JP2003232784A - 超音波探触子ホルダ、超音波探傷器、及び管体の超音波探傷方法 - Google Patents
超音波探触子ホルダ、超音波探傷器、及び管体の超音波探傷方法Info
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Abstract
測定ができるようにする超音波探触子ホルダを提供す
る。 【解決手段】 超音波探触子ホルダ1は、探触子4を保
持する保持部2と、その左右両側に設けられた抱き爪部
3から成り立っている。保持部2の、被検査体である管
体Tに接触する部分(接触部)2aは、管体Tの外径と
同じ曲率を有し、管体Tの外周に密着するようになって
いる。そして、検査時においては図1に示すように、こ
の接触部2aを管体Tの外周面に接触させ、抱き爪部3
のローラ8により管体Tを両側から挟み込んで、管体T
と保持部2との密着性を保つようになっている。
Description
触子ホルダ、超音波探傷器、及び管体の超音波探傷方法
に関するものであり、特に、熱交換器等に使用される管
体の超音波探傷装置に使用するのに好適な探触子ホル
ダ、超音波探傷器、及び管体の超音波探傷方法に関する
ものである。
傷する方法として、従来、渦流探傷法、超音波探傷法等
が用いられている。これらの技術は、多くの場合、伝熱
管の端部を解放し、管内に探傷用プローブを挿入して検
査を行う方法であり、ボイラーチューブ等、伝熱管の端
部を解放可能なものの検査に使用されている。
の中には、端部が互いに溶接で接合されているものがあ
り、このようなものは管内に探傷用プローブを挿入する
ことができない。よって、外面から検査を行う必要があ
る。しかしながら、一般に伝熱管の直径は小口径(1B
程度)であり、曲率が大きいため、探触子が管体に対し
て精度良く保持されないと、安定した探傷ができない。
分減衰した後で欠陥エコーが検出されるようにする必要
があるが、伝熱管の厚さは2.0〜2.2mm程度であるため
に、欠陥エコーからの超音波の反射を受信するまでの時
間が短くなる。一般に欠陥エコーからの超音波の反射を
受信するまでの時間を長くするためには、斜角探傷を使
い、スキップ回数を多くすればよいが、あまりスキップ
回数を多くすると超音波の減衰が大きくなって欠陥の検
出精度が落ちる。
から超音波探傷を行うには熟練を要し、作業能率が悪い
という問題点があった。本発明はこのような事情に鑑み
てなされたものであり、熟練を要しなくても、効率よく
管体の超音波測定ができるようにする超音波探触子ホル
ダ、超音波探傷器、及び管体の超音波探傷方法を提供す
ることを課題とする。
の第1の手段は、管体を超音波探傷するために用いられ
る超音波探触子ホルダであって、探触子を保持する保持
部と、当該保持部の左右に設けられた抱き爪部とを有
し、(1)前記保持部には、超音波探触子が、管体の長手
方向に向かって斜角で入射するように取り付け可能とさ
れ、(2)前記保持部のうち管体に接触する部分は、管体
の外径と同じ曲率を有する曲面となっており、(3)取り
付けられた超音波探触子の前面と前記保持部のうち管体
に接触する部分の一部の間には、超音波が通過可能な穴
部が形成され、(4)当該穴部には、当該穴部に水を充填
し、局部水浸探傷を可能とするように水が供給されるよ
うにされており、(5)前記抱き爪部は、前記保持部に固
定された板バネ部材と、当該板バネ部材に固定されたロ
ーラとを有し、探傷時において、管体が前記保持部の曲
面に接触したとき、前記ローラが管体の外面に接触し、
板バネ部材の弾性力により、前記ローラが管体外面に押
しつけられる構造とされていることを特徴とする超音波
探触子ホルダ(請求項1)である。
取り付けた状態で、保持部の曲面を管体の外周に接触さ
せると同時に、抱き爪部のローラを管体の外周部に接触
させ、保持部と抱き爪部で管体を挟み込むようにする。
その際、抱き爪部が板バネ材を有しているので、左右の
抱き爪部のローラを管体に接触させ、保持部を管体に押
しつけると、抱き爪部が左右に広がって、管体の最大径
部を乗り越え、保持部の曲面が管体に接触した状態で
は、板バネ材の弾性力により、ローラが管体に押しつけ
られるようになって、探触子ホルダが管体に安定して取
り付けられる。
が水で充填され、この水が超音波探触子と管体の間を超
音波結合するカップラントとなり、いわゆる局部水浸型
の超音波プローブが構成される。この状態で超音波探触
子にトリガー信号を与えることにより、斜角探傷が実施
できる。
の曲面と抱き爪部のローラとで、管体を挟み込んでお
り、しかも、保持部の曲面の曲率は管体の外周面の曲率
に一致しているので、超音波探触子と管体との関係を極
めて正確に保つことができる。そして、超音波探触子ホ
ルダを容易に管体の長手方向、円周方向に摺動させるこ
とができ、摺動させた場合でも、超音波探触子と管体と
の関係を正確に維持することができる。よって、熟練度
の低い者でも、効率よく超音波探傷を実施することがで
きる。
前記第1の手段であって、前記穴部が前記保持部の、管
体の長手方向端部に形成され、前記保持部の端面には、
水の漏洩を防止する漏洩防止部材が設けられ、当該漏洩
防止部材は、吸音材で構成されていることを特徴とする
もの(請求項2)である。
の一部が管体の表面で反射され、前記穴部内で多重反射
を繰り返すことがある。このような場合には、観測され
るTエコーが長くなり、短い距離にある欠陥の検出がで
きなくなってしまう。本手段においては、前記穴部を前
記保持部の端部にし、前記保持部の、管体の長手方向端
面に、吸音材で構成された水の漏洩を防止する漏洩防止
部材を設けるようにしている。よって、穴部内で多重反
射する超音波が、吸音材で構成された漏洩防止部材によ
り吸収されて急速に減衰し、Tエコーが短くなる。よっ
て、検出しようとする欠陥と超音波探触子の距離を短く
できるので、超音波の減衰が小さくなり、高精度で欠陥
の検出を行うことができる。
前記第2の手段であって、前記漏洩防止部材の一部が前
記穴部内に入り込み、超音波探触子の先端部の一部を、
前記漏洩防止部材側の一部が覆うようにされていること
を特徴とするもの(請求項3)である。
の実験によると、本手段のような構成をとることによ
り、より効率的に穴部内での超音波の多重反射を減衰さ
せることができ、Tエコーを短くすることができること
が判明した。なお、超音波探触子の先端部表面積の15
〜25%を覆うようにすると最も好ましい結果が得られ
る。
前記第1の手段から第3の手段のいずれかであって、前
記保持部に、前記穴部に水を供給する水供給孔と共に、
前記穴部から水を排出する水排出孔が設けられているこ
とを特徴とするもの(請求項4)である。
は、探触子前面の水は、被探傷材との隙間より流出する
ようにされている。本手段においては、前記穴部から水
を排出する水排出孔が設けられているので、穴部に対流
する空気が容易に穴部内から排出され、穴部を水で充填
することができる。
前記第1の手段から第4の手段のいずれかであって、前
記保持部に、前記保持部を管体の円周方向に沿って摺動
させたときその摺動量を検出するロータリーエンコーダ
が設けられ、当該ロータリーエンコーダは、前記保持部
に設けられた回転軸に支持され、前記保持部の摺動に伴
って回転し、円周部に凹凸が交互に刻まれた円筒部材
と、当該円筒部材の外周に光を投受光する光ファイバー
とを有することを特徴とするもの(請求項5)である。
が設けられているので、その出力から超音波探触子の管
体円周方向位置を検出することができる。そして、その
ロータリーエンコーダは、前記保持部に設けられた回転
軸に支持され、前記保持部の摺動に伴って回転し、円周
部に凹凸が交互に刻まれた円筒部材と、当該円筒部材の
外周に光を投受光する光ファイバーとを有するものであ
るので、交互に刻まれた凹凸のピッチを細かくし、光フ
ァイバーのスポット径を小さくすることによって、分解
能を上げることができ、かつ、小型のロータリーエンコ
ーダとして探触子ホルダに組み込むことができる。回転
の検出は、光ファイバーを通して円筒部材に光を照射
し、その反射光を同じ光ファイバーを通して検出するこ
とにより行う。
前記第1の手段から第5の手段のいずれかである超音波
探触子ホルダと、当該探触子ホルダに保持された超音波
探触子と、当該超音波探触子を励振し、かつ当該超音波
探触子からの信号を受信して処理する超音波探傷器本体
とを有することを特徴とする超音波探傷器(請求項6)
である。
5の手段のいずれかである超音波探触子ホルダを使用し
ているので、それぞれの探触子ホルダが有する作用効果
を使用した超音波探傷を行うことができる。
前記第6の手段であって、前記ロータリーエンコーダに
よって検出された前記探触子ホルダの管体円周方向位置
をX軸とし、欠陥信号が検出されたとき、X軸上に欠陥
信号の存在を表示する機能を有することを特徴とするも
の(請求項7)である。
前記第6の手段又は第7の手段であって、前記ロータリ
ーエンコーダによって検出された前記探触子ホルダの管
体円周方向位置をX軸とし、欠陥信号が検出されたと
き、超音波ビーム路程から検出される欠陥の深さ方向の
位置を、Y軸方向位置として表示する機能を有すること
を特徴とするもの(請求項8)である。
は、欠陥の位置、深さが表示されるため、Aスコープを
使用して欠陥を検出する場合に比べ、これらを正確に検
出でき、かつ、熟練度の低い者でも精度の良い検出を行
うことができる。
前記第6の手段から第8の手段のいずれかである超音波
探傷器を用いて、管体の欠陥を検出することを特徴とす
る管体の超音波探傷方法(請求項9)である。
8の手段のいずれかである超音波探傷器を使用している
ので、それぞれの超音波探傷器が有する作用効果を使用
した超音波探傷を行うことができる。
を、図を用いて説明する。図1〜図4は、本発明の実施
の形態の1例である超音波探触子ホルダの概要を示す図
であり、図1は正面図、図2は側面図、図3は図2にお
けるA−A端面図、図4は図1におけるB−B断面図で
ある。
ダ」と称することがある)1は、探触子4を保持する保
持部2と、その左右両側に設けられた抱き爪部3から成
り立っている。保持部2の、被検査体である管体Tに接
触する部分(接触部)2aは、管体Tの外径と同じ曲率
を有し、管体Tの外周に密着するようになっている。そ
して、検査時においては図1に示すように、この接触部
2aを管体Tの外周面に接触させ、抱き爪部3のローラ
8により管体Tを両側から挟み込んで、管体Tと保持部
2との密着性を保つようになっている。
触子4を挿入するための孔5aと、局部水浸部を形成す
る孔5bとが設けられている。この孔5bは、図3、図
4に示すように保持部2の本体部の端部に解放している
が、保持部2の一部である漏洩防止部材6がこの開放部
分を覆い、水が解放部から漏れるのを防止している。漏
洩防止部材6は、ゴム等の吸音性のある物質で形成され
ている。このように、漏洩防止部材6を吸音性のある物
質で形成することにより、部分水浸部を形成する孔5b
内で超音波が多重反射するような場合でも、その減衰を
早くし、Tエコーを短くすることが可能となる。
子4の先端部が、この孔5b内に入るような深さとされ
ている。この孔5bに向かって、保持部2の両側から給
水孔10、排水孔11がそれぞれ設けられている。この
ように、給水孔10と共に排水孔11を設けることによ
り、局部水浸部を形成する孔5b中に空気が残留して、
超音波の伝搬を妨げることを防止することができる。
されており、図1に示すように管体Tを抱き込むとき
は、図1の上部から抱き爪部3のローラ8を管体Tの外
周に沿わせて、保持部2を上方から押しつけると、この
板バネ3aが外側に開き、ローラ8が回転しながら抱き
爪部3が管体Tを挟み込み、直径に相当する部分を超え
ると、板バネ3aの弾性により、ローラ8が管体Tを押
しつけるようにして進み、最後に、図1に示すように、
接触部2aとローラ8で管体を挟み込んだような状態と
なって、探触子ホルダ1が、管体Tに安定して設置され
る。ローラ8は、抱き爪部3の板バネ3aに設けられた
ローラ保持部7に保持された軸9に取り付けられ、回転
自在とされている。
ンサ12が挿入され、その先にロータリーエンコーダ本
体部13が取り付けられている。ロータリーエンコーダ
本体部13の一部は、保持部2に設けられた穴14の内
部に入っており、この穴14は蓋15により密閉されて
いる。
本体部13は、軸13aに取り付けられたOリング13
b、リング13c、円筒体13dを有している。Oリン
グ13bは、リング13cに嵌り込んでいる。Oリング
13bは、管体Tの外周面に接触し、保持部2が管体T
の外周に沿って円周方向に摺動すると、それに伴って回
転する。この回転は軸13aを介して円筒体13dに伝
えられ、円筒体13dも共に回転する。
交互に凹凸が形成されている。よって、その外周面に光
ファイバーセンサ12からの光を照射し、その反射光を
光ファイバーセンサ12で受光した場合、円筒体13d
が回転すると反射光強度がパルス状に変化する。よっ
て、この光を光センサで受光してパルスを計数すること
により、保持部2の管体Tの円周方向への摺動量を測定
することができる。
使用しているので、円筒体13dの凹凸のピッチを0.1m
m程度とすることができ、これにより、保持部2の管体
Tの円周方向への摺動量を0.3〜0.4mm程度の分解能で測
定することができる。光ファイバーセンサは、図1では
大きく書かれているが、その大部分は補強部材であっ
て、使用している光ファイバーのスポット径は十分小さ
いものであり、この程度の分解能を得ることが可能であ
る。
た例を示す。漏洩防止部材6は、前出のように吸音物質
で形成されるが、この例においては、それに凸部6aを
設け、探触子4の先端部表面を覆うようにしている。こ
のようにすると、局部水浸部である孔5b内での超音波
の多重反射を特に効果的に減衰させることができ、Tエ
コーを短くすることができる。
管体の外周面に形成された孔食の検出を行った場合の表
示の例を示す。図6においてX軸は円周方向を示し、前
記のようなロータリーエンコーダを使用して検出した探
触子の円周方向位置を示す。
するもので、管体表面を展開して平面図化し、どの部分
に欠陥があるかを示すものである。太い線で示される部
分が欠陥の存在する部分である。この場合、管体長手方
向の位置検出器を持っていないので、通常のCスコープ
と異なり、表示は1次元的にX軸上のみに現われる。こ
れを見れば、管体の円周方向のどの位置に欠陥があるか
を識別することができる。この表示を形成する方法は、
通常のCスコープ形成方法と変わるところがないので説
明を省略する。
するもので、欠陥の位置(X軸方向)とその深さ(X軸
と直角な方向)を2次元平面に表したものである。太い
線で囲まれた部分が欠陥を示す。これを見れば、円周方
向のどの位置にどの程度の深さの欠陥があるかが分か
る。欠陥の深さは、ビーム路程により計算することがで
きる。この表示を形成する方法は、通常のBスコープ形
成方法と変わるところがないので説明を省略する。
熟練を要しなくても、効率よく管体の超音波測定ができ
るような超音波探触子ホルダ、超音波探傷器、及び管体
の超音波探傷方法を提供することができる。
ホルダの概要を示す正面図である。
ホルダの概要を示す側面図である。
ある。
た孔食の検出を行った場合の表示の例を示す図である。
3…抱き爪部、3a…板バネ、4…探触子、5a、5b
…孔、6…漏洩防止部材、6a…凸部、7…ローラ保持
部、8…ローラ、9軸、10…給水孔、11…排水孔、
12…光ファイバセンサ、13…ロータリーエンコーダ
本体部、13a…軸、13b…Oリング、13c…リン
グ、13d…円筒体、14…孔、15…蓋、T…管体
Claims (9)
- 【請求項1】 管体を超音波探傷するために用いられる
超音波探触子ホルダであって、探触子を保持する保持部
と、当該保持部の左右に設けられた抱き爪部とを有し、
(1)前記保持部には、超音波探触子が、管体の長手方向
に向かって斜角で入射するように取り付け可能とされ、
(2)前記保持部のうち管体に接触する部分は、管体の外
径と同じ曲率を有する曲面となっており、(3)取り付け
られた超音波探触子の前面と前記保持部のうち管体に接
触する部分の一部の間には、超音波が通過可能な穴部が
形成され、(4)当該穴部には、当該穴部に水を充填し、
局部水浸探傷を可能とするように水が供給されるように
されており、(5)前記抱き爪部は、前記保持部に固定さ
れた板バネ部材と、当該板バネ部材に固定されたローラ
とを有し、探傷時において、管体が前記保持部の曲面に
接触したとき、前記ローラが管体の外面に接触し、板バ
ネ部材の弾性力により、前記ローラが管体外面に押しつ
けられる構造とされていることを特徴とする超音波探触
子ホルダ。 - 【請求項2】 請求項1に記載の超音波探触子ホルダで
あって、前記穴部が前記保持部の、管体の長手方向端部
に形成され、前記保持部の端面には、水の漏洩を防止す
る漏洩防止部材が設けられ、当該漏洩防止部材は、吸音
材で構成されていることを特徴とする超音波探触子ホル
ダ。 - 【請求項3】 請求項2に記載の超音波探触子ホルダで
あって、前記漏洩防止部材の一部が前記穴部内に入り込
み、超音波探触子の先端部の一部を、前記漏洩防止部材
側の一部が覆うようにされていることを特徴とする超音
波探触子ホルダ。 - 【請求項4】 請求項1から請求項3のうちいずれか1
項に記載の超音波探触子ホルダであって、前記保持部
に、前記穴部に水を供給する水供給孔と共に、前記穴部
から水を排出する水排出孔が設けられていることを特徴
とする超音波探触子ホルダ。 - 【請求項5】 請求項1から請求項4のうちいずれか1
項に記載の超音波探触子ホルダであって、前記保持部
に、前記保持部を管体の円周方向に沿って摺動させたと
きその摺動量を検出するロータリーエンコーダが設けら
れ、当該ロータリーエンコーダは、前記保持部に設けら
れた回転軸に支持され、前記保持部の摺動に伴って回転
し、円周部に凹凸が交互に刻まれた円筒部材と、当該円
筒部材の外周に光を投受光する光ファイバーとを有する
ことを特徴とする超音波探触子ホルダ。 - 【請求項6】 請求項1から請求項5のうちいずれか1
項に記載の超音波探触子ホルダと、当該探触子ホルダに
保持された超音波探触子と、当該超音波探触子を励振
し、かつ当該超音波探触子からの信号を受信して処理す
る超音波探傷器本体とを有することを特徴とする超音波
探傷器。 - 【請求項7】 請求項6に記載の超音波探傷装置であっ
て、前記ロータリーエンコーダによって検出された前記
探触子ホルダの管体円周方向位置をX軸とし、欠陥信号
が検出されたとき、X軸上に欠陥信号の存在を表示する
機能を有することを特徴とする超音波探傷器。 - 【請求項8】 請求項6又は請求項7に記載の超音波探
傷器であって、前記ロータリーエンコーダによって検出
された前記探触子ホルダの管体円周方向位置をX軸と
し、欠陥信号が検出されたとき、超音波ビーム路程から
検出される欠陥の深さ方向の位置を、Y軸方向位置とし
て表示する機能を有することを特徴とする超音波探傷
器。 - 【請求項9】 請求項6から請求項8のうちいずれか1
項に記載の超音波探傷器を用いて、管体の欠陥を検出す
ることを特徴とする管体の超音波探傷方法。
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