JP2000065805A - 局部水浸式超音波探傷装置 - Google Patents

局部水浸式超音波探傷装置

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JP2000065805A
JP2000065805A JP10237078A JP23707898A JP2000065805A JP 2000065805 A JP2000065805 A JP 2000065805A JP 10237078 A JP10237078 A JP 10237078A JP 23707898 A JP23707898 A JP 23707898A JP 2000065805 A JP2000065805 A JP 2000065805A
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 丸ビレット表面に多数存在するくぼみに起因
する疑似エコー(ノイズ)を低減し、検出性能(S/
N)を向上する。 【解決手段】 斜角探触子28の前面に、探傷材10表
面のくぼみ14で反射された表面反射波が、該斜角探触
子28に到達するのを防止する遮蔽板40を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、局部水浸式超音波
探傷装置に係り、特に、丸ビレットの表皮下欠陥の探さ
を測定する際に用いるのに好適な、発信用の垂直探触子
と受信用の斜角探触子を備えた局部水浸式超音波探傷装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】検査対象内部の欠陥を非接触で検出可能
な超音波探傷装置が広く用いられている。
【0003】このうち、板の探傷に用いられているもの
として、発信用の垂直探触子と受信用の垂直探触子を近
接させて平行に配置し、垂直方向に入射した超音波の欠
陥による反射エコーを、やはり垂直方向で検出する垂直
二深法がある。
【0004】この垂直二深法は、安価に構成可能である
が、本願が対象とする丸材に適用した場合、不感帯が大
きい。又、検査対象である探傷材に接触させるので、探
触子が壊れ易い。更に、ビームが絞れないため、小さな
欠陥が検出できない等の問題点を有する。
【0005】一方、別の方法として、発信用の斜角探触
子と受信用の垂直探触子を用い、被検体表面に斜め方向
から入射した超音波が内部欠陥で反射されて生じた散乱
を、垂直方向で受信するデルタ法(斜角垂直法とも称す
る)も知られている。
【0006】更に、探触子から探傷材に超音波を送受信
する際に、少なくとも探触子と探傷材間の超音波の通路
を水で満たす局部水浸法が用いられることもある。
【0007】この局部水浸法によれば、探傷材に探触子
を接触させないので、探触子が壊れ難く、又、例えばア
クリルレンズによりビームが絞れるという特徴を有す
る。
【0008】又、丸ビレットの表面から1.5〜8mm
の範囲の表皮下欠陥の深さを測定する超音波探傷技術と
しては、図19に示す如く、丸ビレット等の探傷材10
の表面に略垂直に超音波22を送信するための発信用の
垂直探触子20と、前記探傷材10の表皮下欠陥12に
よって反射された反射エコー24を斜め方向で受信する
ための、前記垂直探触子20を挟んで配置された一対の
斜角探触子28を用いて、垂直探触子20からの超音波
22の欠陥12による散乱波(24)を斜角探触子28
で受信し、これらの幾何学的関係から欠陥12の深さ位
置を求める方法が提案されている。
【0009】図において、21、29は、それぞれ、垂
直探触子20、斜角探触子28内に配設された、超音波
を送受信するための超音波振動子、30は、前記垂直探
触子20及び斜角探触子28を保持するためのホルダ、
32は、異なる径の丸ビレットに対応させるための着脱
可能なシュー、34、36、38は、それぞれ、垂直探
触子20とホルダ30間、ホルダ30と斜角探触子28
間、斜角探触子28とシュー32間の水洩れを防止する
ためのシールであり、前記垂直探触子20、ホルダ3
0、斜角探触子28、シュー32、探傷材10で囲まれ
る空間39には、水が充満されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この技
術を熱間圧延肌の丸ビレットに適用した所、丸ビレット
表面に多数存在するくぼみ14に起因する、表面反射波
の疑似エコー(ノイズ)25が非常に大きく、例えば直
径170mmの丸棒の場合、直径1mmの人工欠陥(横
穴)のS/Nが2.0程度と低く、欠陥からの散乱波を
安定して検出することができないという問題点を有して
いた。
【0011】なお、超音波探傷装置に本発明のように遮
蔽板を用いた従来技術としては、例えば特開昭63−1
86143に、多数の超音波振動子が並設されたマルチ
型の探触子において、各振動子からの発信波相互の干渉
を防ぐために遮蔽板を用いることが記載されている。
【0012】又、特開昭52−45388に、発信ビー
ムを絞るために遮蔽体を設けることが記載されている。
【0013】しかしながら、いずれにしても、本発明の
ように、丸材表面のくぼみで反射された表面反射波の疑
似エコーを防止するためのものではなかった。
【0014】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、丸材表面にくぼみがある場合でも、
欠陥からの散乱波を正確に検出することを課題とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、丸材表面近傍
の欠陥を検出するための、発信用の垂直探触子と受信用
の斜角探触子を備えた局部水浸式超音波探傷装置におい
て、前記斜角探触子の前面に、丸材表面のくぼみで反射
された表面反射波が、該斜角探触子に到達するのを防止
する遮蔽板を設けることにより、前記課題を解決したも
のである。
【0016】又、前記遮蔽板を、異なる径の丸材に対応
させるための着脱可能なシューに配設することにより、
容易に配設できるようにしたものである。
【0017】又、前記遮蔽板の少なくとも丸材と対向す
る表面を、吸音効果の大きい材質とすることにより、丸
材表面のくぼみからの反射エコーを吸収して、遠距離の
ノイズを低減できるようにしたものである。
【0018】又、前記遮蔽板の内部を金属で補強して、
十分な強度を持たせられるようにしたものである。
【0019】又、前記遮蔽板の先端と丸材表面の間隔を
1〜4mmとして、広範囲の反射エコーを防止し、近距
離のノイズを低減できるようにしたものである。
【0020】発明者の調査によると、ノイズの大きさ
は、図1及び図2に示す如く、丸ビレット表面のくぼみ
の深さと軸方向長さに相関があることが判明した。
【0021】そこで、図3に示す如く、斜角探触子28
の前面に遮蔽板40を設け、該遮蔽板40の構成及び斜
角探触子28からの突出量H(探傷材10表面との間隔
G)を変えて実験し、図4に示す如く、くぼみ14の土
手15で反射した表面反射波25が斜角探触子28に到
達しない条件を調査した。
【0022】実験に用いた遮蔽板40の第1例の構成
は、図5に示す如く、2枚の塩化ビニール板(塩ビ板と
略する)42の表面を吸音ゴム44で被覆し、更に、先
端をシリコン(Si)ゴム46で被覆したものである。
又、同じく第2例の構成は、図6に示す如く、2枚の塩
ビ板42の表面を吸音ゴム44で被覆しただけのもので
ある。又、同じく第3例の構成は、図7に示す如く、3
枚の塩ビ板42の表面全体をステンレス(SUS)テー
プで被覆したものである。厚みは、いずれも1.8mm
とした。
【0023】前記3種類の遮蔽板について、前記突出量
Hを2mm、4mm、6mm(間隔Gは、それぞれ6m
m、4mm、2mm)の3水準に変化させて実験を行っ
た。
【0024】実験の結果、得られた遮蔽板の突出量Hと
エコー高さの関係を図8に示す。図8のIX部に示す、遮
蔽板が無い状態では、図9に示す如く存在した表層範囲
のくぼみノイズ(虚エコー)が、図8のX部に示す、突
出量H=6mmの時には、図10に示す如く、無くなっ
ている。なお、図10は、塩ビ板+Siゴムでのデータ
である。このように、探傷ゲート範囲の浅い位置(表面
から近距離)に出現するくぼみノイズに対しては、遮蔽
板を突出させることで、ノイズを低減でき、特にH =6
mmの時には、遮蔽板の構成に関係無く、ノイズを低減で
きる。
【0025】同じく、探傷ゲートの深い位置(表面から
遠距離)に出現するくぼみノイズのエコー高さと、遮蔽
板先端部の材質との関係を図11に示す。図11のXII
部に示す、SUSテープ使用時(第3例)には、図12
に示す如く存在した探傷ゲート範囲の深い位置(表面か
ら遠距離)に出現するくぼみノイズが、図11のXIII部
に示す、塩ビ板とSiゴム使用時(第1例)には、図1
3に示す如く、無くなっている。このように、探傷ゲー
ト範囲の深い位置(遠距離)に出現するくぼみノイズに
対しては、遮蔽板先端の材質をSiゴムにした時が、最
もノイズを低減できる。
【0026】以上の実験結果より、遮蔽板の突出量H
は、大きいほど近距離のノイズが低減できることがわか
る。これは、図14に示す如く、探傷材10のくぼみ1
4から直接斜角探触子28に入ってくるエコーは、反射
面の形状によって反射する方向が異なるため、突出量を
大きくするほど、広範囲の反射エコーを防止するためだ
と考えられる。
【0027】更に、先端をSi系ゴムにすることによっ
て、遠距離のノイズが低減できる。これは、Si系ゴム
により、くぼみ14からの反射エコーが吸収されるため
だと考えられる。
【0028】遮蔽板の第1例を5mm突出させたときの
欠陥検出感度の距離特性を図15に示す。遮蔽板を5m
m突出させることにより、近距離、遠距離共に2〜3d
Bの感度低下が発生するが、S/Nが大きく向上してい
るので、問題はない。
【0029】なお遮蔽板の先端と丸材表面の間隔は1〜
4mmであることが好ましい。それは、4mmを越える
とノイズの遮断効果が小さくなるし、1mm未満になる
と丸材との接触による故障の危険性が大きくなるからで
ある。
【0030】本発明は、このような知見に基づいて、な
されたものである。
【0031】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0032】本実施形態は、図19に示したような従来
と同様の水浸式超音波探傷装置において、図16に示す
如く、前記斜角探触子28の前面に、探傷材10表面の
くぼみ14で反射された表面反射波が、該斜角探触子2
8に到達するのを防止する遮蔽板40を設けたものであ
る。
【0033】前記斜角探触子28の超音波振動子29
は、例えば図17に示す如く、探傷材10の長手方向
に、例えば10対設けられている。
【0034】前記遮蔽板40は、図18に詳細に示す如
く、その両端がホルダ50で保持された状態で、前記シ
ュー32の上部に嵌め込むようにされている。
【0035】前記遮蔽板40は、図5に示した最適例の
第1例と同様に、強度部材としての塩ビ板42の垂直探
触子側表面を吸音ゴム44で被覆し、特に、探傷材10
先端はSiゴム46で被覆した構成とされている。
【0036】又、該遮蔽板40先端の斜角探触子28下
面からの突出量Hは、6mmとされている。この場合、
遮蔽板40の先端と探傷材10表面の間隔Gは2mmと
なる。
【0037】本実施形態においては、遮蔽板40の先端
をSiゴム46で被覆しているので、遠距離のノイズを
低減できる効果が特に高い。なお、遮蔽板の構成はこれ
に限定されず、図6に示す第2例のように、Si系ゴム
を省略することも可能である。
【0038】又、遮蔽板の突出量H(遮蔽板先端と丸ビ
レット表面の間隔G)も6mm(G=2mm)に限定さ
れず、4mm(G=4mm)、2mm(G=6mm)と
することも可能である。
【0039】なお、前記遮蔽板の本体の材質や先端を被
覆する部材の材質は、塩ビ板やSi系ゴムに限定され
ず、例えば、遮蔽板を金属で補強したり、あるいは金属
自体で遮蔽板本体を構成することも可能である。
【0040】なお、前記実施形態においては、垂直探触
子20を挟むように設けられた斜角探触子28の振動子
29の対が、探傷材10の長手方向に10対設けられて
いたが、斜角探触子の配置や振動子の数はこれに限定さ
れず、例えば、探傷材の長手方向に1対のみとしたり、
あるいは、斜角探触子28を垂直探触子20の一方側に
のみ設けることも可能である。又、探傷対象も丸ビレッ
トに限定されない。
【0041】
【発明の効果】本発明によれば、丸材表面のくぼみで反
射された表面反射波が、斜角探触子に到達するのを防止
して、くぼみに起因するノイズを大幅に低減でき、検出
性能(S/N)を向上できる。
【0042】第1例の遮蔽板を用いて、突出量H=6m
m(間隔G=2mm)で実験したところ、直径2mmの
人工欠陥の信号レベルを26dBにするゲインにおける
ノイズは、遮蔽板を用いない従来法では19〜20dB
であったのが、本発明の実施形態によれば、12〜13
dBとなり、大幅に減少することが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための、丸ビレット表
面のくぼみの深さとノイズレベルの関係の例を示す線図
【図2】同じく、くぼみの軸方向長さとノイズレベルの
関係の例を示す線図
【図3】同じく、探傷材と斜角探触子の配置を示す断面
【図4】同じく、くぼみによる表面反射波の多重反射成
分を示す断面図
【図5】同じく、実験に用いた遮蔽板の第1例の構成を
示す断面図
【図6】同じく、遮蔽板の第2例の構成を示す断面図
【図7】同じく、遮蔽板の第3例の構成を示す断面図
【図8】同じく、遮蔽板突出量とエコー高さの関係の実
験結果を示す線図
【図9】図8のIX部における受信波形を示す線図
【図10】図8のX部における受信波形を示す線図
【図11】同じく、遮蔽板先端部の材質とエコー高さの
関係の実験結果を示す線図
【図12】図11のXII 部における受信波形を示す線図
【図13】図11のXIII部における受信波形を示す線図
【図14】同じく、反射エコーと遮蔽板の関係を示す拡
大断面図
【図15】同じく、遮蔽板と欠陥検出感度の関係の例を
示す線図
【図16】本発明の実施形態の全体構成を示す断面図
【図17】図16のシュー及び遮蔽板を示す平面図
【図18】前記実施形態における遮蔽板の配置を示す分
解斜視図
【図19】従来の垂直斜角法が採用された超音波探傷装
置の全体構成を示す断面図
【符号の説明】
10…探傷材(丸ビレット) 12…表皮下欠陥 14…くぼみ 20…垂直探触子 21、29…超音波振動子 22…超音波 24…反射エコー 28…斜角探触子 30、50…ホルダ 32…シュー 34、36、38…シール 40…遮蔽板 42…塩化ビニール板 44…吸音ゴム 46…シリコンゴム 48…ステンレステープ
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成11年12月8日(1999.12.
8)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【請求項】請求項に記載の局部水浸式超音波探傷装
置において、 前記遮蔽板の少なくとも丸材と対向する表面が、吸音効
果の大きい材質とされていることを特徴とする局部水浸
式超音波探傷装置。
【請求項】請求項1又は2に記載の局部水浸式超音波
探傷装置において、 前記遮蔽板の内部が、金属で補強されていることを特徴
とする局部水浸式超音波探傷装置。
【請求項】請求項1乃至のいずれか一項に記載の局
部水浸式超音波探傷装置において、 前記遮蔽板の先端と丸材表面の間隔が1〜4mmとされ
ていることを特徴とする局部水浸式超音波探傷装置。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0015
【補正方法】変更
【補正内容】
【0015】
【課題を解決するための手段】本発明は、丸材表面近傍
の欠陥を検出するための、発信用の垂直探触子と受信用
の斜角探触子を備えた局部水浸式超音波探傷装置におい
て、前記斜角探触子の前面に、丸材表面のくぼみで反射
された表面反射波が、該斜角探触子に到達するのを防止
する遮蔽板を設け、該遮蔽板の両端をホルダで保持し、
該ホルダを、異なる径の丸材に対応させるための着脱可
能なシューの上部にはめ込むようにして、前記課題を解
決したものである。
【0016】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0016
【補正方法】削除

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】丸材表面近傍の欠陥を検出するための、発
    信用の垂直探触子と受信用の斜角探触子を備えた局部水
    浸式超音波探傷装置において、 前記斜角探触子の前面に、丸材表面のくぼみで反射され
    た表面反射波が、該斜角探触子に到達するのを防止する
    遮蔽板を設けたことを特徴とする局部水浸式超音波探傷
    装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の局部水浸式超音波探傷装
    置において、 前記遮蔽板が、異なる径の丸材に対応させるための着脱
    可能なシューに配設されていることを特徴とする局部水
    浸式超音波探傷装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2に記載の局部水浸式超音波
    探傷装置において、 前記遮蔽板の少なくとも丸材と対向する表面が、吸音効
    果の大きい材質とされていることを特徴とする局部水浸
    式超音波探傷装置。
  4. 【請求項4】請求項1乃至3のいずれか一項に記載の局
    部水浸式超音波探傷装置において、 前記遮蔽板の内部が、金属で補強されていることを特徴
    とする局部水浸式超音波探傷装置。
  5. 【請求項5】請求項1乃至4のいずれか一項に記載の局
    部水浸式超音波探傷装置において、 前記遮蔽板の先端と丸材表面の間隔が1〜4mmとされ
    ていることを特徴とする局部水浸式超音波探傷装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103543199A (zh) * 2013-09-12 2014-01-29 云南钛业股份有限公司 一种纯钛板坯铸件缺陷探伤方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103543199A (zh) * 2013-09-12 2014-01-29 云南钛业股份有限公司 一种纯钛板坯铸件缺陷探伤方法

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