BR122017023831B1 - Equipamento de teste ultra-sônico, método de teste ultra-sônico utilizando o referido equipamento, e método de fabricação de cano ou tubo sem costura - Google Patents

Abstract

a presente invenção refere-se a um método de teste ultra-sônico de acordo com a invenção, que inclui as etapas de dispor uma sonda ultra-sônica 1 possuindo vários transdutores 11 de modo a ficar voltada para um objeto de teste tubular p, e causando que os transdutores apropriadamente selecionados a partir dos vários transdutores transmitam e recebam ondas ultra-sônicas de modo que as ondas ultra-sônicas sejam propagadas no objeto de teste tubular em várias diferentes direções de propagação, onde uma condição de teste ultra-sônico pela sonda ultra-sônica é estabelecida de modo que os respectivos ângulos externos de refração ¿r das ondas ultra-sônicas nas várias direções de propagação fiquem aproximadamente equivalentes e/ou os respectivos ângulos internos de refração ¿k das ondas ultra-sônicas nas várias direções de propagação fiquem aproximadamente equivalentes.

Description

(54) Título: EQUIPAMENTO DE TESTE ULTRA-SÔNICO, MÉTODO DE TESTE ULTRA-SÔNICO UTILIZANDO O REFERIDO EQUIPAMENTO, E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE CANO OU TUBO SEM COSTURA (51) Int.CI.: G01N 29/04; G01N 29/24; G01N 29/26 (30) Prioridade Unionista: 18/08/2006 JP 2006-223541, 26/08/2005 JP 2005-245475 (73) Titular(es): NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION (72) Inventor(es): MASAKI YAMANO

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Relatório Descritivo da Patente de Invenção para EQUIPAMENTO DE TESTE ULTRA-SÔNICO, MÉTODO DE TESTE ULTRA-SÔNICO UTILIZANDO O REFERIDO EQUIPAMENTO, E MÉTODO DE FABRICAÇÃO DE CANO OU TUBO SEM COSTURA.

[001 ] Dividido do PI 0615382-8, de 28/08/2006.

CAMPO TÉCNICO [002] A presente invenção refere-se com uma sonda ultra-sônica, com um equipamento de teste ultra-sônico e com um método de teste ultra-sônico para detectar uma falha existente em um objeto de teste tubular tal como um cano ou tubo de aço utilizando uma onda ultrasônica, e com um método de fabricação de um cano ou tubo sem costura utilizando o método, e em particular, com uma sonsa ultra-sônica, com um equipamento de teste ultra-sônico e com um método de teste ultra-sônico capaz de rapidamente detectar falhas possuindo vários ângulos de inclinação com respeito a uma direção axial de um objeto de teste tubular com alta precisão, e com um método de fabricação de um cano ou tubo sem costura utilizando o método.

TÉCNICA ANTERIOR [003] À medida que a demanda por canos ou tubos com qualidade superior cresceu nos últimos anos, existe uma crescente tendência de que padrões de teste não destrutivos para canos ou tubos (daqui para frente referidos como canos quando julgado apropriado) estão se tornando mais rigorosos.

[004] Por exemplo, um cano sem costura, o qual é um cano típico, é fabricado pela perfuração de um lingote com um instrumento perfurante para formar um casco oco e pela laminação do casco oco com um laminador de mandril ou coisa parecida. O cano sem costura possui falhas possuindo vários ângulos de inclinação (daqui para frente referidas como falhas inclinadas quando julgado apropriado) com respeito à direção axial.

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2/83 [005] Uma falha inclinada é acreditada como sendo causada pela deformação na direção axial de uma rachadura longitudinal originalmente existente no lingote no processo de fabricação acima ou pela transferência de uma falha existente em uma face de orientação de uma sapata de guia para manter um centro de trajeto do casco oco. Portanto, o ângulo de inclinação da falha inclinada com respeito à direção axial do cano sem costura se altera dependendo de uma diferença no diâmetro de um cano do cano sem costura ou de uma causa para a ocorrência da mesma. Ou seja, existem falhas inclinadas com vários ângulos de inclinação no cano sem costura.

[006] Desde que existe uma tendência de condições mais apertadas de serviço dos canas sem costura de ano para ano, alta qualidade é demandada e detecção precisa das falhas inclinadas acima também é severamente demandada.

[007] Convencionalmente, vários métodos para detectar as falhas inclinadas existentes nos canos sem costura têm sido propostas.

[008] Na Publicação de Patente Japonesa Exposta 55-116251 (daqui para frente referida como Literatura de Patente 1), por exemplo, é proposto um método para detectar uma falha inclinada pela disposição de uma sonda ultra-sônica em uma posição e ângulo de inclinação apropriado dependendo da posição e do ângulo de inclinação da falha inclinada a ser detectada.

[009] Entretanto, o método descrito na Literatura de Patente 1 possui um problema pelo fato de que muito tempo e recurso humano são necessários devido ao ângulo de inclinação da sonda ultra-sônica dever ser alterado cada vez de acordo com o ângulo de inclinação da falha inclinada a ser detectada. Além disso, para detectar as falhas inclinadas com vários ângulos de inclinação existindo no cano sem costura em um ciclo de trabalho de detecção de falha, como descrito acima, várias sondas ultra-sônicas devem ser proporcionadas, cada

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3/83 uma das quais é disposta com um ângulo de inclinação diferente. Ou seja, existem problemas pelo fato de que equipamento grande é requerido e os custos elevados são acarretados, em adição às disposições/configurações complicadas e à calibragem das sondas ultrasônicas.

[0010] Para resolver estes problemas do método descrito na Literatura de Patente 1 acima, um método de detecção de falha que aplique uma sonda ultra-sônica de série em fase na qual vários transdutores (elementos para transmitir/receber ondas ultra-sônicas) são dispostos em uma única fileira, é proposto na Publicação de Patente Japonesa Exposta 61-223553 (daqui para frente referida como Literatura de Patente 2). Mais especificamente, ondas ultra-sônicas de cisalhamento são propagadas dentro do cano pelo alinhamento de uma direção de disposição dos transdutores com a direção axial do cano e pela disposição da sonda ultra-sônica descentralizada a partir de um centro axial do cano. Então, de acordo com este método, as falhas inclinadas com vários ângulos de inclinação são detectadas pela alteração do ângulo de inclinação (ângulo de inclinação com respeito à direção axial do cano) das ondas ultra-sônicas transmitidas e recebidas pela sonda ultra-sônica utilizando a varredura eletrônica que eletricamente controla o fuso horário de transmissão/recepção da onda ultrasônica por cada transdutor.

[0011] Entretanto, dois problemas principais (primeiro problema e segundo problema) apresentados abaixo existem no método descrito na Literatura de Patente 2.

Primeiro Problema [0012] A Figura 1 apresenta um diagrama ilustrando um exemplo de uma relação entre o ângulo de inclinação (ângulo formado por uma direção de extensão da falha inclinada e a direção axial do cano) das falhas inclinadas e a intensidade do eco de acordo com um método de

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4/83 teste ultra-sônico aplicando uma sonda ultra-sônica de série em fase, verificada por um experimento conduzido pelos inventores da presente invenção. Mais concretamente, a Figura 1 apresenta a intensidade de eco (intensidade relativa quando a intensidade de eco de uma falha inclinada com o ângulo de inclinação de 0° é defini da como sendo 0 dB) de cada falha inclinada quando, em um estado onde uma sonda ultra-sônica de série em fase equivalente a esta descrita na Literatura de Patente 2 é disposta com uma excentricidade constante a partir do centro axial do cano, o ângulo de inclinação da onda ultra-sônica é alterado pela varredura eletrônica de acordo com o ângulo de inclinação de cada falha inclinada de modo que a direção de extensão da falha inclinada e uma direção de propagação (direção de propagação vista a partir de uma direção normal de um plano tangencial do cano incluindo um ponto incidente da onda ultra-sônica) da onda ultra-sônica transmitida pela sonda ultra-sônica são ortogonais uma à outra. Os inventores da presente invenção verificaram um problema em que, como apresentado na Figura 1, a intensidade do eco é diferente dependendo do ângulo de inclinação da falha inclinada mesmo se a falha inclinada for do mesmo tamanho (0,5 mm em profundidade e 25 mm em comprimento).

[0013] Como descrito acima, os inventores da presente invenção verificaram que o método descrito na Literatura de Patente 2t em o problema de que a intensidade do eco é diferente dependendo do ângulo de inclinação da falha inclinada e existe uma possibilidade de que este problema possa impedir a detecção de uma falha prejudicial ou leve a uma detecção excessiva de falhas mínimas que não precisam ser detectadas.

Segundo Problema [0014] Se a varredura eletrônica para eletricamente controlar o fuso horário de transmissão/recepção da onda ultra-sônica por cada

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5/83 transdutor de uma sonda ultra-sônica de série em fase descrita na Literatura de Patente 2 for utilizada para alterar o ângulo de inclinação da onda ultra-sônica transmitida e recebida pela sonda ultra-sônica, a varredura eletrônica deve ser repetida quantas vezes for requerido dependendo do ângulo de inclinação da falha inclinada a ser detectada em uma área específica do cano. Ou seja, por exemplo, para detectar três falhas inclinadas com diferentes ângulos de inclinação, a varredura eletrônica deve ser repetida três vezes na área específica do cano, e a eficiência do teste ultra-sônico é reduzida a 1/3 quando comparada com a detecção de falhas com um ângulo de inclinação unidirecional. [0015] Mais concretamente, um ciclo do teste ultra-sônico na área específica do cano, apesar de dependente, em adição a um diâmetro externo e à espessura do cano, da distância entre a sonda ultra-sônica e o cano e assim por diante, leva aproximadamente 50 até 100 qseg. Ou seja, o número máximo de vezes do teste ultra-sônico por unidade de tempo (velocidade do teste ultra-sônico) na área específica do cano é 10.000 até 20.000 vezes por segundo. Portanto, uma velocidade de alteração (freqüência de alteração) do ângulo de inclinação da onda ultra-sônica pela varredura eletrônica também é compelida a ser cerca de 10.000 até 20.000 vezes por segundo ou menos, e mesmo se a própria varredura eletrônica for muito mais rápida do que a varredura mecânica, a eficiência do teste ultra-sônico irá diminuir à medida que o número de ângulos de inclinação das falhas inclinadas a serem detectadas aumentar.

[0016] Como descrito acima, o método descrito na Literatura de Patente 2 tem o problema de que a eficiência do teste ultra-sônico diminui à medida que o número de ângulos de inclinação das falhas inclinadas a serem detectadas aumenta.

[0017] Na Publicação de Patente Japonesa Exposta 59-163563 (daqui para frente referida como Literatura de Patente 3), por outro

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6/83 lado, um método para causar que a onda ultra-sônica entre em qualquer direção utilizando um grupo de transdutores dispostos em um estado de matriz de modo a detectar as falhas inclinadas com os vários ângulos de inclinação, é proposto. Mais concretamente, uma direção incidente da onda ultra-sônica é arbitrariamente alterada pela seleção de um número apropriado de transdutores arbitrários a partir do grupo de transdutores e pela execução da varredura eletrônica para eletricamente controlar o fuso horário de transmissão/recepção (tempo de acionamento) nos mesmos. Então, é revelado que padrões para alterar a direção incidente da onda ultra-sônica são armazenados antecipadamente como um programa.

[0018] Entretanto, o primeiro problema em que a intensidade do eco se altera de acordo com o ângulo de inclinação de cada falha inclinada, como descrito acima, não é mencionado e adicionalmente, de modo a resolver o problema, nada é descrito a cerca de qual padrão de alteração deve ser utilizado para alterar as direções incidentes da onda ultra-sônica na Literatura de Patente 3. Em adição, existe um problema similar ao segundo problema do método descrito na Literatura de Patente 2, ou seja, existe o problema de que a eficiência do teste ultra-sônico diminui devido à varredura eletrônica ter de ser repetida tantas vezes quanto o número de ângulos de inclinação das falhas inclinadas a serem detectadas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0019] Os problemas das tecnologias convencionais descritas acima não estão limitados a um caso onde um objeto de teste é um cano sem costura, mas são comuns ao teste ultra-sônico de todos os objetos de teste tubulares nos quais falhas inclinadas podem ocorrer, incluindo um cano soldado tal como um cano em espiral e um eixo oco.

[0020] A presente invenção foi desenvolvida para resolver tais

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7/83 problemas das tecnologias convencionais, e é um objetivo da presente invenção proporcionar uma sonda ultra-sônica, um equipamento de teste ultra-sônico e um método de teste ultra-sônico capaz de rapidamente detectar falhas possuindo vários ângulos de inclinação com respeito a uma direção axial de um objeto de teste tubular com alta precisão, e com um método de fabricação de um cano sem costura utilizando a sonda, o aparelho e o método.

[0021] Para resolver os problemas descritos acima, os inventores da presente invenção estudaram o que é descrito abaixo rigorosamente.

[0022] A Figura 2 apresenta diagramas ilustrando relações entre um ângulo de inclinação de uma falha inclinada e um ângulo de incidência de uma onda ultra-sônica com a falha inclinada em um método de teste ultra-sônico aplicando uma sonda ultra-sônica de série em fase, como visto pelos inventores da presente invenção, baseado em cálculo numérico. Mais concretamente, a Figura 2 apresenta o ângulo de incidência da onda ultra-sônica com cada falha inclinada em um caso onde uma excentricidade quando a sonda ultra-sônica de série em fase equivalente a esta descrita na Literatura de Patente 2 é disposta pela descentralização a partir de um centro axial de um cano (proporção de espessura para diâmetro externo = 11%) é apropriadamente estabelecida (ângulo de incidência circunferencial ai com o cano determinado de acordo com a excentricidade é estabelecido para 10°, 16°, e 19°), e o ângulo de inclinação da onda ultra-sônica é alterado pela varredura eletrônica de acordo com o ângulo de inclinação de cada falha inclinada, de modo que uma direção de extensão da falha inclinada e uma direção de propagação da onda ultra-sônica transmitida pela sonda ultra-sônica, são ortogonais uma a outra. A Figura 2 (a) apresenta um ângulo de incidência (ângulo interno de refração) ek com uma falha de superfície interna existindo em uma superfície interna de

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8/83 um cano, e a Figura 2 (b) apresenta um ângulo de incidência (ângulo externo de retração) 6r com uma falha de superfície externa existindo em uma superfície externa do cano. Como apresentado na Figura 2, os inventores da presente invenção verificaram que, tanto para a falha de superfície interna como de superfície externa, o ângulo de inclinação da onda ultra-sônica se altera de acordo com o ângulo de inclinação da falha inclinada. Os inventores da presente invenção também verificaram que a intensidade do eco é diferente dependendo do ângulo de inclinação de cada falha inclinada, como descrito acima (vide a Figura 1), porque mesmo se o ângulo de inclinação da onda ultrasônica for alterado pela varredura eletrônica de acordo com o ângulo de inclinação de cada falha inclinada, de modo que a direção de extensão da falha inclinada e a direção de propagação da onda ultrasônica transmitida pela sonda ultra-sônica sejam ortogonais uma a outra, como apresentado na Figura 2, o ângulo externo de refração e o ângulo interno de refração se alteram de acordo com o ângulo de inclinação de cada falha inclinada (de acordo com a direção de propagação da onda ultra-sônica).

[0023] Com as descobertas acima, os inventores da presente invenção planejaram que:

(1) por estabelecer uma condição de teste ultra-sônico de modo que o ângulo externo de refração (ou o ângulo interno de refração) se torne aproximadamente equivalente independente da direção de propagação da onda ultra-sônica, torna-se possível obter intensidade de eco aproximadamente equivalente das falhas de superfície externa (ou das falhas de superfície interna) independente da direção de propagação da onda ultra-sônica, e detectar falhas com vários ângulos de inclinação com alta precisão, e (2) por adotar uma configuração na qual as ondas ultrasônicas podem aproximadamente, simultaneamente, serem transmitiPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 11/94

9/83 das e recebidas a partir de um objeto de teste tubular em várias diferentes direções de propagação, o problema da eficiência reduzida do teste ultra-sônico pode ser resolvido, e como resultado, as falhas, com os vários ângulos de inclinação, podem ser rapidamente detectadas com alta precisão.

[0024] A presente invenção foi concretizada com as várias descobertas dos inventores descritas acima. Ou seja, como descrito na reivindicação 1, a presente invenção proporciona um método de teste ultra-sônico incluindo as etapas de: dispor uma sonda ultra-sônica possuindo vários transdutores de modo a ficar voltada para um objeto de teste tubular, e causar que transdutores apropriadamente selecionados a partir dos vários transdutores transmitam e recebam ondas ultra-sônicas de modo que as ondas ultra-sônicas sejam propagadas no objeto de teste tubular em várias diferentes direções de propagação, onde uma condição de teste ultra-sônico pela sonda ultra-sônica é estabelecida de modo que os respectivos ângulos de refração externa er da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes e/ou que os respectivos ângulos de refração interna ek da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes.

[0025] De acordo com a invenção, se a condição de teste ultrasônico pela sonda ultra-sônica for estabelecida de modo que os respectivos ângulos de refração externa er da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes, a intensidade de eco aproximadamente equivalente da falha de superfície externa pode ser obtida independente das várias direções de propagação. Além disso, se a condição de teste ultra-sônico pela sonda ultra-sônica for estabelecida de modo que os respectivos ângulos de refração interna ek da sonda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes, a intensidade de eco

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10/83 aproximadamente equivalente da falha de superfície interna pode ser obtida independente das várias direções de propagação. Adicionalmente, se a condição de teste ultra-sônico pela sonda ultra-sônica for estabelecida de modo que tanto os ângulos de refração externa 6r como os respectivos ângulos de refração interna ek da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes, a intensidade de eco aproximadamente equivalente da falha de superfície externa e da falha de superfície interna pode ser obtida independente das várias direções de propagação. Portanto, as várias falhas (falhas de superfície externa e/ou falhas de superfície interna) respectivamente se estendendo nas direções ortogonais às várias direções de propagação, podem ser detectadas com alta precisão.

[0026] Além disso, por aproximadamente, simultaneamente, transmitir a onda ultra-sônica para o objeto de teste tubular e por receber a mesma, a partir do objeto de teste tubular nas várias diferentes direções de propagação, as várias falhas respectivamente se estendendo nas direções ortogonais às direções de propagação, podem ser rapidamente detectadas.

[0027] De acordo com o método do equipamento de teste ultrasônico da presente invenção, como descrito acima, as falhas com vários ângulos de inclinação com respeito à direção axial do objeto de teste tubular, podem ser rapidamente detectadas com alta precisão. A direção de propagação da onda ultra-sônica na presente invenção significa a direção de propagação da onda ultra-sônica vista a partir da direção normal a um plano tangencial do objeto de teste tubular, incluindo um ponto incidente da onda ultra-sônica. O ângulo externo de refração significa o ângulo er formado, em um plano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P, por uma normal L1 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central de um feixe de onda ultra-sônica) em um ponto B da superfície externa do

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11/83 objeto de teste tubular P alcançado pela onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) após entrar no objeto de teste tubular P (vide a Figura 4 (d)). O ângulo interno de refração significa o ângulo ek formado, no plano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P, por uma normal L2 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) em um ponto A na superfície interna do objeto de teste tubular P alcançado pela onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultrasônico) após entrar no objeto de teste tubular P (vide a Figura 4 (d)). Adicionalmente, respectivos ângulos externos (ou internos) de refração da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação são aproximadamente equivalentes significa que os ângulos externos (ou internos) de refração possuem uma faixa de variação de até 10°.

[0028] Como um método concreto para tornar os respectivos ângulos externos de refração er da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação aproximadamente equivalentes e/ou os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação aproximadamente equivalentes, como descrito acima, por exemplo, um método utilizando a sonda ultra-sônica, na qual vários transdutores são dispostos em um estado de matriz, pode ser considerado. Ou seja, como descrito na reivindicação 2, de preferência é adotado um método onde a sonda ultra-sônica possui vários transdutores dispostos em um estado de matriz em uma superfície plana ou curvada, e os transdutores são selecionados de modo que os respectivos ângulos externos de refração er da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes e/ou os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultrasônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes. Por conseqüência, os vários transdutores dispostos na superfície curvada na presente invenção é utilizado para incluir, em

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12/83 adição ao caso onde os transdutores (as superfícies do transdutor dos respectivos transdutores) são formados na superfície curvada de modo que parte da superfície curvada e um formato dos transdutores combinam, um caso onde os respectivos transdutores (as superfícies do transdutor dos respectivos transdutores) são formados em um formato plano e são respectivamente dispostos para entrar em contato com a superfície curvada.

[0029] Os transdutores a serem selecionados de modo que os respectivos ângulos externos de refração er da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes podem mais especificamente serem determinados, por exemplo, como descrito na reivindicação 3, como apresentado abaixo. Ou seja, um ângulo de circunferência de ai incidente e um ângulo axial de βΐ incidente da onda ultra-sônica no objeto de teste tubular nas várias direções de propagação são respectivamente determinados baseado na equação (1) seguinte, de modo que os respectivos ângulos externos de refração er da onda ultra-sônica representados pela equação (1) seguinte, nas várias direções de propagação, sejam aproximadamente equivalentes, e os transdutores são selecionados de modo que o ângulo de circunferência determinado de ai incidente e do ângulo axial de βΐ incidente sejam obtidos:

0r=sin ^Ί ({(Vs/Vi)²· (sin²^ i-bcos²^ ί·3ίη²0ί i) J^1/2) (D onde, na equação (1) acima, Vs significa uma velocidade de propagação da onda ultra-sônica propagada no objeto de teste tubular, e Vi significa a velocidade de propagação da onda ultra-sônica em um meio de acoplamento existente entre a sonda ultra-sônica e o objeto de teste tubular. Além disso, o ângulo de circunferência de incidência na presente invenção significa o ângulo ai formado, em uma seção transversal circunferencial do objeto de teste tubular P, por uma normal L3 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do

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13/83 feixe de onda ultra-sônica) em um ponto incidente O da onda ultrasônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (vide a Figura (b)). Adicionalmente, o ângulo axial de incidência na presente invenção significa o ângulo βΐ formado, e uma seção transversal axial do objeto de teste tubular P, por uma normal L4 do objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) em um ponto incidente O da onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (vide Figura (c)).

[0030] Os transdutores a serem selecionados de modo que os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes mais especificamente podem ser determinados, por exemplo, como descrito na reivindicação 4, como apresentado abaixo. Ou seja, o ângulo de circunferência de ai incidente e o ângulo axial de βΐ incidente da onda ultra-sônica no objeto de teste tubular nas várias direções de propagação são respectivamente determinados baseado nas equações (1) até (6) seguintes, de modo que os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultra-sônica representados pela equação (2) seguinte nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes, e os transdutores são selecionados de modo que o ângulo de circunferência determinado de ai incidente e o ângulo axial de βΐ incidente sejam obtidos:

Θ k=cos \cos Θ r*cos0 — sin Θ r^cos X *sin φ) ·*·(2) onde o ângulo externo de refração er, um ângulo de propagação γ e um ângulo φ na equação (2) acima, são representados respectivamente pelas equações (1), (3) e (4) seguintes:

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14/83 θι ^:sin \ {(VsXVi)²· (siη²β i+cos²/3 i-siri αη)} ) (1) — tan sin β i cosβ isinOf i ¢3)

0—sin \k-sin Θ ’) — Θ ’ (4) onde na equação (1) acima, Vs significa a velocidade de propagação da onda ultra-sônica propagada no objeto de teste tubular, e Vi significa a velocidade de propagação da onda ultra-sônica no meio de acoplamento existente entre a sonda ultra-sônica e o objeto tubular; e k e θ' na equação (4) acima são representados respectivamente pelas equações (5) e (6) seguintes:

(5) tané? ’ =cos X *tan 0 r · * (6) onde t/D na equação 5 acima significa uma proporção de espessura para o diâmetro externo do objeto de teste tubular. O ângulo de propagação na presente invenção significa o ângulo γ formado pela direção de propagação (direção de propagação vista a partir da direção normal ao plano tangencial do objeto de teste tubular P incluindo o ponto incidente O da onda ultra-sônica) da onda ultra-sônica (linha central do feixe de onda ultra-sônica) tendo entrado no objeto de teste tubular P e uma tangente circunferencial L do objeto de teste P passando através do ponto incidente O (vide a Figura (a)).

[0031] Por outro lado, como um método concreto para tornar os respectivos ângulos externos de refração 6r da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação aproximadamente equivalentes e/ou os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação aproximadamente equivalentes, como descrito acima, por exemplo, pode ser considerado um método utilizando uma sonda ultra-sônica possuindo vários transdutores dispostos

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15/83 ao longo de uma superfície curva anular predeterminada. Ou seja, como descrito na reivindicação 5, de preferência é adotado um método onde a sonda ultra-sônica possui vários transdutores dispostos ao longo de uma superfície curva anular obtida pelo corte de um esferóide predeterminado com dois planos paralelos voltados um para o outro que não passam através de um centro do esferóide e não imprensam o centro do esferóide, os ditos dois planos paralelos sendo ortogonais ao eixo de rotação do esferóide, na etapa de dispor a sonda ultrasônica de modo a ficar voltada para o objeto de teste tubular, a sonda ultra-sônica é disposta de modo que uma direção de eixo geométrico mais longa da sonda ultra-sônica seja ao longo de uma direção axial do objeto de teste tubular, uma direção de eixo geométrico mais curta da sonda ultra-sônica seja ao longo de uma direção circunferencial do objeto de teste tubular, e o centro do esferóide de forma correta fique voltado para um centro axial do objeto de teste tubular, e um formato da superfície curva anular seja determinado de modo que os respectivos ângulos externos de refração 6r da onda ultra-sônica na várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes, e/ou os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes. Os vários transdutores dispostos ao longo da superfície curva anular na presente invenção são utilizados para incluir, em adição a um caso onde os respectivos transdutores (superfícies de transdutor dos respectivos transdutores) são formados na superfície curva de modo que parte da superfície curva anular e o formato dos transdutores combinam, um caso onde os respectivos transdutores (superfícies de transdutor dos respectivos transdutores) são formados em um formato plano e são respectivamente dispostos para entrar em contato com a superfície curva anular. Além disso, o centro do esferóide de forma correta está voltado para o centro axial do objeto de teste tubular na prePetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 18/94

16/83 sente invenção, significa que a linha reta, a qual passa através do centro do esferóide e é ortogonal aos ditos dois planos paralelos (isto é, correspondendo ao eixo geométrico de rotação do esferóide), passa através de um centro axial do objeto de teste tubular. Além disso, o esferóide na presente invenção é utilizado como um termo incluindo uma esfera cujo eixo geométrico mais longo e o eixo geométrico mais curto são iguais.

[0032] O formato da superfície curva anular de modo que os respectivos ângulos externos de retração 6r da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam equivalentes pode ser determinado, por exemplo, como descrito na reivindicação 6. Ou seja, os respectivos ângulos de incidência 6w da onda ultra-sônica dentro do objeto de teste tubular nas várias direções de propagação são calculados na equação (7) seguinte, de modo que os respectivos ângulos externos de retração 6r da onda ultra-sônica, representados pela equação (7) seguinte nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes, e o formato da superfície curva anular é determinado de modo que o ângulo de incidência calculado 6w seja obtido:

sin 0 r=Vs/Vi · sin Θ w ·^-·(7) onde, na equação (7) acima, Vs significa a velocidade de propagação da onda ultra-sônica propagada no objeto de teste tubular, e Vi significa a velocidade de propagação da onda ultra-sônica no meio de acoplamento existente entre a sonda ultra-sônica e o objeto de teste tubular. O ângulo de incidência da onda ultra-sônica no objeto de teste tubular na presente invenção significa o ângulo 6w formado, no plano de propagação da onda ultra-sônica do objeto de teste tubular P, por uma normal L3 ao objeto de teste tubular P e a onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) no ponto incidente O da onda ultra-sônica U (linha central do feixe de onda ultra-sônica) (vide a Figura 6 (d)). Se o ângulo de incidência 6w for determinado, o ângulo

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17/83 de refração er é unicamente determinado pela lei de Snell. Assim, estabelecer o ângulo de incidência Θ na presente invenção é um conceito que inclui não somente literalmente estabelecer o ângulo de incidência ew mas também o estabelecimento do ângulo de refração er. [0033] O formato da superfície curva anular de modo que os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultra-sônica nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes pode ser determinado, por exemplo, como descrito na reivindicação 7. Ou seja, os respectivos ângulos de incidência ew da onda ultra-sônica no objeto de teste tubular nas várias direções de propagação são calculados baseado na equação (7) seguinte de modo que os respectivos ângulos internos de refração ek da onda ultra-sônica representados pela equação (2) seguinte nas várias direções de propagação sejam aproximadamente equivalentes, e o formato da superfície curva anular é determinado de modo que o ângulo de incidência calculado ew seja obtido:

ôk = cos ¹ (cos (9 r cos 0 — sin Θ r-cos X sin 0 ) (2) onde o ângulo de refração externa er, o ângulo de propagação γ, e o ângulo φ na equação (2) acima são representados respectivamente pelas equações (7), (3), e (4):

sin Θ r=Vs/Vi'SÍn Θ w ·*·(7)

Y =tan \ cos/3 i-sinai (3) φ =sin \ΐ-ί·5ίπ Θ ’) — Θ ’ ¢4) onde, na equação (7) acima, Vs significa a velocidade de propagação da onda ultra-sônica propagada no objeto de teste tubular, e Vi significa a velocidade de propagação da onda ultra-sônica no meio de acoplamento existente entre a sonda ultra-sônica e o objeto de teste tubular; e k e θ' na equação (4) acima são representados respectivamente

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18/83 pelas equações (5) e (6) seguintes:

^k_ 1 tan β ’ =cos τ * tanÕ r * · (6) onde t/D na equação 5 acima significa a proporção de espessura para diâmetro externo do objeto de teste tubular.

[0034] A detecção da falha no objeto de teste tubular geralmente é executada pela utilização de um método de feixe de ângulo utilizando uma onda ultra-sônica de cisalhamento. No método de feixe de ângulo, a onda ultra-sônica é adentrada de forma oblíqua no objeto de teste tubular em um ângulo igual ou maior do que o ângulo crítico longitudinal da onda para causar a reflexão total da onda ultra-sônica longitudinal na superfície do objeto de teste tubular e para propagar a onda ultra-sônica de cisalhamento no objeto de teste tubular. Neste ponto, o ângulo de refração da onda ultra-sônica de cisalhamento (ângulo de refração da onda de cisalhamento) precisa ser cerca de 35° ou mais. Portanto, quando detectando a falha no objeto de teste tubular de acordo com o método da presente invenção, se a sonda ultra-sônica for disposta de modo a ficar voltada para o objeto de teste tubular de modo que o eixo geométrico mais longo seja ao longo da direção axial do objeto de teste tubular, o eixo geométrico mais curto seja ao longo da direção circunferencial do objeto de teste tubular, e o centro do esferóide corretamente fique voltado para o centro axial do objeto de teste tubular a ser localizado em uma vizinhança da superfície externa do objeto de teste tubular, de modo a reduzir a onda ultra-sônica longitudinal entrando no objeto de teste tubular o máximo possível, o formato da superfície curva anular pode ser determinado de modo que pelo menos a onda ultra-sônica transmitida a partir do transdutor localizado no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica (transdutor transmitindo a onda ultra-sônica que forma o maior ângulo de incidênPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 21/94

19/83 cia ou ângulo de refração com o objeto de teste tubular) é propagada dentro do objeto de teste tubular no ângulo de refração t da onda de cisalhamento de 35° ou mais.

[0035] Portanto, de preferência, como descrito na reivindicação 8, na etapa de dispor a sonda ultra-sônica de modo a ficar voltada para o objeto de teste tubular, a sonda ultra-sônica é disposta de modo que o centro do esferóide corretamente fique voltado para o centro axial do objeto de teste tubular e fique localizado em uma vizinhança de uma superfície externa do objeto de teste tubular, e o formato da superfície curva anular é determinado de modo que a onda ultra-sônica transmitida pelo menos a partir do transdutor disposto no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica entre os vários transdutores, é propagada para dentro do objeto de teste tubular em um ângulo de refração da onda de cisalhamento de 35° ou mais.

[0036] De acordo com a configuração preferível, a onda ultrasônica é transmitida pelo menos a partir do transdutor localizado no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica (ou seja, a onda ultra-sônica propagada na direção axial do objeto de teste tubular) pode ser propagada como a onda ultra-sônica de cisalhamento no objeto de teste tubular.

[0037] Para resolver os problemas descritos acima, a presente invenção também é proporcionada, como descrito na reivindicação 9, como um equipamento de teste ultra-sônico para detectar uma falha por ondas ultra-sônicas em um objeto de teste tubular, incluindo: uma sonda ultra-sônica disposta de modo a ficar voltada para o objeto de teste tubular na qual vários transdutores são dispostos respectivamente em uma direção de fileira e em uma direção de coluna em um estado de matriz em uma superfície plana ou curva, e um dispositivo de controle de transmissão/recepção para controlar a transmissão/recepção de ondas ultra-sônicas pela sonda ultra-sônica, onde o

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20/83 dispositivo de controle de transmissão/recepção seleciona um grupo de transdutores incluindo pelo menos um transdutor a partir de vários transdutores e causa que um grupo selecionado de transdutores transmita e receba a onda ultra-sônica em uma direção de propagação no objeto de teste tubular, e seleciona outro grupo de transdutores incluindo pelo menos um transdutor em uma posição diferente tanto na direção de fileira como na direção de coluna desta de qualquer transdutor constituindo o um grupo de transdutores e causa que o outro grupo selecionado de transdutores transmita e receba a onda ultrasônica em outra direção de propagação a partir da uma direção de propagação.

[0038] De acordo com a invenção, primeiramente um grupo de transdutores incluindo pelo menos um transdutor é selecionado a partir dos vários transdutores dispostos em um estado de matriz pelo dispositivo de controle de transmissão/recepção, e a onda ultra-sônica é transmitida e recebida pelo um grupo selecionado de transdutores em uma direção de propagação do objeto de teste tubular. Então, a falha (daqui para frente, referida como primeira falha) se estendendo na direção ortogonal a uma direção de propagação será detectada pela onda ultra-sônica transmitida e recebida na uma direção de propagação. Se a sonda ultra-sônica na qual os vários transdutores são dispostos em um estado de matriz na superfície curva for adotada, a direção na qual a onda ultra-sônica é transmitida e recebida por cada transdutor é determinada por um raio de curvatura da superfície curva e por uma posição de cada transdutor, e assim o grupo de transdutores capazes de transmitir e receber a onda ultra-sônica na uma direção de propagação pode simplesmente ser selecionado a partir dos vários transdutores. Se a onda ultra-sônica na qual os vários transdutores são dispostos em um estado de matriz no plano for adotada, por outro lado, uma configuração que controla o fuso horário de transmisPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 23/94

21/83 são/recepção da onda ultra-sônica por cada transdutor constituindo o um grupo selecionado de transdutores pode ser adotada de modo que a onda ultra-sônica é transmitida e recebida pelo um grupo selecionado de transdutores na uma direção de propagação.

[0039] A seguir, de acordo com a presente invenção, pelo dispositivo de controle de transmissão/recepção, outro grupo de transdutores incluindo pelo menos um transdutor em uma posição diferente tanto na direção de fileira como na direção de coluna desta do transdutor constituindo o um grupo de transdutores, é selecionado a partir dos vários transdutores dispostos em um estado de matriz e a onda ultra-sônica é transmitida e recebida pelo outro grupo selecionado de transdutores em outra direção de propagação diferente da uma direção de propagação do objeto de teste tubular. Pela onda ultra-sônica transmitida e recebida na outra direção de propagação, a falha (daqui para frente, referida como segunda falha) se estendendo na direção ortogonal à outra direção de propagação, será detectada. Desde que outro grupo de transdutores inclui o transdutor cuja posição na direção de fileira e de coluna é diferente desta do transdutor constituindo o um grupo de transdutores, não somente a direção de propagação da onda ultrasônica é alterada de uma direção de propagação para a outra direção de propagação, mas também a posição ao longo da direção circunferencial do objeto de teste tubular do grupo de transdutores transmitindo e recebendo a onda ultra-sônica também é simultaneamente alterada. Portanto, pelo estabelecimento de uma quantidade de alteração da posição de forma apropriada, as direções de propagação das ondas ultras-sônicas tanto para a primeira falha como para a segunda falha podem ser feitas ortogonais uma à outra, enquanto ao mesmo tempo os ângulos externos de refração 6r e/ou os ângulos internos de refração ek podem ser feitos para serem aproximadamente constantes, de modo que se torna possível obter uma intensidade de eco equivaPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 24/94

22/83 lente, independente do ângulo de inclinação de cada falha. Pela seleção do número de grupos de transdutores igual ao número de direções de propagação da onda ultra-sônica e configurando cada um dos grupos de transdutores selecionados para transmitir e receber a onda ultra-sônica, como descrito acima, as falhas com vários ângulos de inclinação de acordo com o número de direções de propagação, podem ser detectadas com alta precisão.

[0040] Pela adoção de uma configuração na qual a onda ultrasônica é transmitida e recebida por cada um dos grupos de transdutores selecionados aproximadamente simultaneamente, as falhas com vários ângulos de inclinação podem ser rapidamente detectadas.

[0041] Como descrito acima, o equipamento de teste ultra-sônico, de acordo com a presente invenção, pode rapidamente detectar as falhas com vários ângulos de inclinação com respeito à direção axial do objeto de teste tubular com alta precisão.

[0042] Um tempo requerido para a onda ultra-sônica transmitida por cada grupo de transdutores selecionados entrar no objeto de teste tubular depende de uma distância entre cada grupo de transdutores e do ponto incidente da onda ultra-sônica. Desde que a distância entre cada grupo de transdutores e o ponto incidente da onda ultra-sônica depende dos formatos da sonda ultra-sônica e do objeto de teste tubular, o tempo no qual a onda ultra-sônica realmente entra no objeto de teste tubular e o tempo de recepção do eco da superfície na superfície (superfícies interna e externa) do objeto de teste tubular serão diferentes mesmo se a onda ultra-sônica for transmitida com o mesmo tempo a partir de cada grupo de transdutores selecionados. Assim, se os ecos recebidos pelos respectivos grupos de transdutores forem sintetizados e as falhas forem detectadas baseado em um eco pertinente sintetizado, os ecos de superfície na superfície (superfícies interna e externa) do objeto de teste tubular recebidos pelos respectivos grupos

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23/83 de transdutores podem ser contínuos ou parcialmente sobrepostos devido ao tempo de incidência diferente das ondas ultra-sônicas transmitidas a partir dos respectivos grupos de transdutores, e como resultado, uma largura expandida dos ecos como um todo na superfície do objeto de teste tubular, existe um perigo de um aumento de zona morta na vizinhança das superfícies externa e interna do objeto de teste tubular.

[0043] Para evitar tal problema, de preferência, como descrito na reivindicação 10, o dispositivo de controle de transmissão/recepção controla o fuso de tempo de transmissão ou o fuso de tempo de recepção das ondas ultra-sônicas do um grupo de transdutores e do outro grupo de transdutores, de modo que um eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica, transmitida a partir do um grupo de transdutores, e o outro eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica, transmitida a partir do outro grupo de transdutores, sejam recebidos aproximadamente ao mesmo tempo.

[0044] De acordo com a invenção preferível, desde que o fuso de tempo de transmissão ou o fuso de tempo de recepção das ondas ultra-sônicas do um grupo de transdutores e do outro grupo de transdutores são controlados de modo que um eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica, transmitida a partir do um grupo de transdutores e outro eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica transmitida a partir do outro grupo de transdutores sejam recebidos aproximadamente ao mesmo tempo (de modo que uma diferença de tempo seja igual ou menor do que uma largura de pulso da onda ultra-sônica transmitida, por exemplo), a zona morta na vizinhança das superfícies externa e interna do objeto de teste tubular pode ser reduzida, mesmo se uma configuração, na qual os ecos recebidos pelos respectivos grupos de transdutores são sintetizados e a falha for detectada baseada em um eco pertinente sintetizado, for adoPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 26/94

24/83 tada.

[0045] Para resolver o problema acima, a presente invenção também é proporcionada, como descrito na reivindicação 11, como uma sonda ultra-sônica para detectar uma falha por ondas ultra-sônicas em um objeto de teste tubular, incluindo vários transdutores dispostos ao longo de uma superfície curva anular, onde a superfície curva anular é obtida pelo corte de um esferóide predeterminado com dois planos paralelos voltados um para o outro, os quais não passam através de um centro do esferóide e não imprensam o centro do esferóide, os ditos dois planos paralelos sendo ortogonais ao eixo geométrico de rotação do esferóide.

[0046] De acordo com a sonda ultra-sônica, desde que os vários transdutores são dispostos ao longo da superfície curva anular obtida por se cortar o esferóide predeterminado com dois planos paralelos voltados um para o outro que não passam através do centro do esferóide e não imprensam o centro do esferóide, os ditos dois planos paralelos sendo ortogonais ao eixo geométrico de rotação do esferóide, a onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor será propagada em direção ao centro do esferóide. Então, a sonda ultra-sônica de acordo com a presente invenção é disposta de modo a ficar voltada para o objeto de teste tubular, de modo que a direção do eixo geométrico mais longo seja ao longo da direção axial do objeto de teste tubular, a direção do eixo geométrico mais curto seja ao longo da direção circunferencial do objeto de teste tubular, e o centro do esferóide de forma correta fique voltado para o centro axial do objeto de teste tubular, os transdutores para transmitir as ondas ultra-sônicas devem ser selecionados (tantos transdutores quanto o número de ângulos de inclinação das falhas a serem detectadas são selecionados) de modo que, por exemplo, a direção na qual a falha com um ângulo de inclinação predeterminado a ser detectada se estende e a direção de propagação da

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25/83 onda ultra-sônica sejam ortogonais uma a outra. Desde que, neste ponto, um ângulo de elevação de cada transdutor visto a partir do centro do esferóide é diferente dependendo da posição onde cada transdutor é disposto, o ângulo de incidência da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada transdutor com o objeto de teste tubular também será diferente. Portanto, por estabelecer o formato (formato de superfície curva anular) da sonda ultra-sônica de forma apropriada, torna-se possível causar que a direção de propagação da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada transdutor e a direção de extensão da falha a ser detectada seja ortogonais uma à outra e, ao mesmo tempo, manter o ângulo externo de refração 6r e/ou o ângulo interno de refração ek aproximadamente constantes, de modo que a intensidade de eco equivalente pode ser obtida independente do ângulo de inclinação de cada falha. Pela seleção de tantos transdutores quanto o número de direções de propagação de ondas ultra-sônicas e pela adoção de uma configuração na qual as ondas ultra-sônicas são transmitidas e recebidas por cada um dos transdutores selecionados, como descrito acima, falhas com vários ângulos de inclinação podem ser detectadas com alta precisão.

[0047] Por transmitir e receber a onda ultra-sônica, aproximadamente simultaneamente, por cada um dos transdutores selecionados, as falhas com vários ângulos de inclinação podem ser rapidamente detectadas.

[0048] Como descrito acima, a sonda ultra-sônica de acordo com a presente invenção pode rapidamente detectar as falhas com vários ângulos de inclinação com respeito à direção axial do objeto de teste tubular com alta precisão.

[0049] Como descrito na reivindicação 12, de preferência a sonda ultra-sônica adicionalmente inclui pelo menos uma sonda de feixe reto disposta ao longo de uma linha reta que passa através do centro do

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26/83 esferóide e é ortogonal aos dois planos paralelos.

[0050] De acordo com a invenção preferida, desde que, em adição ao teste ultra-sônico (método de feixe de ângulo) pelos vários transdutores dispostos ao longo da superfície curva anular, um método de feixe normal pela sonda de feixe reto (sonda ultra-sônica capaz de causar que a onda ultra-sônica entre de forma ortogonal junto à superfície externa do objeto de teste tubular) pode ser aplicado, a medição de espessura do objeto de teste tubular, a detecção de laminação e similares, podem ser executados de forma vantajosa, simultaneamente com um método de feixe de ângulo do objeto de teste tubular.

[0051] Para resolver o problema, como descrito na reivindicação 13, a presente invenção é proporcionada como um equipamento de teste ultra-sônico incluindo: a sonda ultra-sônica de acordo com a reivindicação 11 ou 12 disposta a ficar voltada para o objeto de teste tubular, de modo que uma direção do eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica fique ao longo de uma direção axial do objeto de teste tubular, uma direção de eixo geométrico mais curta da sonda ultra-sônica fique ao longo de uma direção circunferencial do objeto de teste tubular, e que o centro do esferóide de forma correta fique voltado para um centro axial do objeto de teste tubular; e um dispositivo de controle de transmissão/recepção para controlar a transmissão/recepção de ondas ultra-sônicas pela sonda ultra-sônica, onde o dispositivo de controle de transmissão/recepção causa que pelo menos dois transdutores dentre os vários transdutores transmitam as ondas ultra-sônicas para o objeto de teste tubular e recebam as mesmas a partir do objeto de teste tubular.

[0052] De acordo com a invenção, o dispositivo de controle de transmissão/recepção seleciona tantos transdutores quanto o número de direções de propagação das ondas ultra-sônicas (número de ângulos de inclinação das falhas a serem detectadas) e causa que cada

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27/83 transdutor selecionado transmita e receba a onda ultra-sônica, e portanto, as falhas com vários ângulos de inclinação podem ser rapidamente detectadas com alta precisão.

[0053] Se a sonda ultra-sônica for disposta de modo que o centro do esferóide fique fora da vizinhança da superfície externa do objeto de teste tubular, o ponto incidente da onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor dentro do objeto de teste tubular é diferente em cada transdutor. Portanto, sob uma suposição de que a sonda ultra-sônica é disposta de modo que o centro do esferóide fique localizado na vizinhança da superfície externa do objeto de teste tubular, mesmo se a direção de propagação da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada transdutor e a direção de extensão da falha a ser detectada, forem levadas a serem ortogonais uma à outra, ao mesmo tempo, o formato (formato da superfície curva anular) da sonda ultra-sônica é determinado de modo que o ângulo externo de refração e/ou o ângulo interno de refração sejam mantidos aproximadamente constantes, o comportamento de propagação planejado da onda ultra-sônica não pode ser obtido (ângulo externo de refração e/ou ângulo interno de refração não constante de acordo com a direção de propagação da onda ultrasônica), particularmente quando o objeto de teste tubular possui um diâmetro pequeno (100 mm ou menos de diâmetro externo), devido ao diferente ponto incidente da onda ultra-sônica no objeto de teste tubular, deste modo causando, como resultado, uma preocupação a cerca da capacidade reduzida de detecção da falha.

[0054] Portanto, de preferência, como descrito na reivindicação 14, a sonda ultra-sônica é disposta de modo que o centro do esferóide fique localizado em uma vizinhança de uma superfície externa do objeto de teste tubular.

[0055] De acordo com a configuração preferível, desde que os pontos incidentes das ondas ultra-sônicas transmitidas pelos respectiPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 30/94

28/83 vos transdutores no objeto de teste tubular aproximadamente concordam, o comportamento de propagação planejado das ondas ultrasônicas pode ser obtido (ângulo externo de refração e/ou ângulo interno de refração aproximadamente constantes independente das direções de propagação das ondas ultra-sônicas) e, como resultado, as falhas com vários ângulos de inclinação podem ser detectadas com alta precisão.

[0056] Como descrito na reivindicação 15, de preferência, o dispositivo de controle de transmissão/recepção controla o fuso de tempo de transmissão ou o fuso de tempo de recepção das ondas ultrasônicas de um transdutor e de outro transdutor entre pelo menos dois transdutores que transmitem as ondas ultra-sônicas para o objeto de teste tubular e recebem as mesmas a partir do objeto de teste tubular, de modo que um eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica transmitida a partir do um transdutor e outro eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica transmitida a partir do outro transdutor, são recebidos aproximadamente ao mesmo tempo.

[0057] De acordo com a configuração preferível, desde que o fuso de tempo de transmissão ou o fuso de tempo de recepção das ondas ultra-sônicas do um transdutor e do outro transdutor é controlado de modo que um eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica transmitida a partir do um transdutor e outro eco de superfície no objeto de teste tubular da onda ultra-sônica transmitida a partir do outro transdutor são recebidos aproximadamente ao mesmo tempo (de modo que a diferença de tempo é igual ou menor do que a largura de pulso da onda ultra-sônica transmitida, por exemplo), a zona morta na vizinhança das superfícies externa e interna do objeto de teste tubular pode ser reduzida mesmo se a configuração, na qual os ecos recebidos pelos respectivos transdutores são sintetizados e a falha é

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29/83 detectada baseada em um eco sintetizado pertinente, for adotada. [0058] Se a direção de propagação da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada transdutor constituindo a sonda ultra-sônica e a direção de extensão da falha a ser detectada forem levadas a serem ortogonais uma a outra e, ao mesmo tempo, o formato (formato da superfície curva anular) da sonda ultra-sônica for estabelecido de modo que o ângulo externo de refração e/ou o ângulo interno de refração sejam mantidos aproximadamente constantes, um formato apropriado da sonda ultra-sônica é diferente dependendo da proporção de espessura para diâmetro externo do objeto de teste tubular e assim por diante, e uma vez que o formato é estabelecido, o ângulo de incidência da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada transdutor possui um valor fixo para cada transdutor. Portanto, existe um problema em custo e capacidade de manutenção, devido às sondas ultra-sônicas em formatos apropriados deverem ser preparadas individualmente para o objeto de teste tubular com várias proporções de espessura para diâmetro externo.

[0059] Portanto, como descrito na reivindicação 16, de preferência, um dispositivo de ajuste para ajustar um ângulo de incidência da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada um dos vários transdutores para o objeto de teste tubular, é proporcionado.

[0060] De acordo com a configuração preferível, desde que o ângulo de incidência da onda ultra-sônica transmitida para o objeto de teste tubular a partir de cada um dos vários transdutores pode ser ajustados de forma fina, de modo que a direção de propagação da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada transdutor e a direção de extensão da falha a ser detectada podem ser feitas ortogonais uma à outra, enquanto ao mesmo tempo, o ângulo externo de refração e/ou o ângulo interno de refração podem ser feitos aproximadamente constantes mesmo se a sonda ultra-sônica possuir o mesmo formato, não

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30/83 existe necessidade de preparar sondas ultra-sônicas em vários formatos, e assim, uma vantagem no custo e na capacidade de manutenção pode ser obtida.

[0061] Como o dispositivo de ajuste, por exemplo, um mecanismo mecânico de declinação pode ser adotado. Em adição, como descrito na reivindicação 17, é possível que cada um dos vários transdutores possua vários elementos piezoelétricos divididos em um formato retangular ao longo de uma direção radial de cada transdutor, e o dispositivo de ajuste ajusta o ângulo de incidência da onda ultra-sônica transmitida para o objeto de teste tubular por eletricamente controlar o fuso de tempo de transmissão/recepção da onda ultra-sônica pelos vários elementos piezoelétricos.

[0062] De acordo com a invenção preferível, comparado com um caso de adotar o mecanismo mecânico de declinação, o ângulo de incidência pode ser mais facilmente ajustado com capacidade de reprodução aperfeiçoada.

[0063] Como descrito na reivindicação 18, de preferência, o equipamento de teste ultra-sônico inclui um aparelho de acompanhamento para manter uma posição relativa da sonda ultra-sônica com respeito ao objeto de teste tubular aproximadamente constante em um plano ortogonal à direção axial do objeto de teste tubular.

[0064] De acordo com a invenção preferida, quando executando o teste ultra-sônico por relativamente girar a sonda ultra-sônica ao longo da direção circunferencial do objeto de teste tubular e relativamente mover a mesma ao longo da direção axial do objeto de teste tubular, a posição relativa da sonda ultra-sônica com respeito ao objeto de teste tubular pode ser mantida aproximadamente constante pelo aparelho de acompanhamento, mesmo se o objeto de teste tubular possuir o formato de seção transversal que não seja uma volta completa ou no qual uma curvatura axial ocorreu. Portanto, de acordo com a configuPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 33/94

31/83 ração preferível acima, mesmo se a sonda ultra-sônica for relativamente girada com respeito ao objeto de teste tubular ou for movida ao longo da direção axial do mesmo, variações no ângulo de incidência da onda ultra-sônica no objeto de teste tubular a partir de cada transdutor são suprimidas e, como resultado, a capacidade de detecção da falha pode ser mantida aproximadamente constante.

[0065] Como o aparelho de acompanhamento, um aparelho de acompanhamento utilizando um indicador de deslocamento do tipo por contato ou um aparelho de acompanhamento construído a partir de componentes mecânicos do tipo contato, tal como sapatas de cavalete, podem ser adotados. Entretanto, se tais aparelhos de acompanhamento forem adotados, podem surgir os problemas apresentados abaixo:

(1) Quando o indicador de deslocamento tipo contato ou o componente mecânico tipo contato é levado em contato com a superfície externa do objeto de teste tubular ou removido da superfície externa nas extremidades frontal e traseira do objeto de teste tubular, a instabilidade tende a aparecer. Assim, o acompanhamento nas extremidades frontal e traseira do objeto de teste tubular tende a diminuir.

(2) Se o aparelho de acompanhamento do tipo contato for utilizado, mesmo ligeira desigualdade na superfície externa do objeto de teste tubular pode diminuir o acompanhamento (muito sensível à propriedade desigual da superfície externa do objeto de teste tubular).

(3) O uso repetido leva ao desgaste do indicador de deslocamento do tipo contato ou do componente mecânico do tipo contato, resultando em acompanhamento reduzido (manutenção freqüente é necessária).

[0066] Então, devido à diminuição acima no acompanhamento de (1) até (3), a capacidade de detecção da falha também pode ser reduzida.

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32/83 [0067] Portanto, como descrito na reivindicação 19, de preferência, o aparelho de acompanhamento inclui um ou mais indicadores de deslocamento que não são de contato, para medir uma distância até a superfície externa do objeto de teste tubular, um mecanismo de posicionamento para mover a sonda ultra-sônica ao longo de duas direções ortogonais à direção axial do objeto de teste tubular e um dispositivo de controle de posicionamento para controlar o mecanismo de posicionamento; além disso, o dispositivo de controle de posicionamento controla o mecanismo de posicionamento baseado na distância medida pelos indicadores de deslocamento que não são de contato, de modo que a posição relativa da sonda ultra-sônica com respeito ao objeto de teste tubular fica aproximadamente constante.

[0068] De acordo com a invenção preferível, desde que o mecanismo de posicionamento é controlado (a posição da sonda ultrasônica é ajustada), baseado na distância até a sonda ultra-sônica e na superfície externa do objeto de teste tubular calculada utilizando o indicador de deslocamento que não é de contato, o qual não está em contato com o objeto de teste tubular, de modo que a posição relativa da sonda ultra-sônica com respeito ao objeto de teste tubular é aproximadamente constante, comparado com o caso acima onde o indicador de deslocamento do tipo contato é adotado, melhor acompanhamento pode ser obtido e, como resultado, excelente capacidade de detecção da falha pode ser obtida.

[0069] Além disso, para resolver o problema acima, como descrito na reivindicação 20, a presente invenção também é proporcionada como um método de teste ultra-sônico onde, utilizando o equipamento de teste ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 13 até 19, uma falha em todo ou em parte do objeto de teste tubular é detectada por girar relativamente a sonda ultra-sônica ao longo da direção circunferencial do objeto de teste tubular e por relativamente

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33/83 mover a mesma ao longo da direção axial do objeto de teste tubular. [0070] Adicionalmente, para resolver o problema acima, como descrito na reivindicação 21, a presente invenção também é proporcionada como um método de fabricação de um cano ou tubo sem costura incluindo: um primeiro processo para fabricar o cano ou tubo sem costura por perfuração de um lingote; e um segundo processo para detectar uma falha no cano ou tubo sem costura fabricado no primeiro processo por utilizar o método de teste ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 até 8, e 20.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0071] A Figura 1 é um diagrama ilustrando uma relação entre um ângulo de inclinação de falhas inclinadas e a intensidade de eco por um método de teste ultra-sônico aplicando uma sonda ultra-sônica convencional de arranjo em fase.

[0072] A Figura 2 apresenta diagramas ilustrando relações entre o ângulo de inclinação de falhas inclinadas e um ângulo de incidência de uma onda ultra-sônica com as falhas inclinadas pelo método de teste ultra-sônico aplicando uma sonda ultra-sônica convencional de arranjo em fase.

[0073] A Figura 3 é um diagrama esquemático apresentando uma configuração de esboço de um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com uma primeira modalidade da presente invenção.

[0074] A Figura 4 é uma ilustração apresentando o comportamento de propagação de uma onda ultra-sônica no equipamento de teste ultra-sônico apresentado na Figura 3. A Figura 4(a) apresenta uma vista em perspectiva, a Figura 4(b) apresenta um vista secional em uma direção circunferencial de um cano, a Figura 4(c) apresenta uma vista secional em uma direção axial do cano, e a Figura 4 (d) apresenta uma vista secional ao longo de um plano de propagação das ondas ultra-sônicas.

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34/83 [0075] A Figura 5 é um diagrama esquemático apresentando a configuração de esboço de um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com a segunda modalidade da presente invenção. A Figura 5(a) apresenta uma vista em perspectiva, a Figura 5(b) apresenta uma vista plana, a Figura 5(c) apresenta uma vista lateral, e a Figura 5(d) apresenta uma ilustração.

[0076] A Figura 6 é uma ilustração apresentando o comportamento de propagação de uma onda ultra-sônica no equipamento de teste ultra-sônico apresentado na Figura 5. A Figura 6(a) apresenta uma vista em perspectiva, a Figura 6(b) apresenta uma vista secional na direção circunferencial de um cano, a Figura 6(c) apresenta uma vista plana, e a Figura 6(d) apresenta uma vista secional ao longo do plano de propagação de ondas ultra-sônicas.

[0077] A Figura 7 apresenta a intensidade de eco por cada falha de superfície interna obtida por se realizar um teste ultra-sônico utilizando um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o primeiro exemplo da presente invenção.

[0078] A Figura 8 apresenta um exemplo de formas de onda obtidas quando o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica de cada transdutor não é controlado no primeiro exemplo da presente invenção.

[0079] A Figura 9 apresenta um exemplo de formas de onda obtidas quando o fuso horário de transmissão de uma onda ultra-sônica de cada transdutor é controlado no primeiro exemplo da presente invenção.

[0080] A Figura 10 apresenta a intensidade de eco por cada falha de superfície interna obtida pela realização de um teste ultra-sônico utilizando um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o segundo exemplo da presente invenção.

[0081] A Figura 11 apresenta a intensidade de eco por cada falha

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35/83 de superfície interna formada em um cano de aço de cada t/D pela realização de um teste ultra-sônico utilizando um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o terceiro exemplo da presente invenção. [0082] A Figura 12 é um diagrama apresentando a configuração de esboço de um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o quarto exemplo da presente invenção. A Figurai 2(a) apresenta uma vista secional frontal, a Figura 12(b) apresenta uma vista plana, e a Figura 12(c) apresenta uma vista secional lateral.

[0083] A Figura 13 apresenta a configuração de esboço de um aparelho de acompanhamento incorporado no equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o quarto exemplo da presente invenção. [0084] A Figura 14 ilustra formas de onda de teste ultra-sônico obtidas quando uma onda ultra-sônica é transmitida e recebida por somente um transdutor no equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o quarto exemplo da presente invenção.

[0085] A Figura 15 ilustra formas de onda de teste ultra-sônico obtidas quando, pelo controle do fuso horário de transmissão ou do fuso horário de recepção de cada um dos quatros transdutores, de modo que cada eco de superfície seja recebido aproximadamente ao mesmo tempo, uma onda ultra-sônica é transmitida e recebida por cada transdutor no equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o quarto exemplo da presente invenção.

[0086] A Figura 16 é uma ilustração apresentando o comportamento de propagação de uma onda ultra-sônica no equipamento de teste ultra-sônico de acordo com o quarto exemplo da presente invenção.

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO [0087] As modalidades da presente invenção serão descrias com referência aos desenhos anexos quando julgado apropriado por se pegar casos onde as modalidades são aplicadas junto ao canos tais

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36/83 como canos de aço como exemplos.

Primeira Modalidade [0088] A Figura 3 é um diagrama esquemático apresentando uma configuração de esboço de um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com a primeira modalidade da presente invenção, e a Figura 2 é uma ilustração apresentando o comportamento de propagação de uma onda ultra-sônica no equipamento de teste ultra-sônico apresentado na Figura 3. A Figura 4(a) apresenta uma vista em perspectiva, a Figura 4(b) apresenta uma vista secional em uma direção circunferencial de um cano, a Figura 4(c) apresenta uma vista secional em uma direção axial de um cano, e a Figura 4(d) apresenta uma visa secional ao longo de um plano de propagação (plano contendo pontos O, A e B apresentados nas Figura 4(a)) de ondas ultra-sônicas. Como apresentado na Figura 3, um equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente invenção é um equipamento de teste ultra-sônico para detectar uma falha em um cano P possuindo uma sonda ultra-sônica 1 na qual vários transdutores 11 são dispostos em uma direção de fileira e em uma direção de coluna respectivamente em um estado de matriz (dispostos em um cilindro curvo na direção de fileira em um estado de matriz no exemplo apresentado na Figura 3) em uma superfície plana ou curva, e um dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 para controlar a transmissão/recepção de uma onda ultra-sônica pela sonda ultra-sônica 1. Além disso, o equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade possui um circuito de decisão e falha 3 para detectar falhas existentes no cano P por comparar uma amplitude de um eco (mais concretamente, um eco sintetizado por um circuito de síntese de forma de onda 223 descrito posteriormente) a partir do cano P com um limite predeterminado e um alarme, etc., e o dispositivo de saída 4 para emitir um aviso predeterminado ou coisa parecida quando uma falha é detectada pelo circuito de decisão de

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37/83 falha 3.

[0089] A sonda ultra-sônica 1 é disposta de modo a ficar voltada para o cano P de modo que a direção de fileira fique ao longo de uma direção axial do cano P e a direção de coluna fique ao longo de uma direção circunferencial do cano P.

[0090] O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordo com a presente modalidade possui um circuito de transmissão 21, um circuito de recepção 22, e um circuito de controle 23. O circuito de transmissão 21 possui um pulsador 211 conectado com cada transdutor 11 para fornecer um sinal de pulso para causar que cada transdutor 1 transmita uma onda ultra-sônica e um circuito de atraso 212 para estabelecer um tempo de atraso para um sinal de pulso a ser fornecido para cada transdutor 11 a partir de cada pulsador 211.0 circuito de recepção 22 possui um receptor 221 conectado com cada transdutor 11 para amplificar um eco recebido por cada transdutor 11, um circuito de atraso 222 para estabelecer um tempo de atraso para cada eco amplificado por cada receptor 221, e um circuito de síntese de forma de onda 223 para sintetizar um eco para o qual um tempo de atraso é estabelecido por cada circuito de atraso 222. O circuito de controle 23 opera para selecionar, dentre os vários transdutores dispostos 11, os transdutores 11 para transmitir e receber uma onda ultra-sônica e também para determinar um tempo de atraso estabelecido pelo circuito de atraso 212 ou pelo circuito de atraso 222 para cada transdutor selecionado 11.

[0091] O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 (circuito de controle 23) possuindo a configuração acima, seleciona, dentre os vários transdutores 11 dispostos em um estado de matriz, um grupo de transdutores compostos de um ou mais transdutores 11 incluindo um transdutor 11 disposto em uma coluna predeterminada para causar que o grupo de transdutores selecionados transmita e receba uma onPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 40/94

38/83 da ultra-sônica em uma direção formando um ângulo predeterminado com respeito à direção axial do cano P e seleciona, dentre os vários transdutores 11 dispostos em um estado de matriz, um grupo de transdutores diferente composto de um ou mais transdutores 11 incluindo outro transdutor 11 disposto em uma coluna diferente desta do transdutor 11 acima com um centro de gravidade diferente em uma direção de coluna desta do grupo de transdutores acima para causar que o outro grupo de transdutores selecionado transmita e receba uma onda ultra-sônica em uma direção formando um ângulo diferente a partir do ângulo predeterminado com respeito à direção axial do cano P.

[0092] As operações do dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 (circuito de controle 23) serão descritas abaixo mais concretamente com referência à Figura 4 quando julgado apropriado. Como apresentado na Figura 4, uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 constituindo a sonda ultra-sônica 1 entra no cano P através do ponto O em uma superfície externa do cano P e é refletida no ponto A em uma superfície interna do cano P antes de alcançar o ponto B na superfície externa do cano P. Então, se um ângulo (ângulo de propagação) formado pela direção de propagação da onda ultrasônica que entrou no cano P através do ponto O (direção de propagação vista a partir da direção normal a um plano tangencial do cano P incluindo o ponto incidente O) e uma tangente circunferencial L do cano P passando através do ponto incidente O, for γ (daqui para frente também chamado de direção de propagação γ), o ângulo externo de refração (ângulo formado por uma normal L1 no ponto B do cano P e um feixe de onda ultra-sônica U em um plano de propagação de ondas ultra-sônicas apresentado na Figura 4(d)) no ponto B, for er, e o ângulo interno de refração (ângulo formado por uma normal L2 no ponto A do cano P e o feixe de onda ultra-sônica U no plano de propagação de

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39/83 ondas ultra-sônicas apresentado na Figura 4(d)) no ponto A, for ek, er, ek e ysão representados pelas equações (1) até (3) seguintes:

^:sin ({(Vs/Vi) (sin jSi-Fcos βι sin Ci i) 1 J (1)

Θ k=cos \cos 0 r-cos φ — sin Θ r-cos T sin φ ) (2)

Y =tan ¹ sin^i cos β i-sirt a i ) --(3) onde, nas equações (1) e (3) acima, ai significa um ângulo circunferencial de incidência (ângulo formado por uma normal L3 no ponto O do cano P e o feixe de onda ultra-sônica U em uma seção transversal circunferencial do cano, vide a Figura 4(b)) de uma onda ultra-sônica dentro do cano P e βΐ significa um ângulo axial de incidência (ângulo formado por uma normal L4 no ponto O do cano P e o feixe de onda ultra-sônica U em uma seção transversal axial do cano, vide a Figura 4(c)) de uma onda ultra-sônica dentro do cano P. Na equação (1) acima, Vs significa a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica propagando no cano P e Vi significa a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica em um meio de acoplamento existente entre o transdutor 11 e o cano P. Adicionalmente, na equação (2) acima, φ significa, na seção transversal axial do cano apresentado na Figura 4(b), o ângulo formado por uma linha reta passado através de um centro do cano C e do ponto O e uma linha reta passando através do centro do cano Ceo ponto A (igual a um ângulo formado por uma linha reta passando através do centro do cano Ceo ponto A e uma linha reta passando através do centro do cano Ceo ponto B) e é representado pela equação (4) seguinte.

0=sin Ik-sin 0 ’) — Q ’ ⁴(4) [0093] Então, na equação (4) acima, k e θ' são representados pelas seguintes equações (5) e (6):

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40/83 ’(5) tan Θ ’ =cos τ * tanÕ r * · (6) [0094] De acordo com as equações (1) e (3) acima, o ângulo externo de refração 9r e a velocidade de propagação γ de uma onda ultra-sônica são determinados pelo ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica dentro do cano P e o ângulo de incidência axial βΐ de uma onda ultra-sônica dentro do cano P. Além disso, pela utilização das equações (1) até (6) acima, o ângulo interno de refração ek também é determinado pelo ângulo de incidência circunferencial ai e pelo ângulo de incidência axial βΐ (entretanto, estritamente, φ determinado pela proporção de espessura para diâmetro externo do cano P é eficaz).

[0095] De acordo com o método descrito na Literatura de Patente 2 como descrito acima, se uma sonda ultra-sônica for disposta com uma excentricidade constante a partir do centro axial do cano P (isto é, o ângulo de incidência circunferencial ai dentro do cano P determinado de acordo com a excentricidade é mantido constante), somente o ângulo de inclinação de uma onda ultra-sônica com respeito à direção axial do cano P é alterado (somente o ângulo axial de incidência βΐ é alterado), de modo que a direção de propagação da onda ultra-sônica e a direção de extensão da falha inclinada são ortogonais uma à outra. Enquanto sendo derivado a partir das equações (1) e (2) acima, no método no qual somente o ângulo de incidência axial βΐ é alterado, a intensidade do eco altera dependendo da direção de propagação de uma onda ultra-sônica (dependendo do ângulo de inclinação da falha inclinada), como na descoberta da presente invenção descrita acima, devido ao ângulo externo de refração er e o ângulo interno de refração ek, respectivamente, alterarem dependendo da alteração no ângulo axial de incidência βΐ e, como resultado, a capacidade de detecção da

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41/83 falha altera.

[0096] Em contraste, no equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade, como descrito acima, o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 (circuito de controle 23) opera primeiro para selecionar, dentre os vários transdutores 11 dispostos em um estado de matriz, um grupo de transdutores incluindo pelo menos um transdutor 11 e para causar que o grupo de transdutores selecionado transmita e receba uma onda ultra-sônica em uma direção de propagação γ no cano P. Mais concretamente, o circuito de controle 23 determina o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ baseado na equação (3) acima, de modo que a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica encontrando ortogonal com a direção de extensão de falhas com um ângulo de inclinação predeterminado a serem detectadas (primeiras falhas), pode ser obtida, e então, seleciona um grupo de transdutores que proporciona o ai e ο βΐ determinados.

[0097] A seguir, o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 (circuito de controle 23) opera para selecionar, dentre os vários transdutores 11 dispostos em um estado de matriz, outro grupo de transdutores incluindo pelo menos um transdutor 11 a partir de uma posição que é diferente em ambas direções de fileira e de coluna desta do transdutor 11 constituindo o grupo de transdutores acima e para causar que o outro grupo de transdutores transmita e receba uma onda ultra-sônica em outra direção de propagação γ, diferente da direção de propagação γ acima, no cano P. Mais concretamente, o circuito de controle 23 determina o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ baseado na equação (3) acima, de modo que a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica encontrando ortogonal à direção de extensão de falhas (segundas falhas) com um ângulo de inclinação a serem detectadas, que é diferente desta das

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42/83 primeiras falhas, pode ser obtida, e então, seleciona um grupo de transdutores que proporciona o ai e βΐ determinado. Desde que, neste ponto, o outro grupo de transdutores inclui transdutores cuja posição na direção de fileira e de coluna é diferente desta dos transdutores constituindo o um grupo de transdutores, o ângulo de incidência circunferencial ai de uma onda ultra-sônica transmitida e recebida pelo um grupo de transdutores, será diferente deste de uma onda ultrasônica transmitida e recebida pelo outro grupo de transdutores. Desde que a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica do um grupo de transdutores e esta de uma onda ultra-sônica do outro grupo de transdutores são diferentes, o ângulo de incidência axial βΐ da onda ultra-sônica transmitida e recebida pelo um grupo de transdutores será diferente deste de uma onda ultra-sônica transmitida e recebida pelo outro grupo de transdutores. Ainda mais concretamente, quando selecionando o outro grupo de transdutores, o ângulo de incidência circunferencial ai e o ângulo de incidência axial βΐ do outro grupo de transdutores são determinados de modo que o ângulo de incidência circunferencial e o ângulo de incidência axial sejam diferentes destes do um grupo de transdutores (ai e βΐ de modo que uma direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica encontrando ortogonal com a direção de extensão das segundas falhas baseado na equação (3) possam ser obtidos) e tanto o ângulo externo de refração 6r determinado pela equação (1) acima como o ângulo interno de refração ek determinado pela equação (2) acima, são aproximadamente equivalentes a 9r e a ek do grupo de transdutores respectivamente, e então, cada transdutor 11 no outro grupo de transdutores é selecionado de modo que o ai e o βΐ pertinentes possam ser obtidos.

[0098] Com as operações do dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 (circuito de controle 23) descritas acima, a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica pode ser levada a serem ortoPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 45/94

43/83 gonais uma à outra, com ambas primeira e segunda falhas, e, ao mesmo tempo, os ângulos de refração (er, ek) podem ser levados a serem aproximadamente equivalentes, de modo que a intensidade de eco equivalente pode ser obtida independente do ângulo de inclinação de cada falha. Pela seleção de tantos grupos de transdutores quanto o número de ângulos de inclinação de falhas a serem detectadas e por causar que cada grupo de transdutores selecionado transmita e receba uma onda ultra-sônica, como descrito acima, falhas com vários ângulos de inclinação podem ser detectadas com alta precisão. Além disso, uma onda ultra-sônica é transmitida e recebida por cada grupo de transdutores selecionado aproximadamente simultaneamente, e falhas, com vários ângulos de inclinação, podem ser rapidamente detectadas.

[0099] No equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade, o ângulo de incidência axial βΐ de uma onda ultra-sônica transmitida e recebida por cada transdutor 11 é determinada pelo raio de curvatura de uma superfície curva e a posição de cada transdutor 11, devido ao fato de que a sonda ultra-sônica 1, na qual os transdutores são dispostos na superfície curva em um estado de matriz (dispostos em um cilindro curvo na direção de fileira em um estado de matriz), é utilizada. Portanto, quando selecionando um grupo de transdutores, um grupo de transdutores que proporciona um ângulo de incidência axial βΐ determinado, pode simplesmente ser selecionado dentre os vários transdutores 11. Entretanto, a presente invenção não está limitada a isto, e uma sonda ultra-sônica, na qual vários transdutores 11 são dispostos em um plano em um estado de matriz, também pode ser adotada. Neste caso, o fuso horário de transmissão/recepção de uma onda ultra-sônica por cada transdutor em um grupo de transdutores selecionados, pode ser controlado pelo circuito de controle 23, de modo que uma onda ultra-sônica seja transmitida e recebida pelo

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44/83 grupo de transdutores selecionados no ângulo de incidência axial determinado βΐ.

[00100] No equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com a presente modalidade, como descrito acima, de modo a simplificar a configuração de circuito para reduzir o custo de fabricação, um eco recebido por cada transdutor 11 é sintetizado pelo circuito de síntese de forma de onda 223, e, baseado no eco sintetizado, as falhas são detectadas pelo circuito de decisão de falha 3. Com tal aparelho, o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 (circuito de controle 23), de acordo com a presente modalidade, controla, como uma configuração preferível, o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de ondas ultra-sônicas do um grupo de transdutores e do outro grupo de transdutores (um tempo de atraso do circuito de atraso 212 ou do circuito de atraso 222 correspondente, é estabelecido), de modo que um eco de superfície em um cano P de uma onda ultrasônica, transmitida pelo um grupo de transdutores e outro eco de superfície no cano P de uma onda ultra-sônica transmitida pelo outro grupo de transdutores, são recebidos aproximadamente ao mesmo tempo (de modo que uma diferença de tempo é igual ou menor a uma largura de pulso de uma onda ultra-sônica transmitida, por exemplo). [00101] Desde que, com tal aparelho preferível, o eco de superfície no cano P de uma onda ultra-sônica transmitida pelo um grupo de transdutores e outro eco de superfície no cano P de uma onda ultrasônica transmitida pelo o outro grupo de transdutores são recebidos aproximadamente ao mesmo tempo, mesmo se um eco recebido por cada transdutor 11 (cada grupo de transdutores) for sintetizado pelo circuito de síntese de forma de onda 223, como descrito acima, uma circunstância, na qual uma largura dos ecos como um todo é alargada porque os ecos de superfície nas superfícies do cano (superfícies interna e externa) recebidos por cada grupo de transdutores são contíPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 47/94

45/83 nuos ou parcialmente sobrepostos, pode ocorrer, e assim, uma zona morta na vizinhança das superfícies interna e externa do cano P pode ser reduzida.

[00102] Segunda Modalidade [00103] A Figura 5 é um diagrama esquemático apresentando a configuração de esboço de um equipamento de teste ultra-sônico de acordo com a segunda modalidade da presente invenção. A Figura 5 (a) apresenta uma vista em perspectiva, a Figura 5 (b) apresenta uma vista plana, a Figura 5(c) apresenta uma vista lateral, e a Figura 5(d) apresenta uma ilustração. A Figura 6 é uma ilustração apresentando o comportamento de propagação de uma onda ultra-sônica no equipamento de teste ultra-sônico apresentado na Figura 5. A Figura 6(a) apresenta uma vista em perspectiva, a Figura 6(b) apresenta uma vista secional em uma direção circunferencial de um cano, a Figura 6(c) apresenta uma vista plana, e a Figura 6(d) apresenta uma vista secional ao longo de um plano de propagação (plano contendo os pontos O, A, e B na Figura 6 (b)) de ondas ultra-sônicas. Como apresentado na Figura 5, um equipamento de teste ultra-sônico 100A de acordo com a presente modalidade é, da mesma forma que o equipamento 100 de acordo com a primeira modalidade, um equipamento de teste ultrasônico para detectar uma falha no cano P possuindo uma sonda ultrasônica 1A e um dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A para controlar a transmissão/recepção de uma onda ultra-sônica pela sonda ultra-sônica 1A. Além disso, o equipamento de teste ultra-sônico 100A de acordo com a presente invenção possui, da mesma forma que o equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com a primeira modalidade, um circuito de decisão de falha 3 para detectar falhas existentes no cano P por comparar uma amplitude de um eco a partir do cano P com um limite predeterminado e o alarme, etc., o dispositivo de saída 4, para emitir um aviso predeterminado ou similar quando

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46/83 uma falha é detectada pelo circuito de decisão de falha 3. Desde que a configuração do aparelho de um dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A é a mesma que esta do dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 do equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com a primeira modalidade, uma descrição detalhada da mesma será omitida.

[00104] A sonda ultra-sônica 1A possui vários transdutores 11 dispostos ao longo de uma superfície curva anular, e a superfície curva anular é uma superfície curva anular obtida pelo corte de um esferóide M predeterminado com dois planos paralelos S1 e S2, voltados um para o outro, que não passam através de um centro O do esferóide M e não imprensam o centro O do esferóide M, os ditos dois planos paralelos S1 e S2 sendo ortogonais ao eixo geométrico rotacional do esferóide M (Vide a Figura 5 (c) e a Figura 5(d)). Então, a sonda ultrasônica 1A é disposta de modo a ficar voltada para o cano P de modo que uma direção de eixo geométrico mais longa (direção x apresentada na Figura 5(b)) da mesma fique ao longo da direção axial do cano P, uma direção de eixo geométrico mais curta (direção y apresentada na Figura 5(b)) da mesma fique ao longo da direção circunferência do cano P, e o centro O do esferóide M de forma correta fique voltado para um centro axial do cano P.

[00105] O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A opera para causar, dentre os vários transdutores 11, que pelo menos dois ou mais transdutores 11 transmitam uma onda ultra-sônica para cano P e receba uma onda ultra-sônica a partir do cano P.

[00106] Um método concreto para determinar um formato (formato de uma superfície curva anular) da sonda ultra-sônica 1A será descrito abaixo com referência à Figura 6. A sonda ultra-sônica 1A, como apresentado na Figura 6, é determinada em um formato de modo que o centro O do esferóide M fique localizado na vizinhança da superfície

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47/83 externa do cano P (assim, uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 entra no cano P através do centro O como um ponto incidente).

[00107] Como apresentado na Figura 6, uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 constituindo a sonda ultra-sônica 1A entra no cano P através do ponto O (o centro O do esferóide) em uma superfície externa do cano P e é refletida no ponto A em uma superfície interna do cano P antes de alcançar o ponto B na superfície externa do cano P. Então, assuma que um ângulo (ângulo de propagação) formado pela direção de propagação da onda ultra-sônica que entrou no cano P através do ponto O (direção de propagação vista a partir da direção normal a um plano tangencial do cano P incluindo o ponto incidente O) e por uma tangente circunferencial L do cano P passando através do ponto incidente O, é γ (daqui para frente também chamado de direção de propagação γ), um ângulo externo de refração (ângulo formado por uma normal L1 no ponto B do cano P e um feixe de onda ultra-sônica U em um plano de propagação de ondas ultra-sônicas apresentado na Figura 6(d)) no ponto B, é er, e um ângulo interno de refração (ângulo formado por uma normal L2 no ponto A do cano P e o feixe de onda ultra-sônica U no plano de propagação de ondas ultra-sônicas apresentado na Figura 6(d)) no ponto A, é ek. Também assuma que um ângulo de incidência (ângulo formato por uma normal L3 no ponto incidente O do cano P e o feixe de onda ultrasônica U antes de entrar no cano P no plano de propagação de ondas ultra-sônicas apresentado na Figura 6(d)) de uma onda ultra-sônica dentro do cano P é ew, e o ângulo de refração (ângulo formado pela normal L3 no ponto incidente O do cano P e o feixe de onda ultrasônica U entrando no cano P no plano de propagação de ondas ultrasônicas apresentado na Figura 6(d)) de uma onda ultra-sônica dentro do cano P é es.

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48/83 [00108] Uma onda ultra-sônica que entra no cano P no ângulo de incidência ew apresenta o comportamento de propagação óptico - geométrico. Ou seja, uma onda ultra-sônica que entrou no cano P no ângulo de incidência θ propaga-se para dentro do cano P no ângulo de refração es determinado pela lei de Snell. Então, como derivado geometricamente, o ângulo externo de refração er será igual ao ângulo de refração es. Ou seja, a equação (7) seguinte é aplicável:

sin Θ r=Vs/Vi-sin Θ w ---(7) onde, na equação (7) acima, Vs significa a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica propagando-se no cano P e Vi é a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica em um meio de acoplamento existente entre a sonda A1 e o cano P.

[00109] O ângulo interno de refração ek representado pela equação (2) descrita acima, por outro lado, como derivado a partir da equação (7) acima e das equações (3) até (6) descritas acima, é uma função do ângulo de incidência ew, do ângulo de propagação ye da proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P. Então, o ângulo interno de refração ek é mínimo e igual ao ângulo externo de refração er (= ao ângulo de refração es) quando a direção de propagação y de uma onda ultra-sônica concorda com a direção axial do cano P (ou seja, o ângulo de propagação γ = 90°), e é máximo quando a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica concorda com a m direção circunferencial do cano P (ou seja, o ângulo de propagação = 0°), o que é representado pela equação (8) seguinte.

6k=sin \ sin Θ r 1 - 2(t/D) (8) [00110] Aqui, se a proporção de espessura para diâmetro externo t/D do cano P for vários %, uma diferença entre o ângulo interno de refração ek e o ângulo externo de refração er calculada de acordo com a equação (8) acima está dentro de cerca de 10°. Portanto, uma difePetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 51/94

49/83 rença entre o ângulo interno de refração ek quando se detectando falhas da superfície interna se estendendo na direção axial do cano P (detectadas uma onda ultra-sônica cuja direção de propagação γ concorda com a direção circunferencial do cano P) e o ângulo interno de refração ek (= es) quando se detectando falhas de superfície interna se estendendo na direção circunferência do cano P (detectadas por uma sonda ultra-sônica cuja direção de propagação γ concorda com a direção axial do cano P) situa-se dentro de cerca de 10° e assim, nenhuma diferença significativa surge entre ambos métodos na capacidade de detecção de falhas de superfície interna. Entretanto, se t/D do cano P for 15% ou mais, o ângulo interno de refração ek calculado de acordo com a equação (8) acima se torna maior que o ângulo externo de refração 6r por 20° ou mais (ou seja, pela alteração da direção de propagação γ da direção axial para a direção circunferencial do cano P, o ângulo interno de refração ek se torna maior por 20° ou mais), de forma significativa reduzindo a capacidade de detecção das falhas de superfície interna se estendendo na direção axial do cano P. De forma similar, a capacidade de detecção das falhas de superfície interna com os ângulos de inclinação entre a direção axial e a direção circunferencial do cano P também irá diminuir à medida que o ângulo interno de refração θ aumenta.

[00111 ] Para controlar a capacidade de detecção reduzida de falhas envolvidas em alterações do ângulo interno de refração ek descrita acima, o ângulo de refração es correspondendo a cada direção de propagação γ pode ser alterado (ou seja, o ângulo de incidência 6w pode ser alterado) de modo que, de acordo com a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica (ou seja, de acordo com o ângulo de inclinação de falhas ortogonais à direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica), o ângulo interno de refração ek correspondendo a cada direção de propagação γ permaneça aproximadamente constante.

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50/83 [00112] Assim, a sonda ultra-sônica 1A de acordo com a presente modalidade é projetada em um formato para permitir que o ângulo de incidência 6w correspondendo a cada direção de propagação γ altere de acordo com a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11, de modo que o ângulo interno de refração ek correspondendo a cada de direção de propagação γ permaneça aproximadamente constante. Como descrito acima, a sonda ultra-sônica 1A possui vários transdutores 11 dispostos ao longo de uma superfície curva anular, e a superfície curva anular é uma superfície curva obtida por se cortar o esferóide M predeterminado com dois planos paralelos S1 e S2 voltados um para o outro que não passam através do centro O do esferóide M e não imprensam o centro O do esferóide M, os ditos dois planos paralelos S1 e S2 sendo ortogonais ao eixo geométrico de rotação do esferóide M (Vide a Figura 5(c) e a Figura 5(d)). Assim, a direção de propagação γ de uma onda ultrasônica transmitida por cada transdutor 11 fica dentro da faixa de -180° até 180°. O ângulo de elevação de cada transdutor 11, visto a partir do centro O do esferóide M, é diferente dependendo da posição onde cada transdutor 11 é disposto. Em outras palavras, o ângulo de elevação de cada transdutor 11 é determinado de acordo com os eixos geométricos mais longo e mais curto da sonda ultra-sônica 1A e com a distância do centro O do esferóide M da sonda ultra-sônica 1A, e o ângulo de elevação é diferente dependendo da posição onde cada transdutor 11 é disposto (dependendo da direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11). Um ângulo obtido pela subtração do ângulo de elevação de 90° corresponde ao ângulo de incidência ew. Portanto, a sonda ultra-sônica 1A de acordo com a presente modalidade é projetada em um formato para permitir que o ângulo de incidência ew correspondendo a cada direção de propagação γ altere de acordo com a direção de propagação γ de uma onda

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51/83 ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11, de modo que o ângulo interno de refração ek correspondendo a cada direção de propagação γ permaneça aproximadamente constante pelo estabelecimento dos eixos geométricos mais longo e mais curto da sonda ultra-sônica 1A e da distância a partir do centro O do esferóide M da sonda ultra-sônica 1A de forma apropriada.

[00113] Mais concretamente, como apresentado na Figura 5, se o eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A for 2x, o eixo geométrico mais curto for 2y, e a distância a partir do centro O do esferóide M (distância média a partir do centro O do esferóide M até os planos S1 e S2) for h, o ângulo de incidência ew (chamado ew1) de uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A e o ângulo de incidência ew (chamado ew2) de uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A são dados pelas equações (9) e (10) seguintes, respectivamente:

0w1 =tan^_1 (x/h) ---(9)

Ôw2=tan (y/h) ---(10) [00114] O formato (x, y e h) da sonda ultra-sônica 1A é determinado de acordo com t/D do cano P no qual as falhas devem ser detectadas, de modo que os ângulos de incidência 6w1 e ew2 representados pelas equações (9) e (10) acima satisfaçam uma equação (11) seguinte:

sin Θ w2 = sin Θ w1 - {1 — 2(t/D)} ---(11) [00115] Com os ângulos de incidência 6w1 e ew2 satisfazendo a equação (11) acima, o ângulo interno de refração ek quando a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica concorda com a direção axial do cano P (quando uma onda ultra-sônica é transmitida a partir de um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais longo da sonPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 54/94

52/83 da ultra-sônica 1A) e o ângulo interno de refração ek quando a direção de propagação γ de uma sonda ultra-sônica concorda com a direção circunferencial do cano P (quando uma onda ultra-sônica é transmitida a partir de um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A) são aproximadamente iguais. Isto torna possível obter um ângulo interno de refração aproximadamente igual ek também quando a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica está entre a direção axial e a direção circunferencial do cano P. Ou seja, um ângulo interno de refração ek aproximadamente igual será obtido quando a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica for qualquer uma na faixa de -180° até 180°.

[00116] A razão pela qual o ângulo interno de refração ek (chamado de ek1 abaixo quando julgado apropriado) de uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A e o ângulo de interno de refração ek (chamado de ek2 abaixo, quando julgado apropriado) de uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A são aproximadamente iguais quando os ângulos de incidência 6w1 e ew2 satisfazem a equação (11) acima é como se segue. Ou seja, se o ângulo de refração de uma onda transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A for es1 e o ângulo de refração de uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A for es2, estes ângulos de refração são dados de acordo com a lei de Snell pelas equações (12) e (13) seguintes, respectivamente.

sin 6 s1 — Vs/Vrsin Θ w1 ‘(IS) sin Θ s2 = Vs/Vi-sin Q w2 ---(13) onde, nas equações (12) e (13) acima, Vs significa a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica de cisalhaPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 55/94

53/83 mento) propagando-se no cano P e Vi é a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) em um meio de acoplamento existente entre o transdutor 11 e o cano P.

[00117] Desde que uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais longo da sonda ultrasônica 1A é propagada na direção axial do cano P, uma relação na equação 14 seguinte mantém entre o ângulo interno de retração 0k1 e o ângulo de retração 6s1, como descrito acima com referência à Figura

6. Por outro lado, desde que uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais curto da sonda ultrasônica 1A é propagada na direção circunferencial do cano P, uma relação na equação 15 seguinte mantém entre o ângulo interno de retração 0k2 e o ângulo de retração 6s2, da mesma forma que a equação (8) como descrito acima.

Θ k1 = Θ s1 - -- (14) sin 0 k2 ^—sin Θ s2/f 1 — 2 (t/D) ] ·*·(15) [00118] Se, aqui, 0k1 = 0k2, seno de 0k1 = seno de 6k2 se mantém. A aplicação das equações (15) e (13) acima junto a seno de 6k2 produz uma relação na equação (16) seguinte.

sin Θ k1 =sln Θ k2 = stn Θ s2/{1 —2 (t/D) ] =Vs/Vi'sin Θ w2/ [1—2(t/D)} ---(16) [00119] A aplicação das equações (14) e (12) acima junto a seno de 0k1, por outro lado, produz uma relação na equação (17) seguinte.

sin Θ k1 =sin Θ s1 — Vs/Visín Θ w1 [00120] Portanto, a partir das equações (16) e (17) acima, uma relação na equação (18) seguinte se mantém, a qual produz a equação (11) acima após algum cálculo. Ou seja, a equação (11) acima se mantém quando 0k1 = 6k2.

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Vs/Vrsin Θ w2/{1 — 2 (t/D)} =Vs/Vi*sin Θ w1 (1 8) [00121] Como descrito acima, a equação (11) acima se mantém quando 0k1 = 6k2 e inversamente, quando a equação (11) acima é satisfeita, 0k1 = 0k2 se mantém. Em outras palavras, se os ângulos de incidência 6w1 e 6w2 satisfizerem a equação (11) acima, o ângulo de refração ek (ek1) de uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A e o ângulo interno de refração ek (ek2) de uma onda ultra-sônica transmitida por um transdutor 11 localizado no eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A serão aproximadamente iguais.

[00122] Desde que o formato da sonda ultra-sônica 1A de acordo com a presente modalidade foi determinado como descrito acima, é possível causar que a direção de propagação γ de uma onda ultrasônica transmitida por cada transdutor 11 e a direção de extensão das falhas a serem detectadas sejam ortogonais uma à outra, e ao mesmo tempo, manter o ângulo interno de refração ek aproximadamente constante, de modo que a intensidade de eco equivalente possa ser obtida independente do ângulo de inclinação de cada falha. Pela aceleração de quantos transdutores 11, quantos forem o número de ângulos de inclinação de falhas a serem detectadas pelo dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A, e por causar que cada transdutor selecionado 11 transmita e receba uma onda ultra-sônica, como descrito acima, falhas com vários ângulos de inclinação podem ser detectadas com alta precisão.

[00123] Várias combinações dos ângulos de incidência 6w1 e 6w2 (ou seja, combinações de x, y e h) satisfazendo a equação (11) acima existem, mas como um método de feixe de ângulo geral, para reduzir as ondas ultra-sônicas longitudinais entrando no cano P mesmo em pequenas quantidades, o formato (x, y e h) da sonda ultra-sônica 1A pode ser determinado de modo que pelo menos ondas ultra-sônicas

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55/83 transmitidas pelos transdutores 11 (transdutores a partir dos quais uma onda ultra-sônica é transmitida com o maior ângulo de incidência 0w para dentro do cano e, como resultado, o maior ângulo de refração es) localizados no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A, se propague para dentro do cano P com um ângulo de refração de onda de cisalhamento es de 35° ou mais. Neste caso, em consideração não somente à proporção de espessura para diâmetro externo (t/D) descrita acima, mas também à velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagando no cano P e à velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica em um meio de acoplamento existente entre a sonda ultra-sônica 1A e o cano P, dentre combinações de x, y e h satisfazendo a equação (11) acima, tais combinações devem ser selecionadas de modo que pelo menos ondas ultra-sônicas transmitidas pelos transdutores 11 localizados no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A se propaguem para dentro do cano P com o ângulo de refração de onda de cisalhamento es de 35° ou mais.

[00124] Ou seja, quando a sonda ultra-sônica 1A é disposta de modo a ficar voltada para o cano P de modo que a direção do eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A fique ao longo da direção axial do cano P, a direção do eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A fique ao longo da direção circunferencial do cano P, e o centro O do esferóide de forma correta fique voltado para o centro axial do cano P, o eixo geométrico mais longo 2x e o eixo geométrico mais curto 2y da sonda ultra-sônica 1A e a distância h a partir do centro O do esferóide da sonda ultra-sônica 1A de preferência são estabelecidos baseado na proporção de espessura para diâmetro externo (t/D) do cano P, a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica se propagando no cano P e a velocidade de uma onda ultra-sônica em um meio de acoplamento existente entre a sonda ultra-sônica 1A e o cano P, de modo que pelo menos ondas ultra-sônicas transmitidas,

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56/83 dentre os vários transdutores 11, pelos transdutores 11 localizados no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A se propaguem para dentro do cano T com o ângulo de refração de onda de cisalhamento es de 35° ou mais.

[00125] De acordo com a sonda ultra-sônica 1A possuindo um formato preferível determinado como descrito acima, pelo menos as ondas ultra-sônicas transmitidas pelos transdutores 11 localizados no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A (ou seja, ondas ultra-sônicas se propagando na direção axial do cano P) podem ser levadas a se propagarem como ondas ultra-sônicas de cisalhamento no cano P.

[00126] A sonda ultra-sônica 1A de acordo com a presente modalidade de preferência é disposta de modo que o centro O do esferóide fique localizado na vizinhança da superfície externa do cano P não somente quando se determinando o formato, mas também quando realmente detectando falhas.

[00127] Desde que, de acordo com tal aparelho preferível, o ponto incidente de uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 para dentro do cano P irá aproximadamente concordar (o centro O do esferóide será um ponto incidente), o comportamento de propagação de uma onda ultra-sônica planejado quando se determinado o formato da sonda ultra-sônica 1A, pode ser obtida (o ângulo interno de refração ek é aproximadamente constante independente da direção de propagação de uma onda ultra-sônica) e, como resultado, falhas com vários ângulos de inclinação podem ser detectadas com alta precisão. [00128] O dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A do equipamento de teste ultra-sônico 100A de acordo com a presente modalidade, da mesma forma que o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordo com a primeira modalidade controla, de preferência, o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 59/94

57/83 ção de ondas ultra-sônicas do um transdutor 11 e do outro transdutor 11, de modo que, entre pelo menos 2 ou mais transdutores 11 que transmitem uma onda ultra-sônica para o cano P e recebem uma onda ultra-sônica a partir do cano P, um eco de superfície no cano P de uma onda ultra-sônica transmitida pelo um transdutor e outro eco de superfície no cano P de uma onda ultra-sônica transmitida pelo outro transdutor, são recebidos aproximadamente ao mesmo tempo (de modo que uma diferença de tempo é igual ou menor do que uma largura de pulso de uma onda ultra-sônica transmitida, por exemplo).

[00129] Desde que, de acordo com tal aparelho preferido, um eco de superfície no cano P de uma onda ultra-sônica transmitida pelo um transdutor e outro eco de superfície no cano P de uma onda ultrasônica transmitido pelo outro transdutor, são recebidos aproximadamente ao mesmo tempo, mesmo se um eco recebido por cada transdutor 11 for sintetizado por um circuito de síntese de forma de onda (não apresentado), da mesma forma que na primeira modalidade, uma circunstância, na qual uma largura de eco é ampliada devido aos ecos de superfície nas superfícies do cano P (superfícies interna e externa) recebidos por cada transdutor 11 serem contínuos ou parcialmente sobrepostos, dificilmente pode ocorrer, e assim, uma zona morta na vizinhança das superfícies interna e externa do cano P pode ser reduzida.

[00130] Como descrito acima, o formato (x, y e h) da sonda ultrasônica 1A de acordo com a presente invenção é determinado de acordo com a t/D do cano P no qual falhas devem ser detectadas ou coisa parecida. Em outras palavras, um formato apropriado da sonda ultrasônica 1A se altera dependendo da t/D do cano P no qual falhas devem ser detectadas e coisas parecidas. Portanto, existe um problema no custo e na manutenção porque as sondas ultra-sônicas 1A com formatos apropriados devem ser preparadas individualmente para caPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 60/94

58/83 nos com vários tamanhos de t/D e assim por diante.

[00131] Para resolver tal problema, um dispositivo de ajuste para ajustar o ângulo de incidência 6w de uma onda ultra-sônica transmitida por cada um dos vários transdutores 11 para o cano P, de preferência deve ser proporcionado. Desde que isto torna possível ajustar de forma fina o ângulo de incidência 6w de uma onda ultra-sônica transmitida por cada um dos vários transdutores 11 para o cano P de modo que a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica transmitida a partir de cada transdutor 11 e a direção de extensão de falhas a serem detectadas podem ser feitas para ficarem ortogonais uma à outra, enquanto que ao mesmo tempo, o ângulo interno de refração ek pode ser mantido aproximadamente constante (à medida que a equação (11) seja satisfeita) mesmo se as sondas ultra-sônicas 1A possuírem o mesmo formato (x, y e h), não existe necessidade de preparar as sondas ultra-sônicas 1A com vários formatos de acordo com t/D do cano P, e assim, uma vantagem no custo e na capacidade de manutenção é obtida.

[00132] Como o dispositivo de ajuste, por exemplo, mecanismo mecânico de declinação pode ser adotado. Em adição, como apresentando na Figura 5 (a), cada um dos vários transdutores 11 possui vários elementos piezoelétricos 111 divididos em um formato retangular ao longo de uma direção radial de cada transdutor 11, e o dispositivo de ajuste (por exemplo, o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A funciona como o dispositivo de ajuste) também pode ajustar o ângulo de incidência 6w de uma onda ultra-sônica transmitida para o cano P por eletricamente controlar o fuso horário de transmissão/recepção de uma onda ultra-sônica pelos vários elementos piezoelétricos 111. Neste caso, comparado com um caso de adotar um mecanismo mecânico de declinação, o ângulo de incidência 6w pode ser ajustado mais facilmente com capacidade de reprodução aperfeiPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 61/94

59/83 çoada.

[00133] De acordo com o formato da sonda ultra-sônica 1A na presente invenção, o ângulo interno de refração ek pode ser mantido aproximadamente constante enquanto o ângulo externo de refração er se altera dependendo da direção de propagação γ. Em outras palavras, a sonda ultra-sônica 1A de acordo com a presente invenção possui um formato adequado para uso para detectar falhas de superfície interna com vários ângulos de inclinação com alta precisão. Em contraste, para detectar falhas de superfície externa com vários ângulos de inclinação com alta precisão, o ângulo externo de refração er deve ser mantido aproximadamente constante independente do ângulo de inclinação de cada falha (ou seja, independente da direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica). Desde que o ângulo externo de refração er é igual ao ângulo de refração es, como descrito acima, o ângulo de refração es pode ser mantido aproximadamente constante independente da direção de propagação γ e, para este propósito, o ângulo de incidência ew pode ser mantido aproximadamente constante independente da direção de propagação γ. Para manter o ângulo de incidência ew aproximadamente constante independente da direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica, o eixo geométrico mais longo (2x) e o eixo geométrico mais curto (2y) da sonda ultra-sônica podem ser estabelecido para valores aproximadamente iguais. Ou seja, um formato obtido quando o esferóide é assumido como sendo uma esfera, pode ser estabelecido. De acordo com a sonda ultra-sônica de tal formato, o ângulo externo de refração er pode ser feito para ser aproximadamente constante independente da direção de propagação γ e as falhas de superfície externa com vários ângulos de inclinação podem ser detectadas com alta precisão.

[00134] Então, dependendo de se falhas principais no cano P a serem detectadas são falhas de superfície interna ou falhas de superfície

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60/83 externa, o formato da sonda ultra-sônica adequado para detectar cada tipo de falha pode ser selecionado. Ou, se tanto falhas de superfície interna como de superfície externa devem ser detectadas simultaneamente, um formato possuindo aproximadamente os valores intermediários x e y de um formato (x, y e h) da sonda ultra-sônica satisfazendo a equação (11), adequado para detectar falhas de superfície interna e um formato da sonda ultra-sônica satisfazendo x = y adequado para detectar falhas de superfície externa, pode ser adotado.

[00135] Por apresentar exemplos e exemplos comparativos abaixo, os aspectos da presente invenção serão feitos mais evidentes.

Exemplo 1 (vide a Figura 3) [00136] Utilizando o equipamento de teste ultra-sônica 100 cuja configuração de esboço é apresentada na Figura 3, um teste ultrasônico de várias falhas de superfície interna (profundidade de 0,5 mm por comprimento de 25,4 mm) com ângulos de inclinação mutuamente diferentes (ângulos de inclinação de 0°, 10°, 20°, 30° e 45°) formados na superfície interna de um cano de aço foi realizado. Aqui, a sonda ultra-sônica 1 possui vários (30) transdutores 11 de comprimento de 5 mm por largura de 3 mm com freqüência oscilante de 2 MHz dispostos em um cilindro curvo com um raio de curvatura de 200 mm em um estado de matriz (10 fileiras por três colunas) na direção de fileira (direção axial do cano de aço). Quando julgado apropriado abaixo, os transdutores 11 dispostos na primeira coluna são chamados de n² 1 até n² 10, os transdutores 11 dispostos na segunda coluna são chamados de n² 11 até n² 20, e os transdutores 11 dispostos na terceira coluna são chamados de n² 21 até n² 30.

[00137] A tabela 1 apresenta o ângulo de incidência axial βΐ, a direção de propagação γ e o ângulo interno de refração ek de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor n² 1 e por outros transdutores n² 2 até n² 30 quando a excentricidade da sonda ultra-sônica 1 é ajusPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 63/94

61/83 tada (ou seja, o ângulo de incidência circunferencial ai do transdutor n² é ajustado) de modo que o transdutor n² 1 na primeira coluna é ótimo para detecção de falhas de superfície interna com o ângulo de inclinação de 0°.

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TABELA 1

Grupo de transdutores na terceira coluna	o Φ	30	30	CO	cõ	32	33	35	36	38	40
o	o	CO	04	O-	23	28	32	36	40	'T
O cn.	o	-	04		LO	CD	o-	CD	o	-
Transdutor n°	04	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Grupo de transdutores na segunda coluna	o Φ	35	35	36	36	37	38	39	5-	42	'T
o	o	LO	o	LO	20	25	29	33	36	40
O cn.	o	-	04		LO	CD	o-	CD	o	-
Transdutor n°	-	04	CO		LO	CD	o-	CO	CD	20
Grupo de transdutores na primeira coluna	o Φ	40			42	42	43	'T	46	48	49
o	o	LO	CD		CO	22	26	30	33	36
O cn.	o	-	04		LO	CD	o-	CD	o	-
Transdutor n°	-	04	CO		LO	CD	o-	CO	CD	o

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63/83 [00138] Aqui, o método descrito acima, descrito na Literatura de Patente 2, é um método pelo qual o ângulo de incidência axial βΐ é alterado (na condição de que o ângulo de incidência circunferencial ai seja mantido constante) para alterar a direção de propagação γ utilizando,como eles eram, os transdutores n² 1 até n² 10 na primeira coluna, ou os transdutores n² 11 até n² 20 na segunda coluna, ou os transdutores n² 21 até n² 30 na terceira coluna somente. Entretanto, como é evidente a partir da Tabela 1, utilizar somente transdutores na mesma coluna para alterar a direção de propagação γ também altera o ângulo interno de refração ek, e isto altera a capacidade de detecção de falhas.

[00139] Em contraste, no equipamento de teste ultra-sônico 100 no presente exemplo, o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 opera para selecionar, dentre os vários transdutores dispostos em um estado de matriz, um grupo de transdutores (transdutores n² 1 e n² 3 no presente exemplo) incluindo pelo menos um transdutor 11 disposto na primeira coluna e para causar que o grupo de transdutores selecionado transmita e receba uma onda ultra-sônica em uma direção de propagação no cano de aço. Além disso, o circuito de controle 23 seleciona, dentre os vários transdutores dispostos em um estado de matriz, outro grupo de transdutores (no presente exemplo, um grupo de transdutores composto dos transdutores n² 15 e n² 17 na segunda coluna e outro grupo de transdutores composto do transdutor n² 30 na terceira coluna) incluindo pelo menos um transdutor cuja posição nas direções de fileira e de coluna seja diferente desta de qualquer transdutor constituindo o grupo de transdutores acima, e para causar que os grupos de transdutores selecionados transmitam e recebam uma onda ultra-sônica na outra direção de propagação no cano de aço. [00140] Mais concretamente, o dispositivo de controle de recepção/transmissão 2 no presente exemplo opera para:

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64/83 (1) selecionar o transdutor η² 1 na primeira coluna para detectar falhas de superfície interna com o ângulo de inclinação de 0°, (2) selecionar o transdutor n² 3 na primeira coluna para detectar falhas de superfície interna com o ângulo de inclinação de 10°, (3) selecionar o transdutor n² 15 na segunda coluna para detectar falhas de superfície interna com o ângulo de inclinação de 20°, (4) selecionar o transdutor n² 17 na segunda coluna para detectar falhas de superfície interna com o ângulo de inclinação de 30°’ (5) selecionar o transdutor n² 30 na terceira coluna para detectar falhas de superfície interna com o ângulo de inclinação de 45°, e para causar que os transdutores selecionados n² 1, n² 3, n² 15, n² 17 e n² 30 aproximadamente de forma simultânea transmitam e recebam ondas ultra-sônicas.

[00141] Como é evidente a partir da Tabela 1, isto torna possível causar que cada falha de superfície interna com um ângulo de inclinação mutuamente diferente e a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica sejam ortogonais uma à outra (para tornar o valor γ e o ângulo de inclinação das falhas de superfície interna a serem detectadas aproximadamente iguais) e ao mesmo tempo, para faze com que o ângulo interno de refração ek assuma um valor aproximadamente constante (cerca de 40°).

[00142] A Figura 7 apresenta a intensidade de eco (intensidade relativa quando a intensidade de eco por uma falha de superfície interna com o ângulo de inclinação de 0° é definida para ser 0 dB) por cada falha de superfície interna obtida pela realização de um teste ultrasônico utilizando o equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com o presente exemplo. A Figura 7 também apresenta, como um exemplo comparativo, a intensidade de eco por cada falha de superfíPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 67/94

65/83 cie interna obtida quando cada falha de superfície interna e a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica são feitas para serem ortogonais uma à outra pela alteração somente do ângulo de incidência axial βΐ na condição em que o ângulo de incidência circunferencial ai seja mantido constante (ou seja, por utilizar somente os transdutores 11 dispostos na mesma coluna). Como apresentado na Figura 7, o presente experimento apresenta que, enquanto a intensidade de eco diminui à medida que o ângulo de inclinação de uma falha aumenta no exemplo comparativo e, como resultado, capacidade de detecção de falhas reduzida é causada, intensidade de eco aproximadamente equivalente é obtida para as falhas de superfície interna no ângulo de inclinação de 0° até 45° no presente exemplo, e como resultado, capacidade de detecção aproximadamente constante de falhas é obtida. [00143] Para reduzir os custos de fabricação por simplificar a configuração do circuito, no equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com o presente exemplo, um eco recebido por cada transdutor 11 (transdutor n² 1, n² 3, n² 15, n² 17 e n² 30) é sintetizado pelo circuito de síntese de forma de onda 223 e, baseado no eco sintetizado, falhas são detectadas pelo circuito de decisão de falha 3. Então, o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 controla o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de um eco de cada transdutor 11 (um tempo de atraso do circuito de atraso 212 ou do circuito de atraso 222 correspondente é estabelecido) de modo que cada eco de superfície no cano de aço de uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 seja recebido aproximadamente ao mesmo tempo (de modo que uma diferença de tempo seja igual ou menor do que uma largura de pulso de uma onda ultra-sônica transmitida).

[00144] A Figura 8 apresenta um exemplo de forma de onda obtido por se sintetizar um eco, cada um recebido pelos transdutores n² 1 e n² 30 (uma superfície do cano de aço de eco (superfície externa) cada

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66/83 um recebido pelos transdutores n² 1 e n² 30 e um eco (eco de falha) a partir das falhas de superfície interna com o ângulo de inclinação de 45° detectado pelo transdutor n² 30) utilizando o circuito de síntese de forma de onda 223 quando ondas ultra-sônicas são aproximadamente de forma simultânea transmitidas pelos transdutores n² 1 e n² 30 sem controlar o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção das ondas ultra-sônicas dos transdutores n² 1 e n² 30. Na Figura 8, uma forma de onda E1 corresponde a um eco na superfície do cano de aço recebido pelo transdutor n² 30 e uma forma de onda E2 corresponde a um eco na superfície do cano de aço recebido pelo transdutor n² 1. Como apresentado na Figura 8, sem controlar o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de ondas ultra-sônicas dos transdutores n² 1 e n² 30, a forma de onda E1 e a forma de onda E2 são contínuas ou parcialmente sobrepostas, levando a uma largura ampliada dos ecos como um todo na superfície do cano de aço, levando a aumentar uma zona morta na vizinhança da superfície externa do cano de aço. Este é um fenômeno causado por uma diferença entre um comprimento do trajeto do feixe de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor n² 1 antes de alcançar a superfície externa do cano de aço e este de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor n² 30 antes de alcançar a superfície externa do cano de aço.

[00145] Em contraste, desde que o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2, de acordo com o presente exemplo, como descrito acima, controla o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica a partir de cada transdutor 11, de modo que cada eco de superfície no cano de aço de uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 seja recebido aproximadamente ao mesmo tempo, uma zona morta pode ser reduzida se comparado com o caso apresentado na Figura 8. A Figura 9 apresenta um exemplo de formas de onda obtidas por se sintetizar um eco, cada

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67/83 um recebido pelos transdutores n² 1 e n² 30 utilizando o circuito de síntese de forma de onda 223 após atrasar o tempo de transmissão do transdutor n² 30 por um tempo predeterminado com respeito ao transdutor n² 1, utilizando o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordo com o presente exemplo. Como apresentado na Figura 9, por atrasar o tempo de transmissão do transdutor n² 30 por um tempo predeterminado com respeito ao transdutor n² 1 utilizando o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 de acordo com o presente exemplo, a forma de onda E1 e a forma de onda E2 são aproximadamente completamente sobrepostas. Anda que a largura das formas de onda sintéticas (E1 + E2) das formas de onda E1 e E2 apresentadas na Figura 9, seja um pouco mais ampla do que esta das formas de onda E1 apresentadas na Figura 8, é visto que a zona morta pode ser reduzida para cerca de 1/3 ou menos comparado com a zona morta apresentada na Figura 8.

Exemplo 2 (vide a Figura 5) [00146] Utilizando o equipamento de teste ultra-sônico 100A cuja configuração de esboço é apresentada na Figura 5, um teste ultrasônico de várias falhas de superfície interna (profundidade de 0,5 mm por largura de 25,4 mm) com ângulos de inclinação mutuamente diferentes formados na superfície interna de um cano de aço (t/D = 11%) foi realizado. Aqui, a sonda ultra-sônica 1A possui vários (32) transdutores 11 com o comprimento de 5 mm por largura de 3 mm, com a freqüência oscilante de 2 MHz dispostos ao longo de uma superfície curva anular obtida por se cortar um esferóide predeterminado com dois planos paralelos S1 e S2 voltados um para o outro, os quais não passam através de um centro O do esferóide e não imprensam o centro O do esferóide, os ditos dois planos paralelos S1 e S2 sendo ortogonais ao eixo geométrico de rotação do esferóide. O formato da sonda ultrasônica 1A foi determinado de modo que o ângulo de incidência 6w1

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68/83 representado pela equação (9) descrita acima seja cerca de 18° e o ângulo de incidência ew2 representado pela equação (10) seja cerca de 14°. Tais ângulos de incidência 6w1 e ew2 satisfazem a equação (11) descrita acima.

[00147] Então, um teste ultra-sônico foi realizado em um estado onde a sonda ultra-sônica 1A é disposta de modo a ficar voltada para o cano de aço de modo que a direção do eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A fique ao longo da direção axial do cano de aço, a direção do eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A seja ao longo da direção circunferencial do cano de aço, e o centro O do esferóide de forma correta fique voltado para o centro axial do cano de aço a ser localizado na vizinhança da superfície externa do cano de aço. Água foi utilizada como um meio de acoplamento existente entre a sonda ultra-sônica 1A e o cano de aço.

[00148] Aqui, desde que a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica de cisalhamento) no cano de aço é 3200 m/seg e a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) na água, a qual é o meio de acoplamento, é 1500 m/seg o ângulo de refração (ângulo de refração correspondendo ao ângulo de incidência ew1) es (chamado es1) de uma onda ultra-sônica transmitida pelos transdutores 11 localizados no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1A, se torna cerca de 41° e o ângulo de refração (ângulo de refração correspondendo ao ângulo de incidência ew2) es (chamado es2) de uma onda ultra-sônica transmitida pelos transdutores 11 localizados no eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1A, se torne cerca de 31°.

[00149] Como descrito acima, o ângulo externo de refração er de uma onda ultra-sônica se torna igual aos ângulos de refração es1 e es2, e o ângulo interno de refração ek de uma onda ultra-sônica é representado como uma função do ângulo de incidência ew, da direção

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69/83 de propagação γ e da t/D do cano P. Ou seja, o ângulo interno de refração ek assume um valor mínimo e é igual ao ângulo de refração es1 quando a direção de propagação γ concorda com a direção axial do cano de aço. Em outras palavras, o ângulo interno de refração ek se torna cerca de 41°. O ângulo de refração es geralmente aumenta à medida que a direção de propagação γ desvia da direção axial do cano de aço para a direção circunferencial e o ângulo interno de refração ek assume um valor máximo, o que é representado pela equação (8) descrita acima, quando a direção de propagação γ concorda com a direção circunferencial do cano de aço. No presente exemplo, o ângulo interno de refração ek é obtido por se substituir t/D = 11% e es (es2) = 31° na equação (8), produzindo cerca de 41°, o que é um valor equivalente do ângulo interno de refração ek quando a direção de propagação γ concorda com a direção axial do cano de aço. Assim, um ângulo interno de refração aproximadamente equivalente ek também é obtido quando a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica está entre a direção axial e a direção circunferencial do cano de aço. Ou seja, um ângulo interno de refração aproximadamente equivalente ek será obtido quando a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica é qualquer uma na faixa de -180° até 180°.

[00150] Desde que o formato da sonda ultra-sônica 1A de acordo com o presente exemplo é determinado como descrito acima, é possível causar que a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 e que a direção de extensão de falhas a serem detectadas sejam ortogonais uma à outra e, ao mesmo tempo, manter o ângulo interno de refração ek aproximadamente constante independente do ângulo de inclinação.

[00151] A Figura 10 apresenta a intensidade de eco (intensidade relativa quando a intensidade de eco por uma falha de superfície interna com o ângulo de inclinação de 0° é definida como sendo 0 dB) por

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70/83 cada falha de superfície interna obtida pela realização de um teste ultra-sônico utilizando o equipamento de teste ultra-sônico 100A de acordo com o presente exemplo. Como apresentado na Figura 10, é visto que intensidade de eco aproximadamente equivalente é obtida utilizando o equipamento de teste ultra-sônico 100A de acordo com o presente exemplo para falhas de superfície interna com os ângulos de inclinação de 67,5° até 90° e, como resultado, a capacidade de detecção de falhas, aproximadamente equivalentes, é obtida.

[00152] Pela adoção, também para o equipamento de teste ultrasônico 100A de acordo com o presente exemplo da mesma forma que com o equipamento de teste ultra-sônico 100 de acordo com o primeiro exemplo, uma configuração na qual o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A controla o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica de cada transdutor 11, de modo que cada eco de superfície no cano de aço de uma onda ultra-sônica transmitida por cada transdutor 11 seja recebido aproximadamente ao mesmo tempo, falhas com vários ângulos de inclinação podem ser rapidamente detectadas e uma zona morta na vizinhança da superfície do cano de aço pode ser reduzida.

Terceiro Exemplo (vide Figura 5) [00153] Utilizando o equipamento de teste ultra-sônico 100A, cuja configuração de esboço é apresentada na Figura 5, um teste ultrasônico similar a este no segundo exemplo foi realizado. Entretanto, as condições do experimento são diferentes, nas quais cada um dentre os vários transdutores 11 incorporado na sonda ultra-sônica 1A é composto de oito elementos piezoelétricos 111 divididos em um formato retangular ao longo da direção radial de cada transdutor 11, e canos de aço cuja t/D é 5% e 14%, bem como 11%, foram incluídos como objeto de teste.

[00154] O formato da sonda ultra-sônica 1A foi determinado, como

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71/83 no segundo exemplo, para ser ótimo para um cano de aço com t/D = 11% e o ângulo de incidência 6w de uma onda ultra-sônica transmitida para dentro dos canos de aço foi ajustado por eletricamente controlar o fuso horário de transmissão/recepção de ondas ultra-sônicas por vários elementos piezoelétricos 111 utilizando o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A de modo que a capacidade de detecção aproximadamente equivalente de falhas é obtida para canos de aço com outras t/D.

[00155] A Figura 11 apresenta a intensidade de eco (intensidade relativa quando a intensidade de eco por uma falha de superfície interna com o ângulo de inclinação de 0° formada em um cano de aço com t/D = 11% é definida para ser 0 dB) por cada falha de superfície interna formada em um cano de aço de cada t/D obtida por se realizar um teste ultra-sônico utilizando o equipamento de teste ultra-sônico 100A. Como apresentado na Figura 11, é visto que intensidade de eco aproximadamente equivalente é obtida utilizando o equipamento de teste ultra-sônico 100A de acordo com o presente exemplo para falhas de superfície interna com os ângulos de inclinação de -70° até 90° em canos de aço cuja t/D é 5% até 14% e, como resultado, uma capacidade de detecção de falhas, aproximadamente equivalentes, é obtida. Quarto Exemplo [00156] O presente exemplo é uma variante do segundo exemplo descrito acima e um experimento de detecção de falhas de superfície interna formadas na superfície interna de um cano de aço (t/D = 11%) foi realizado. A Figura 12 apresenta a configuração de esboço de um equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo. A Figura 12 (a) apresenta uma vista secional frontal, a Figura 12 (b) apresenta uma vista plana, e a Figura 12 (c) apresenta uma vista secional lateral. Como apresentado na Figura 12, o equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo, possui

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72/83 uma sonda ultra-sônica 1B equipada com quatro transdutores (sonda de feixe de ângulo) 11 A, 11B, 11C e 11D com a freqüência oscilante de 5 MHz e uma sonda de feixe reto 12 com freqüência oscilante de 5 MHz, um gabinete acrílico 5 no qual estes transdutores 11A até 11D e a sonda de feixe reto 12 são montados, e um tubo flexível 6 conectado com uma ponta do gabinete 5. O equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo possui, da mesma forma que o segundo exemplo, um dispositivo de controle de transmissão/recepção (vide o dispositivo de controle de transmissão/recepção 2A apresentado na Figura 5) para controlar a transmissão/recepção de uma onda ultra-sônica pela sonda ultra-sônica 1B. O equipamento de teste ultra-sônico 100B também possui o circuito de decisão de falha 3 (vide a Figura 5) para detectar falhas existindo em um cano de aço P por comparar uma amplitude de um eco a partir do cano de aço P com um limite predeterminado e o alarme, etc, o dispositivo de saída 4 (vide a Figura 5) para emitir um aviso predeterminado ou coisa parecida quando uma falha é detectada pelo circuito de decisão de falha 3. Desde que a configuração dos aparelhos de um dispositivo de controle de transmissão/recepção no presente exemplo é a mesma que esta do dispositivo de controle de transmissão/recepção 2 apresentado na Figura 3, uma descrição detalhada do mesmo é omitida.

[00157] Os quatro transdutores 11A até 11D incorporados na sonda ultra-sônica 1B são dispostos, como no segundo exemplo, de modo que as superfícies transdutores SA até SD sejam dispostas ao longo de uma superfície curva anular obtida por se cortar um esferóide predeterminado com dois planos paralelos voltados um para o outro que não passam através do centro O do esferóide e não imprensam o centro O do esferóide, os ditos dois planos paralelos sendo ortogonais ao eixo geométrico de rotação do esferóide. Mais concretamente, os transdutores 11A e 11B são dispostos na direção do eixo geométrico

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73/83 mais longo da sonda ultra-sônica 1B (direção do eixo geométrico mais longo da superfície curva anular, a qual é a direção x apresentada na Figura 12 (b)) de modo que o ângulo de incidência 6w1 representado pela equação 9 descrita acima se torna cerca de 18°. Os transdutores 11C e 11D são dispostos na direção do eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1B (direção do eixo geométrico mais curto da superfície curva anular, a qual é a direção y apresentada na Figura 12 (b)) de modo que o ângulo de incidência 6w2 representado pela equação (10) descrita acima se torne cerca de 14°. Estes ângulos de incidência 0w1 e 0w2 satisfazem a equação (11) descrita acima.

[00158] A sonda de feixe reto 12 incorporada na sonda ultra-sônica 1B é disposta de modo que uma superfície transdutora SO da mesma passe através do centro O do esferóide e seja ao longo de uma linha reta L (correspondendo ao eixo de rotação do esferóide) encontrando ortogonal com os dois planos paralelos (imediatamente acima do centro O do esferóide no exemplo apresentado na Figura 12). Assim, simultaneamente com o teste ultra-sônico por um método de feixe de ângulo utilizando os transdutores 11A até 11D, uma vantagem de estar apta a executar medição de espessura do cano de aço P e a detecção de laminação utilizando a sonda de feixe reto 12 é obtida.

[00159] Então, um teste ultra-sônico foi realizado em um estado onde a sonda ultra-sônica 1B é disposta de modo a ficar voltada para o cano de aço P de modo que a direção do eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1B fique ao longo da direção axial do cano de aço, a direção do eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1B fique ao longo da direção circunferencial do cano de aço, e o centro O do esferóide de forma correta fique voltado para o centro axial do cano de aço P e fique localizado na vizinhança da superfície externa do cano de aço P. Água como um meio de acoplamento foi colocada entre a sonda ultra-sônica 1B e o cano de aço T pelo fornecimento de água

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74/83 para dentro do gabinete 5 através de uma torneira 51 proporcionada em uma parede lateral do gabinete 5.

[00160] Tal como descrito para o segundo exemplo, desde que a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica de cisalhamento) no cano de aço é 320 m/seg e a velocidade de propagação de uma onda ultra-sônica (onda ultra-sônica longitudinal) na água o qual é o meio de acoplamento, é 1500 m/seg, o ângulo de refração (ângulo de refração correspondendo ao ângulo de incidência 0w1) es (chamado es1) de uma onda ultra-sônica transmitida pelos transdutores 11A e 11B localizados no eixo geométrico mais longo da sonda ultra-sônica 1B se torna cerca de 41° e o ângulo de refração (ângulo de refração correspondendo ao ângulo de incidência ew2) es (chamado es2) de uma onda ultra-sônica transmitida pelos transdutores 11C e 11D localizados no eixo geométrico mais curto da sonda ultra-sônica 1B se torna cerca de 31°.

[00161] Como descrito acima, o ângulo externo de refração er de uma onda ultra-sônica se torna igual aos ângulos de refração es1 e es2, e o ângulo interno de refração ek é representado como uma função do ângulo de incidência ew, da direção de propagação γ, e da t/D do cano de aço P. Ou seja, o ângulo interno de refração ek assume um valor mínimo e é igual ao ângulo de refração es1 quando a direção de propagação γ concorda com a direção axial do cano de aço P. Em outras palavras, o ângulo interno de refração ek relacionado com os transdutores 11A e 11B se torna cerca de 41°. O ângulo de refração es geralmente aumenta à medida que a direção de propagação γ desvia da direção axial do cano de aço P para a direção circunferencial e o ângulo interno de refração ek assume um valor máximo, o qual é representado pela equação (8) descrita acima, quando a direção de propagação γ concorda com a direção circunferencial do cano de aço P. No presente exemplo, o ângulo interno de refração ek relacionado com

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75/83 os transdutores 11C e 11D é obtido por se substituir t/D = 11% e es (0s2) = 31° na equação (8), produzindo cerca de 41°, o qual é um valor equivalente do ângulo interno de refração ek quando a direção de propagação γ concorda com a direção axial do cano de aço P.

[00162] Desde que o formato da sonda ultra-sônica 1B de acordo com o presente exemplo (condição de disposição dos transdutores 11A até 11 D) é determinado como descrito acima, é possível causar que a direção de propagação γ de uma onda ultra-sônica transmitida por cada um dos transdutores 11A até 11D e a direção de extensão das falhas a serem detectadas, sejam ortogonais uma à outra, e ao mesmo tempo, manter o ângulo interno de refração ek aproximadamente constante independente do ângulo de inclinação.

[00163] Em outras palavras, é possível detectar falhas se estendendo na direção circunferencial do cano de aço P pelos transdutores 11A e 11B dispostos ao longo da direção axial do cano de aço P e falhas se estendendo na direção axial do cano de aço P pelos transdutores 11C e 11D dispostos ao longo da direção circunferencial do cano de aço P respectivamente com alta precisão.

[00164] No presente exemplo, o teste ultra-sônico é conduzido pela rotação do cano de aço P na direção circunferencial e pelo movimento do cano de aço P na direção axial. Em adição, o equipamento de teste ultra-sônico 100B possui, de preferência, um aparelho de acompanhamento para manter uma posição relativa da sonda ultra-sônica 1A com respeito ao cano de aço P aproximadamente constante em um plano ortogonal à direção axial do cano de aço P. Uma descrição mais concreta será dada abaixo com referência à Figura 13 quando julgado apropriado.

[00165] A Figura 13 apresenta a configuração de esboço de um aparelho de acompanhamento incorporado no equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo. Um aparelho de

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76/83 acompanhamento 7 no presente exemplo possui, como apresentado na Figura 13, um ou mais (dois no presente exemplo) indicadores de deslocamento que não são de contato (por exemplo, indicadores de deslocamento a laser, indicadores de deslocamento de vórtice, indicadores de deslocamento ultra-sônicos e assim por diante) 71A e 71B para medir a distância até a superfície externa do cano de aço P, os mecanismos de posicionamento (cilindros hidráulicos no presente exemplo) 72A e 72B para mover a sonda ultra-sônica 1B ao longo de duas direções (a direção vertical (direção Z) e a direção horizontal (direção Y) no presente exemplo) ortogonais à direção axial do cano de aço P, e o dispositivo de controle de posicionamento (controladores hidráulicos no presente exemplo) 73A e 73B para controlar os mecanismos de posicionamento 72A e 72B.

[00166] No presente exemplo, é adotada uma configuração na qual a distância medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71A é informada para o dispositivo de controle de posicionamento 73A via um amplificador de indicador de deslocamento 74A e a distância medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71B é informada para o dispositivo de controle de posicionamento 73B via um amplificador de indicador de deslocamento 74B. Então, o dispositivo de controle de posicionamento 73A controla o mecanismo de posicionamento 72A (ajusta a posição da sonda ultra-sônica 1B na direção Z) baseado em um valor medido de distância informada pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71A (amplificador de indicador de deslocamento 74A), de modo que a posição relativa da sonda ultrasônica 1B com respeito ao cano de aço P fica aproximadamente constante. De forma similar, o dispositivo de controle de posicionamento 73B controla um mecanismo de posicionamento 72B (ajusta a posição da sonda ultra-sônica 1B na direção Y), baseado em um valor medido da distância informada pelo indicador de deslocamento que não é de

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77/83 contato 71B (amplificador de indicador de deslocamento 74B), de modo que a posição relativa da sonda ultra-sônica 1B com respeito ao cano de aço P fica aproximadamente constante.

[00167] Mais concretamente, a medição de distância até a superfície externa do cano de aço P pelos indicadores que não são de contato 71A e 71B é sempre feita continuamente quando se realizando um teste ultra-sônico. Então, o dispositivo de controle de posicionamento 73A aciona o mecanismo de posicionamento 72A de modo que uma diferença entre um valor de distância medido informado pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71A e uma distância padrão predeterminada se torne zero. Em outras palavras, o dispositivo de controle de posicionamento 73A aciona o mecanismo de posicionamento 72A para mover a sonda ultra-sônica 1B por uma distância correspondendo à diferença na direção Z. Neste ponto, o dispositivo de controle de posicionamento 73A mede um valor real de quantidade de acionamento (distância de movimento da sonda ultra-sônica 1B na direção Z) do mecanismo de posicionamento 72A como a ocasião requer, e o mecanismo de posicionamento 72A é acionado até que o valor realmente medido se torne igual à diferença para aperfeiçoar a precisão da disposição. Incidentemente, o mecanismo de posicionamento 72A é acionado pelo dispositivo de controle de posicionamento 73A com sincronização quando uma área do cano de aço P, cuja distância foi medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71A alcança, após passar um tempo predeterminado (calculado baseado no diâmetro externo e na velocidade de rotação do cano de aço P), a posição onde a sonda ultra-sônica 1B é disposta (ou seja, a posição após a rotação de 180°).

[00168] De forma similar, o dispositivo de controle de posicionamento 73B aciona um mecanismo de posicionamento 72B de modo que uma diferença entre um valor de distância medido informado pelo

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78/83 indicador de deslocamento que não é de contato 71B e uma distância padrão predeterminada se torne zero. Em outras palavras, o dispositivo de controle de posicionamento 73B aciona o mecanismo de posicionamento 72B para mover a sonda ultra-sônica por uma distância correspondendo à diferença na direção Y. Neste ponto, o dispositivo de controle de posicionamento 73B mede um valor real de quantidade de acionamento (distância para mover a sonda ultra-sônica 1B na direção Y) do mecanismo de posicionamento 72B como requer a ocasião, e o mecanismo de posicionamento 72B é acionado até que o valor realmente medido se torne igual à diferença para aperfeiçoar a precisão da disposição. Incidentemente, o mecanismo de posicionamento 72B é acionado pelo dispositivo de controle de posicionamento 73B com sincronização quando uma área do cano de aço P cuja distância foi medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71B alcança, após passar um tempo predeterminado (calculado baseado no diâmetro externo e na velocidade de rotação do cano de aço P), uma posição de rotação de 180°.

[00169] No presente exemplo, foi descrita uma configuração na qual a posição na direção Z da sonda ultra-sônica 1B é ajustada baseado em uma distância medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71A e a posição na direção Y da sonda ultra-sônica 1B é ajustada baseado em uma distância medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71B, mas a configuração não está limitada a isto. Por exemplo, pode também ser adotada outra configuração na qual a posição na direção Y da sonda ultra-sônica 1B é ajustada baseado em um valor medido de distância pelo indicador de deslocamento que não é de contato 7A com sincronização quando uma área do cano de aço P, cuja distância foi medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71A alcança uma posição de rotação de 90° e a posição na direção Z da sonda ultra-sônica 1B é ajustada

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79/83 baseado em um valor de distância medido pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71B com sincronização quando uma área do cano de aço P, cuja distância foi medida pelo indicador de deslocamento que não é de contato 71B alcança uma posição de rotação de 90°.

[00170] Desde que, como descrito acima, o equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo possui, como uma configuração preferida, a posição relativa da sonda ultra-sônica 1B com respeito ao cano de aço P pode ser mantida aproximadamente constante pelo aparelho de acompanhamento 7 mesmo se o cano de aço P possuir um formato em seção transversal que não é uma volta completa ou uma curvatura axial tiver ocorrido. Portanto, variações no ângulo de incidência de uma onda ultra-sônica dentro do cano de aço P a partir de cada um dos transdutores 11A até 11D da sonda ultrasônica 1B, são suprimidas e, como resultado, a capacidade de detecção de falhas pode ser mantida aproximadamente constante.

[00171] Aqui, da mesma forma que o equipamento de teste ultrasônico de acordo com o primeiro e com o segundo exemplos, no equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo, o dispositivo de controle de transmissão/recepção controla o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica de cada um dos transdutores 11A até 11D de modo que cada eco de superfície no cano de aço P de uma onda ultra-sônica transmitida por cada um dos transdutores 11A até 11D seja recebido aproximadamente ao mesmo tempo. Então, da mesma forma que o equipamento de teste ultra-sônico, de acordo com o primeiro e com o segundo exemplo, um eco recebido por cada um dos transdutores 11A até 11D é sintetizado e as falhas são detectadas baseado no eco sintetizado. Portanto, as falhas em quatro direções podem ser aproximadamente de forma simultânea detectadas. Isto permite uma quadrupliPetição 870170094796, de 06/12/2017, pág. 82/94

80/83 cação da velocidade do teste ultra-sônico, comparado com o teste ultra-sônico convencional com divisão de tempo (primeiro: teste ultrasônico utilizando o transdutor 11 A, segundo: teste ultra-sônico utilizando o transdutor 11B, terceiro: teste ultra-sônico utilizando o transdutor 11C, quarto: teste ultra-sônico utilizando o transdutor 11 D, quinto: teste ultra-sônico utilizando o transdutor 11 A, daqui para frente repetido). [00172] A Figura 14 ilustra formas de onda de teste ultra-sônico (formas de onda de ecos recebidos pelo transdutor A) obtidas quando uma onda ultra-sônica é transmitida e recebida pelo transdutor A somente no equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo. A Figura 15 ilustra formas de onda de teste ultrasônico (formas de onda obtidas pela sintetização de ecos recebidos pelos transdutores 11A até 11 D) obtidas quando, por controlar o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de cada um dos transdutores 11A até 11D de modo que cada eco de superfície seja recebido aproximadamente ao mesmo tempo, uma onda ultra-sônica é transmitida e recebida por cada um dos transdutores 11A até 11D no equipamento de teste ultra-sônico 100D de acordo com o presente exemplo.

[00173] Uma ocorrência de um sinal de forma E é característico das formas de onda de teste ultra-sônico apresentadas na Figura 14, comparadas com as formas de onda de teste ultra-sônico obtidas quando o teste ultra-sônico geral é realizado. Nas formas de onda de teste ultrasônico apresentadas na Figura 15, uma ocorrência de um sinal de reflexão de superfície S, em adição ao sinal de forma E, é característica. As ocorrências destes sinais de forma E e do sinal de reflexão de superfície S são devido a dois transdutores dispostos de modo a ficarem voltados um para o outro. Ou seja, porque os transdutores 11A e 11B são dispostos simétricos com respeito a uma linha reta L e os transdutores 11C e 11D são dispostos simétricos com respeito à linha reta L.

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81/83 [00174] Mais concretamente, como apresentado na Figura 16, o sinal de forma E corresponde, por exemplo, a um eco recebido pelo transdutor 11B de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor 11B após ser refletida em uma superfície externa do cano de aço P, então refletida no transdutor 11A disposto de modo a ficar voltado para o transdutor 11B, e novamente refletida na superfície externa do cano de aço P. O sinal de reflexão de superfície S corresponde, por exemplo, a um eco recebido pelo transdutor 11A disposto de modo a ficar voltado para o transdutor 11B de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor 11B após ser refletida na superfície externa do cano de aço P.

[00175] Como descrito acima, sinais característicos (sinais que ocorrem independentes de se existe uma falha ou não) tal como o sinal de forma E e o sinal de reflexão de superfície S, ocorrem nas formas de onda de teste ultra-sônico, obtidas pelo equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo. Entretanto, pelo ajuste da distância h a partir do centro O do esferóide da sonda ultrasônica 1B (vide a Figura 5) enquanto mantendo uma condição de dispor a sonda ultra-sônica 1B de modo que o centro O do esferóide corretamente fique voltado para o centro axial do cano de aço P e esteja localizado na vizinhança da superfície externa do cano de aço P, os sinais de falha das superfícies interna e externa podem ser levados a ocorrer entre o sinal de reflexão de superfície S e o sinal de forma E, e assim, as falhas podem ser detectadas como no teste ultra-sônico convencional utilizando o método de feixe de ângulo.

[00176] Aqui, uma razão porque o fuso horário de transmissão ou o fuso horário de recepção de uma onda ultra-sônica transmitida por cada um dos transdutores 11A até 11D é controlada de modo que cada eco de superfície no cano de aço P seja recebido aproximadamente ao mesmo tempo é descrita abaixo.

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82/83 [00177] Ou seja, (1) um sinal de reflexão de superfície produzido através da recepção pelo transdutor 11B de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor 11A, (2) um sinal de reflexão de superfície produzido através da recepção pelo transdutor 11A de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor 11B, (3) um sinal de reflexão de superfície produzido através da recepção pelo transdutor 11D de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor 11C, e (4) um sinal de reflexão de superfície produzido através da recepção pelo transdutor 11C de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor 11D são levados a ocorrer aproximadamente ao mesmo tempo.

[00178] Além disso, (5) um sinal de forma produzido através da reflexão no transdutor 11B e da recepção pelo transdutor 11A de uma onda ultrasônica transmitida pelo transdutor 11 A, (6) um sinal de forma produzido através da reflexão no transdutor 11A e da recepção pelo transdutor 11B de uma onda ultrasônica transmitida pelo transdutor 11B, (7) um sinal de forma produzido através da reflexão no transdutor 11D e a da recepção pelo transdutor 11C de uma onda ultra-sônica transmitida pelo transdutor 11C, e (8) um sinal de forma produzido através da reflexão no transdutor 11C e da recepção pelo transdutor 11C de uma onda ultrasônica transmitida pelo transdutor 11D são levados a ocorrer aproximadamente ao mesmo tempo.

[00179] A duração (largura das formas de onda) do sinal de forma E (sinal após a sintetização de cada sinal de forma do dito acima (5) até

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83/83 (8)) e do sinal de reflexão de superfície S (sinal após a sintetização de cada sinal de reflexão de superfície do dito acima (1) até (4)) apresentada na Figura 15 pode ser reduzida através do controle como descrito acima, e assim, uma zona morta resultando da ocorrência destes sinais característicos pode agora ser feita mais estreita.

[00180] Desde que o equipamento de teste ultra-sônico 100B de acordo com o presente exemplo descrito acima possui a sonda ultrasônica 1B com uma estrutura muito compacta, enquanto realizando aproximadamente ao mesmo tempo o teste ultra-sônico dos métodos de feixe de ângulo e de feixe normal em quatro direções, o aparelho de acompanhamento 7 possuindo um par de indicadores de deslocamento que não são de contato 71A e 71B, os cilindros hidráulicos 71A e 72B, e os controladores hidráulicos 73A e 73B poderiam ser integrados. Portanto, torna-se possível simplificar o equipamento e reduzir os custos ao mesmo tempo em que aperfeiçoando a eficiência do teste ultra-sônico. Além disso, devido ao aparelho de acompanhamento 7 ter sido selecionado como sendo do tipo de não contato, se tornou possível detectar falhas por todo o cano de aço P incluindo as extremidades do cano com alta precisão, ao mesmo tempo em que aperfeiçoando o acompanhamento nas extremidades do cano, do cano de aço P.

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Claims (10)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Equipamento de teste ultra-sônico para detectar uma falha por ondas ultra-sônicas em um objeto de teste tubular, compreendendo:

   uma sonda ultra-sônica (1B) incluindo vários transdutores (11) dispostos ao longo de uma superfície curva anular;

   um dispositivo de controle de transmissão/recepção (2A) para controlar a transmissão/recepção de ondas ultra-sônicas pela dita sonda ultra-sônica (1B), caracterizado pelo fato de que a dita superfície curva anular é obtida pelo corte de um esferóide predeterminado (M) com dois planos paralelos (S1, S2) voltados um para o outro, os quais não passam através de um centro (O) do esferóide (M) e não imprensam o centro (O) do esferóide (M), os ditos dois planos paralelos (S1, S2) sendo ortogonais ao eixo geométrico de rotação do esferóide (M);

   uma forma da dita superfície curvada anular é determinada, de modo que quando os transdutores apropriadamente selecionados a partir dos vários transdutores (11) são levados para transmitir e receber ondas ultra-sônicas, os respectivos ângulos de refração interna 0k das ondas ultra-sônicas (U) são aproximadamente equivalentes, independentemente de as direções de propagação das ondas ultra-sônicas (U);

   a sonda ultra-sônica (1B) é disposta a ficar voltada para o dito objeto de teste tubular (P), de modo que uma direção do eixo mais longo da sonda ultra-sônica (1B) fique ao longo de uma direção axial do dito objeto de teste tubular (P), uma direção de eixo mais curto da sonda ultra-sônica (1B) fique ao longo de uma direção circunferencial do dito objeto de teste tubular (P), e que o centro (O) do dito esferóide (M) fique voltado corretamente para um centro axial do dito objeto de teste tubular (P).

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   2. Equipamento de teste ultra-sônico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreendendo pelo menos uma sonda de feixe reto (12) disposta ao longo de uma linha reta (L) que passa através do centro (O) do dito esferóide (M) e é ortogonal aos ditos dois planos paralelos (S1, S2).
3. 3. Equipamento de teste ultra-sônico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a dita sonda ultrasônica (1B) é disposta de modo que o centro (O) do dito esferóide (M) fique localizado em uma vizinhança de uma superfície externa do dito objeto de teste tubular (P).
4. 4. Equipamento de teste ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo de controle de transmissão/recepção (2A) controla o fuso de tempo de transmissão ou o fuso de tempo de recepção das ondas ultra-sônicas de um transdutor (11) e de outro transdutor (11) entre pelo menos dois transdutores (11) que transmitem as ondas ultra-sônicas para o dito objeto de teste tubular (P) e recebem as mesmas a partir do dito objeto de teste tubular (P), de modo que um eco de superfície no dito objeto de teste tubular (P) da onda ultrasônica transmitida a partir do dito um transdutor (11) e outro eco de superfície no dito objeto de teste tubular (P) da onda ultra-sônica transmitida a partir do dito outro transdutor (11), são recebidos aproximadamente ao mesmo tempo.
5. 5. Equipamento de teste ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que um dispositivo de ajuste para ajustar um ângulo de incidência da onda ultra-sônica transmitida a partir de cada um dos ditos vários transdutores (11) para o dito objeto de teste tubular (P), é proporcionado.
6. 6. Equipamento de teste ultra-sônico de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que

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   3/4 cada um dos ditos vários transdutores (11) possui vários elementos piezoelétricos (111) divididos em um formato retangular ao longo de uma direção radial de cada transdutor (11), e o dito dispositivo de ajuste ajusta o ângulo de incidência da onda ultra-sônica transmitida para o dito objeto de teste tubular (P) por eletricamente controlar o fuso de tempo de transmissão/recepção da onda ultra-sônica pelos ditos vários elementos piezoelétricos (111).
7. 7. Equipamento de teste ultra-sônico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que compreende um aparelho de acompanhamento (7) para manter uma posição relativa da dita sonda ultra-sônica (1B) com respeito ao dito objeto de teste tubular (P) aproximadamente constante em um plano ortogonal à direção axial do dito objeto de teste tubular (P).
8. 8. Equipamento de teste ultra-sônico de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dito aparelho de acompanhamento (7) inclui um ou mais indicadores de deslocamento que não são de contato (71 A, 71B), para medir uma distância até a superfície externa do dito objeto de teste tubular (P), um mecanismo de posicionamento (72A, 72B) para mover a dita sonda ultra-sônica (1B) ao longo de duas direções ortogonais à direção axial do dito objeto de teste tubular (P) e um dispositivo de controle de posicionamento (73A, 73B) para controlar o mecanismo de posicionamento (72A, 72B); e o dito dispositivo de controle de posicionamento (73A, 73B) controla o dito mecanismo de posicionamento (72A, 72B) baseado na distância medida pelos ditos indicadores de deslocamento que não são de contato (71 A, 71B), de modo que a posição relativa da dita sonda ultra-sônica (1B) com respeito ao dito objeto de teste tubular (P) fique aproximadamente constante.
9. 9. Método de teste ultra-sônico, caracterizado pelo fato de

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   4/4 queutiliza o equipamento de teste ultra-sônico como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, onde uma falha em todo ou em parte do dito objeto de teste tubular (P) é detectada por girar relativamente à dita sonda ultra-sônica (1B) ao longo da direção circunferencial do dito objeto de teste tubular (P) e por relativamente mover a mesma ao longo da direção axial do dito objeto de teste tubular (P).
10. 10. Método de fabricação de um cano ou tubo sem costura, caracterizado pelo fato de que inclui:

    um primeiro processo para fabricar o cano ou tubo sem costura por perfuração de um lingote; e um segundo processo para detectar uma falha no cano ou tubo sem costura fabricado no dito primeiro processo por utilizar o método de teste ultra-sônico como definido na reivindicação 9.

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