CN101460838B - 超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置 - Google Patents

超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置 Download PDF

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Abstract

一种超声波探头，从高t/D金属管的中心位置看，使超声波从振子斜着射入金属管，通过产生在金属管的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对金属管进行探伤。振子的前端部至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分。将超声波探头与金属管按如下状态配置进行斜角探伤，曲率半径较小的端部侧位于折射波的非传播方向侧，而曲率半径较大的端部侧位于折射波的传播方向侧，并发送可生成未到达金属管内壁的折射纵波和在金属管内壁聚焦的折射横波的入射波。通过斜角探伤，可高精度而且切实地探查壁厚(t)与外径(D)之比(t/D)是15％以上的高t/D金属管内部存在的微小缺陷，而且不会造成检查效率降低和成本上升。

Description

超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置
技术领域
本发明涉及超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置。具体地说，本发明涉及对于金属制的管状被检体管、特别是壁厚t与外径D之比(t/D)例如是15％以上的金属管，能够通过斜角探伤，高精度而且切实地探查其外表面、内表面或内部存在的微小缺陷的超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置。
背景技术
作为不破坏金属制的管状被检体(例如作为油井管、线路管进而机械部件(被镗过的车轴、汽车部件等使用的机械管，进而能够在高温环境下使用的不锈钢管等)使用的金属管)地检出存在的缺陷的无损检测方法，向金属管发射超声波，检出来自内部存在的缺陷的反射回波的超声波探伤方法，已经广为人知。为了探查金属管的内表面、外表面、内部进而焊接部位中的缺陷，使用向探伤面倾斜地发射超声波的斜角探伤法。众所周知，在该斜角探伤法中，通常使用具备向探伤面倾斜地发射超声波地配置的振子、吸音材料及收容探伤面中的接触介质(丙烯等树脂制的斜楔等)的外壳的斜角探头。此外，作为接触介质使用水时，代替在外壳中收容斜楔等接触介质，将金属管及斜角探头浸入水中进行探伤。
图11是表示斜角探伤法中的入射波1及折射波2、3的关系的说明图。图11及后文讲述的图12、13中的虚线，表示探伤面0的法线。
如图11所示，采用斜角探伤法，倾斜地向金属管(介质II)的探伤面0射入超声波的入射波1后，即使射入的超声波的入射波1是纵波，作为折射波的超声波的折射纵波2及折射纵波3也都从未图示的振子在金属管的内部传播。如果使介质I(一般是以水为代表的液态接触介质或被斜角探头内置的斜楔)中的超声波的入射波1的音速为Vi、介质II(管状被检体——金属管)中的超声波的折射横波3的音速为Vs、介质II中的超声波的折射横波2的音速为VL、入射波1的射入角为θi、折射横波3的折射角为θs、折射横波2的折射角为θL，那么入射波1及折射波2、3之间的斯内尔定律即sinθi/Vi＝sinθs/Vs＝sinθL/VL的关系成立。
图12是表示折射波2、3在金属管5的内部5c中传播的状况的说明图。
如该图所示，将超声波以射入角θi从超声波探头的振子4射入金属管5后，射入的超声波2、3就一边在金属管5的内表面5a及外表面5b反复反射，一边在金属管5的内部5c中传播。如果金属管5的内表面5a、外表面5b及内部5c存在缺陷，被该缺陷反射的超声波的反射回波就返回振子4，作为缺陷回波接收。这样地对金属管5进行超声波探伤。
正如参照图11讲述的那样，因为折射纵波2和折射纵波3都在金属管5的内部5c即介质II中传播，所以难以识别被振子4接收的缺陷回波究竟是由折射纵波2造成的，还是由折射纵波3造成的。因此，不能够特定存在缺陷的位置，或者接收的信号波形复杂，缺陷回波的SN比下降。
于是，为了利用斜角探伤法对金属管5进行超声波探伤，一般将折射纵波2的临界角设定成为大于射入角θi，以免折射纵波2混入在金属管5的内部5c中传播的折射波。例如介质I是以水时，在常温下的介质I中的折射横波2的音速Vi大约为1500m/sec，如果使介质II——金属管中的折射横波2的音速VL为5900m/sec、折射横波3的音速Vs为3200m/sec，那么根据公式(1)，成为折射纵波2的临界角(θL＝90°)的射入角θi就大约为15°，折射纵波3的折射角θs就大约为33°。因此，从原理上说，如果将入射波1的射入角θi设定成15°以上，在介质II中就不存在折射纵波3L。
近几年来，对于油井管、线路管及作为机械部件等大量使用的钢管，不仅对于轻量化，而且对于高强度化的要求越来越高。与此同时，对于壁厚t与外径D之比(t/D)例如是15％以上的金属管(在本说明书中称作“高t/D金属管”)的需要也与日俱增。可是，如采用斜角探伤法对高t/D金属管6进行探伤的状况的说明图——图13所示，采用现有技术的超声波探伤法对高t/D金属管6进行斜角探伤时，即使将超声波以纵波超声波的临界角以上的射入角θi从高t/D金属管6的外表面6b射入，传输到金属管6的内部6c的折射纵波3也往往不能够到达金属管6的内表面6a地在去往外表面6b的传输线路上行走。这时，无法检出金属管6的内表面6a附近存在的缺陷。
因此，例如在专利文献1中公开了使用同时具备金属管的内部中的折射横波的折射角θs很大(例如超过35度)的第1振子和折射角θs例如小于35度的第2振子的超声波探头，对普通的比(t/D)的金属管5进行探伤时只使用第1振子，对高t/D金属管6进行探伤时则同时使用第1振子和第2振子的技术。
采用专利文献1中公开的超声波探头后，在对高t/D金属管6进行探伤之际，第2振子产生的折射横波可以切实到达高t/D金属管6的内表面。可是，使用第2振子后，因为不仅产生折射横波，而且还产生折射纵波，所以不能够特定存在缺陷的位置，或者接收的信号波形复杂，缺陷回波的SN比下降。
进而，例如在非专利文献1中公开了下述发明。在振子之前配置前端面具有球面或圆柱面的形状的声透镜，或者将振子的前端面加工成球面或圆柱面的形状，在检出金属管的管轴方向短而且深度小的缺陷时，使用前端面为球面形状的声透镜或者将前端面加工成球面形状的振子，而在检出尽管深度小但是在管轴方向上连续的缺陷时，使用圆柱面的弯曲方向沿着金属管的圆周方向的前端面为圆柱面形状的声透镜或者将前端面加工成圆柱面形状的振子，从而使射入金属管的超声波在金属管的内部聚焦，这样就提高了缺陷回波的强度，用良好的SN比检出，高精度地检出金属管的内部存在的微小缺陷。
图14是表示采用非专利文献1公开的发明，使折射横波3在金属管5、6的内表面聚焦时，在金属管5、6的内部传播的折射横波2及折射横波3的传播动作的说明图。图14(a)表示使用比(t/D)大约为15％以上的高t/D金属管6时的折射横波3，图14(b)表示使用该高t/D金属管6时的折射纵波2，图14(c)表示使用比(t/D)大约小于15％(10％左右)的金属管5时的折射横波3，图14(d)表示使用该金属管5时的情况。
如图14(c)及图14(d)所示，对于比(t/D)大约小于15％的普通的金属管5，能够简单地设定使折射横波3在金属管5的内表面5a聚焦的同时不产生折射纵波2的条件后，进行超声波探伤。与此不同，如图14(a)及图14(b)所示，对于比(t/D)大约为15％以上的高t/D金属管6，使折射横波3到达金属管6的内表面6a后就产生折射纵波2。产生的折射纵波2的一部分，和折射横波3一样，到达金属管6的内表面6a，到达的折射纵波2以接近垂直于金属管6的内表面6a的角度传播，所以在金属管6的内表面6a及外表面6b之间多重反射。
图15是表示这样地对高t/D金属管6进行探伤时观察到的反射回波的一个例子的曲线图。如在图15中用曲线图例示的那样，折射横波3形成的内面缺陷回波，被折射纵波2的多重反射回波之间埋住地观察到。该折射纵波2的多重反射回波成为妨碍检出缺陷的噪声信号，不能够用良好的SN比检出微小的缺陷。另外，金属管6的壁较厚时，缺陷回波就完全埋没在许多杂乱排列的折射纵波2的多重反射回波中，即使是熟练的检察员也不能够识别缺陷回波。
因此，例如在专利文献2中公开了使用两种频率交替进行探伤(在使用某个频率进行探伤，检出缺陷回波及多重反射回波的同时，使用和它不同的频率进行探伤，只检出多重反射回波)，对用这些频率获得的探伤波形进行差分处理，除去噪声——多重反射回波后，求出高t/D金属管6的缺陷回波的发明。
专利文献1：JP特开平10—90239号公报
专利文献2：JP特开平6—337263号公报
非专利文献1：《超声波探伤法》日本学术振兴会、制钢第19委员会、日刊工业新闻社、224～227页
可是，专利文献2公开的发明也存在着以下(a)～c的课题。
(a)因为需要收集用两种频率交替地在大致相同的位置进行探伤的探伤波形，所以检查效率不可避免地大约减少一半。
(b)缺陷回波的强度和邻接的多重反射回波的强度相比，同等或者较小时，以及缺陷回波的出现位置和多重反射回波的出现位置非常接近时，即使进行多重反射回波的差分处理，大部分缺陷回波也被减去，不能够根据差分处理后的波形，检出缺陷回波。
(c)因为需要使用能够用多种频率进行探伤的特殊的超声波探伤装置，所以检查成本必然增大。
发明内容
本发明就是为了解决现有技术存在的(a)～c的课题而研制的，其目的在于提供对于例如作为油井管、线路管及机械部件(被镗过的车轴、汽车部件等使用的机械管，进而能够在高温环境下使用的不锈钢管等)使用的金属制的管状被检体、特别是壁厚t与外径D之比(t/D)例如是15％以上的金属管，能够通过斜角探伤，高精度而且切实地探查其外表面、内表面或内部等存在的微小缺陷的超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置。
为了解决上述课题，本发明人经过专心的研究，结果获得了以下所列的(A)及(B)的见识，完成了本发明。
(A)正如参照图14(a)及图14(b)所讲述的那样，从前端面具有球面或圆柱面的形状即前端部的纵断面形状是圆弧形状的振子7反射入射波1，一边使射入高t/D金属管6的内表面6a中的折射横波聚焦，一边进行探伤后，同时产生的折射纵波2到达金属管6的内表面6a。该到达金属管6的内表面6a的折射纵波2，由从金属管6的中心看位于超声波的传播方向侧(图14的纸面左侧)的部分7a发送，以较小的射入角射入金属管6的外表面6b的入射波1生成。
(B)图1(a)是表示将本发明人想到的改良型的振子8的前端部8c的纵断面形状与上述振子7的前端部7c的纵断面形状加以对比后的说明图。另外，图1(b)是表示使用该振子8对高t/D金属管6(外径40mm、壁厚10mm)进行斜角探伤的状况和使用振子7对高t/D金属管6进行斜角探伤的状况加以对比后的说明图。此外，在图1(a)中，横轴为0mm的位置，表示探伤对象——高t/D金属管6的中心位置。
满足下述两个条件
(i)如图1(a)所示，使构成斜角探头的振子8的前端部8c成为至少具有曲率半径从一端8b侧到另一端8a侧连续增加的非对称曲线形状的部分的形状及
(ii)在对于高t/D金属管6而言的特定的位置配置该振子8，进行斜角探伤，以便从金属管6的中心位置看，振子8的前端部8c中的一端8b侧位于金属管6中的折射波的非传播方向侧(图1(a)的纸面右侧)的同时，振子8的前端部8c中的另一端8a侧位于折射波的传播方向侧(图1(a)的纸面左侧)后，如图1(b)中用实线箭头所示的那样，能够极大地确保另一端8a发送的入射波1的射入角及折射纵波2的折射角。因此，折射纵波2未到达金属管6的内表面6a地直接到达金属管6的外表面6b。这样，能够消除折射纵波2引起的多重反射回波。
如上所述，使振子8的前端部8c成为至少具有曲率半径从一端8b侧到另一端8a侧连续增加的非对称曲线形状的部分的形状，曲率半径的大小、增加的程度及设置该非对称曲线形状的部分的比例等，可以根据金属管6的种类等单独地适当决定，以便使折射横波3到达金属管6的内表面6a的同时，还在内表面6a附近的特定位置聚焦。
本发明的超声波探头，其特征在于：是将超声波从内置振子的探头斜着射入金属制的管状被检体，产生在该管状被检体的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对该管状被检体进行探伤的超声波探头，振子的前端部至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分。
另外，本发明的超声波探头，其特征在于：具备内置振子的探头和在该振子的超声波发送方向的前方配置的声透镜，通过该声透镜作媒介，将超声波斜着射入金属制的管状被检体，产生在该管状被检体的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对该管状被检体进行探伤的超声波探头，声透镜的前端部至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分。
另外，本发明的超声波探头，其特征在于：是将超声波从内置振子的探头斜着射入金属制的管状被检体，产生在该管状被检体的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对该管状被检体进行探伤的超声波探头，振子由并列设置的多个振动发生元件构成的同时，在多个振动发生元件各自振荡产生的超声波的干涉下，具备至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分的波面的入射波振荡。
在本发明涉及的超声波探头中，例示具备延迟时间调整装置(该延迟时间调整装置旨在通过调整多个振动发生元件各自的超声波收发的延迟时间来振荡入射波)的情况。这时，最好具备在振子的超声波发送方向的前方配置的声透镜。
在这些本发明涉及的超声波探头中，例示管状被检体是壁厚与外径之比是超过15％的金属管的情况。
从别的的观点上说，本发明的超声波探伤方法，其特征在于：对于金属管而言，配置超声波探头，以便从金属制的管状被检体的中心位置看，使上述的构成本发明涉及的超声波探头的振子或声透镜的前端部中的曲率半径较小的端部侧位于管状被检体中的折射波的非传播方向侧，而且该曲率半径较大的端部侧位于所述折射波的传播方向侧的同时，还能够发送生成未到达所述管状被检体的内壁的折射纵波和在该管状被检体的内壁聚焦的折射横波的入射波，进行斜角探伤。
另外，本发明的超声波探伤方法，其特征在于：对于金属管而言，配置超声波探头，以便从金属制的管状被检体的中心位置看，使上述的构成本发明涉及的超声波探头的振子振荡的入射波的波面中的曲率半径较小的端部侧位于金属管中的折射波的非传播方向侧，而且该波面中的曲率半径较大的端部侧位于所述折射波的传播方向侧的同时，还能够发送生成未到达金属管的内壁的折射纵波和在该金属管的内壁聚焦的折射横波的入射波，进行斜角探伤。
另外，本发明的超声波探伤方法，其特征在于：使用上述的本发明涉及的超声波探伤方法，对于壁厚与外径之比超过15％的特定的值的金属制的管状被检体进行斜角探伤。
进而从别的的观点上说，本发明的超声波探伤装置，其特征在于：具备上述的本发明涉及的超声波探头。
采用本发明后，对于金属制的管状被检体、特别是壁厚t与外径D之比(t/D)是15％以上的金属管，也能够在将本发明涉及的超声波探头配置在适当的位置后，从而能够使在该管状被检体的内部传播的折射波中的折射横波聚焦，同时还不使折射纵波到达管状被检体的内表面。因此，能够在通过使折射横波聚焦的方法提高来自微小缺陷的反射回波强度的同时，还由于折射纵波在未到达管状被检体的内表面的传播路径上传播，能够消除折射纵波引起的多重反射回波。这样，特别是对于高t/D金属管也能够切实进行高精度的斜角探伤。
这样采用本发明后，对于管状被检体、特别是比(t/D)是15％以上的高t/D金属管也能够不使检查效率下降及检查成本上升地利用斜角探伤，高精度地切实地对其内部存在的微小缺陷进行探伤。
附图说明
图1(a)是表示将本发明人想到的改良型的振子的前端部的纵断面形状与现有技术的振子的前端部的纵断面形状加以对比后的说明图；图1(b)是表示将使用该振子对高t/D金属管进行斜角探伤的状况和使用现有技术的振子对高t/D金属管进行斜角探伤的状况加以对比后的说明图。
图2是表示本实施方式的超声波探伤装置的简要结构的方框图。
图3是简要地表示设计振子的前端部的形状的流程图。
图4A是为了表示将外径40mm及壁厚10mm的高t/D金属管作为检查对象时振子的前端部的形状的设计步骤的说明图。
图4B是为了表示将外径40mm及壁厚10mm的高t/D金属管作为检查对象时振子的前端部的形状的设计步骤的说明图。
图4C是为了表示将外径40mm及壁厚10mm的高t/D金属管作为检查对象时振子的前端部的形状的设计步骤的说明图。
图4D是为了表示将外径40mm及壁厚10mm的高t/D金属管作为检查对象时振子的前端部的形状的设计步骤的说明图。
图5是表示对于3种尺寸(外径40mm而且壁厚10mm、外径26mm而且壁厚6.5mm、外径60mm而且壁厚15mm)的高t/D金属管，根据图3所示步骤S1～8，设计振子的前端部的形状的结果的一个例子的说明图。
图6是表示缺陷射入角θ和向高t/D金属管的轴方向延伸地狭缝状存在的狭缝缺陷的反射率(％)的关系的曲线图。
图7是表示采用第1实施方式涉及的超声波探伤装置对由高t/D金属管构成的机械管的内壁存在的深度为0.1mm的微小缺陷进行探伤之际获得的主放大器的输出信号波形——探伤波形的一个例子的曲线图。
图8是表示第2实施方式的超声波探伤装置的简要结构的说明图。
图9是表示第3实施方式涉及的超声波探伤装置的简要结构的方框图。
图10是为了讲述发送延迟时间及接收延迟时间的设定方法的说明图。
图11是表示斜角探伤法中的入射波及折射波的关系的说明图。
图12是表示折射波在金属管5的内部中传播的状况的说明图。
图14是表示采用非专利文献1公开的发明，使折射横波在金属管的内表面聚焦时，在金属管的内部传播的折射横波及折射横波的传播动作的说明图；图14(a)表示使用比(t/D)大约为15％以上的高t/D金属管时的折射横波；图14(b)表示使用该高t/D金属管时的折射纵波；图14(c)表示使用比(t/D)大约小于15％(10％左右)的金属管时的折射横波；图14(d)表示使用该金属管时的情况。
图15是表示对高t/D金属管进行探伤时观察到的反射回波的一个例子的曲线图。
符号说明
0探伤面
1入射波
2折射纵波(refracted longitudinal wave)
3折射横波(refracted transverse wave)
4振子
5金属管
5a内表面
5b外表面
5c内部
6高t/D金属管
6a内表面
6b外表面
6c内部
7振子
9金属管
10超声波探伤装置
11超声波探头
12超声波探伤器
13报警器
14标记装置
15振子
15a另一端
15b一端
15c前端部
16高t/D金属管
16a内表面
16b外表面
16c内部
17聚焦点
18初始点
19脉冲发生器
20前置放大器
21滤波器
22主放大器
23缺陷判定部(flaw determining part)
30超声波探伤装置
31振子
32超声波探头
33探头支架
34下水平臂
35上下动臂
36水平动臂
37上水平臂
38管跟踪机构
39气缸
40超声波探伤装置
41振子
41a压电元件
42超声波探头
43发送电路
44接收电路
45报警器
46标记装置
47金属管
47a外面
48脉冲发生器
49延迟电路(发送延迟电路)
50前置放大器
51延迟电路(接收延迟电路)
52加法器
53主放大器
54缺陷判定部
具体实施方式
(第1实施方式)
下面，参照附图，详细讲述旨在实施本发明涉及的超声波探头、超声波探伤方法及超声波探伤装置的最佳的方式。此外，在以下的讲述中，以金属制的管状被检体管是壁厚t与外径D之比(t/D)为15％以上的高t/D金属管16为例进行讲述。
图2是表示本实施方式涉及的超声波探伤装置10的简要结构的方框图。如图所示，本实施方式的超声波探伤装置10具备超声波探头11、超声波探伤器12、报警器13及标记装置14。下面，对它们依次讲述。
(超声波探头11)
超声波探头11，和用惯的那种超声波探头一样，具有收容吸音材料及向探伤面倾斜地发射超声波地配置的振子15等的外壳。因为外壳及吸音材料都可以是众所周知的用惯的东西，所以省略图2中的图示及对它们的说明。另外，在本实施方式中，作为接触介质使用水，所以使用能够将水装满到达高t/D金属管16的探伤面的外壳。
在本实施方式中，振子15输入来自构成后文讲述的超声波探伤器12的脉冲发生器19的每隔规定的周期的发送信号后激振。这样，通过接触介质——水W作媒介，将超声波的入射波U斜着射入高t/D金属管16的外面表面16b。入射波U作为由折射纵波UI及折射横波U2构成的折射波，在高t/D金属管16的内部16c中传播。而且，高t/D金属管16的外表面16b、内表面16a及内部16c存在的缺陷等引起的折射横波U2的反射回波(缺陷回波)被振子15接收。该接收信号发送给超声波探伤器12。这样地对高t/D金属管16进行斜角探伤。
该振子15的前端部15c的一部分，至少如参照图1(a)及图1(b)所讲述的那样，曲率半径从一端15b侧到另一端15a侧具有从曲率半径ρ1向曲率半径ρ23地连续增加的非对称曲线形状的部分地形成。由于前端部15c至少具有这种非对称曲线形状的部分地高精度地形成，所以该振子15不是由作为振子而用惯的硬质材料——以不容易加工的PZT(PbZrO3—PbTiO3)为代表的陶瓷类压电元件构成，而是由加工性能良好的PZT—环氧复合的压电元件构成。
该前端部15c的非对称曲线形状的部分，例如根据以下所示的步骤(以下简称“S”)1～S8决定。
现在讲述前端部15c的非对称曲线形状的部分的决定步骤。图3是简要地表示设计振子15的前端部15c的形状的流程图。另外，图4A～图4D是为了表示将外径40mm及壁厚10mm的高t/D金属管16作为检查对象时振子15的前端部15c的形状的设计步骤的说明图。
如图3所示，在步骤1中，条件设定(1)高t/D金属管16的形状(外径D及壁厚t)、(2)高t/D金属管16中的折射横波U2的音速Vs、(3)高t/D金属管16中的折射纵波U1的音速VL、(4)接触介质(在本实施方式中为水)中的入射波U的音速Vi及(5)振子15的沿着高t/D金属管16的前端部的圆周方向的长度。
此外，接触介质中的入射波的音速Vi及高t/D金属管16中的折射横波U2的音速Vs、折射纵波U1的音速VL，既可以使用分别与接触介质的种类及高t/D金属管16的材质等对应的已知的数值数据，也可以将预先采取的实验数据作为设定值使用。
另外，振子15的沿着高t/D金属管16的前端部的圆周方向的长度，设定成在能够获得足够的收发灵敏度的同时，实际可以制作的长度即可。一般来说，虽然与高t/D金属管16的形状及应该检出的缺陷的尺寸及材质等息息相关，但是振子15的沿着高t/D金属管16的前端部的圆周方向的长度为6～20mm左右。然后，移行到S2。
在S2中，如图4A所示，适当暂时设定(6)高t/D金属管16的内表面16a中的折射横波U2的聚焦点17。
在暂时设定该聚焦点17时，最好考虑缺陷的反射率。就是说，如说明缺陷射入角θ和向高t/D金属管16的轴方向延伸地狭缝状存在的狭缝缺陷的反射率(％)的关系的图6所示，狭缝缺陷的折射横波U2的反射率，与横波超声波的射入角θ息息相关。在现实可以设定的射入角的范围中考虑后，缺陷射入角θ为40～50°时反射率变大。因此，为了提高探伤精度和缺陷回波的强度，最好将射入角θ可以成为40～50°左右的聚焦点17作为初始值暂时设定。然后，移行到S3。
在S3中，根据上述(1)、(2)、(4)及(6)的条件，演算向暂时设定的聚焦点17传播的折射横波U2的传播路径。就是说，如图4A所示，从最初在高t/D金属管16的内表面16a上设定的聚焦点17到高t/D金属管16的外表面16b，辐射状地描绘折射横波U2的多个传播路径(实际上折射横波U2从外表面16b向聚焦点17传播)，接着根据在高t/D金属管16的外表面16b和接触介质W的交界面中成立的斯内尔定律和上述(2)及(4)的条件，计算出入射波的射入角，还计算出分别与折射横波U2的各传播路径连接的接触介质W中的纵波超声波U的各传播路径。然后，决定传播到聚焦点17的折射纵波U1及折射横波U2的各传播路径的初始点即与聚焦点17相反的端点18，以便使初始点18只与高t/D金属管16相距和设想的振子15和高t/D金属管16的偏置距离大致相等的距离，而且超声波经过各传播路径的传播时间(根据传播路径的长度和音速计算)互相相同。
这样，经过S1～S3后，根据要探伤的高t/D金属管16的形状(外径D、壁厚t等)、该金属管16中的折射横波U2的音速Vs、接触介质中的入射波的音速Vi、金属管16中的折射横波U2的聚焦点17，利用斯内尔定律，演算传播到聚焦点17的折射横波U2的传播路径。然后，移行到S4。
在S4中，根据在S3中演算的传播路径和上述(5)的条件(振子15沿着高t/D金属管16的圆周方向的长度)，计算振子15的前端部15c的形状。就是说，根据依次连接各传播路径的各初始点18的曲线或者初始点18，计算出利用最小平方近似法等近似的曲线的长度。将它与上述(5)的条件加以比较，从一端去掉不需要的传播路径，以便使两者成为大致相等的长度，将根据剩下的各传播路径的各初始点18求出的曲线D，作为振子15的前端部15c的纵断面形状。此外，图4A所示的例子，示出去掉了不需要的传播路径，从而成为对于高t/D金属管16的中心轴而言左右大致相等的长度的前端部形状。
这样，在S4中，根据在S3中演算的传播路径和预先设定的振子15沿着高t/D金属管16的圆周方向的长度，演算、决定振子15的前端部15c的形状，以便如上所述，使曲率半径成为从一端15b侧到另一端15a侧具有从曲率半径ρ1向曲率半径ρ23地连续增加的非对称曲线形状。然后，移行到S5。
在S5中，根据在S4中决定的振子15的前端部15c的形状和上述(3)的条件，演算向高t/D金属管16的内部传播的折射纵波U1的传播路径。就是说，如图4A所示，关于从构成决定的振子15的前端部15c的形状的各初始点18经过接触介质W中的各传播路径后的入射波，根据在高t/D金属管16的外表面16b和接触介质W的交界面中成立的斯内尔定律和上述(3)的条件，计算出在高t/D金属管16的内部16c中传播的纵波超声波U1的折射角，演算与入射波U的各传播路径分别联系的折射纵波U1的传播路径。
这样，在S5中，根据在S2中演算的振子15的前端部15c的形状和预先决定的金属管16中的折射纵波U1的音速VL，利用斯内尔定律，演算传播到金属管16的内部的折射纵波U1的传播路径。然后，移行到S6。
在S6中，判定在S5中计算出的折射纵波U1的各传播路径中是否存在到达高t/D金属管16的内表面16a的传播路径。图4A所示的例子，是存在到达内表面16a的传播路径的情况。
存在到达内表面16a的传播路径时，移行到S7，将暂时决定的折射横波U2的聚焦点17变更成例如沿着内表面16a离开规定间距的位置，反复进行上述S1～6的演算。
图4B～图4D是表示该反复演算的情况的说明图。如图4B～图4D所示，使聚焦点17的设定位置沿着高t/D金属管16的内表面16a，从高t/D金属管16的中心轴阶段性地离开地变更。这样，在图4D所示的状态中，折射纵波U1的所有的传播路径都未到达高t/D金属管16的内表面16a。
另一方面，不存在到达内面P2的传播路径时，移行到S8，将刚才演算后暂时决定的振子15的前端部15c的形状，作为振子15的前端部15c的形状最终正式决定。在图A所示的例子中，将成为图4D所示的状态的振子15的前端部15c的形状，作为前端部15c的形状最终正式决定。
这样，在S6～8中，在S5中演算的折射纵波U1的传播路径中存在到达高t/D金属管16的内表面16a的传播路径时，变更折射横波U2的聚焦点17，直到不存在到达高t/D金属管16的内表面16a的传播路径为止，在反复S1～S3的演算的同时，在不存在到达高t/D金属管16的内表面16a的传播路径时，将这时的S2演算的形状，作为前端部15c的形状决定。
经过以上讲述的步骤S1～8后，将振子15的前端部15c的形状，作为曲率半径从一端15b侧到另一端15a侧具有从曲率半径ρ1向曲率半径ρ23地连续增加的非对称曲线形状地决定。
此外，在以上的讲述中，振子15的前端部15c的整个区域都成为该非对称曲线形状。但并不局限于此，例如可以在前端部15c的一部分区域成为该非对称曲线形状的同时，前端部15c的其余的区域成为该非对称曲线形状以外的形状(例如直线形状及圆弧形状等)。例如在振子15的前端部15c的圆周方向的内部存在非对称曲线形状的部分，在该非对称曲线形状的部分的一个或两个的端部存在非对称曲线形状以外的部分时，也被本发明包含。
为了进行高t/D金属管16的斜角探伤，随着高t/D金属管16的比(t/D)的增大，在振子15的前端部15c形成的非对称曲线形状的部分在前端部15c的圆周方向的整个区域中所占的比例也增加。可是在比(t/D)为15％左右时，该比例是70％。因此，对于检查对象是15％以上的比(t/D)的高t/D金属管16而言，振子15的前端部15c形成的非对称曲线形状的部分在前端部15c的圆周方向的整个区域中所占的比例，最好是70％以上，80％以上则更好。
另外，曲率半径ρ1和曲率半径ρ23的关系，只要是ρ1<ρ23即可。该曲率半径可以根据测量对象——管子的外径及壁厚的关系适当规定。这样，能够不产生折射纵波的多重反射地进行特定的比(t/D)的高(t/D)管的斜角探伤。
此外，以上讲述的步骤S1～8，设计者可以每次作图后执行。但是毫无疑问，也可以程序化自动地执行。从设计效率的这一点上说，最好采用后者。
另外，在图4A～图4D中，为了便于讲述，采用了二维解析超声波的传播路径后，和现有技术的圆柱面形状同样，高t/D金属管16的轴方向的振子15的各断面的端部成为一样的曲线的那种前端部15c的形状的设计步骤的例子。可是，还可以三维解析超声波的传播路径后，使高t/D金属管16的轴方向的振子15的各断面的端部成为一样的曲线地设计前端部15c的形状。
图5是表示对于3种尺寸(外径40mm而且壁厚10mm、外径26mm而且壁厚6.5mm、外径60mm而且壁厚15mm)的高t/D金属管16，根据上述步骤S1～8，设计了振子15的前端部15c的形状的结果的一个例子的说明图。在该图5中，为了明确按照高t/D金属管16的各种尺寸设计的振子15的前端部15c的形状的差异，将设计的前端部15c的形状，向水平方向及垂直方向平行移动后，使其位置一致。
如图5所示，这些前端部15c的形状，是曲率半径从一端15b侧到另一端15a侧具有从曲率半径ρ1向曲率半径ρ23地连续增加的非对称曲线形状。
如图5所示，本实施方式不局限于参照图4A～图4D讲述的外径40mm而且壁厚10mm的高t/D金属管16，对于普通的比(t/D)的金属管及各种尺寸的高t/D金属管，也同样能够适用。
以上讲述的超声波探头11，采用由从振子15直接发送入射波的结构。但是，也可以与此不同，在振子15的超声波发送方向的前方，配置例如丙烯树脂等制造的声透镜(未图示)，通过该声透镜作媒介，向高t/D金属管16斜着射入入射波U，在高t/D金属管16的内部传播的折射纵波U1及折射横波U2。这时，通常可以使振子15具有圆弧形状的前端部，同时可以使声透镜的前端部具有曲率半径从一端侧到另一端侧由曲率半径ρ1向曲率半径ρ23地连续增加的非对称曲线形状。这样，作为振子15可以使用以PZT为代表虽然加工性能低但是却具有良好的压电效果的陶瓷类压电元件，所以可以提高振子15的性能。
本实施方式的超声波探头11，由以下部件构成。
(超声波探伤器12)
如图2所示，本实施方式涉及的超声波探伤器12，具备脉冲发生器19、前置放大器20、滤波器21、主放大器22、缺陷判定部23。
脉冲发生器19及前置放大器20，都通过在超声波探头11的外壳后部设置的连接栓(都未图示)作媒介，利用同轴电缆C，与振子15连接。每隔规定的周期发送的发送信号，由脉冲发生器19输入振子15。这样，振子15被激振，入射波U通过作为接触介质的水W作媒介射入高t/D金属管16。然后，入射波U作为由折射纵波U1及折射纵波U2构成的折射波，在高t/D金属管16内部传播。其反射回波(缺陷回波等)被振子15接收。该接收信号通过同轴电缆C作媒介，发送给前置放大器20。用前置放大器20放大、用滤波器21实施在规定频带中的滤波后，再用主放大器22进一步放大。来自主放大器22的输出信号，在缺陷判定部23中和预先规定的阈值加以比较。再然后，如果是该阈值以上的输出信号，缺陷判定部23就判定有缺陷。判定有缺陷时，缺陷判定部23向报警器13及标记装置14输出动作指令。
本实施方式的超声波探伤器12，因为是采用以上结构的众所周知的用惯的部件，所以对于超声波探伤器12不再赘述。
(报警器13)
本实施方式的报警器13，根据来自超声波探伤器12的动作指令，输出报警音。
本实施方式的报警器13，因为是采用以上结构的众所周知的用惯的部件，所以对于报警器13不再赘述。
(标记装置14)
本实施方式的标记装置14，根据来自超声波探伤器12的动作指令，在高t/D金属管16的表面实施规定的标记。
本实施方式的标记装置14，因为是采用以上结构的众所周知的用惯的部件，所以对于标记装置14不再赘述。
下面，使用采用这种结构的本实施方式的超声波探伤装置，讲述进行高t/D金属管16的探伤的状况。
在本实施方式中，如图2所示，对于高t/D金属管16而言配置振子15后进行斜角探伤，以便从超声波探伤的对象——高t/D金属管16的中心位置看，构成本实施方式的超声波探伤装置的超声波探头11的振子15的前端部15c中的一端15b侧，位于高t/D金属管16中的折射波的非传播方向侧(图2的高t/D金属管16的右侧)的同时，振子15的前端部15c中的另一端15a侧位于折射波的传播方向侧(图1(a)的纸面左侧)。
就是说，对于高t/D金属管16而言只要使振子15的前端部15c中的一端15b侧位于高t/D金属管16中的折射波的非传播方向侧(图2的高t/D金属管16的右侧)的同时，振子15的前端部15c中的另一端15a侧位于折射波的传播方向侧(图2的高t/D金属管16的左侧)地配置超声波探头11就行。
也就是说，这样地对于高t/D金属管16而言地配置超声波探头11后，如图2所示，能够极大地确保曲率半径大的另一端15a侧发送的入射波U的射入角及折射纵波U1的折射角。
这样，采用本实施方式后，因为能够使在比(t/D)为15％以上的高t/D金属管16的内部传播的折射波2、3中的折射横波U2聚焦，同时还不使折射纵波U2到达金属管16的内表面16a，所以能够在通过使折射横波U2聚焦的方法提高来自微小缺陷的反射回波强度的同时，还由于折射纵波U1在未到达金属管16的内表面16a的传播路径上传播，能够消除折射纵波引起的多重反射回波。这样，特别是对于高t/D金属管16也能够切实进行高精度的斜角探伤。
因此，采用本实施方式后，能够不使检查效率下降及检查成本上升地利用斜角探伤，高精度地切实对比(t/D)例如为15％以上的高t/D金属管16的内部存在的微小缺陷进行探伤。
利用具有以上讲述的结构的超声波探伤装置，对高t/D金属管16进行探伤之际，使高t/D金属管16一边向圆周方向旋转，一边向轴方向输送，因此能够几乎遍及高t/D金属管16的所有面地进行探伤。但是，并不局限于此，还可以一边使高t/D金属管16向轴方向直线输送，一边使超声波探头10向高t/D金属管16的圆周方向旋转。
此外，本实施方式涉及的超声波探伤装置10，特别适合于例如对汽车部件等使用的机械管及在高温环境下使用的不锈钢管等比(t/D)是15％以上的钢管的内部进行探伤。
图7是表示采用本实施方式涉及的超声波探伤装置10对由高t/D金属管构成的机械管的内壁存在的深度为0.1mm的微小缺陷进行探伤之际获得的主放大器24的输出信号波形——探伤波形的一个例子的曲线图。
如在图7中用曲线图例示的那样，采用本实施方式涉及的超声波探伤装置10后，因为能够使折射波UI及U2中的折射横波U2在高t/D金属管16的内部聚焦，从而提高来自微小缺陷的反射回波强度，还由于同时产生的折射纵波U1在未到达金属管16的内表面16a的传播路径上传播，所以能够抑制折射纵波UI引起的多重反射回波，用良好的SN比只检出缺陷回波。
(第2实施方式)
图8是表示本实施方式的超声波探伤装置30的简要结构的说明图。
如图8所示，本实施方式涉及的超声波探伤装置30，具备分别具有振子31、31的2基的超声波探头32、超声波探伤器(未图示)、报警器(未图示)及标记装置(未图示)。此外，未图示的超声波探伤器、报警器及标记装置，是和上述第1实施方式同样的结构，所以不再赘述。
进而，该超声波探伤装置30具备：分别保持振子31、31的探头支架33、33；分别保持探头支架33、33的下水平臂34、34；在支持下水平臂34、34的同时，和上水平臂37在上下方向上连接的上下动臂35、35；在被上下动臂35、35的上部固定的同时，还能够在上水平臂37的上面向上水平臂37的延伸方向(图8中的左右方向)自由移动地配置的水平动臂36、36；在水平方向上自由移动地搭载水平动臂36、36及上下动臂35、35的同时，还被气缸39升降自由地支持的管跟踪机构38；气缸39。
探头支架33、33，通过下水平臂34、34、上下动臂35、35、水平动臂36、36、上水平臂37作媒介，与管跟踪机构38连接后上下动作。在管跟踪机构38上下动作之际，下水平臂34、34、上下动臂35、35、水平动臂36、36、上水平臂37也上下动作，从而使探头支架33、33也成为一体地上下动作。
构成超声波探头32的振子31、31，按照测量对象——金属管9的材质(超声波的折射纵波、折射纵波的音速)、外径D、壁厚t等，其前端部如图1所示，形成曲率半径从一端15b侧到另一端15a侧由曲率半径ρ1向曲率半径ρ23地连续增加的非对称曲线形状，被手动或自动地装入探头支架33、33。
振子31、31，驱动上下动臂35、35及水平动臂36、36，对于金属管9而言，将振子31、31的一端15b侧配置在位于金属管9中的折射波的非传播方向侧(在图8中，左侧的振子31对着金属管9的右侧部分，右侧的振子31对着左侧部分)的同时，将另一端15a侧配置在位于折射波的传播方向侧(在图8中，左侧的振子31对着金属管9的左侧部分，右侧的振子31对着右侧部分)。
振子31、31和金属管9的相对的位置关系偏移后，由于决定振子31、31的前端部31c、31c的非对称曲线形状之际设想的横波超声波的聚焦点(图2中的符号17)的位置偏移，所以缺陷检出能力降低。这样，为了高精度地设定振子31、31和金属管9的相对的位置关系，作为上下动臂35、35及水平动臂36、36，最好使用直线导向装置。
采用具有以上结构的超声波探伤装置30，对金属管9进行探伤之际，以将防止水侵入内部用的栓(未图示)塞住金属管9的前端部的状态，使金属管9一边向圆周方向旋转，一边向轴方向输送，使其通过探伤用水槽(未图示)。
这时，利用规定的材料检知传感器，在检知金属管9的前端部的时刻，启动气缸37，从而使管跟踪机构38、上下动臂35、35、水平动臂36、36、探头支架33、33成为一体的下降，管跟踪机构38以适当的压力压住金属管9的外面。
以适当的压力压住金属管9的管跟踪机构38，只能够上下左右规定的范围可动地构成，一边保持它的下面与金属管9的外面接触的状态，一边跟踪输送金属管9时的松动而上下左右地移动。这时，与管跟踪机构38连接的上下动臂35、35、水平动臂36、36、探头支架33、33也跟着上下左右地移动。这样，装入探头支架33、33的振子31、31和金属管9的相对的位置关系就被保持一定。
这样，采用本实施方式涉及的超声波探伤装置30后，也能够使折射横波聚焦，从而提高来自微小缺陷的反射回波强度，还由于同时产生的折射纵波在未到达金属管9的内面的传播路径上传播，所以能够抑制折射纵波引起的多重反射回波，用良好的SN比只检出缺陷回波。
此外，在图8所示的超声波探伤装置30中，以配置2个振子31、31，从而使金属管9中的折射波的传播方向成为顺时针及逆时针的两个方向的形态的例子进行了讲述。但是，为了进一步提高探伤效率，还可以例如沿着金属管9的轴方向，分别各配置多个折射波的传播方向成为顺时针及逆时针的振子31。
(第3实施方式)
在第3实施方式中，讲述与上述第1、第2实施方式不同，振子由并列设置的多个振动发生元件平板状地构成的情况。
图9是表示本实施方式涉及的超声波探伤装置40的简要结构的说明图。如该图所示，本实施方式涉及的超声波探伤装置40，具备具有振子41的超声波探头42、发送电路43、接收电路44、报警器45、标记装置46。此外，报警器45及标记装置46是和上述第1实施方式同样的结构，所以不再赘述。
构成本实施方式涉及的超声波探头42的振子41，与金属管47的外面47a相对地配置，朝着与金属管47的轴方向正交的方向例如以0.5mm的间隔直线状地并列配置多个(例如32个)微小的片状的压电元件41a后构成。就是说，该超声波探头42是所谓阵列探头。
发送电路43，具备和振子41拥有的压电元件41a的数量相同数量的脉冲发生器48及延迟电路(发送延迟电路)49。各脉冲发生器48，在与振子41的各压电元件41a连接的同时，还与各延迟电路49连接。各压电元件41a，被来自与各压电元件41a连接的各脉冲发生器48的每隔规定的周期发送的发送信号激振，通过作为接触介质的水W作媒介，将超声波的入射波U射入金属管47。
在这里，各脉冲发生器48发送发送信号时刻，可以按照被各延迟电路49设定的发送延迟时间，使每个脉冲发生器48都不同，正如后文所述，适当设定各脉冲发生器48的发送延迟时间后，可以实现和由第1、第2实施方式所示的前端部为非对称曲线形状的振子发送超声波的入射波U的样态同样的样态。
射入金属管47的入射波U，作为由折射纵波U1及折射横波U2构成的折射波，传播到金属管47的内部47c，其反射回波被振子41的各压电元件41a接收，该接收信号被发送给接收电路44。
接收电路44，具备和振子41拥有的压电元件41a的数量相同数量的前置放大器50及延迟电路(接收延迟电路)51。另外，接收电路44还具备加法器52、主放大器53、缺陷判定部54。各前置放大器50，在与振子41的各压电元件41a连接的同时，还与各延迟电路51连接。来自与各压电元件41a的接收信号，被与各压电元件41a连接的各前置放大器50放大后，被与各前置放大器50连接的各延迟电路51实施和各压电元件41a的发送延迟时间(与各压电元件41a连接的各脉冲发生器48的发送延迟时间)相同的接收延迟时间的延迟。各延迟电路51的输出信号被接收电路44具备的加法器52相加后，被主放大器53放大。来自主放大器53的输出信号，被输入和第1实施方式的缺陷判定部28相同结构的缺陷判定部54，判定有无缺陷。
下面，讲述上述发送延迟时间及接收延迟时间的设定方法。
图10是为了讲述发送延迟时间及接收延迟时间的设定方法的说明图。如该图所示，设定发送延迟时间及接收延迟时间之际，首先选择使用的压电元件41a，以便对用和最初在实施方式中讲述的、图3所示的步骤S1～8同样的步骤设计的非对称曲线形状D的水平方向(图10的左右方向)的长度与振子11的长度加以比较两者，使它们成为大致相同的长度。将选择的压电元件41a的组合，称作“选择元件组”。
接着，将某个压电元件41a和非对称圆弧形状的相对距离作为0，分别计算构成该选择元件组的各压电元件41a的中心座标和非对称曲线形状D的相对距离。在图10中，将右端的压电元件41a和非对称圆弧形状的相对距离作为0。然后，将用接触介质W中的入射波U的音速除各相对距离的值，作为与各压电元件41a对应的发送延迟时间及接收延迟时间设定。
采用以上讲述的方法，设定发送延迟时间及接收延迟时间后，就出现和使用断面端形状成为非对称曲线形状D的振子41收发超声波时同样的传播。就是说，如图9所示，在传播到金属管47的内部47c的由折射纵波U1及折射横波U2构成的折射波中，在折射横波U2被聚焦的同时，折射纵波U1未到达金属管47的内部47c。这样，由于能够使折射波U2聚焦，从而提高来自微小缺陷的反射回波强度，还能够消除同时产生的折射纵波UI引起的多重反射回波，所以能够用良好的SN比只检出缺陷回波。
本实施方式的超声波探伤装置40，超声波探头42利用多个压电元件41a构成振子41，作为阵列探头构成，是模拟具备对于各压电元件41a适当设定超声波收发的延迟时间后，和采用第1、第2实施方式讲述的前端部具有非对称曲线形状的振子的超声波探头的部件。
就是说，采用能够在被多个振动发生元件的每一个振荡的超声波的干涉下，振荡具备至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分的波面的入射波的结构。这样，可以提供使用各压电元件41a的排列象本实施方式这样直线条地排列后固定的振子41，只适当变更超声波收发的延迟时间，就获得和具有多种非对称曲线形状的前端部的振子同等作用效果的振子。
所以，不需要按照金属管47的材质、外径D、壁厚t等，准备多个非对称曲线形状的振子，能够抑制试运转成本的上升。另外，因为不需要按照金属管47的材质、外径D、壁厚t等更换非对称曲线形状的振子，所以能够缩短准备等所需的时间，还能够提高检查能率
此外，在本实施方式中，作为振子41，讲述了采用直线状排列各压电元件41a的阵列探头的情况。但是本发明并不局限于此。只要设定与各排列对应的超声波收发的延迟时间，还可以采用圆弧状及多边形排列的阵列探头。

Claims (9)

1.一种超声波探头，使超声波从内置于所述超声波探头的振子斜着射入金属制的管状被检体，通过产生在所述管状被检体的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对所述管状被检体进行探伤，
所述振子的前端部，至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分，
所述非对称曲线形状的部分，发送可生成未到达所述管状被检体的内壁的折射纵波和在所述管状被检体的内壁聚焦的折射横波的入射波。
2.一种超声波探头，具备内置的振子和配置在所述振子的超声波发送方向的前方的声透镜，通过所述声透镜，使超声波斜着射入金属制的管状被检体，通过产生在所述管状被检体的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对该管状被检体进行探伤，
所述声透镜的前端部，至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分，
所述非对称曲线形状的部分，发送可生成未到达所述管状被检体的内壁的折射纵波和在所述管状被检体的内壁聚焦的折射横波的入射波。
3.一种超声波探头，使超声波从内置于所述超声波探头的振子斜着射入金属制的管状被检体，通过产生在所述管状被检体的内部传播的折射纵波及折射横波，从而对所述管状被检体进行探伤，
所述振子，由并列设置的多个振动发生元件构成，产生入射波，该入射波具有如下波面，在所述多个振动发生元件各自振荡产生的超声波的干涉下，至少具有曲率半径从一端侧到另一端侧连续增加的非对称曲线形状的部分，
所述非对称曲线形状的部分，发送可生成未到达所述管状被检体的内壁的折射纵波和在所述管状被检体的内壁聚焦的折射横波的入射波，
所述超声波探头还具备延迟时间调整装置，该延迟时间调整装置旨在通过调整所述多个振动发生元件各自的超声波收发的延迟时间，来产生所述入射波。
4.如权利要求3所述的超声波探头，其特征在于：具备配置在所述振子的超声波发送方向的前方的声透镜。
5.如权利要求1～4任一项所述的超声波探头，其特征在于：所述管状被检体是壁厚与外径之比超过15％的金属管。
6.一种超声波探伤方法，将超声波探头与金属制的管状被检体按如下状态配置，进行斜角探伤，从所述管状被检体的中心位置看，使构成权利要求1或2所述的超声波探头振子或声透镜的前端部中的曲率半径较小的端部侧，位于所述管状被检体中的折射波的非传播方向侧，而且曲率半径较大的端部侧，位于所述折射波的传播方向侧，并发送可生成未到达所述管状被检体的内壁的折射纵波和在所述管状被检体的内壁聚焦的折射横波的入射波。
7.一种超声波探伤方法，将超声波探头与金属制的管状被检体按如下状态配置，进行斜角探伤，从所述管状被检体的中心位置看，使构成权利要求3或4所述的超声波探头的振子振荡的入射波的波面中的曲率半径较小的端部侧，位于所述管状被检体中的折射波的非传播方向侧，而且使曲率半径较大的端部侧，位于所述折射波的传播方向侧，并发送可生成未到达所述管状被检体的内壁的折射纵波和在所述管状被检体的内壁聚焦的折射横波的入射波。
8.一种超声波探伤方法，其特征在于：使用权利要求6或7所述的超声波探伤方法，对壁厚与外径之比超过15％的特定的值的金属制的管状被检体进行斜角探伤。
9.一种超声波探伤装置，其特征在于：具备权利要求1～5任一项所述的超声波探头。
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4544240B2 (ja) * 2005-11-21 2010-09-15 Ｊｆｅスチール株式会社 管体の超音波探傷装置および超音波探傷方法
JP4910770B2 (ja) * 2007-02-28 2012-04-04 Ｊｆｅスチール株式会社 管体の超音波探傷装置および超音波探傷方法
WO2009151350A1 (en) 2008-06-11 2009-12-17 Schlumberger Canada Limited Well flaw detection system (embodiments)
GB0903232D0 (en) * 2009-02-25 2009-04-08 Saipem Spa A method for testing pipeline welds
US20110000302A1 (en) * 2009-07-01 2011-01-06 Xavier Georges Jose Deleye Method for ultrasonic inspecting a substantially circumferential weld and an apparatus for carrying out such method
DE102009027598A1 (de) 2009-07-09 2011-01-13 Ge Sensing & Inspection Technologies Gmbh Verbesserte zerstörungsfreie Untersuchung von Hochdruckleitungen
US8166823B2 (en) * 2009-09-29 2012-05-01 National Oilwell Varco, L.P. Membrane-coupled ultrasonic probe system for detecting flaws in a tubular
US8196472B2 (en) * 2009-09-29 2012-06-12 National Oilwell Varco, L.P. Ultrasonic probe apparatus, system, and method for detecting flaws in a tubular
CN101710102B (zh) * 2009-12-16 2011-02-16 内蒙古北方重工业集团有限公司 变壁、厚壁管材超声波检测方法
CN101799452A (zh) * 2010-03-30 2010-08-11 天津钢管集团股份有限公司 厚壁钢管纵向内表面缺陷的超声波探伤方法
US9267636B2 (en) 2010-05-07 2016-02-23 1876255 Ontario Limited Protective liner with wear detection
US20110286641A1 (en) * 2010-05-19 2011-11-24 Schneider John K Sensor System Having A Platen With A Dome-Shaped Contact Surface
JP5731765B2 (ja) * 2010-07-12 2015-06-10 株式会社東芝 超音波探傷装置および超音波探傷方法
JP5420525B2 (ja) * 2010-11-30 2014-02-19 株式会社神戸製鋼所 小径管の超音波探傷装置及び方法
US8746070B2 (en) 2011-04-08 2014-06-10 Tejas Testing & Inspection, Inc. Phased array ultrasonic examination system and method
CN102323338B (zh) * 2011-08-19 2013-02-20 北京航空航天大学 一种基于声发射的紧固件损伤位置的检测方法
CN103048098B (zh) * 2011-10-17 2015-08-19 中国石油天然气集团公司 油管柱接头金属-金属密封面超声成像检查方法
FR2993361B1 (fr) * 2012-07-10 2014-08-01 Snecma Procede de caracterisation d'un objet comprenant au moins localement un plan de symetrie
EP2876437B1 (en) * 2012-07-17 2019-04-10 JFE Steel Corporation Ultrasonic wave measuring method and ultrasonic wave measuring device
CN103808800A (zh) * 2014-03-07 2014-05-21 北京理工大学 一种大口径厚壁管超声组合检测方法
JP6286795B2 (ja) * 2014-03-19 2018-03-07 株式会社ジェイ・パワーシステムズ 金属管の欠陥検査方法、金属管の製造方法、金属管の欠陥検査装置および金属管の欠陥検査プログラム
JP6437758B2 (ja) * 2014-08-12 2018-12-12 Ntn株式会社 等速自在継手の接合タイプ外側継手部材の検査装置
RU2607766C2 (ru) * 2015-06-25 2017-01-10 Публичное акционерное общество "Транснефть" (ПАО "Транснефть") Способ оценки геометрических размеров дефектов стенки трубной секции и сварных швов по данным ультразвукового внутритрубного дефектоскопа с помощью поиска связанных индикаций
RU2596242C1 (ru) * 2015-06-25 2016-09-10 Открытое акционерное общество "Акционерная компания по транспорту нефти "Транснефть" (ОАО "АК "Транснефть") Способ ультразвукового контроля
JP6618728B2 (ja) * 2015-07-09 2019-12-11 Ntn株式会社 等速自在継手の外側継手部材の製造方法および溶接部の超音波探傷検査方法
CN105241955A (zh) * 2015-09-23 2016-01-13 南京佳业检测工程有限公司 厚壁容器的超声波检测工艺
JP6685683B2 (ja) * 2015-09-24 2020-04-22 Ntn株式会社 等速自在継手の外側継手部材の製造方法および溶接部の超音波探傷検査方法
CN106501370B (zh) * 2016-11-01 2019-01-01 金陵科技学院 一种井式建筑用声发射探伤设备
US10370962B2 (en) * 2016-12-08 2019-08-06 Exxonmobile Research And Engineering Company Systems and methods for real-time monitoring of a line
WO2018180697A1 (ja) * 2017-03-29 2018-10-04 新日鐵住金株式会社 欠陥検出装置、欠陥検出方法及びプログラム
JP6896489B2 (ja) * 2017-04-03 2021-06-30 株式会社東芝 超音波探傷装置、超音波探傷方法および製品の製造方法
KR20200089265A (ko) * 2017-10-27 2020-07-24 웨스팅하우스 일렉트릭 컴퍼니 엘엘씨 부식 박화 검출을 개선하기 위한 장치 및 방법
CN108845029B (zh) * 2018-04-26 2023-10-31 隆华科技集团（洛阳）股份有限公司 一种用于复合型冷却器的d型管箱的无损检测方法
EP3985388A4 (en) * 2019-06-13 2022-05-25 JFE Steel Corporation ULTRASONIC DEFECT DETECTION METHOD, ULTRASONIC DEFECT DETECTION DEVICE, STEEL MATERIAL MANUFACTURING EQUIPMENT LINE, STEEL MATERIAL MANUFACTURING METHOD AND STEEL MATERIAL QUALITY ASSURANCE METHOD
RU2723368C1 (ru) * 2019-11-21 2020-06-10 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Способ ультразвукового контроля дефектности металлического изделия
CN111141825B (zh) * 2020-01-07 2022-08-09 陈雄 小口径钢管超声波时域分段成像检测方法
CN111595946B (zh) * 2020-06-05 2022-09-23 中国人民解放军陆军炮兵防空兵学院 身管曲面电磁超声变入射角体波加权组合成像检测方法及其装置
CN114544768B (zh) * 2022-02-24 2023-04-28 江西省水利科学院 一种混凝土防渗墙体连续完整性及入岩深度的单孔超声检测装置及方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2097407U (zh) * 1991-05-16 1992-02-26 中国科学院声学研究所 甚高频超声探头
US6789427B2 (en) * 2002-09-16 2004-09-14 General Electric Company Phased array ultrasonic inspection method for industrial applications

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3610028A (en) * 1968-07-19 1971-10-05 Hitachi Ltd Ultrasonic flaw detector
JPS5965252A (ja) * 1982-10-05 1984-04-13 Tokyo Keiki Co Ltd 超音波自動探傷装置
FR2543817B1 (fr) * 1983-04-06 1986-06-27 Rabelais Universite Francois Sonde endoscopique de visualisation et d'echographie ultrasonore a balayage
EP0145429B1 (en) * 1983-12-08 1992-02-26 Kabushiki Kaisha Toshiba Curvilinear array of ultrasonic transducers
JPS6193952A (ja) * 1984-10-04 1986-05-12 Mitsubishi Electric Corp 厚肉管の超音波斜角探傷法
JPS6443906A (en) 1987-08-10 1989-02-16 Terumo Corp Cable for liquid pump
GB2212919B (en) * 1987-11-25 1991-06-26 Ishikawajima Harima Heavy Ind Probe for an ultrasonic flaw detector
JPH01232256A (ja) * 1988-03-11 1989-09-18 Hitachi Ltd 超音波探触子
US4869768A (en) * 1988-07-15 1989-09-26 North American Philips Corp. Ultrasonic transducer arrays made from composite piezoelectric materials
JPH0731164B2 (ja) * 1989-08-30 1995-04-10 日本碍子株式会社 ボールの超音波探傷検査方法
JPH0385442A (ja) * 1989-08-30 1991-04-10 Ngk Insulators Ltd 超音波探傷検査方法
US5434830A (en) * 1990-04-27 1995-07-18 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organization Ultrasonic transducer
JPH04142456A (ja) * 1990-10-02 1992-05-15 Sumitomo Metal Ind Ltd 金属管の超音波探傷法
JPH06337263A (ja) 1993-05-28 1994-12-06 Sumitomo Metal Ind Ltd 超音波探傷方法
US5549004A (en) * 1995-02-28 1996-08-27 Nugent; Michael J. Hand held tube wall thickness ultrasonic measurement probe and system
JPH1090239A (ja) 1996-09-10 1998-04-10 Mitsubishi Electric Corp 斜角探触子
US5686668A (en) * 1996-10-08 1997-11-11 Mclean; Ted System and method of ultrasonic inspection of tubular members
US5969255A (en) * 1996-10-08 1999-10-19 Mclean; Ted System and method of ultrasonic inspection of tubular members
US5814731A (en) * 1997-01-28 1998-09-29 Alexander; Alton Michel Ultrasonic scanning apparatus for nondestructive site characterization of structures using a planar based acoustic transmitter and receiver in a rolling pond
JPH11183446A (ja) * 1997-12-25 1999-07-09 Nkk Corp 溶接部の超音波探傷方法および装置
EP1818674B1 (en) * 1998-08-12 2011-07-27 JFE Steel Corporation Method and apparatus for ultrasonic inspection of steel pipes
JP3810661B2 (ja) * 2001-09-18 2006-08-16 紘一郎 川嶋 配管の欠陥検出方法
US6813950B2 (en) * 2002-07-25 2004-11-09 R/D Tech Inc. Phased array ultrasonic NDT system for tubes and pipes
JP4142456B2 (ja) 2003-01-14 2008-09-03 三栄源エフ・エフ・アイ株式会社 アクリルアミド生成抑制剤
JP2004251658A (ja) 2003-02-18 2004-09-09 Jfe Steel Kk 超音波斜角探触子
JP4415313B2 (ja) * 2004-10-08 2010-02-17 住友金属工業株式会社 超音波探触子、超音波探傷方法及び超音波探傷装置
US7900516B2 (en) * 2006-07-11 2011-03-08 Central Research Institute Of Electric Power Industry Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2097407U (zh) * 1991-05-16 1992-02-26 中国科学院声学研究所 甚高频超声探头
US6789427B2 (en) * 2002-09-16 2004-09-14 General Electric Company Phased array ultrasonic inspection method for industrial applications

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP平1-142456A 1992.05.15
JP平1-232256A 1989.09.18
JP特开2004-251658A 2004.09.09
沈明珠.超声检测用多晶片水浸聚焦探头.《无损探伤》.2000,(第3 期),35-37. *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2006675A4 (en) 2012-06-20
WO2007113907A1 (ja) 2007-10-11
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EP2006675B1 (en) 2017-11-01
US20090095087A1 (en) 2009-04-16
US7874212B2 (en) 2011-01-25
CA2648120C (en) 2011-09-27
CN101460838A (zh) 2009-06-17
EP2006675A2 (en) 2008-12-24
CA2648120A1 (en) 2007-10-11
AR060304A1 (es) 2008-06-04

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