JP2004053462A - 超音波ｔｏｆｄ法用探触子と探傷方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被検体の曲面部におけるきず端部深さを、容易かつ正確に測定することができる超音波ＴＯＦＤ法用探触子とそれを利用した探傷方法を提供すること。
【解決手段】超音波ＴＯＦＤ法用探触子１は、超音波発生素子１１と、超音波受信素子１２と、超音波発生素子及び超音波受信素子を装着するホルダー１３とからなり、被検体２の曲面部と接触するホルダーの接触面１３１は、被検体２の曲面部に沿う形状に形成されている。このＴＯＦＤ法用超音波探触子１を用いてきず端部深さが既知の被検体での探傷試験を行い、算出されたきず端部深さが実測のきず端部深さと最も近くなるように素子間距離を補正する。その後、きず端部深さが未知の被検体の探傷試験を行い、補正した素子間距離を使用してきず端部深さを算出する。
【選択図】 図１
【解決手段】超音波ＴＯＦＤ法用探触子１は、超音波発生素子１１と、超音波受信素子１２と、超音波発生素子及び超音波受信素子を装着するホルダー１３とからなり、被検体２の曲面部と接触するホルダーの接触面１３１は、被検体２の曲面部に沿う形状に形成されている。このＴＯＦＤ法用超音波探触子１を用いてきず端部深さが既知の被検体での探傷試験を行い、算出されたきず端部深さが実測のきず端部深さと最も近くなるように素子間距離を補正する。その後、きず端部深さが未知の被検体の探傷試験を行い、補正した素子間距離を使用してきず端部深さを算出する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法により被検体の曲面部の探傷を行うための超音波ＴＯＦＤ法用探触子及びそれを用いて被検体の曲面部の探傷を行う探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＯＦＤ法は超音波による非破壊検査法の一つであり、従来から、被検体のきず端部深さ等を測定するために広く利用されている。
【０００３】
きず端部深さ測定に使用する従来のＴＯＦＤ法は、図４に示すように、被検体２内のきず２１を中心に、超音波発生素子３１を装着した超音波発生用探触子３と超音波受信素子４１を装着した超音波受信用探触子４を対称に配置し、きず２１に平行に走査する方法である。超音波発生素子３１から放射された超音波は、被検体２の表面直下をラテラル波として伝搬し、第１波信号として超音波受信素子４１に受信される。また、被検体２にきず２１がある場合、きず端部２１ａから回折波が発生し第２波信号として超音波受信素子４１に受信される。
【０００４】
そして、きず端部２１ａからの回折波とラテラル波との伝搬時間差からきず端部深さＴが算出される。具体的には、図５に示すように、超音波発生素子３１、超音波受信素子４１及びきず端部２１ａがそれぞれ直角三角形の頂点にあるものとして、下記の数式（１）によってきず端部深さＴを算出する。
【０００５】
Ｔ＝（Ｗ２−Ｓ２）１／２ …… （１）
Ｔ：きず端部深さ
Ｗ：超音波発生素子又は超音波受信素子からきず端部までの距離
Ｓ：素子間距離（超音波発生素子と超音波受信素子との間の距離×１／２）数式（１）中のＷは、きず端部２１ａからの回折波の伝搬時間Ｂｗから算出でき、Ｓは、ラテラル波の伝搬時間Ｌｗから算出できる。ただし、両伝搬時間には、超音波発生用探触子３及び超音波受信用探触子４のホルダー３２，４２内の伝搬時間Ｐｄが含まれており、きず端部深さＴを算出するには、伝搬時間Ｂｗ，Ｌｗから伝搬時間Ｐｄを差し引く必要がある。すなわち、数式（１）中のＷは、下記の数式（２）で表され、Ｓは、下記の数式（３）で表される。
【０００６】
Ｗ＝｛（Ｂｗ−Ｐｄ）／２｝×Ｃ …… （２）
Ｓ＝｛（Ｌｗ−Ｐｄ）／２｝×Ｃ …… （３）
ここで、Ｃは被検体の音速であり、Ｓは実測値であるので、数式（３）からＰｄが算出され、このＰｄを数式（２）に代入することにより、Ｗが算出される。そして、Ｓ及びＷを数式（１）に代入することにより、きず端部深さＴが算出される。
【０００７】
このように、ＴＯＦＤ法によれば、比較的簡単にきず端部深さを測定することができることから、その適用範囲の拡大、また測定精度・効率の向上等を目的として、特開平１１−３１６２１５号公報、特開２００１−５０９３８号公報、特開２００１−２１５２１８号公報、特開２００１−２２８１２８号公報、特開２００１−３０５１２４号公報、特開２００１−３２４４８４号公報、特開２００２−５９０４号公報、特開２００２−３１６３２号公報等に見られるように、様々な改良技術が提案されている。
【０００８】
しかしながら、いずれの提案技術も、主に平板状の被検体を対象としたものであり、立ち上がり部、屈曲部等の曲面部におけるきず端部深さの測定には適用できない。また、上記の数式（１）によってきず端部深さＴを算出する場合、曲面部では、素子間距離Ｓとして実測値を代入しても、その実測値は実際のラテラル波の伝搬経路の長さとは異なるため、正確なきず端部深さＴを算出することはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、被検体の曲面部におけるきず端部深さを、容易かつ正確に測定することができる超音波ＴＯＦＤ法用探触子とそれを利用した探傷方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子は、超音波ＴＯＦＤ法により被検体の曲面部の探傷を行うための探触子であって、超音波発生素子と、超音波受信素子と、超音波発生素子及び超音波受信素子を装着するホルダーとからなり、被検体の曲面部と接触するホルダーの接触面は、被検体の曲面部に沿う形状に形成されているものである。
【００１１】
本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子において、超音波発生素子及び超音波受信素子は、ホルダーの接触面の頂点を挟んで対称位置に配置することができる。
【００１２】
本発明の探傷方法は、上記の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いて被検体の曲面部の探傷を行い、上記の数式（１）によってきず端部深さを算出する探傷方法であって、きず端部深さが既知の被検体での探傷試験を行い、上記の数式（１）によって算出されたきず端部深さが、実測のきず端部深さと最も近くなるように素子間距離を補正し、きず端部深さが未知の被検体の探傷試験を行い、補正した素子間距離を使用して上記の数式（１）によってきず端部深さを算出するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
【００１４】
図１は、本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を被検体の曲面部に当てた状態を示す縦断面図である。同図に示すように本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子１は、超音波発生素子１１と、超音波受信素子１２と、超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２を装着するホルダー１３とからなる。
【００１５】
超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２は、ホルダー１３の接触面１３１の頂点１３１ａを挟んで対称位置に配置されている。超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２としては、従来より周知の素子を使用できる。
【００１６】
図２はホルダーを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。ホルダー１３は、アクリル樹脂からなり、超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２を装着するための装着孔１３２，１３３が形成されている。本実施例では、ホルダー１３の上面の幅を３０ｍｍ、高さを１５ｍｍ、長さを５０ｍｍとしている。また、被検体２の曲面部と接触するホルダー１３の接触面１３１は、被検体２の曲面部に沿う形状に形成され、その頂点１３１近傍の曲率半径Ｒは１０ｍｍとされている。きず端部深さの測定時には、図１に示すように接触面１３１の頂点１３１ａが被検体２のきず２１と一致するように、被検体２の曲面部に当てられる。図１に示す超音波ＴＯＦＤ法用探触子は、曲率半径Ｒが５〜１０ｍｍの曲面部におけるきず端部深さの測定に適用することができる。
【００１７】
図３は、ホルダーの他の実施例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。本実施例のホルダーは、接触面１３１の頂点１３１近傍の曲率半径Ｒを２０ｍｍとしており、図１のものよりも緩やかな曲率半径の曲面部に適用されるものである。
【００１８】
次に、本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いてきず端部深さを測定する、本発明の探傷方法について説明する。
【００１９】
本発明の探傷方法では、まず、図２又は図３に示すようなホルダーを有する超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いて、きず端部深さが既知の被検体の探傷試験を行う。この探傷試験では、きず端部深さが異なる複数の被検体について、そのきず端部深さに応じた超音波集束深さを持つ超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いて、その素子間距離Ｓを一定として試験する。そして、各被検体について、測定されたきず端部からの回折波の伝搬時間Ｂｗ、ラテラル波の伝搬時間Ｌｗ及び実測の素子間距離Ｓを用いて上記の数式（１）〜（３）によりきず端部深さＴを算出する。上述のように、素子間距離Ｓの実測値は、実際のラテラル波の伝搬経路の長さとは異なるため、算出されたきず端部深さＴは実際のきず端部深さとは異なるものとなる。
【００２０】
次に、数式（１）において、素子間距離Ｓを種々変化させてきず端部深さＴを算出し、実測のきず端部深さに最も近くなるときの素子間距離Ｓを、その超音波ＴＯＦＤ法用探触子固有の素子間距離Ｓ’とする。以降、この超音波ＴＯＦＤ法用探触子によってきず端部深さが未知の被検体の探傷試験を行うときには、補正された素子間距離Ｓ’、測定されたきず端部からの回折波の伝搬時間Ｂｗ及びラテラル波の伝搬時間Ｌｗを用いて、上記の数式（１）〜（３）によりきず端部深さＴを算出する。なお、上述した素子間距離の補正は、数式（１）によってきず端部深さを計算する一般的な解析ソフト上で行うことができる。
【００２１】
表１には、本発明の探傷方法によるきず端部深さの測定例を示す。表１に示すように、本発明の探傷方法によって測定したＴＯＦＤ測定値と、デプスゲージを用いて測定した実測値との測定差は最大でも０．４４ｍｍであり、本発明の探傷方法によれば、精度の高いきず端部深さの測定を行うことができることがわかる。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【発明の効果】
本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子では、ホルダーの接触面を被検体の曲面部に沿う形状に形成しているので被検体の曲面部に当てやすく、きず端部深さの測定を容易に行うことができるとともに、測定の精度も向上する。
【００２４】
本発明の探傷方法では、実測のきず端部深さに基づいて素子間距離を補正するので、きず端部深さの測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を被検体の曲面部に当てた状態を示す縦断面図である
【図２】ホルダーを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】ホルダーの他の実施例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】ＴＯＦＤ法の原理を示す説明図である。
【図５】ＴＯＦＤ法によるきず端部深さの測定原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 超音波ＴＯＦＤ法用探触子
１１ 超音波発生素子
１２ 超音波受信素子
１３ ホルダー
１３１ 接触面 １３１ａ 頂点 １３２，１３３ 装着孔
２ 被検体
２１ きず ２１ａ きず端部
３ 超音波発生用探触子
３１ 超音波発生素子 ３２ ホルダー
４ 超音波受信用探触子
４１ 超音波受信素子 ４２ ホルダー
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＯＦＤ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法により被検体の曲面部の探傷を行うための超音波ＴＯＦＤ法用探触子及びそれを用いて被検体の曲面部の探傷を行う探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＯＦＤ法は超音波による非破壊検査法の一つであり、従来から、被検体のきず端部深さ等を測定するために広く利用されている。
【０００３】
きず端部深さ測定に使用する従来のＴＯＦＤ法は、図４に示すように、被検体２内のきず２１を中心に、超音波発生素子３１を装着した超音波発生用探触子３と超音波受信素子４１を装着した超音波受信用探触子４を対称に配置し、きず２１に平行に走査する方法である。超音波発生素子３１から放射された超音波は、被検体２の表面直下をラテラル波として伝搬し、第１波信号として超音波受信素子４１に受信される。また、被検体２にきず２１がある場合、きず端部２１ａから回折波が発生し第２波信号として超音波受信素子４１に受信される。
【０００４】
そして、きず端部２１ａからの回折波とラテラル波との伝搬時間差からきず端部深さＴが算出される。具体的には、図５に示すように、超音波発生素子３１、超音波受信素子４１及びきず端部２１ａがそれぞれ直角三角形の頂点にあるものとして、下記の数式（１）によってきず端部深さＴを算出する。
【０００５】
Ｔ＝（Ｗ２−Ｓ２）１／２ …… （１）
Ｔ：きず端部深さ
Ｗ：超音波発生素子又は超音波受信素子からきず端部までの距離
Ｓ：素子間距離（超音波発生素子と超音波受信素子との間の距離×１／２）数式（１）中のＷは、きず端部２１ａからの回折波の伝搬時間Ｂｗから算出でき、Ｓは、ラテラル波の伝搬時間Ｌｗから算出できる。ただし、両伝搬時間には、超音波発生用探触子３及び超音波受信用探触子４のホルダー３２，４２内の伝搬時間Ｐｄが含まれており、きず端部深さＴを算出するには、伝搬時間Ｂｗ，Ｌｗから伝搬時間Ｐｄを差し引く必要がある。すなわち、数式（１）中のＷは、下記の数式（２）で表され、Ｓは、下記の数式（３）で表される。
【０００６】
Ｗ＝｛（Ｂｗ−Ｐｄ）／２｝×Ｃ …… （２）
Ｓ＝｛（Ｌｗ−Ｐｄ）／２｝×Ｃ …… （３）
ここで、Ｃは被検体の音速であり、Ｓは実測値であるので、数式（３）からＰｄが算出され、このＰｄを数式（２）に代入することにより、Ｗが算出される。そして、Ｓ及びＷを数式（１）に代入することにより、きず端部深さＴが算出される。
【０００７】
このように、ＴＯＦＤ法によれば、比較的簡単にきず端部深さを測定することができることから、その適用範囲の拡大、また測定精度・効率の向上等を目的として、特開平１１−３１６２１５号公報、特開２００１−５０９３８号公報、特開２００１−２１５２１８号公報、特開２００１−２２８１２８号公報、特開２００１−３０５１２４号公報、特開２００１−３２４４８４号公報、特開２００２−５９０４号公報、特開２００２−３１６３２号公報等に見られるように、様々な改良技術が提案されている。
【０００８】
しかしながら、いずれの提案技術も、主に平板状の被検体を対象としたものであり、立ち上がり部、屈曲部等の曲面部におけるきず端部深さの測定には適用できない。また、上記の数式（１）によってきず端部深さＴを算出する場合、曲面部では、素子間距離Ｓとして実測値を代入しても、その実測値は実際のラテラル波の伝搬経路の長さとは異なるため、正確なきず端部深さＴを算出することはできない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、被検体の曲面部におけるきず端部深さを、容易かつ正確に測定することができる超音波ＴＯＦＤ法用探触子とそれを利用した探傷方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子は、超音波ＴＯＦＤ法により被検体の曲面部の探傷を行うための探触子であって、超音波発生素子と、超音波受信素子と、超音波発生素子及び超音波受信素子を装着するホルダーとからなり、被検体の曲面部と接触するホルダーの接触面は、被検体の曲面部に沿う形状に形成されているものである。
【００１１】
本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子において、超音波発生素子及び超音波受信素子は、ホルダーの接触面の頂点を挟んで対称位置に配置することができる。
【００１２】
本発明の探傷方法は、上記の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いて被検体の曲面部の探傷を行い、上記の数式（１）によってきず端部深さを算出する探傷方法であって、きず端部深さが既知の被検体での探傷試験を行い、上記の数式（１）によって算出されたきず端部深さが、実測のきず端部深さと最も近くなるように素子間距離を補正し、きず端部深さが未知の被検体の探傷試験を行い、補正した素子間距離を使用して上記の数式（１）によってきず端部深さを算出するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。
【００１４】
図１は、本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を被検体の曲面部に当てた状態を示す縦断面図である。同図に示すように本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子１は、超音波発生素子１１と、超音波受信素子１２と、超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２を装着するホルダー１３とからなる。
【００１５】
超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２は、ホルダー１３の接触面１３１の頂点１３１ａを挟んで対称位置に配置されている。超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２としては、従来より周知の素子を使用できる。
【００１６】
図２はホルダーを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。ホルダー１３は、アクリル樹脂からなり、超音波発生素子１１及び超音波受信素子１２を装着するための装着孔１３２，１３３が形成されている。本実施例では、ホルダー１３の上面の幅を３０ｍｍ、高さを１５ｍｍ、長さを５０ｍｍとしている。また、被検体２の曲面部と接触するホルダー１３の接触面１３１は、被検体２の曲面部に沿う形状に形成され、その頂点１３１近傍の曲率半径Ｒは１０ｍｍとされている。きず端部深さの測定時には、図１に示すように接触面１３１の頂点１３１ａが被検体２のきず２１と一致するように、被検体２の曲面部に当てられる。図１に示す超音波ＴＯＦＤ法用探触子は、曲率半径Ｒが５〜１０ｍｍの曲面部におけるきず端部深さの測定に適用することができる。
【００１７】
図３は、ホルダーの他の実施例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。本実施例のホルダーは、接触面１３１の頂点１３１近傍の曲率半径Ｒを２０ｍｍとしており、図１のものよりも緩やかな曲率半径の曲面部に適用されるものである。
【００１８】
次に、本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いてきず端部深さを測定する、本発明の探傷方法について説明する。
【００１９】
本発明の探傷方法では、まず、図２又は図３に示すようなホルダーを有する超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いて、きず端部深さが既知の被検体の探傷試験を行う。この探傷試験では、きず端部深さが異なる複数の被検体について、そのきず端部深さに応じた超音波集束深さを持つ超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いて、その素子間距離Ｓを一定として試験する。そして、各被検体について、測定されたきず端部からの回折波の伝搬時間Ｂｗ、ラテラル波の伝搬時間Ｌｗ及び実測の素子間距離Ｓを用いて上記の数式（１）〜（３）によりきず端部深さＴを算出する。上述のように、素子間距離Ｓの実測値は、実際のラテラル波の伝搬経路の長さとは異なるため、算出されたきず端部深さＴは実際のきず端部深さとは異なるものとなる。
【００２０】
次に、数式（１）において、素子間距離Ｓを種々変化させてきず端部深さＴを算出し、実測のきず端部深さに最も近くなるときの素子間距離Ｓを、その超音波ＴＯＦＤ法用探触子固有の素子間距離Ｓ’とする。以降、この超音波ＴＯＦＤ法用探触子によってきず端部深さが未知の被検体の探傷試験を行うときには、補正された素子間距離Ｓ’、測定されたきず端部からの回折波の伝搬時間Ｂｗ及びラテラル波の伝搬時間Ｌｗを用いて、上記の数式（１）〜（３）によりきず端部深さＴを算出する。なお、上述した素子間距離の補正は、数式（１）によってきず端部深さを計算する一般的な解析ソフト上で行うことができる。
【００２１】
表１には、本発明の探傷方法によるきず端部深さの測定例を示す。表１に示すように、本発明の探傷方法によって測定したＴＯＦＤ測定値と、デプスゲージを用いて測定した実測値との測定差は最大でも０．４４ｍｍであり、本発明の探傷方法によれば、精度の高いきず端部深さの測定を行うことができることがわかる。
【００２２】
【表１】
【発明の効果】
本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子では、ホルダーの接触面を被検体の曲面部に沿う形状に形成しているので被検体の曲面部に当てやすく、きず端部深さの測定を容易に行うことができるとともに、測定の精度も向上する。
【００２４】
本発明の探傷方法では、実測のきず端部深さに基づいて素子間距離を補正するので、きず端部深さの測定精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を被検体の曲面部に当てた状態を示す縦断面図である
【図２】ホルダーを示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】ホルダーの他の実施例を示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】ＴＯＦＤ法の原理を示す説明図である。
【図５】ＴＯＦＤ法によるきず端部深さの測定原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 超音波ＴＯＦＤ法用探触子
１１ 超音波発生素子
１２ 超音波受信素子
１３ ホルダー
１３１ 接触面 １３１ａ 頂点 １３２，１３３ 装着孔
２ 被検体
２１ きず ２１ａ きず端部
３ 超音波発生用探触子
３１ 超音波発生素子 ３２ ホルダー
４ 超音波受信用探触子
４１ 超音波受信素子 ４２ ホルダー
Claims (3)
- 超音波ＴＯＦＤ法により被検体の曲面部の探傷を行うための超音波ＴＯＦＤ法用探触子であって、
超音波発生素子と、超音波受信素子と、超音波発生素子及び超音波受信素子を装着するホルダーとからなり、
被検体の曲面部と接触するホルダーの接触面は、被検体の曲面部に沿う形状に形成されている超音波ＴＯＦＤ法用探触子。 - 超音波発生素子及び超音波受信素子は、ホルダーの接触面の頂点を挟んで対称位置に配置されている請求項１に記載の超音波ＴＯＦＤ法用探触子。
- 請求項１又は請求項２に記載の超音波ＴＯＦＤ法用探触子を用いて被検体の曲面部の探傷を行い、下記の数式によってきず端部深さを算出する探傷方法であって、
きず端部深さが既知の被検体での探傷試験を行い、下記の数式によって算出されたきず端部深さが、実測のきず端部深さと最も近くなるように素子間距離を補正し、
きず端部深さが未知の被検体の探傷試験を行い、補正した素子間距離を使用して下記の数式によってきず端部深さを算出する探傷方法。
Ｔ＝（Ｗ２−Ｓ２）１／２
Ｔ：きず端部深さ
Ｗ：超音波発生素子又は超音波受信素子からきず端部までの距離
Ｓ：素子間距離（超音波発生素子と超音波受信素子との間の距離×１／２）
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