CN108474769A - 超声波探伤装置以及超声波探伤方法 - Google Patents

超声波探伤装置以及超声波探伤方法 Download PDF

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Abstract

一种超声波探伤装置(100)，其具备：发送窗(118)；发送探头(110)，其从发送窗(118)向检查对象物的检查面中的预定的需检查范围发送超声波束；接收窗(128)，其相对于发送窗(118)配置成在需检查范围外反射的超声波不到达该接收窗的关系；接收探头(120)，其接收穿过接收窗(128)的超声波。

Description

超声波探伤装置以及超声波探伤方法
技术领域
本发明涉及使用超声波对检查对象物进行探伤的超声波探伤装置以及超声波探伤方法。
背景技术
以往，在对检查对象物的伤痕、龟裂、接合不良等缺陷进行检查时,使用超声波探伤装置。超声波探伤装置包含发送探头和接收探头。发送探头从发送窗发送超声波束。接收探头接收穿过接收窗的超声波。超声波探伤装置通过对接收探头接收到的超声波进行分析，检测缺陷的有无、缺陷的位置或大小等。
作为超声波探伤装置，例如公开有将发送探头和接收探头保持为一定的间隔的技术(例如，专利文献1、2)。专利文献1、2的技术在使发送窗和接收窗与检查对象物的检查面对置的状态下，从发送探头发送超声波束且入射到检查对象物内。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2013－234886号公报
专利文献2:日本特许第4437656号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，以往的超声波探伤装置从检查面的对置面发送超声波，且在该对置面接收超声波。因此，以往的超声波探伤装置只能将可检查范围缩小到某一程度。另外，可检查范围为从发送探头照射的超声波束入射且反射的超声波到达接收探头的检查面上的范围。因此，当检查对象物的检查面中的成为检查对象的范围(以下，称为“需检查范围”)小于可检查范围时，接收探头不仅接收到需检查范围中反射的超声波，还接收到在需检查范围外反射的超声波。因此，以往的超声波探伤装置的噪声变大，难以进行需检查范围的探伤。
鉴于此种课题，本公开的目的在于提供一种能够抑制噪声的产生且以高精度进行探伤的超声波探伤装置以及超声波探伤方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本公开的一方式涉及的超声波探伤装置具备：发送窗；发送探头，其从发送窗向检查对象物的检查面的预定的需检查范围发送超声波束；接收窗，其相对于发送窗配置成在需检查范围外反射的超声波不到达所述接收窗的关系；接收探头，其接收穿过接收窗的超声波。
另外，发送探头被形成为超声波束的边缘部到达需检查范围中的发送探头侧的边缘部或者该边缘部的内侧的角度，发送窗相对于检查面的角度以及接收窗相对于检查面的角度成为在需检查范围外反射的超声波不到达接收窗的关系。
另外，发送探头具有与检查面对置的第1对置面部，发送窗被设置于从第1对置面部直立设置的侧面部，接收探头具有与检查面对置的第2对置面部，接收窗被设置于从第2对置面部直立设置的侧面部。
另外，在发送窗和接收窗之间设置有传输超声波的介质部。
另外，将检查对象物的至少一部分用作介质部。
另外，该超声波探伤装置还具判定部，其基于接收探头接收到的超声波，判定需检查范围有无伤痕。
为了解决上述课题，本发明的一方式涉及的超声波探伤方法使用超声波探伤装置对检查对象物的检查面中的预定的需检查范围进行探伤，该超声波探伤装置具备从发送窗发送超声波束的发送探头和接收穿过接收窗的超声波的接收探头，以发送窗以及接收窗成为在需检查范围外反射的超声波不到达接收窗的关系的方式，配置发送探头以及接收探头，使发送探头从发送窗向需检查范围发送超声波束。
发明效果
本公开能够抑制噪声的产生且以高精度进行探伤。
附图说明
图1的(a)是用于说明超声波探伤装置的使用方式的第1图。
图1的(b)是用于说明超声波探伤装置的使用方式的第2图。
图1的(c)是用于说明超声波探伤装置的使用方式的第3图。
图2的(a)是发送探头以及接收探头的立体图。
图2的(b)是图2的(a)中的IIb－IIb线剖面图。
图2的(c)是超声波探伤装置的功能框图。
图3的(a)是说明以往的超声波探伤装置中的可检查范围以及需检查范围的图。
图3的(b)是说明超声波探伤装置中的可检查范围以及需检查范围的图。
图4是说明实施方式的超声波探伤方法的处理的流程的流程图。
图5是说明第1变形例的超声波探伤装置的图。
图6的(a)是说明第2变形例的超声波探伤装置的第1图。
图6的(b)是说明第2变形例的超声波探伤装置的第2图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本公开的实施方式。实施方式所示的尺寸、材料、其他的具体数值等仅是为了易于理解而例示出的，除特别说明的情况外，并不限定本公开。另外，在本说明书以及附图中，对于实质上具有相同的功能、结构的要素赋予同一符号，由此省略重复说明。另外，对于与本公开没有直接关系的要素省略图示。
(超声波探伤装置100)
图1的(a)是用于说明超声波探伤装置100的使用方式的第1图。图1的(b)是用于说明超声波探伤装置100的使用方式的第2图。图1的(c)是用于说明超声波探伤装置100的使用方式的第3图。以本实施方式的图1的(a)为代表，在以下的图中，如图所示定义了垂直相交的X轴(水平方向)、Y轴(水平方向)、Z轴(铅直方向)。另外，在本实施方式中，作为超声波探伤装置100的检查对象物，以构造物50(例如，电抗器)为例进行说明。
如图1的(a)、图1的(b)所示，构造物50通过层叠金属制的隔板60而形成。隔板60包含底板62和肋64而构成。肋64从底板62直立设置，是在图1中沿Y轴方向延伸的部件。另外，隔板60彼此通过TIG(Tungsten Inert Gas，钨惰性气体)焊接等焊接或扩散接合、钎焊等进行接合。即，通过焊接等将肋64的上表面和隔板60(底板62)的底面62a接合。
如此，通过形成于1个隔板60的肋64之间的槽部66和层叠于该隔板60上的其他隔板60的底面62a来形成流路52。并且，在使用构造物50时，流体(气体、液体或者多相流)流过流路52。另外，流路52的宽度(图1中，X轴方向的宽度)例如为36mm左右。流路52的高度(图1中，Z轴方向的高度)例如为15mm左右。流路52的肋64的宽度(图1中，X轴方向的宽度)例如为5mm左右。
如此，在形成于构造物50中的流路52中流过各种流体。但是，若发生肋64的上表面和隔板60的底面62a的接合不良，则流过1条流路52的流体混入其他流路52中，产生问题。因此，使用超声波探伤装置100来检查肋64的上表面和隔板60的底面62a的接合面(检查面)S的接合不良。
如图1的(c)所示，超声波探伤装置100包括：发送探头110、接收探头120和控制装置130。发送探头110和控制装置130通过支持部件142连接。接收探头120和控制装置130通过支持部件144连接。发送探头110以及接收探头120形成为能够接触到槽部66的底面66a以及配置于接合面S的上方(正上)的肋64的侧面64a的尺寸关系。发送探头110以及接收探头120与槽部66(流路52)接触地配置。换言之，以在发送探头110和接收探头120之间夹着接合面S的上方的肋64的方式配置发送探头110以及接收探头120。另外，在发送探头110和构造物50之间填充有抑制超声波的衰减的甘油或水等。并且，在接收探头120和构造物50之间填充有抑制超声波的衰减的甘油或水等。
图2的(a)是发送探头110以及接收探头120的立体图。图2的(b)是图2的(a)中的IIb－IIb线剖面图。图2的(c)是超声波探伤装置100的功能框图。另外，图2的(c)中以箭头表示信号的流向。
如图2的(a)、图2的(b)所示，发送探头110包括壳体112(例如，金属制)、振子114和填充物116。振子114配置于壳体112内，发出超声波束。填充物116被填充于壳体112的内部，维持超声波的传输。填充物116例如包含丙烯酸而构成。壳体112包括对置面部112a(第1对置面部)和侧面部112b。对置面部112a与检查面对置，与流路52(槽部66)的底面66a接触。侧面部112b与对置面部112a呈直角地直立设置。在侧面部112b设置有使超声波束穿过的发送窗118。
接收探头120与发送探头110相同，包括壳体122(例如，金属制)、振子124和填充物126。振子124配置于壳体122内，接收超声波且转换成电信号。填充物126被填充于壳体122内部，维持超声波的传输。填充物126例如包含丙烯酸而构成。壳体122包括对置面部122a(第2对置面部)和侧面部122b。对置面部122a与检查面对置，且与流路52(槽部66)的底面66a接触。侧面部122b与对置面部122a呈直角地直立设置。在侧面部122b设置有使超声波穿过的接收窗128。
如图2的(c)所示，控制装置130包括脉冲发射接收器132和控制部134。脉冲发射接收器132通过支持部件142将电力供给到发送探头110的振子114。脉冲发射接收器132使振子114振动来发送(发出)超声波束。另外，脉冲发射接收器132将通过支持部件144从接收探头120的振子124输入的电信号转换成振动信息。脉冲发射接收器132将振动信息发送到控制部134。振动信息例如是由数字值表示的信息。
控制部134由包含CPU(中央处理装置)的半导体集成电路构成。控制部134从ROM读取用于使CPU自身工作的程序或参数等。控制部134与作为工作区的RAM或其他电子电路协作，管理以及控制超声波探伤装置100整体。控制部134控制脉冲发射接收器132，使发送探头110发送超声波束。控制部134接收从脉冲发射接收器132发送的振动信息(基于接收探头120接收到的超声波的信息)。
另外，在本实施方式中，控制部134作为判定部134a发挥功能。判定部134a基于从脉冲发射接收器132接收到的振动信息来判定检查面(接合面S)的接合不良(有无伤痕)。
如以上说明的那样，超声波探伤装置100将超声波束发送到检查对象物(构造物50)的检查面(接合面S)。并且，超声波探伤装置100接收在可检查范围内反射(或者衍射、散射)的超声波并进行分析。由此，超声波探伤装置100进行可检查范围的探伤。若具体说明，超声波具有在密度不同的物质的界面进行反射的特性。因此，当在可检查范围内存在伤痕等缺陷时，超声波在缺陷和周围部位的界面进行反射。因此，超声波探伤装置100通过接收反射的超声波并进行分析，能够掌握缺陷的有无、缺陷的位置、缺陷的形状等。
在此，当需要检查的需检查范围小于可检查范围时，在需检查范围外反射的超声波到达接收探头而成为噪声。于是，源于缺陷的反射波被隐藏于噪声中，从而难以进行需检查范围的探伤。另外，可检查范围是从发送探头110照射的超声波束入射，并且反射的超声波到达接收探头120的检查面上的范围。
图3的(a)是说明以往的超声波探伤装置10的可检查范围以及需检查范围的图。图3的(b)是说明超声波探伤装置100的可检查范围以及需检查范围的图。另外，图3的(a)、图3的(b)中，为了易于理解，以灰色的填充表示流路52，以阴影线表示超声波束以及反射的超声波。
如图3的(a)所示，以往的超声波探伤装置10在发送探头20的对置面部20a设置有发送窗22。通过发送窗22发送的超声波束在扩宽射束宽度的同时沿入射方向(发送方向)直行(图3的(a)中，以箭头a1、a2表示超声波束的边缘部)。在此，发出超声波的振子具有某一程度的大小。因此，超声波束的射束宽度扩大某一程度。因此，当需检查范围(接合面S)狭窄到5mm左右时，需检查范围变得比可检查范围窄。于是，接收探头30也会接收(拾取)在需检查范围外(大于需检查范围的外缘的范围)反射的超声波(图3的(a)中，以箭头b1、b2表示反射的超声波的边缘部)。
因此，在本实施方式的超声波探伤装置100中，发送探头110以及接收探头120被配置成发送窗118相对于检查面的角度以及接收窗128相对于检查面的角度成为在需检查范围外反射的超声波不到达接收窗128的关系。
若具体说明，如图3的(b)所示，发送窗118设置于与对置面部112a(与检查面对置的面)呈直角地直立设置的侧面部112b。并且，接收窗128设置于与对置面部122a(与检查面对置的面)呈直角地直立设置的侧面部122b。另外，发送探头110以及接收探头120被配置成发送窗118和接收窗128之间的距离稍微大于需检查范围的宽度(图3中，X轴方向的宽度)。
由此，从发送窗118送信的超声波束的发送探头110侧的边缘部A1，入射方向被侧面部112b限制。因此，能够避免超声波束入射到比侧面部112b更靠对置面部112a侧的情况。另外，超声波束的边缘部A1到达需检查范围中的发送探头110侧的边缘部FS的内侧。因此，能够避免在位于对置面部112a的下方的流路52中产生反射波的情况。
另一方面，从发送窗118发送的超声波束的接收探头120侧的边缘部A2没有限制入射方向的障碍物。因此，从发送窗118发送的超声波束入射到需检查范围的接收探头120侧(外侧)。因此，在从超声波束的边缘部A1到边缘部A2的范围(射束宽度的范围)内产生反射波。即，不只是需检查范围，在接收探头120侧的流路52中也产生反射波。
但是，本实施方式的接收窗128不设置于对置面部122a，而设置于侧面部122b。因此，接收窗128不接收到达接收探头120的对置面部122a的反射波(图3的(b)中以N表示)。因此，能够避免在接收探头120侧的流路52中产生的反射波到达接收窗128的情况。由此，能够除去源于流路52的噪声。如此，仅在需检查范围内中产生的反射波到达接收窗128，能够高精度地进行需检查范围的探伤。
(超声波探伤方法)
接着，对使用超声波探伤装置100的超声波探伤方法的处理流程进行说明。图4是说明超声波探伤方法的处理流程的流程图。如图4所示，首先，发送探头110以及接收探头120被设置成发送窗118相对于检查面(接合面S)的角度以及接收窗128相对于检查面(接合面S)的角度成为在需检查范围外反射的超声波不到达接收窗128的关系(设置工序S110)。然后，控制部134控制脉冲发射接收器132，使发送探头110从发送窗118向需检查范围发送超声波束(发送工序S120)。如此，超声波束入射到检查对象物，在需检查范围内产生反射波(或者衍射波、散射波)。
然后，接收探头120将基于穿过接收窗128而接收到的超声波的振动转变成电信号，输出到脉冲发射接收器132(接收工序S130)。脉冲发射接收器132将从接收探头120输入的电信号转换成振动信息，发送到控制部134。然后，控制部134的判定部134a基于从脉冲发射接收器132发送的振动信息，判定需检查范围有无伤痕(判定工序S140)。
如以上说明的那样，根据本实施方式的超声波探伤装置100以及使用该超声波探伤装置100的超声波探伤方法，能够抑制噪声的产生，以高精度对需检查范围进行探伤。
(第1的变形例)
图5是说明第1变形例的超声波探伤装置100的图。另外，图5中，为了容易理解，以灰色的填充表示槽部66，且以阴影线表示超声波束以及反射的超声波。
在上述实施方式中，列举使发送探头110的对置面部112a以及接收探头120的对置面部122a接触流路52的底面66a来进行探伤的结构进行了说明。但是，超声波探伤装置100也可以如图5所示，使发送探头110的对置面部112a以及接收探头120的对置面部122a接触流路52的顶面来对接合面S进行探伤。即，超声波探伤装置100也可以使对置面部112a以及对置面部122a接触隔板60的底面62a来对接合面S进行探伤。
(第2变形例)
图6的(a)是说明第2变形例的超声波探伤装置200的第1图。图6的(b)是说明第2变形例的超声波探伤装置200的第2图。另外，图6的(a)、图6的(b)中，为了易于理解，以灰色的填充表示流路52，以阴影线表示超声波束以及反射的超声波。
如上所述，超声波在密度不同的物质的界面进行反射。因此，若在发送窗118和接收窗128之间存在空隙，则在发送窗118和空隙的界面反射超声波束。于是，发送探头110不能够使超声波束入射到需检查范围。在上述实施方式中，能够夹在发送窗118和接收窗128之间的肋64被设置为检查对象物。因此，能够使肋64介于发送窗118和接收窗128之间(将检查对象物的至少一部分用作介质部)。因此，在上述实施方式中，举例说明了超声波束能够穿过肋64入射到需检查范围的结构。但是，如图6的(a)、图6的(b)所示，构造物50的盖部54等检查对象物不一定成为检查对象物的一部分介于发送窗118和接收窗128之间的形状。
因此，如图6的(a)、图6的(b)所示，第2变形例的超声波探伤装置200除了发送探头110、接收探头120、控制装置130(在此未图示)外，还具备介质部210。另外，对于在上述实施方式中说明的结构要素，添加相同符号并省略说明。
介质部210由传输超声波的物质构成，且设置于发送窗118和接收窗128之间。通过具备介质部210的结构，不管检查对象物的形状怎样都能够进行探伤。
另外，只要介质部210能够传输超声波，则并不限定材质。但是，介质部210优选为与检查对象物实质上相同的材质、或者与检查对象物实质上密度相等的材质。由此，能够抑制在介质部210和检查对象物的界面上产生的反射波。
另外，如图6的(b)所示，介质部210中的与检查对象物接触的接触面部210a是沿检查对象物的被接触面54a的形状即可。于是，能够增大介质部210和检查对象物的接触面积。由此，能够减小形成于介质部210和检查对象物之间的空隙。因此，超声波探伤装置200能够使超声波束有效地入射到需检查范围内。
以上，参照附图对实施方式进行了说明，但是本发明当然并不限于上述实施方式。本领域技术人员能够理解，在权利要求书记载的范畴中能够想到各种的变更例或者修改例，这些也当然属于本公开的技术范围。
例如，在上述实施方式中，举例说明了发送窗118相对于检查面的角度以及接收窗128相对于检查面的角度为90°(直角)的结构。但是，并不限定发送窗118相对于检查面的角度以及接收窗128相对于检查面的角度。发送窗118相对于检查面的角度以及接收窗128相对于检查面的角度例如可以是45°、65°等。
并且，在上述实施方式中，举例说明了需检查范围和肋64的宽度实质相等的结构。因此，超声波探伤装置100能够仅通过用发送探头110和接收探头120夹着肋64，将发送窗118和接收窗128之间的距离维持为在需检查范围外反射的超声波不到达接收窗128的距离。但是，超声波探伤装置100也可以调整发送探头110和接收探头120之间的距离来调整需检查范围。
另外，在上述实施方式中，举例说明了超声波探伤装置100具备判定部134a的结构。但是，即使不具备判定部134a，将超声波探伤装置形成为独立的硬件，只要与已有的判定部连接，就能够对检查对象物进行探伤。
工业上的可利用性
本公开能够利用于使用超声波对检查对象物进行探伤的超声波探伤装置以及超声波探伤方法。
符号说明
100 超声波探伤装置；
110 发送探头；
112a 对置面部(第1对置面部)；
112b 侧面部；
118 发送窗；
120 接收探头；
122a 对置面部(第2对置面部)；
122b 侧面部；
128 接收窗；
134a 判定部；
200 超声波探伤装置；
210 介质部。

Claims (7)

1.一种超声波探伤装置，其特征在于，具备：
发送窗；
发送探头，其从所述发送窗向检查对象物的检查面中的预定的需检查范围发送超声波束；
接收窗，其相对于所述发送窗配置成在所述需检查范围外反射的超声波不到达所述接收窗的关系；以及
接收探头，其接收穿过所述接收窗的超声波。
2.根据权利要求1所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述发送探头被形成为所述超声波束的边缘部到达所述需检查范围中的所述发送探头侧的边缘部或者所述边缘部的内侧的角度，
所述发送窗相对于所述检查面的角度以及所述接收窗相对于所述检查面的角度成为在所述需检查范围外反射的超声波不到达所述接收窗的关系。
3.根据权利要求1或2所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述发送探头具有与所述检查面对置的第1对置面部，所述发送窗被设置于从所述第1对置面部直立设置的侧面部，
所述接收探头具有与所述检查面对置的第2对置面部，所述接收窗被设置于从所述第2对置面部直立设置的侧面部。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的超声波探伤装置，其特征在于，
在所述发送窗和所述接收窗之间设置有传输超声波的介质部。
5.根据权利要求4所述的超声波探伤装置，其特征在于，
将所述检查对象物的至少一部分用作所述介质部。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的超声波探伤装置，其特征在于，
所述超声波探伤装置还具备判定部，其基于所述接收探头接收到的超声波来判定所述需检查范围有无伤痕。
7.一种超声波探伤方法，使用超声波探伤装置，对检查对象物的检查面中的预定的需检查范围进行探伤，该超声波探伤装置具备从发送窗发送超声波束的发送探头和接收穿过接收窗的超声波的接收探头，其特征在于，
以所述发送窗以及所述接收窗成为在所述需检查范围外反射的超声波不到达所述接收窗的关系的方式，配置所述发送探头以及所述接收探头，
使所述发送探头从所述发送窗向所述需检查范围发送所述超声波束。
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