite to each other. Therefore, if either the phase of the transverse wave ultrasonic wave Y received by the ultrasonic transducer 13a or the phase of the transverse wave ultrasonic wave Y received by the ultrasonic transducer 13b is inverted and added, the transverse wave ultrasonic wave Y is strengthened. Can fit.
[0064]
If one of the phases of the ultrasonic waves received by the ultrasonic transducers 13a and 13b is inverted and added, the longitudinal wave X1 weakens each other. Conversely, if the phase is added without being inverted, the transverse wave ultrasonic wave While Y weakens each other, longitudinal ultrasonic waves X1 strengthen each other.
[0065]
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention, and FIG. 3 is an arrangement of a plurality of ultrasonic transducers 35a included in the ultrasonic probe A shown in FIG. It is a front view which shows a method.
[0066]
In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component same as the ultrasonic flaw detector 20 by 1st Embodiment shown in FIG.
[0067]
The ultrasonic flaw detector 20A is an ultrasonic reflection type flaw detector, and the time controller 24 is provided with a plurality of positive pulse generators 26 and negative pulse generators 27 in parallel via a signal cable 25, and these positive pulses are further provided. In this configuration, the generator 26 and the negative pulse generator 27 are connected to a single ultrasonic probe 40 via a signal cable 25.
[0068]
The time control device 24 is provided with a plurality of signal cables 25, and each signal cable 25 is connected to a time delay circuit 41. Further, in each time delay circuit 41, the signal cable 25 is branched, one being connected to the positive pulse generator 26 and the other being connected to the negative pulse generator 27.
[0069]
On the other hand, the ultrasonic probe 40 includes a plurality of ultrasonic transducers 42a and 42b. In the example of FIGS. 2 and 3, for example, 16 ultrasonic transducers 42a and 42b are provided. Each of the ultrasonic transducers 42a and 42b has a contact surface for contacting the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected and transmitting ultrasonic waves therein. And each ultrasonic transducer | vibrator 42a, 42b is aligned and arrange | positioned so that each contact surface may become on a common surface.
[0070]
Each of the ultrasonic transducers 42a and 42b constitutes a pair set of two, and each pair set is arranged at a position having a predetermined interval p. For this reason, each ultrasonic transducer | vibrator 42a, 42b is aligned in 2 rows, for example. Furthermore, each ultrasonic transducer 42a, 42b is polarized in advance in a direction perpendicular to the contact surface, and the polarization directions are all the same.
[0071]
The positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27 are individually connected to the ultrasonic transducers 42 a and 42 b provided inside the ultrasonic probe 40 via the signal cable 25. At this time, one ultrasonic transducer 42a of the pair set provided in the ultrasonic probe 40 is connected to the positive pulse generator 26, and the other ultrasonic transducer 42b of the pair set is a negative pulse generator. 27. That is, all the ultrasonic transducers 42 a in one column are all connected to the positive pulse generator 26, and all the ultrasonic transducers 42 b in the other column are all connected to the negative pulse generator 27.
[0072]
Further, the ultrasonic probe 40 is provided on the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected so that the contact surfaces of the ultrasonic transducers 42a and 42b are in surface contact via a coplant 30 as an acoustic coupler. For this reason, the polarization directions of the ultrasonic transducers 42 a and 42 b are perpendicular to the flaw detection surface 21 a of the material to be inspected 21 and are in the same direction.
[0073]
Further, each signal cable 25 between each ultrasonic transducer 42a, 42b and the positive pulse generator 26 or the negative pulse generator 27 is provided with a branch portion 43, and the signal cable 25 is connected from the branch portion 43 to each signal cable 25. It branches and is connected to each amplifier 44.
[0074]
Each amplifier 44 is connected to the signal adder 33 via the signal cable 25. However, the two amplifiers 44 branched from the common time delay circuit 41 and connected together with the pair of ultrasonic transducers 42 a and 42 b are connected to the common signal adder 33. That is, the same number of signal adders 33 corresponding to each pair of time delay circuits 41 and ultrasonic transducers 42a and 42b are provided.
[0075]
Further, each signal adder 33 is connected to a common signal processing device 45 via the signal cable 25, and the signal processing device 45 is connected to the waveform display device 34 via the signal cable 25.
[0076]
Each time delay circuit 41 is connected to a signal processing device 45.
[0077]
Each signal adder 33 and the signal processing device 45 may be integrally formed, and a signal processing system is formed by both.
[0078]
Next, the operation of the ultrasonic flaw detector 20A will be described.
[0079]
An ultrasonic flaw detector 20A is installed on a flaw detection surface 21a of a material 21 to be inspected via a coplant 30 that is an acoustic coupler. Subsequently, the ultrasonic flaw detector 20A is operated. The time control device 24 transmits a trigger pulse to each time delay circuit 41 by the operation of the ultrasonic flaw detector 20A.
[0080]
Further, each time delay circuit 41 gives a constant time delay to the trigger pulse and transmits it to the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27, respectively. That is, after one positive pulse generator 26 and negative pulse generator 27 receive a trigger pulse, another adjacent positive pulse generator 26 and negative pulse generator 27 receive the trigger pulse after a predetermined time has elapsed. To do.
[0081]
Each time delay circuit 41 transmits the value of each delay time when transmitting the trigger pulse to each positive pulse generator 26 and negative pulse generator 27 to the signal processing device 45.
[0082]
When the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27 receive the trigger pulse from the time delay circuit 41, the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27 apply the positive pulse and the negative pulse to the ultrasonic transducers 42a and 42b with a certain time delay, respectively.
[0083]
Each of the ultrasonic transducers 42a and 42b vibrates when a positive pulse or a negative pulse is applied from the positive pulse generator 26 or the negative pulse generator 27, and a transverse wave ultrasonic wave that is a delayed echo together with a longitudinal wave ultrasonic wave. Is generated.
[0084]
Since the direction of vibration of this transverse wave ultrasonic wave is horizontal to the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected, it becomes an SH wave (horizontally polarized transverse wave).
[0085]
4 is a diagram showing the vibration direction B of the transverse ultrasonic wave on the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected shown in FIG. 2, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG.
[0086]
As shown in FIG. 4, each of the ultrasonic transducers 42a and 42b constitutes a pair set of two pieces, and each pair set is aligned and arranged in a position having a predetermined interval p, for example, in two rows. .
[0087]
The polarization directions of the ultrasonic transducers 42a and 42b are the same, and the signs of the pulse applied to the ultrasonic transducer 42a in one column and the pulse applied to the ultrasonic transducer 42b in the other column are the same. Since the opposite is true, the transverse ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducers 42a and 42b in both rows are in opposite phases.
[0088]
For this reason, as in the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG. 1, the vibration direction B of the transverse ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducers 42 a and 42 b in both rows is parallel to the flaw detection surface 21 a of the inspection object 21. Although they are concentric, they are overlapped and the vibration directions B are the same between the ultrasonic transducers 42a and 42b in both rows, and strengthen each other.
[0089]
That is, the vibration from the ultrasonic transducers 42b in one row toward the ultrasonic transducers 42a in the other row is uniformly emphasized.
[0090]
As shown in FIG. 5, each SH wave propagates inward from the flaw detection surface 21 a of the inspection object 21 with a certain time delay Δt in order from the ultrasonic transducers 42 a and 42 b aligned at a constant interval p. . The vibration direction B of each SH wave is the same direction in FIG. 5 and a direction perpendicular to the paper surface, for example, a direction penetrating the paper surface from the front of the paper surface.
[0091]
For this reason, a phased array is formed in a horizontal direction on the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected. Then, the SH waves interfere with each other, and become SH waves in an oblique direction having a constant angle θ with the normal line of the flaw detection surface 21a of the inspection object 21. That is, each of the ultrasonic transducers 42a and 42b can transmit and receive an oblique SH wave.
[0092]
Here, the distance between the ultrasonic transducers 42a and 42b is p (m), the angle between the propagation direction of the SH wave and the normal line of the flaw detection surface 21a of the inspection object 21 is θ (degrees), and further the inspection Velocity of shear wave ultrasonic wave in material 21 s When the delay time of the trigger pulse in the time delay circuit 41 is Δt (sec) (m / sec), a well-known phased array relational expression shown in Expression (1) is established.
[0093]
[Expression 1]
Δt = (p / V s ) Sinθ (1)
[0094]
By controlling the value of the delay time Δt of the trigger pulse in the time delay circuit 41 as shown in Expression (1), the angle θ formed between the propagation direction of the SH wave and the normal line of the flaw detection surface 21a of the inspection object 21 is obtained. Any angle can be used.
[0095]
That is, the ultrasonic probe 40 functions as a phased array type ultrasonic probe 40 capable of controlling the propagation direction of the SH wave.
[0096]
Then, the SH waves generated in the oblique direction from the ultrasonic transducers 42a and 42b toward the inside of the inspection target material 21 propagate through the inspection target material 21, and the side on which the ultrasonic probe 40 is not provided. This is reflected by the surface or internal defect and reaches each ultrasonic transducer 42a, 42b again.
[0097]
Further, each of the ultrasonic transducers 42 a and 42 b receives the SH wave reflected in the material to be inspected 21, converts it into an electrical signal, and transmits it to the amplifier 44 via the signal cable 25. Then, in these amplifiers 44, the SH wave converted into an electric signal is amplified and transmitted to the common signal adder 33.
[0098]
However, each electrical signal transmitted to the signal adder 33 has a certain delay time set by the time delay circuit 41. Therefore, the signal adder 33 refers to the value of each delay time received from each time delay circuit 41, corrects the phase difference due to the delay time so as to be in phase at the same time, and then adds each electric signal. Synthesize.
[0099]
The SH wave electrical signal added by the signal adder 33 is transmitted to the waveform display device 34, and the waveform display device 34 displays the waveform with time as an axis. Further, the waveform display displayed on the waveform display device 34 is analyzed to determine the presence or absence of a defect.
[0100]
That is, in the ultrasonic flaw detector 20A, a pulse with a fixed delay time is applied by using an ultrasonic probe 40 configured by arranging a plurality of ultrasonic transducers 42a and 42b in two rows. In this configuration, a phased array in the horizontal direction is formed on the flaw detection surface 21a of the inspection target material 21, and the inside of the inspection target material 21 is detected by transmitting and receiving the SH waves so as to strengthen each other in an arbitrary direction within the inspection target material 21. .
[0101]
In the ultrasonic flaw detection apparatus 20A, since the SH wave is irradiated into the inspection object 21, flaw detection without mode conversion can be performed. For this reason, it is possible to detect flaws in parts that have conventionally been difficult to apply, such as dissimilar material joints, and it is possible to improve the reliability of components such as pipes and pressure vessels.
[0102]
Further, the ultrasonic flaw detector 20A, like the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG. 1, uses a longitudinal wave ultrasonic transducers 42a and 42b and a low-viscosity co-plant 30 to generate a transverse wave. Since the ultrasonic wave 9a is used, the ultrasonic echo is stabilized in a short time and the movement of the ultrasonic transducers 42a and 42b is facilitated compared to the case where the horizontal wave ultrasonic wave 9a is generated using the piezoelectric ceramic for the horizontal wave. can do.
[0103]
In the example of FIG. 2, the number of ultrasonic transducers 42 a and 42 b is 16 and the ultrasonic probe of 8 channels forming 8 pair sets is used. , 16 channels, 32 channels, etc.
[0104]
FIG. 6 is a block diagram showing a third embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
[0105]
The ultrasonic flaw detector 20B shown in FIG. 6 has the same configuration as that of the ultrasonic flaw detector 20A according to the second embodiment shown in FIG. 2, but the delay time set by the time delay circuit 41 and the SH wave are set. Propagation direction is different. For this reason, illustration and description of the configuration and the same operation of the ultrasonic flaw detector 20B are omitted.
[0106]
In the ultrasonic flaw detector 20B, the delay time set by the time delay circuit 41 is set so that the SH wave propagates through the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected. That is, in the expression (1), the delay time Δt is set in the time delay circuit 41 so that θ = 90 degrees. Therefore, the delay time set by the time delay circuit 41 is expressed by Expression (2).
[0107]
[Expression 2]
Δt = (p / V s ) (2)
[0108]
The SH wave satisfying the expression (2) is a so-called surface SH wave whose vibration direction is parallel to the flaw detection surface 21a of the inspection target material 21 and propagates along the flaw detection surface 21a of the inspection target material 21. For this reason, the ultrasonic flaw detector 20B can transmit and receive surface SH waves.
[0109]
The material to be inspected 21 is welded together with, for example, a plate-like base material 50 to form a convex weld bead 51. Since the surface SH wave propagates in a direction parallel to the surface of the base material 50 of the material to be inspected 21, when there is a defect 52 near the surface in the weld bead 51, the surface SH wave is reflected by this defect 52. For this reason, the defect 52 inside the weld bead 51 can be detected in the inspection using the surface SH wave.
[0110]
Conventionally, a Rayleigh wave (surface wave) Z is used to detect the defect 52 of the inspection object 21. However, when the Rayleigh wave Z is applied to the inspection of the welded member on which the weld bead 51 is formed, the Rayleigh wave Z propagates along the surface rather than the inside of the convex weld bead 51, so the Rayleigh wave Z is used. In the inspection method, it is difficult to detect the defect 52 inside the welding beat 51.
[0111]
However, since the ultrasonic flaw detector 20B uses the surface SH wave propagating in the direction parallel to the surface of the base material 50 without changing the propagation direction even in the weld bead 51 for inspection of the welded member, the weld bead 51 is used. It is possible to detect the internal defect 52. For this reason, it becomes possible to detect an internal defect of a welded portion such as a welded pipe or pressure vessel, and the reliability of the constituent member accompanying welding can be improved.
[0112]
In addition, the ultrasonic flaw detector 20B, like the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2, uses a longitudinal wave ultrasonic transducers 42a and 42b and a low-viscosity coplant 30 that are generated conventionally. Since the ultrasonic wave 9a is used, the ultrasonic echo is stabilized in a short time and the movement of the ultrasonic transducers 42a and 42b is facilitated compared to the case where the horizontal wave ultrasonic wave 9a is generated using the piezoelectric ceramic for the horizontal wave. can do.
[0113]
FIG. 7 is a block diagram showing a fourth embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
[0114]
The ultrasonic flaw detector 20C shown in FIG. 7 is different from the ultrasonic flaw detector 20 according to the first embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the ultrasonic transmission system 22A and the reception for the ultrasonic reception system 23A. The polarization directions P of the ultrasonic transducers 31a and 31b are different. Since the other configuration of the ultrasonic flaw detector 20C is not substantially different from the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG. 1, the same configuration is the same as that of the ultrasonic flaw detector 20 according to the first embodiment shown in FIG. The same reference numerals are used for explanation.
[0115]
The ultrasonic transmission system 22A of the ultrasonic flaw detector 20C is provided with a single pulse generator 60 via a signal cable 25 in the time controller 24, and two ultrasonic transducers for transmission in parallel with the pulse generator 60. In this configuration, 28 a and 28 b are connected via a signal cable 25.
[0116]
The pulse generator 60 may be either the positive pulse generator 26 or the negative pulse generator 27.
[0117]
The transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b are polarized in advance in a direction perpendicular to the contact surfaces 29 and 29 so that the contact surfaces 29 and 29 are in contact with the flaw detection surface 21a which is one surface of the material 21 to be inspected. Provided. Further, a coplanar 30 made of a low-viscosity liquid such as oil or glycerin is applied to the gap between the material to be inspected 21 and the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b.
[0118]
At this time, the polarization directions P of the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b are opposite to each other. In the example of FIG. 7, the polarization direction P of one transmission ultrasonic transducer 28a is the direction from the flaw detection surface 21a of the material to be inspected 21 toward the pulse generator 60, and the other transmission ultrasonic transducer 28b. Is the direction from the pulse generator 60 side toward the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected.
[0119]
On the other hand, the configuration of the ultrasonic receiving system 23A is the same as that of the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG. 1, but the polarization directions P of the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b are different.
[0120]
That is, the polarization directions P of the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b are opposite to each other. In the example of FIG. 7, the polarization direction P of one reception ultrasonic transducer 31a is the direction from the amplifier 32a side toward the flaw detection surface 21a of the inspection object 21, and the polarization of the other reception ultrasonic transducer 31b. The direction P is a direction from the flaw detection surface 21a of the inspection material 21 toward the amplifier 32b.
[0121]
Next, the operation of the ultrasonic flaw detector 20C will be described.
[0122]
The ultrasonic flaw detector 20C is installed on the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected via a coplant 30 that is an acoustic coupler. Subsequently, the ultrasonic flaw detector 20C is operated. By the operation of the ultrasonic flaw detector 20C, a trigger pulse is transmitted from the time control device 24 to the pulse generator 60 at a predetermined time interval, and the pulse generator 60 further has a positive or negative in-phase corresponding to the time interval of the trigger pulse. Are applied to the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b.
[0123]
For example, when a positive pulse is applied from the pulse generator 60, the transmission ultrasonic transducer 28 a generates a transverse wave ultrasonic wave 9 a that is a delayed echo together with the longitudinal wave ultrasonic wave X 1, while the transmission ultrasonic transducer 28 b Similarly to the transmission ultrasonic transducer 28a, when a positive pulse is applied from the pulse generator 60, for example, the longitudinal wave ultrasonic wave X2 and the transverse wave ultrasonic wave 9b which is a delayed echo are generated.
[0124]
The longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse wave ultrasonic waves 9a and 9b generated from the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b are respectively inspected from the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b via the coplant 30. Propagates radially in the material 21.
[0125]
At this time, since the polarization directions P of the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b are opposite to each other and the positive and negative of the applied pulses are in phase, the longitudinal wave generated by the transmitting ultrasonic transducer 28a is generated. The vibration direction A1 of the ultrasonic wave X1 and the vibration direction A2 of the longitudinal ultrasonic wave X2 generated by the transmission ultrasonic transducer 28b are in opposite phases.
[0126]
For example, the longitudinal wave ultrasonic wave X1 generated by the transmission ultrasonic transducer 28a is a longitudinal wave ultrasonic wave X1 that causes the tensile stress in the direction parallel to the propagation direction from the transmission ultrasonic transducer 28a to be generated on the inspection target material 21. Become. On the other hand, the longitudinal wave ultrasonic wave X2 generated by the transmission ultrasonic transducer 28b is a longitudinal wave ultrasonic wave X2 that causes the inspected material 21 to generate a compressive stress in a direction parallel to the propagation direction from the transmission ultrasonic transducer 28b. Become.
[0127]
Similarly, the vibration direction B1 of the transverse wave ultrasonic wave 9a generated by the transmission ultrasonic transducer 28a, which is a delayed echo, and the vibration direction B2 of the transverse wave ultrasonic wave 9b generated by the transmission ultrasonic transducer 28b are opposite in phase to each other. It becomes.
[0128]
For example, the transverse ultrasonic wave 9a generated by the transmitting ultrasonic transducer 28a causes the inspected material 21 to generate a compressive stress in a direction perpendicular to the propagation direction from the transmitting ultrasonic transducer 28a. On the other hand, the transverse ultrasonic wave 9b generated by the transmitting ultrasonic transducer 28b becomes the transverse wave ultrasonic wave 9b that generates a tensile stress in a direction perpendicular to the propagation direction from the transmitting ultrasonic transducer 28b.
[0129]
That is, between the two transmission ultrasonic transducers 28a and 28b, the vibration direction B1 of the transverse ultrasonic wave 9a generated by the transmission ultrasonic transducer 28a and the transverse wave ultrasonic wave generated by the transmission ultrasonic transducer 28b. The vibration direction B2 of 9b is the same as each other. Therefore, between the two transmission ultrasonic transducers 28a and 28b, the transverse wave ultrasonic wave 9a generated by the transmission ultrasonic transducer 28a and the transverse wave ultrasonic wave 9b generated by the transmission ultrasonic transducer 28b are different. Due to the interference of the waves, they are superimposed on each other, and the attenuation of each of the transverse wave ultrasonic waves 9a and 9b is suppressed.
[0130]
Further, the transverse ultrasonic waves 9a and 9b generated by the respective transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b propagate through the inside of the inspection object 21 toward the respective receiving ultrasonic transducers 31a and 31b while strengthening vibrations. To do.
[0131]
Similarly, the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 generated by the transmission ultrasonic transducers 28a and 28b propagate in the inspection material 21 toward the reception ultrasonic transducers 31a and 31b.
[0132]
The longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse ultrasonic waves 9a and 9b generated by the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b reach the surface where the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b are in contact with each other. Are received by the ultrasonic transducers 31a and 31b and converted into electrical signals.
[0133]
Here, the longitudinal wave ultrasonic waves X1, X2 and the transverse wave ultrasonic waves 9a, 9b are simultaneously received by the receiving ultrasonic transducers 31a, 31b. Furthermore, since the polarization directions P of the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are opposite, the phases of the electrical signals obtained by converting the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 in the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are as follows. They are in phase with each other.
[0134]
That is, the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 are opposite in phase in the vicinity of the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b and in the inspection object 21, but the receiving ultrasonic transducers 31a and 31b have different phases. Since the polarization direction P is the reverse direction, one electrical signal is inverted when the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 are converted into electrical signals. For this reason, the phase of the electric signal which converted each longitudinal wave ultrasonic wave X1, X2 becomes mutually in-phase.
[0135]
Similarly, the phases of the electrical signals obtained by converting the transverse ultrasonic waves 9a and 9b by the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are also in phase with each other.
[0136]
Further, the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse wave ultrasonic waves 9a and 9b received by the reception ultrasonic transducers 31a and 31b are transmitted as electric signals to the amplifiers 32a and 32b, respectively, and are respectively transmitted to the amplifiers 32a and 32b. Amplified.
[0137]
The electrical signals of the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse wave ultrasonic waves 9a and 9b amplified by the amplifiers 32a and 32b are transmitted to a common signal adder 33. In the signal adder 33, the electrical signals of the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 and the transverse ultrasonic waves 9a and 9b in phase are added to obtain an added longitudinal ultrasonic wave and an added transverse wave ultrasonic wave.
[0138]
Further, the signal adder 33 transmits the added longitudinal wave ultrasonic wave and the added transverse wave ultrasonic wave to the waveform display device 34, and in this waveform display device 34, the added longitudinal wave ultrasonic wave and the added transverse wave ultrasonic wave are time-axis-based. Are displayed as waveforms. Then, the added longitudinal wave ultrasonic wave and the added transverse wave ultrasonic wave are analyzed to determine the presence or absence of a defect in the inspected material 21 or to measure the plate thickness.
[0139]
That is, in the ultrasonic flaw detector 20C, a positive or negative in-phase pulse is applied from the pulse generator 60 to the two transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b, and the polarization direction P of the transmitting ultrasonic transducers 28a and 28b is applied. Are opposite to each other so that longitudinal wave ultrasonic waves X1, X2 and transverse wave ultrasonic waves 9a, 9b are generated inside the inspection object 21, similar to the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG.
[0140]
For this reason, in the ultrasonic flaw detector 20C, in addition to the same effect as the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG. 1, the pulse generator 60 can be unified, and a simpler and cheaper configuration can be achieved.
[0141]
Further, when the ultrasonic flaw detector 20C converts the polarization direction P of the two receiving ultrasonic transducers 31a and 31b into an electric signal by converting them into electrical signals, one phase of the longitudinal ultrasonic waves X1 and X2 and In this configuration, one phase of the transverse wave ultrasonic waves 9a and 9b is inverted to be in phase.
[0142]
For this reason, in the ultrasonic flaw detector 20C, the signal adder 33 does not need to invert one phase of the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and one phase of the transverse wave ultrasonic waves 9a and 9b. Wave ultrasonic waves X1, X2 and transverse ultrasonic waves 9a, 9b can be amplified.
[0143]
In the ultrasonic flaw detector 20C, the polarization directions P of the two reception ultrasonic transducers 31a and 31b are reversed. However, as in the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG. The polarization direction P of the sub-elements 31a and 31b is set to be the same direction, and the signal adder 33 inverts and adds one phase of the longitudinal wave ultrasonic waves X1 and X2 and one phase of the transverse wave ultrasonic waves 9a and 9b. Good.
[0144]
FIG. 8 is a block diagram showing a fifth embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
[0145]
In the ultrasonic flaw detector 20D shown in FIG. 8, both the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27 generate pulses having the same sign as the ultrasonic flaw detector 20A of the second embodiment shown in FIG. The polarization direction of the ultrasonic transducers 42a and 42b included in the ultrasonic probe 40A is different from that of the instrument 70. Since the other configuration is substantially the same as that of the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0146]
In the ultrasonic flaw detector 20D, similarly to the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2, a plurality of signal cables 25 connected to the time controller 24 are led to the time delay circuit 41, and each signal is transmitted to the time delay circuit 41. The cable 25 is branched into two signal cables 25. All signal cables 25 branched in the time delay circuit 41 are connected to the pulse generator 70, respectively.
[0147]
Each pulse generator 70 generates a positive or negative pulse, and each pulse generator 70 is configured to generate pulses having the same sign.
[0148]
Each time delay circuit 41 is connected to a signal processing device 45 which is a part of the signal processing system.
[0149]
On the other hand, the configuration of the ultrasonic probe 40A is equivalent to that of the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2, and for example, 16 ultrasonic transducers 42a, 42b are arranged in two rows so as to be in surface contact with the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected.
[0150]
The ultrasonic transducers 42a and 42b are polarized in advance in a direction perpendicular to the contact surface, but the polarization directions are perpendicular to the flaw detection surface 21a of the inspection object 21 and are opposite to each other in one row and the other row. It is supposed to be oriented. For example, the polarization direction of each ultrasonic transducer 42a in one row is a direction from the signal cable 25 side toward the flaw detection surface 21a of the inspection object 21, and the polarization direction of each ultrasonic transducer 42b in the other row is This is a direction from the flaw detection surface 21a of the inspection object 21 toward the signal cable 25 side.
[0151]
Next, the operation of the ultrasonic flaw detector 20D will be described.
[0152]
The ultrasonic flaw detector 20D is installed on the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected via a coplant 30 that is an acoustic coupler. Subsequently, the ultrasonic flaw detector 20D is operated. The time control device 24 transmits a trigger pulse to each time delay circuit 41 by the operation of the ultrasonic flaw detector 20D.
[0153]
Further, each time delay circuit 41 sets a constant time delay value, and sequentially transmits trigger pulses to the pulse generator 70 at time intervals corresponding to the time delay. At this time, each time delay circuit 41 transmits the value of each delay time when transmitting the trigger pulse to each pulse generator 70 to the signal processing device 45.
[0154]
Each pulse generator 70, when receiving the trigger pulse from the time delay circuit 41, sequentially applies a positive pulse or a negative pulse to the ultrasonic transducers 42a and 42b with a certain time delay, respectively. For this reason, each ultrasonic transducer 42a, 42b vibrates to generate a transverse wave ultrasonic wave that is a delayed echo together with a longitudinal wave ultrasonic wave, and a phased array similar to the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. The SH wave is transmitted in a direction that satisfies the relationship (1).
[0155]
The pulses applied to the ultrasonic transducers 42a and 42b have the same sign, and the polarization direction of the ultrasonic transducer 42a belonging to one column and the polarization direction of the ultrasonic transducer 42b belonging to the other column. They are opposite to each other. For this reason, the transverse wave ultrasonic waves generated by the ultrasonic transducers 42a and 42b in both rows interfere with each other in opposite phases, and the SH waves are superimposed and strengthened.
[0156]
Then, the SH waves generated in the oblique direction from the ultrasonic transducers 42a and 42b toward the inside of the inspection target material 21 propagate through the inspection target material 21, and the side on which the ultrasonic probe 40A is not provided. This is reflected by the surface or internal defect and reaches each ultrasonic transducer 42a, 42b again.
[0157]
Further, each of the ultrasonic transducers 42 a and 42 b receives the SH wave reflected in the material to be inspected 21, converts it into an electrical signal, further amplifies it via the amplifier 44, and transmits it to the common signal adder 33. Is done.
[0158]
At this time, since the polarization directions of the ultrasonic transducers 42a and 42b in each column are opposite to each other, and the applied pulses have the same sign, the electrical signals converted by the ultrasonic transducers 42a and 42b are mutually different. Be in phase.
[0159]
Then, in the signal adder 33, the in-phase electric signals received from the ultrasonic transducers 42a and 42b forming a pair are added and transmitted to the signal processing device 45.
[0160]
Here, each electric signal transmitted to the signal processing device 45 is accompanied by a certain delay time set by the time delay circuit 41. Therefore, the signal processing device 45 refers to the value of each delay time received from each time delay circuit 41, corrects the phase difference due to the delay time so that it can be regarded as received at the same time, and then adds each electric signal. To synthesize.
[0161]
Then, the electric signal of the SH wave added in the signal processing device 45 is transmitted to the waveform display device 34, and the waveform display device 34 displays the waveform with time as an axis. Further, the waveform display displayed on the waveform display device 34 is analyzed to determine the presence or absence of a defect.
[0162]
That is, in the ultrasonic flaw detector 20D, instead of the positive pulse generator 26 and the negative pulse generator 27, a pulse generator 70 for generating a pulse of the same sign is provided, while the ultrasonic probe 40A has a pair of super generators. By making the polarization directions of the ultrasonic transducers 42a and 42b opposite to each other, the SH wave similar to the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. It is the structure to do.
[0163]
For this reason, in the ultrasonic flaw detector 20D, in addition to the same effect as the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2, the number of types of components can be reduced.
[0164]
As in the case of the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2, the signal processing device 45 and the signal adder 33 may be integrally formed, and a signal processing system is formed by both.
[0165]
Similar to the ultrasonic flaw detector 20B shown in FIG. 6, the delay time set by the time delay circuit 41 of the ultrasonic flaw detector 20D is set so that the SH wave propagates through the flaw detection surface 21a of the inspection object 21. be able to. That is, assuming that the delay time set by the time delay circuit 41 is the delay time having the relationship represented by the expression (2), the SH wave propagates along the flaw detection surface 21a of the material to be inspected 21 and the vibration direction is inspected. This is a so-called surface SH wave that is parallel to the flaw detection surface 21 a of the material 21.
[0166]
For this reason, in the ultrasonic flaw detector 20D, not only operations and effects equivalent to those of the ultrasonic flaw detector 20B shown in FIG. 6 can be obtained, but the number of types of components can be reduced.
[0167]
In the example of FIG. 8, the number of the ultrasonic transducers 42a and 42b is set to 16, and an 8-channel ultrasonic probe forming 8 pair sets is used. Any number of channels such as 32 channels may be used.
[0168]
FIG. 9 is a block diagram showing a sixth embodiment of the ultrasonic flaw detector according to the present invention.
[0169]
The ultrasonic flaw detector 20E shown in FIG. 9 is different from the ultrasonic flaw detector 20D according to the fifth embodiment shown in FIG. 8 in the configuration of the ultrasonic transducer 42a included in the ultrasonic probe 40B and pulse generation. The number of units 70, the point that the signal adder 33 is not provided, and the connection method of the signal cable 25 are different. Since the other configuration of the ultrasonic flaw detector 20E is not substantially different from the configuration of the ultrasonic flaw detector 20D shown in FIG. 8, the same components as those of the ultrasonic flaw detector 20D are denoted by the same reference numerals. Description is omitted.
[0170]
In the ultrasonic flaw detector 20E, as with the ultrasonic flaw detector 20D shown in FIG. 8, a plurality of signal cables 25 connected to the time controller 24 are led to the time delay circuit 41, respectively. Each time delay circuit 41 is connected to an individual pulse generator 70.
[0171]
The pulse generator 70 generates positive or negative pulses, and the pulse generators 70 are configured to generate pulses having the same sign.
[0172]
Each time delay circuit 41 is connected to a signal processing device 45 which is an example of a signal processing system.
[0173]
On the other hand, inside the ultrasonic probe 40B, a plurality of eight ultrasonic transducers 42a are arranged in a line so as to be in surface contact with the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected. Each ultrasonic transducer 42a is previously polarized in a direction perpendicular to the contact surface, and the polarization directions are the same.
[0174]
Each pulse generator 70 is individually connected to an ultrasonic transducer 42a provided inside the ultrasonic probe 40B via the signal cable 25.
[0175]
The signal cables 25 that connect the ultrasonic transducers 42 a and the pulse generators 70 are each provided with branch portions 43, and the signal cables 25 branched from the branch portions 43 pass through amplifiers 44, respectively. Are connected to a common signal processor 45.
[0176]
Next, the operation of the ultrasonic flaw detector 20E will be described.
[0177]
The ultrasonic flaw detector 20E is installed on the flaw detection surface 21a of the material 21 to be inspected via a coplant 30 that is an acoustic coupler. Subsequently, the ultrasonic flaw detector 20E is operated. The time control device 24 transmits a trigger pulse to each time delay circuit 41 by the operation of the ultrasonic flaw detector 20E.
[0178]
Further, each time delay circuit 41 sets a constant time delay value, and sequentially transmits trigger pulses to the pulse generator 70 at time intervals corresponding to the time delay. At this time, each time delay circuit 41 transmits the value of each delay time when transmitting the trigger pulse to each pulse generator 70 to the signal processing device 45.
[0179]
When each pulse generator 70 receives a trigger pulse from the time delay circuit 41, each pulse generator 70 sequentially applies a pulse having the same sign, for example, a positive pulse to the ultrasonic transducer 42a with a certain time delay. For this reason, each ultrasonic transducer 42 a vibrates to generate a transverse wave ultrasonic wave that is a delayed echo together with a longitudinal wave ultrasonic wave, and a phased array is formed in the horizontal direction on the flaw detection surface 21 a of the inspection object 21.
[0180]
For this reason, the SH wave is transmitted from each ultrasonic transducer 42a in the direction satisfying the relationship of the expression (1).
[0181]
Then, the SH waves generated in the oblique direction from the ultrasonic transducers 42a toward the inside of the inspection target material 21 propagate through the inspection target material 21, and the surface on the side where the ultrasonic probe 40B is not provided. Alternatively, it is reflected by internal defects and reaches each ultrasonic transducer 42a again.
[0182]
Further, each ultrasonic transducer 42 a receives the SH wave reflected in the material to be inspected 21, converts it into an electrical signal, further amplifies it via the amplifier 44, and transmits it to the common signal processing device 45. .
[0183]
However, each electric signal transmitted to the signal processing device 45 is accompanied by a certain delay time set by the time delay circuit 41. Therefore, the signal processing device 45 refers to the value of each delay time received from each time delay circuit 41, corrects the phase difference due to the delay time so as to be in phase at the same time, and then adds each electric signal. Synthesize.
[0184]
Then, the electric signal of the SH wave added in the signal processing device 45 is transmitted to the waveform display device 34, and the waveform display device 34 displays the waveform with time as an axis. Further, the waveform display displayed on the waveform display device 34 is analyzed to determine the presence or absence of a defect.
[0185]
That is, the ultrasonic flaw detector 20E forms a phased array by applying pulses of the same sign to a plurality of ultrasonic transducers 42a aligned in a row with a certain time delay, and transmits and receives SH waves in the oblique direction. It is the structure which enables.
[0186]
Therefore, the ultrasonic flaw detector 20E can perform more accurate inspection without mode conversion at the time of flaw detection of the material 21 to be inspected, and the pulse generator 70 and the ultrasonic vibrator than the ultrasonic flaw detector 20D. Since the number of 42a and 42b can be reduced, the apparatus can be simplified.
[0187]
In addition, since the ultrasonic flaw detector 20E uses the SH wave generated by using the longitudinal wave ultrasonic transducer 42a and the low-viscosity coplanar 30 that are conventionally used, the ultrasonic wave detector 20E uses the transverse wave piezoelectric ceramic to perform SH. As compared with the case of generating the ultrasonic wave, the ultrasonic echo is stabilized in a short time and the movement of the ultrasonic transducer 42a can be facilitated.
[0188]
Similar to the ultrasonic flaw detector 20B shown in FIG. 6, the delay time set by the time delay circuit 41 of the ultrasonic flaw detector 20E is set so that the SH wave propagates through the flaw detection surface 21a of the inspection object 21. be able to. That is, assuming that the delay time set by the time delay circuit 41 is the delay time having the relationship represented by the expression (2), the SH wave propagates along the flaw detection surface 21a of the material to be inspected 21 and the vibration direction is inspected. This is a so-called surface SH wave mode that is parallel to the flaw detection surface 21 a of the material 21.
[0189]
For this reason, in the ultrasonic flaw detector 20E, in addition to the operation and effect equivalent to that of the ultrasonic flaw detector 20B shown in FIG.
[0190]
In the example of FIG. 9, the number of ultrasonic transducers 42a is set to 8 and the ultrasonic probe is composed of 8 channels. However, the number of channels is not limited to 8 channels, but an arbitrary number of channels such as 16 channels and 32 channels. It is good.
[0191]
Further, in the ultrasonic flaw detectors 20, 20A, 20B, 20C, 20D, and 20E of the embodiments, the amplifiers 32a, 32b, and 44 may not be provided when it is not necessary to amplify the electric signal. Further, it is possible to display the electric signal as a numerical value without displaying the waveform. In this case, the waveform display device 34 is not necessarily provided.
[0192]
Further, in the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2, the ultrasonic flaw detector 20D shown in FIG. 8, and the ultrasonic flaw detector 20E shown in FIG. 9, the time control device 24 and the time delay circuit 41 may be configured integrally. The signal cable 25 connected to the ultrasonic transducers 42a and 42b is branched to the two signal cables 25 and 25 at the branching portion 43. However, even if the signal cable 25 is provided separately, the signal can be transmitted or received. Any connection form may be used.
[0193]
In the ultrasonic flaw detector 20 shown in FIG. 1 and the ultrasonic flaw detector 20C shown in FIG. 7, the number of transmitting ultrasonic transducers and receiving ultrasonic transducers is not limited to one or two. That is, an arbitrary number of configurations may be provided as long as transverse ultrasonic waves transmitted and received by adjacent transmitting ultrasonic transducers and receiving ultrasonic transducers are intensified with each other.
[0194]
For example, a plurality of adjacent transmitting ultrasonic transducers and receiving ultrasonic transducers are aligned so that the directions of polarization directions P are opposite to each other, and each transmitting ultrasonic transducer and each receiving ultrasonic transducer are aligned. A configuration in which a pulse applied to the transducer is a sign, or a plurality of transmitting ultrasonic transducers and receiving ultrasonic transducers are aligned so that the polarization direction P is the same direction, and adjacent transmitting ultrasonic waves The pulses applied to the transducer and the receiving ultrasonic transducer may be opposite in sign.
[0195]
In the ultrasonic flaw detector 20A shown in FIG. 2 and the ultrasonic flaw detector 20D shown in FIG. 8, the number of rows of ultrasonic transducers is not limited to two. That is, as long as the transverse ultrasonic waves transmitted and received by the ultrasonic transducers belonging to adjacent columns are intensified with each other, the ultrasonic transducer columns may be two or more.
[0196]
For example, the ultrasonic transducers are aligned over a plurality of columns so that the directions of the polarization directions P of the ultrasonic transducers belonging to adjacent columns are opposite to each other, and pulses applied to the ultrasonic transducers have the same sign Or the pulse applied to the ultrasonic transducers belonging to the adjacent columns are different from each other in such a manner that the ultrasonic transducers are aligned over a plurality of columns so that the polarization direction P of the ultrasonic transducers is the same direction. It is good also as a structure.
[0197]
【The invention's effect】
In the ultrasonic flaw detection apparatus according to the present invention, the longitudinal wave, the oblique direction, or the direction along the flaw detection surface is used inside the material to be inspected by using a longitudinal wave ultrasonic transducer and an ultrasonic probe that are conventionally used. Therefore, it is possible to propagate and transmit a transverse wave without mode conversion. For this reason, it is possible to detect flaws or measure the plate thickness in a short time and with high accuracy by using a cheaper low-frequency ultrasonic wave while being easily movable using a general-purpose low-viscosity coplant. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.
3 is a front view showing a method for arranging a plurality of ultrasonic transducers included in the ultrasonic probe shown in FIG. 2; FIG.
4 is a view showing the vibration direction of transverse ultrasonic waves on the flaw detection surface of the inspection object shown in FIG.
5 is a cross-sectional view taken along the line CC shown in FIG.
FIG. 6 is a configuration diagram showing a third embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.
FIG. 7 is a configuration diagram showing a fourth embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a fifth embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a sixth embodiment of an ultrasonic flaw detector according to the present invention.
FIG. 10 is a configuration diagram of a conventional ultrasonic flaw detector.
FIG. 11 is a configuration diagram showing another example of a conventional ultrasonic flaw detector.
[Explanation of symbols]
20, 20A, 20B, 20C, 20D, 20E ultrasonic flaw detector
21 Inspected material
21a flaw detection surface
22,22A Ultrasonic transmission system
23,23A Ultrasonic wave receiving system
24-hour controller
25 Signal cable
26 Positive pulse generator
27 Negative pulse generator
28a, 28b Ultrasonic transducer for transmission
29 Contact surface
30 plants
31a, 31b Receiving ultrasonic transducer
32a, 32b amplifier
33 signal adder
34 Waveform display device
35 Contact surface
40, 40A, 40B Ultrasonic probe
41 time delay circuit
42a, 42b ultrasonic transducer
43 branch
44 amplifiers
45 Signal processor
50 base material
51 Weld Bead
52 Defects
60 pulse generator
70 Pulse generator
P Polarization direction
A1, A2 Longitudinal ultrasonic vibration direction
B, B1, B2 Transverse direction of transverse ultrasonic waves
X1, X2 Longitudinal ultrasonic wave propagation direction
Y Propagation direction of shear wave ultrasonic waves
Z Rayleigh wave (surface wave) propagation direction

Claims (9)

正パルス発生器と負パルス発生器とで構成されるパルス発生器と、前記正パルス発生器および前記負パルス発生器にそれぞれ個別に信号ケーブルを介して接続された送信用超音波振動子と、受信用超音波振動子と、この受信用超音波振動子に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記正パルス発生器に接続される送信用超音波振動子の分極方向と前記負パルス発生器に接続される送信用超音波振動子の分極方向とが同一の方向に構成され、前記各送信用超音波振動子を被検査材の探傷面上に設け、前記各送信用超音波振動子に前記パルス発生器によりパルスをそれぞれ印加して前記被検査材の内部に縦波超音波とともに遅れエコーとして互いに逆相の横波超音波を発生させて前記各横波超音波が前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うようにする一方、前記受信用超音波振動子を前記被検査材の探傷面に対向する面上の前記各横波超音波を受信可能な位置に設け、この受信用超音波振動子により前記各横波超音波を受信して、前記信号処理系において解析することにより前記被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とする超音波探傷装置。  A pulse generator composed of a positive pulse generator and a negative pulse generator, and a transmission ultrasonic transducer individually connected to the positive pulse generator and the negative pulse generator via a signal cable, A polarization direction of a transmission ultrasonic transducer connected to the positive pulse generator, including a reception ultrasonic transducer and a signal processing system connected to the reception ultrasonic transducer via a signal cable And the polarization direction of the transmission ultrasonic transducer connected to the negative pulse generator are configured in the same direction, and each of the transmission ultrasonic transducers is provided on the flaw detection surface of the material to be inspected. Pulses are respectively applied to a trusted ultrasonic transducer by the pulse generator to generate transverse ultrasonic waves having opposite phases as a delayed echo together with longitudinal ultrasonic waves inside the material to be inspected. Inside the material to be inspected While mutually reinforcing by interference, the receiving ultrasonic transducer is provided at a position on the surface facing the flaw detection surface of the material to be inspected so as to receive the transverse ultrasonic waves, and this receiving ultrasonic vibration An ultrasonic flaw detector configured to perform flaw detection or thickness measurement of the material to be inspected by receiving each of the transverse wave ultrasonic waves by a child and analyzing in the signal processing system. パルス発生器と、前記パルス発生器に信号ケーブルを介して接続されかつ分極方向が互いに逆方向で隣接する複数の整列配置された送信用超音波振動子と、受信用超音波振動子と、前記受信用超音波振動子に信号ケーブルを介して接続された信号処理系とを具備し、前記複数の送信用超音波振動子を被検査材の探傷面上に設け、前記複数の送信用超音波振動子に前記パルス発生器によりパルスをそれぞれ印加して前記被検査材の内部に縦波超音波とともに遅れエコーとして互いに逆相の横波超音波をそれぞれ発生させて前記各横波超音波が前記被検査材の内部において干渉により互いに強め合うようにする一方、前記受信用超音波振動子を前記被検査材の探傷面に対向する面上の前記各横波超音波を受信可能な位置に設け、前記受信用超音波振動子により前記各横波超音波を受信して、前記信号処理系において解析することにより前記被検査材の探傷あるいは板厚測定を行うように構成したことを特徴とする超音波探傷装置。  A pulse generator, a plurality of ultrasonic transducers for transmission that are connected to the pulse generator via a signal cable and whose polarization directions are adjacent to each other in opposite directions, and ultrasonic transducers for reception, A signal processing system connected to a reception ultrasonic transducer via a signal cable, and the plurality of transmission ultrasonic transducers are provided on a flaw detection surface of an inspection object, and the plurality of transmission ultrasonic waves Pulses are respectively applied to a vibrator by the pulse generator to generate transverse wave ultrasonic waves having opposite phases as delayed echoes along with longitudinal wave ultrasonic waves inside the material to be inspected. The ultrasonic transducers for reception are provided at positions where the ultrasonic waves for reception on the surface facing the flaw detection surface of the material to be inspected can be received, and the reception ultrasonic transducers are mutually strengthened by interference inside the material. Ultrasonic It receives the respective transverse ultrasonic wave by Doko, the signal processing ultrasonic flaw detection apparatus characterized by being configured to perform flaw detection or thickness measurements of the inspection material by analyzing the system. 前記受信用超音波振動子は、前記各横波超音波の伝搬中心に対称となる位置近傍に設けられ、かつ分極方向が同一方向である複数の受信用超音波振動子により構成され、前記信号処理系において各受信用超音波振動子で受信して電気信号に変換した前記各横波超音波のうち隣接する一方の位相を反転させて他方の前記横波超音波の電気信号に加算して解析するように構成したことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷装置。  The reception ultrasonic transducer is configured by a plurality of reception ultrasonic transducers provided in the vicinity of a position symmetric with respect to the propagation center of each transverse wave ultrasonic wave, and having the same polarization direction. In the system, one of the adjacent transverse wave ultrasonic waves received by each receiving ultrasonic transducer and converted into an electric signal is inverted and added to the electric signal of the other transverse wave ultrasonic wave for analysis. The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein the ultrasonic flaw detector is configured as follows. 前記受信用超音波振動子は、前記各横波超音波の伝搬中心に対称となる位置近傍に設けられ、かつ分極方向が互いに逆方向で隣接する複数の受信用超音波振動子により構成され、各受信用超音波振動子は、受信した前記各横波超音波の隣接する一方の位相を反転して他方の位相と同相となるように電気信号に変換し、前記信号処理系において前記各横波超音波の電気信号を加算して解析するように構成したことを特徴とする請求項２記載の超音波探傷装置。  The reception ultrasonic transducer is configured by a plurality of reception ultrasonic transducers that are provided in the vicinity of a position that is symmetric with respect to the propagation center of each transverse ultrasonic wave, and that have polarization directions adjacent to each other in opposite directions. The reception ultrasonic transducer inverts one of the adjacent phases of each received transverse wave ultrasonic wave to convert it into an electric signal so as to be in phase with the other phase, and each said transverse wave ultrasonic wave in the signal processing system The ultrasonic flaw detector according to claim 2, wherein the electrical signals are added and analyzed. 前記パルス発生器に時間制御装置を設け、前記送信用超音波振動子にパルスを印加する時間を制御可能に構成したことを特徴とする請求項１または２記載の超音波探傷装置。  The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein a time control device is provided in the pulse generator so that a time for applying a pulse to the ultrasonic transducer for transmission can be controlled. 前記被検査材の探傷面と前記超音波振動子との間にカプラントを塗布したことを特徴とする請求項１または２記載の超音波探傷装置。  The ultrasonic flaw detection apparatus according to claim 1, wherein a coplant is applied between the flaw detection surface of the inspection object and the ultrasonic transducer. 前記超音波振動子は、縦波用の超音波振動子であることを特徴とする請求項１または２記載の超音波探傷装置。  The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer is a longitudinal wave ultrasonic transducer. 前記信号処理系にアンプを設け、前記信号処理系が受信した電気信号を増幅して解析するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の超音波探傷装置。  The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein an amplifier is provided in the signal processing system, and the electric signal received by the signal processing system is amplified and analyzed. 前記信号処理系に波形表示装置を設け、前記信号処理系が受信した電気信号を加算して得られた結果を波形表示するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の超音波探傷装置。  3. The ultrasonic wave according to claim 1, wherein a waveform display device is provided in the signal processing system, and a result obtained by adding the electric signals received by the signal processing system is displayed as a waveform. Flaw detection equipment.
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