JP2003262622A - 超音波探傷方法 - Google Patents

超音波探傷方法

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JP2003262622A JP2002064333A JP2002064333A JP2003262622A JP 2003262622 A JP2003262622 A JP 2003262622A JP 2002064333 A JP2002064333 A JP 2002064333A JP 2002064333 A JP2002064333 A JP 2002064333A JP 2003262622 A JP2003262622 A JP 2003262622A
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Masaki Yamano
正樹 山野
Hiroyuki Okubo
寛之 大久保
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Sumitomo Metal Ind Ltd
住友金属工業株式会社
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    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シーム倣い誤差が生じた場合でも、検出すべ
き疵を検出することができ、探傷再現性が良好である超
音波探傷方法、及び1つの探触子で斜角探傷と垂直探傷
とを実施することができ、探触子をより溶接部へ接近さ
せて微小疵も検出することができる超音波探傷方法を提
供する。 【解決手段】 超音波送受信寄与振動子群の一側の超音
波振動子4aを所定数除き、他側に隣合う所定数の超音
波振動子4aを加えた超音波送受信寄与振動子群の超音
波振動子4aを励振して超音波ビームを送受信して探傷
する。探傷屈折角度を±数度変角して探傷するので、シ
ーム倣い誤差が生じた場合でも、検出すべき疵を検出す
ることができ、探傷再現性が良好である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、被検査材の溶接部
を探傷する超音波探傷方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】溶接鋼
管等の溶接部には溶接方法及び条件により様々な疵が発
生し、溶接部の品質低下の原因となっている。このた
め、X線及び超音波を用いた非破壊検査が行われてい
る。X線はピンホール及びスラグ巻き込み等の点状疵を
容易に検出することができ、検査実績も多いが、能率が
低い、設備コストが高い等の問題点がある。
【0003】このため、サブマージドアーク溶接(SA
W)鋼管においては、超音波探傷を行い、疵有りと判定
された部位及び両管端部のみにX線検査を実施してい
る。超音波探傷は、割れ疵及び融合不良等面状疵を検出
するのに適した方法であり、検査能率、設備コストの面
からX線検査より優れているので、両管端数10mmの
部分を除き、溶接部全面の検査を担っている。
【0004】一例として、SAW鋼管の製造工程におけ
るオンライン自動探傷方法の概略が文献1(「溶接鋼管
の超音波探傷法」鉄鋼協会品質管理部会(NDI部門)
編、1999年2月22日発行)の4.4.1〜4.
4.3(pp60〜62)に記載されている。同技術
は、縦方向疵、横方向疵それぞれについて内面疵、外面
疵検出用の複数の探触子を配置し、溶接部に発生する様
々な疵を見逃すことなく検出できるようにしたものであ
る。この場合、疵を見逃さないために、管の長手方向の
各位置において前記探触子群で送受信する超音波ビーム
が溶接部全断面をカバーしている必要性がある。
【0005】超音波探触子で送受信される超音波ビーム
は、探傷周波数及び振動子径等によって規定される指向
角で拡散しながら材料中を伝搬する。図11は、管軸方
向疵検査用探触子のKフォーム配置及び超音波伝搬挙動
を示す模式図であり、図中1は鋼管である。鋼管1は溶
接部2を有しており、鋼管1の外表面には、内面疵用探
触子23が溶接部2から0.5スキップの位置に、外面
疵用探触子24が1.0スキップの位置に配置されてい
る。この内面疵用探触子23及び外面疵用探触子24を
用いた場合、溶接部2の中央部の超音波ビーム強度が弱
くなり、疵検出能が低下する。すなわち、図11に示し
たように、溶接部2の中央部に探傷感度不足域Aが発生
する。この傾向は厚肉材ほど顕著になる。
【0006】従って、前記文献1記載の技術では鋼管探
傷における探触子設定例(文献1:表4.11、p6
5)に記載されているように、厚肉材では溶接部2から
1.0スキップ以上の距離に2個の探触子を設置するよ
う推奨している。図12は、前記推奨位置に配置された
管軸方向疵検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示
す模式図であり、図中1は鋼管である。鋼管1の外表面
には、内面疵用探触子23が溶接部2から1.5スキッ
プの位置に、外面疵用探触子24が1.0スキップの位
置に配置されている。図12においては、探傷感度不足
域が発生していない。これは、伝搬距離が長くなるのに
従い、超音波ビームが拡散することを利用したものであ
るが、伝搬距離が長くなるのに比例して単位面積当たり
の超音波ビーム強度が低下するので、疵からの反射エコ
ー強度も低下し、疵エコーがノイズ信号に埋没する虞が
ある。
【0007】前記課題を解決するために、本願発明者等
は、特願2000−256416号にて、探触子の数を
低減しつつ、溶接部の全断面にわたって精度良く内在疵
を検出することができる超音波探傷方法を提案した。こ
れは、複数の超音波振動子を含むアレイ探触子を円弧曲
面状のくさびを介して被検査材に配置し、複数の超音波
振動子を1つのグループとする振動子群を順次切り替え
ることで超音波ビームの探傷屈折角度を変えて、被検査
材を走査する方法である。
【0008】ところで、オンライン超音波探傷方法とし
ては、特公昭51−39555号公報に記載されている
ように、鋼管の溶接部を常時監視し、溶接部の真上から
のずれを検出して、探触子を常に溶接部から所定位置に
配置できるようにしながら、鋼管を直線搬送しつつ探傷
する方法が採用されている。ここで、溶接部位置の検出
は、接触式の検出針を溶接部を挟む両側に接触させ、両
者の変位量の差に基づくずれ量を検出することにより行
っている。
【0009】しかし、この方法では、鋼管が真円でない
と正確な検出ができないという問題があり、最近では渦
電流が材質により変化する特性を利用して、溶接部材質
変化を検出する渦電流式又は外削バイトによる光沢変化
をCCDカメラで検知する光学式の溶接部検出器等が用
いられている。このシーム検出及び倣いに関する詳細は
前記文献1の4.5(pp69〜76)に記載されてい
る。
【0010】また、オンラインにおける自動超音波探傷
装置においては、前記文献1のpp76〜77に記載さ
れているように、探傷結果の信頼性を確保するために、
カップリングチェック機能を有している。図13は、U
OE鋼管の溶接部に適用する超音波探傷装置を示す断面
図である。鋼管1は溶接部2を有しており、鋼管1の外
表面にはくさび17が配置されている。くさび17は斜
面と水平な上面とを有しており、斜面には斜角探触子1
4が、上面にはカップリングチェックのための垂直探触
子15が配置されている。斜角探触子14の上方には斜
角探触子14の動作チェックのための受信探触子16が
配置されている。斜角探触子14及び垂直探触子15が
受信したエコー信号は夫々、検出器21及び22に与え
られる。この探傷装置においては、垂直振動子15が受
信した鋼管1の裏面のエコー強度の変化に基づき自動的
に斜角探触子14の探傷感度を補正すべくなしてある。
【0011】上述した超音波探傷方法は、以下の課題を
有する。まず、溶接部中心位置の検出方法において、渦
電流式の場合、溶接部の材質変化以外に溶接部との距離
変動(溶接部の形状変化)等により影響を受けるので、
渦電流の最大変化点が溶接部上にあるとは限らないとい
う問題がある。また、光学式の場合も同様に、外削バイ
トの光沢変化以外に表面光沢変化の影響も受けるという
問題がある。このように、溶接部中心位置の検出方法に
は夫々短所があり、検査員が手動介入してシーム倣いを
補正する必要も生じる。そして補正した場合でも、油圧
及びサーボモータ等を使ったシーム倣い制御の反応遅れ
等を考慮すると、シーム倣い精度は、±1〜5mm程度
となる。シーム倣い精度がどの程度要求されるかは、検
出すべき疵の寸法、探触子及び溶接部間距離、屈折角度
等によって変化するが、良好な探傷再現性を確保するに
は、一般的には±2mm以下の倣い精度が必要とされて
いる。現状のシーム検出及び倣い制御においては、オン
ラインで常時、この要求性能を満たすのは困難であると
いう問題がある。
【0012】一方、カップリングチェック機能に関して
は、探傷用の斜角探触子14以外に感度補正用の垂直探
触子15を併設する必要があり、装置全体の寸法が大き
くなるという問題がある。装置の寸法が大きくなると、
例えば斜角探触子14が溶接ビードと接触するために、
内面疵を0.5スキップでは検査できず、1.5スキッ
プで検査することになる。斜角探触子14が溶接部2か
ら離れるに従い超音波ビームは拡散するので、肉厚方向
に広い範囲をカバーすることができるが、微小疵につい
ては検出が困難になるという問題がある。
【0013】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、所定の探傷屈折角度で超音波ビームを送受信し
て探傷する所定位置探傷過程と、前記探傷屈折角度をプ
ラス方向に所定角度変角した屈折角度及び/又はマイナ
ス方向に所定角度変角した屈折角度で超音波ビームを送
受信して探傷する変角探傷過程とを含むことにより、シ
ーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの
屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えること
が可能になり、探傷再現性が向上する超音波探傷方法を
提供することを目的とする。
【0014】また、本発明は、複数の超音波振動子を並
設してなるアレイ探触子を被検査材上に配置し、複数の
超音波振動子からなる超音波送受信寄与振動子群を選択
し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子によ
り超音波ビームを送受信して探傷する場合に、超音波送
受信寄与振動子群の一側の超音波振動子を所定数除き、
他側に隣り合う前記所定数の超音波振動子を加えた超音
波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビ
ームを送受信して探傷する過程を含むことにより、超音
波送受信寄与振動子群の切り替えにより容易に探傷屈折
角度を変角することができる超音波探傷方法を提供する
ことを目的とする。
【0015】そして、本発明は、複数の超音波振動子を
並設してなるアレイ探触子を被検査材上に配置し、複数
の超音波振動子からなる超音波送受信寄与振動子群を選
択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に
各別に遅延時間を与えて超音波ビームを溶接部の所定位
置へ送信し、超音波送受信寄与振動子群が受信し、各別
に遅延させて得られたエコー信号に基づき探傷する場合
に、前記超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に
与える遅延時間を各別に加減する過程を含むことによ
り、探傷屈折角度を容易に変角することができ、任意の
変角ピッチが設定可能である超音波探傷方法を提供する
ことを目的とする。
【0016】また、本発明は、予め探触子から超音波ビ
ームを屈折角度略0度で送信し、探触子が受信したエコ
ー信号の強度に基づいて探傷の感度補正を行う過程を含
むことにより、斜角探傷用の探触子がカップリングチェ
ック機能も有することになり、探触子が1つで済むので
超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、探触子を溶
接部へより接近させて微小疵も探傷することができる超
音波探傷方法を提供することを目的とする。
【0017】そして、本発明は、溶接部の内面近傍、厚
さ方向中央部及び外面近傍を特定して探傷することによ
り、疵が発生し易い位置を効率的に探傷することができ
る超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【0018】さらに、本発明は、複数の探触子を用い、
溶接部の厚さ方向の複数の異なる位置を各別に探傷する
ことにより、疵の検出感度が良好であり、さらに探傷再
現性が良好になる超音波探傷方法を提供することを目的
とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】第1発明の超音波探傷方
法は、複数の異なる屈折角度で探傷し得る探触子を被検
査材上に配置し、該探触子から超音波ビームを被検査材
の溶接部の厚さ方向の所定位置へ送信し、前記探触子が
受信したエコー信号に基づいて前記所定位置を探傷する
超音波探傷方法において、前記所定位置を探傷すべく所
定の探傷屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する
所定位置探傷過程と、前記探傷屈折角度をプラス方向に
所定角度変角した屈折角度及び/又はマイナス方向に所
定角度変角した屈折角度で超音波ビームを送受信して探
傷する変角探傷過程とを含むことを特徴とする。
【0020】ここで、探傷屈折角度をプラス方向及び/
又はマイナス方向に変角する所定角度の大きさは、被検
査材のシーム倣い誤差の大きさ、被検査材の厚さ及び超
音波ビームの拡散の程度等を考慮して決定する。一般的
には略8度以下の角度とすることができ、2〜6度が好
ましい。第1発明においては、探傷屈折角度を±数度
(2〜6度)変角して探傷することになり、シーム倣い
誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度
における探傷により検出すべき疵を捉えることができ、
探傷再現性が向上する。
【0021】第2発明の超音波探傷方法は、第1発明に
おいて、前記探触子は、複数の超音波振動子を並設して
なるアレイ探触子であり、前記所定位置探傷過程は、複
数の超音波振動子を超音波送受信寄与振動子群として選
択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に
より超音波ビームを送受信して探傷し、前記変角探傷過
程は、前記超音波送受信寄与振動子群の一側の超音波振
動子を所定数除き、他側に前記所定数の超音波振動子を
加えた超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子によ
り超音波ビームを送受信して探傷することを特徴とす
る。
【0022】第3発明の超音波探傷方法は、第2発明に
おいて、前記超音波送受信寄与振動子群は、隣り合う振
動子からなることを特徴とする。
【0023】第2及び第3発明においては、超音波送受
信寄与振動子群の切り替えにより、容易に探傷屈折角度
を変角することができる。
【0024】第4発明の超音波探傷方法は、第1発明に
おいて、前記探触子は、複数の超音波振動子を並設して
なるアレイ探触子であり、前記所定位置探傷過程は、複
数の超音波振動子を超音波送受信寄与振動子群として選
択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に
各別に遅延時間を与えて超音波ビームを前記所定位置へ
送信し、各超音波振動子が受信し、各別に遅延させて得
られたエコー信号に基づき探傷し、前記変角探傷過程
は、前記超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に
与える送受信の遅延時間を各別に加減して超音波ビーム
を送受信し、探傷することを特徴とする。
【0025】第4発明においては、送受信の遅延時間の
制御により、容易に探傷屈折角度を変角することができ
る。また、任意の変角ピッチが設定可能である。
【0026】第5発明の超音波探傷方法は、複数の異な
る屈折角度で探傷し得る探触子を被検査材上に配置し、
該探触子から超音波ビームを所定の屈折角度で被検査材
の溶接部の厚さ方向の所定位置へ送信し、前記探触子が
受信したエコー信号に基づいて探傷する超音波探傷方法
において、予め前記探触子から超音波ビームを屈折角度
略0度で送信し、前記探触子が受信したエコー信号の強
度に基づいて探傷の感度補正を行う過程を含むことを特
徴とする。
【0027】第5発明においては、1つの探触子で垂直
探傷と斜角探傷とを行うことができ、垂直探傷時に得ら
れた被検査材の裏面からのエコー強度に基づき斜角探傷
を行う場合の感度補正を行うことができる。従って、斜
角探傷用の探触子がカップリングチェック機能も有する
ことになり、探触子が1つで済むので、超音波探傷装置
としての寸法が小さくなり、探触子を溶接部へより接近
させて微小疵も検出することができる。
【0028】第6発明の超音波探傷方法は、第1乃至第
5発明のいずれかにおいて、前記被探傷位置は、前記溶
接部の内面近傍及び外面近傍であることを特徴とする。
【0029】第7発明の超音波探傷方法は、第1乃至第
5発明のいずれかにおいて、前記被探傷位置は、前記溶
接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍であるこ
とを特徴とする。
【0030】第6及び第7発明においては、疵が発生し
易い位置を特定することで効率的に探傷することができ
る。
【0031】第8発明の超音波探傷方法は、第1乃至第
5発明のいずれかにおいて、複数の探触子により、前記
溶接部の厚さ方向の複数の異なる被探傷位置を各別に探
傷することを特徴とする。第8発明においては、疵の検
出感度が良好であり、さらに探傷再現性が良好になる。
また、各探触子が斜角探傷と垂直探傷とを実施すること
ができる。
【0032】第9発明の超音波探傷方法は、第8発明に
おいて、前記複数の異なる位置は、前記溶接部の内面近
傍及び外面近傍であることを特徴とする。第10発明の
超音波探傷方法や、第8発明において、前記複数の異な
る位置は、前記溶接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び
外面近傍であることを特徴とする。第9及び第10発明
においては、疵が発生し易い位置を特定することで効率
的に探傷することができる。
【0033】
【発明の実施の形態】以下、本発明をその実施の形態を
示す図面に基づいて具体的に説明する。 実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1に適用す
る超音波探傷装置を示す模式図であり、図中1は鋼管で
ある。鋼管1は溶接部2を有しており、鋼管1の溶接部
2側方の外表面には、アクリル、ポリスチロール樹脂等
の樹脂製で扇形状のくさび3(曲率50mm×幅15m
m円筒の1/4)が配置されており、くさび3の外周面
上には複数個の超音波振動子4a(長さ1mm×幅10
mm)からなるアレイ探触子4が配設されている。超音
波振動子4aとしては、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛
系磁器、及びニオブ酸リチウム系磁器等の圧電振動子、
又は前記磁器系圧電振動子とエポキシ樹脂等の樹脂とを
複合させたコンポジット圧電振動子を用いる。この実施
の形態においては、アレイ探触子4は64CHからな
り、頂点側が第1CH、90°側が第64CHである。
【0034】配設された各超音波振動子4aには、それ
ぞれパルサ5及び送信用遅延素子6、並びにレシーバ7
及び受信用遅延素子8が接続されている。この実施の形
態においては、受信用遅延素子8としてアナログ遅延線
が使用されている。超音波振動子4aは、対応するパル
サ5により駆動され、各パルサ5の動作タイミングは、
送信用遅延素子6により決定されるようになしてある。
【0035】各送信用遅延素子6は屈折角度制御器9に
接続されている。屈折角度制御器9は、予め設定された
数の超音波振動子4aを1つのグループとする超音波送
受信寄与振動子群を選択する回路と、前記グループを切
り替える回路と、グループの各超音波振動子4aを駆動
するタイミングを各パルサ5に与える回路と、送信用遅
延素子6及び受信用遅延素子8に遅延時間を与える回路
とを備えている。屈折角度制御器9により、超音波送受
信寄与振動子群が選択され、選択された各超音波振動子
4aに対し、対応する送信用遅延素子6によって、各超
音波振動子4aを駆動するタイミングに、屈折角度制御
器9により制御された遅延時間を加算したタイミングが
各パルサ5に与えられる。前記タイミングでパルサ5に
より送信電圧を印加することにより、振動子4aから鋼
管1中に超音波ビームが送信される。
【0036】疵エコー等の受信は以下のようにして実施
される。選択された超音波送受信寄与振動子群の各超音
波振動子4aに受信された信号は、レシーバ7に入力さ
れる。レシーバ7に入力された信号は、受信用遅延素子
8が屈折角度制御器9により制御された遅延時間を与え
られて、加算器10へ出力される。受信信号は、加算器
10により合成され、増幅器11により評価に必要な信
号レベルまで増幅される。増幅された信号値は、疵評価
器12により予め決められたしきい値と比較されて、疵
の有無が評価される。本実施の形態に係る超音波探傷装
置においては、超音波ビーム形成に寄与する、例えば1
6個の超音波送受信寄与振動子群を所定間隔で順次切り
替えて走査することにより、鋼管1に入射する角度を変
えて、溶接部2の内面、肉厚中央部及び外面を探傷する
ことができる。
【0037】図1においては、内面側を0.5スキップ
で探傷し、外面側(アレイ探触子4設置側)を1.0ス
キップで探傷しているビームの状態を示しているが、鋼
管1の肉厚方向の中央部も0.75スキップでに探傷し
ている。
【0038】本実施の形態においては、下記の遅延を与
えた。なお、遅延時間の単位はいずれもnsである。 CH1 :170、 CH2 :130、 CH3 : 90、 CH4 : 60、 CH5 : 35、 CH6 : 20、 CH7 : 5、 CH8 : 0、 CH9 : 0、 CH10: 5、 CH11: 20、 CH12: 35、 CH13: 60、 CH14: 90、 CH15:130、 CH16:170 超音波送受信寄与振動子群を順次切り替えるときも、こ
れらの送受信遅延時間は同一パターンで与える。すなわ
ち、両端の超音波振動子4aには常に中央部の超音波振
動子4aに対して170ns程度の遅延を与える。
【0039】本実施の形態においては、溶接部2の片側
から1つの探触子(溶接部2の両側から2個)を用い
て、溶接部2からアレイ探触子4までの距離を一定に保
ちながら、溶接線方向に直線走査するだけで、溶接部2
の全断面を高精度に探傷することができる。そして、比
較的小さな送受信遅延を与えるだけで肉厚方向の各深さ
で超音波ビームを集束することができ、溶接部2の全断
面で微小疵の検出が可能となる。
【0040】本実施の形態においては、内面、肉厚方向
中央部及び外面と、3つの位置について探傷するが、各
位置で探傷するための探傷屈折角度を±数度変角した屈
折角度においても探傷を実施する。この変角の範囲は、
シーム倣い制御の誤差、鋼管1の外径及び肉厚等の情報
に基づき屈折角度制御器9により算出され、この変角に
必要とされる超音波送受信寄与振動子群の切り替え走査
範囲が決定される。
【0041】本実施の形態においては、半径50mmの
円弧状くさび3上に1mmピッチで超音波振動子4aが
並設されているので、超音波振動子4aを並設方向に1
つずらすと略1.2度、入射角度が変角する。図2は、
探傷屈折角度を変角した場合の超音波伝搬挙動を示す図
である。屈折角度を60度±4度で変角するためには、
入射角度を47度±2.5度変角すればよい。従って、
屈折角度を60度にする場合の超音波送受信寄与振動子
群が20CH〜35CHであるとすると、これから超音
波振動子4aをその並設方向に±2振動子ずつずらし超
音波送受信寄与振動子群、すなわち18CH〜33C
H、及び22CH〜37CHの超音波送受信寄与振動子
群も励振して探傷し、1つの探傷屈折角度につき計3回
探傷する。なお、間に±1振動子ずつずらした探傷も加
え、計5回探傷することにしてもよい。
【0042】他の探傷屈折角度についても、各探傷屈折
角度に対応する超音波送受信寄与振動子群をその並設方
向に±2振動子ずつずらした超音波送受信寄与振動子群
も励振して探傷し、計3回探傷を実施する。
【0043】図3は、外径1016、肉厚1mmのUO
E鋼管1の溶接部2に加工した外径1.6mmのドリル
ホールからのエコー強度がシーム倣い誤差によりどの程
度変化するかを示したグラフである。10回の繰り返し
テストにおいて、故意に計4回シーム倣い精度を悪化さ
せた。図3より屈折角度を変角させることにより、シー
ム倣い精度が悪化しても疵エコー強度の低下を抑制でき
ることが判る。
【0044】以上のように、本実施の形態においては、
シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれか
の屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えるこ
とができ、探傷再現性が向上する。
【0045】図4は、本実施の形態に適用する他の超音
波探傷装置を示す模式図であり、図中、図1と同一部分
は同一符号で示してある。この超音波探傷装置において
は、くさび3の形状は、曲率200mmRの円柱の一部
を切り取った形状をなしており、溶接部2側の端面(超
音波ビーム進行側)をこれと反対側の端面より大きくし
てある。その結果、送受信遅延時間を与えなくても、鋼
管1中のビーム路程で略45mmの位置に集束するよう
になっている。くさび3の溶接部2側の端面には、くさ
び3内部の乱反射を抑制するための吸音材13が張り付
けられている。
【0046】この超音波探傷装置においても、探傷屈折
角度を変角させることにより、シーム倣い精度が悪化し
ても疵エコー強度の低下を抑制できることが確認され
た。従って、シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範
囲のいずれかの屈折角度における探傷により検出すべき
疵を捉えることができ、探傷再現性が向上する。
【0047】実施の形態2.図5は、実施の形態2に適
用する超音波探傷装置を示す模式図であり、図中、図1
と同一部分は同一符号を付してある。この超音波探傷装
置においては、くさび3は断面の形状が直角三角形状で
あり、溶接部2側の端面(超音波ビーム進行側)をこれ
と反対側の端面より大きくしてある。そして、くさび3
の斜面上に、64CHからなるアレイ探触子4が配置さ
れている。くさび3の溶接部2側の端面には、くさび3
内部の乱反射を抑制するための吸音材13が張り付けら
れている。
【0048】実施の形態1においては、超音波送受信寄
与振動子群を順次切り替えることにより探傷屈折角度を
変角しているが、本実施の形態においては、選択した超
音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に与える超音
波ビームの送受信の遅延時間を制御して探傷することに
より、複数の探傷屈折角度で探傷を実施する。従って、
本実施の形態においては、超音波送受信寄与振動子群の
切り替え走査をすることなく、鋼管1の内面、外面及び
中央位置に発生する縦方向疵を1つのアレイ探触子4で
検出することが可能である。
【0049】本実施の形態においては、選択した超音波
送受信寄与振動子群に与える各遅延時間に所定量の時間
を夫々加減して探傷することにより、探傷屈折角度を±
数度の変角で探傷する。図6は、基準入射角度を±1.
2度及び2.5度変角させる場合夫々について、各超音
波振動子4aのCH番号と該CH番号の超音波振動子4
aに与える送受信遅延時間とを示すグラフである。各変
角範囲につき、各超音波振動子4aに、図6に示す送受
信遅延時間を基準屈折角度の送受信遅延時間に加算して
与え、励振して超音波ビームを送受信する。
【0050】本実施の形態においても、シーム倣い誤差
が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度にお
ける探傷により検出すべき疵を捉えることができ、探傷
再現性が向上する。実施の形態1の場合、屈折角度変角
の範囲は、比較的広く設定することが可能であるが、屈
折角度変角のピッチは、並設された超音波振動子4aの
ピッチとくさび3の曲面の形状とにより決定されるの
で、任意には設定できない。一方、本実施の形態の遅延
時間制御による屈折角度変角においては、くさび3の形
状を選ばず、任意の変角ピッチが設定可能であるが、広
い屈折角度変角範囲を設定するのは、各屈折角度による
感度ばらつき及びサイドローブ出現があるので困難であ
る。
【0051】探傷屈折角度の変角を超音波送受信寄与振
動子群の切り替え走査で行うか、遅延時間の制御で行う
かは、くさび3及びアレイ探触子4の形状並びに屈折角
度変角範囲等を考慮して判断する。
【0052】実施の形態3.図7は、実施の形態3に適
用する超音波探傷装置を示す模式図であり、図中、図1
と同一部分は同一符号を付してある。本実施の形態にお
いては、まず、くさび3の最も頂点よりにある16個の
超音波振動子4aからなる超音波送受信寄与振動子群に
より垂直探傷を実施する(図中、破線で示す)。この超
音波送受信寄与振動子群を選択するのは、垂直探傷する
ための超音波ビームの強度を最大にするためである。本
実施の形態においては、くさび3の形状が1/4円弧状
であるので、選択した超音波送受信寄与振動子群には送
受信遅延時間を与える必要がある。
【0053】図8は、外径1016、肉厚21mmのU
OE鋼管1につき、上述の垂直探傷を実施した場合の裏
面エコーの強度と時間との関係を示す波形図である。図
8より、本実施の形態の垂直探傷においては、非常に良
好なSN比で裏面エコーを検出することができることが
判る。得られた垂直探傷時の探傷ゲート内のエコー強度
を予め設定した強度レベルに合致させ、内面、肉厚中央
及び外面の斜角探傷の増幅度を調整する。AGC20に
より調整された増幅度で内面、肉厚中央及び外面を斜角
探傷した際に得られるエコー強度は疵評価器12で所定
のしきい値と比較され、しきい値以上であれば疵がある
と判断される。
【0054】以上のように、本実施の形態においては、
1つの探触子4で垂直探傷と斜角探傷とを行うことがで
き、垂直探傷時に得られた被検査材の裏面からのエコー
強度に基づき斜角探傷を行う場合の感度補正を行うこと
ができる。従って、斜角探傷用の探触子4がカップリン
グチェック機能も有することになり、探触子4が1つで
済むので、超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、
アレイ探触子4を溶接部2へより接近させて微小疵も検
出することができる。
【0055】本実施の形態においては、くさび3の形状
が1/4円弧状であるので、選択した超音波送受信寄与
振動子群には送受信遅延時間を与える必要があるが、垂
直探傷時に、探触子4が円弧頂点部を挟んで対称に16
個の超音波送受信寄与振動子群を選択できるように構成
されている場合、及び頂点部近傍の数(1、2)個の超
音波振動子を選択した場合には、送受信遅延時間を制御
することなく、垂直探傷を行うことが可能である。
【0056】実施の形態4.図9は、実施の形態4に適
用する超音波探傷装置の探触子を鋼管1上に配置した状
態を示す平面図、図10はその断面図である。この超音
波探傷装置においては、アレイ探触子41、42及び4
3が鋼管1の長手方向に順に配置されている。アレイ探
触子41、42及び43は、夫々溶接部2の内面、肉厚
中央部及び外面を探傷する。アレイ探触子41、42及
び43は複数の超音波振動子からなり、夫々隣り合う複
数の超音波振動子からなる超音波送受信寄与振動子群を
選択し、選択した超音波送受信寄与振動子群の各超音波
振動子を励振し、溶接部2の各位置へ超音波を送信し
て、受信したエコー強度に基づき各位置の疵を検出す
る。
【0057】そして、本実施の形態においても、各探触
子における探傷屈折角度を超音波送受信寄与振動子群の
一側を所定数除き、他側に隣り合う所定数の超音波振動
子を加えた超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子
を励振し、超音波ビームを送受信することで、探傷屈折
角度を±数度変角する。
【0058】本実施の形態においては疵の検出感度が良
好であり、さらにシーム誤差が生じた場合の探傷再現性
が良好になる。また、本実施の形態においては、屈折角
度の変角範囲が狭くてよいので、探触子を構成する超音
波振動子の数は実施の形態1の探触子の超音波振動子数
より少なくてよい。
【0059】なお、本実施の形態においては、探傷屈折
角度の変角を超音波送受信寄与振動子群の切り替え走査
により行う場合につき説明しているが、これに限定され
るものではなく、送受信の遅延時間の制御により探傷屈
折角度を変角することにしてもよい。
【0060】そして、各探触子につき屈折角度略0度で
垂直探傷を行った場合のエコー強度に基づき、探傷の感
度補正を行うことができる。各探触子は斜角探傷と同時
に垂直探傷も行うことができ、各探触子は1つで済むの
で超音波探傷装置としての寸法が小さくなる。
【0061】また、くさび3の形状は、実施の形態1乃
至3において説明した場合に限定されるものではなく、
他の形状でもよい。
【0062】さらに、実施の形態1乃至4においては、
異なる屈折角度で探傷し得る探触子として、複数の超音
波振動子を備えるアレイ探触子4を用いた場合につき説
明しているがこれに限定されるものではなく、例えばモ
ータ等により機械的に屈折角度を変更できる探触子を用
いることにしてもよい。
【0063】
【発明の効果】以上、詳述したように、第1発明による
場合は、所定の探傷屈折角度で超音波ビームを送受信し
て探傷する所定位置探傷過程と、前記探傷屈折角度をプ
ラス方向に所定角度変角した屈折角度及び/又はマイナ
ス方向に所定角度変角した屈折角度で超音波ビームを送
受信して探傷する変角探傷過程とを含むので、シーム倣
い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角
度における探傷により検出すべき疵を捉えることが可能
になり、探傷再現性が向上する。
【0064】第2及び第3発明による場合は、超音波送
受信寄与振動子群の一側の超音波振動子を所定数除き、
他側に隣り合う前記所定数の超音波振動子を加えた超音
波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビ
ームを送受信して探傷する過程を含むので、超音波送受
信寄与振動子群の切り替えにより探傷屈折角度を容易に
変角することができる。
【0065】第4発明による場合は、超音波送受信寄与
振動子群の各超音波振動子に与える遅延時間を各別に加
減する過程を含むので、探傷屈折角度を容易に変角する
ことができ、任意の変角ピッチが設定可能である。
【0066】第5発明による場合は、屈折角度略0度で
探傷する垂直探傷を行ったときのエコー強度に基づき、
探傷の感度補正を行うので、斜角探傷用の探触子がカッ
プリングチェック機能も有することになり、探触子が1
つで済むので、超音波探傷装置としての寸法が小さくな
り、探触子を溶接部へより接近させて微小疵も探傷する
ことができる。
【0067】第6及び第7発明による場合は、溶接部の
内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍を特定して探傷
するので、疵が発生し易い位置を効率的に探傷すること
ができる。
【0068】第8発明による場合は、予め探触子から超
音波ビームを屈折角度略0度で送信し、探触子が受信し
たエコー信号の強度に基づいて探傷の感度補正を行う過
程を含むので、斜角探傷用の探触子がカップリングチェ
ック機能も有することになり、探触子が1つで済むので
超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、探触子を溶
接部へより接近させて微小疵も探傷することができる。
【0069】第9及び第10発明においては、疵が発生
し易い位置を特定することで効率的に探傷することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1に適用する超音波探傷装
置を示す模式図である。
【図2】探傷屈折角度を変角した場合の超音波伝搬挙動
を示す図である。
【図3】UOE鋼管の溶接部に加工したドリルホールか
らのエコー強度がシーム倣い誤差によりどの程度変化す
るかを示したグラフである。
【図4】本発明の実施の形態1に適用する他の超音波探
傷装置を示す模式図である。
【図5】本発明の実施の形態2に適用する超音波探傷装
置を示す模式図である。
【図6】基準入射角度を±1.2度及び2.5度変角さ
せる場合夫々について、各超音波振動子のCH番号と該
CH番号の超音波振動子に与える送受信遅延時間とを示
すグラフである。
【図7】本発明の実施の形態3に適用する超音波探傷装
置を示す模式図である。
【図8】外径1016、肉厚21mmのUOE鋼管につ
き、垂直探傷を実施した場合の裏面エコーの強度と時間
との関係を示す波形図である。
【図9】本発明の実施の形態4に適用する超音波探傷装
置の探触子を鋼管上に配置した状態を示す平面図であ
る。
【図10】本発明の実施の形態4に適用する超音波探傷
装置の探触子を鋼管上に配置した状態を示す断面図であ
る。
【図11】従来の管軸方向疵検査用探触子の配置及び超
音波伝搬挙動を示す模式図である。
【図12】従来の管軸方向疵検査用探触子の配置及び超
音波伝搬挙動を示す模式図である。
【図13】UOE鋼管の溶接部に適用する超音波探傷装
置を示す断面図である。
【符号の説明】
1 鋼管 2 溶接部 3 くさび 4 アレイ探触子 4a 超音波振動子 5 パルサ 6 送信用遅延素子 7 レシーバ 8 受信用遅延素子 9 屈折角度制御器 12 疵評価器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G047 AA07 AB08 BA03 BB01 BB02 BC09 CA01 DB16 EA05 EA08 EA09 EA11 GA06 GA08 GA15 GA16 GB02 GB17 GB18 GF17 GF22 GG46

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の異なる屈折角度で探傷し得る探触
    子を被検査材上に配置し、該探触子から超音波ビームを
    被検査材の溶接部の厚さ方向の所定位置へ送信し、前記
    探触子が受信したエコー信号に基づいて前記所定位置を
    探傷する超音波探傷方法において、 前記所定位置を探傷すべく所定の探傷屈折角度で超音波
    ビームを送受信して探傷する所定位置探傷過程と、 前記探傷屈折角度をプラス方向に所定角度変角した屈折
    角度及び/又はマイナス方向に所定角度変角した屈折角
    度で超音波ビームを送受信して探傷する変角探傷過程と
    を含むことを特徴とする超音波探傷方法。
  2. 【請求項2】 前記探触子は、複数の超音波振動子を並
    設してなるアレイ探触子であり、 前記所定位置探傷過程は、複数の超音波振動子を超音波
    送受信寄与振動子群として選択し、該超音波送受信寄与
    振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信
    して探傷し、 前記変角探傷過程は、前記超音波送受信寄与振動子群の
    一側の超音波振動子を所定数除き、他側に前記所定数の
    超音波振動子を加えた超音波送受信寄与振動子群の各超
    音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷する請
    求項1記載の超音波探傷方法。
  3. 【請求項3】 前記超音波送受信寄与振動子群は、隣り
    合う超音波振動子からなる請求項2記載の超音波探傷方
    法。
  4. 【請求項4】 前記探触子は、複数の超音波振動子を並
    設してなるアレイ探触子であり、 前記所定位置探傷過程は、複数の超音波振動子を超音波
    送受信寄与振動子群として選択し、該超音波送受信寄与
    振動子群の各超音波振動子に各別に遅延時間を与えて超
    音波ビームを前記所定位置へ送信し、各超音波振動子が
    受信し、各別に遅延させて得られたエコー信号に基づき
    探傷し、 前記変角探傷過程は、前記超音波送受信寄与振動子群の
    各超音波振動子に与える送受信の遅延時間を各別に加減
    して超音波ビームを送受信し、探傷する請求項1記載の
    超音波探傷方法。
  5. 【請求項5】 複数の異なる屈折角度で探傷し得る探触
    子を被検査材上に配置し、該探触子から超音波ビームを
    所定の屈折角度で被検査材の溶接部の厚さ方向の所定位
    置へ送信し、前記探触子が受信したエコー信号に基づい
    て探傷する超音波探傷方法において、 予め前記探触子から超音波ビームを屈折角度略0度で送
    信し、前記探触子が受信したエコー信号の強度に基づい
    て探傷の感度補正を行う過程を含むことを特徴とする超
    音波探傷方法。
  6. 【請求項6】 前記所定位置は、前記溶接部の内面近傍
    及び外面近傍である請求項1乃至5のいずれかに記載の
    超音波探傷方法。
  7. 【請求項7】 前記所定位置は、前記溶接部の内面近
    傍、厚さ方向中央部及び外面近傍である請求項1乃至5
    のいずれかに記載の超音波探傷方法。
  8. 【請求項8】 複数の探触子により、前記溶接部の厚さ
    方向の複数の異なる位置を各別に探傷する請求項1乃至
    5のいずれかに記載の超音波探傷方法。
  9. 【請求項9】 前記複数の異なる位置は、前記溶接部の
    内面近傍及び外面近傍である請求項8記載の超音波探傷
    方法。
  10. 【請求項10】 前記複数の異なる位置は、前記溶接部
    の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍である請求項
    8記載の超音波探傷方法。
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