JP2004085478A - 超音波式探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高Ｓ／Ｎ比にて、隅肉溶接部の欠陥を高精度で検出することのできる超音波式探傷方法及び装置を提供すること。
【解決手段】本発明は、第１板材１４と第２板材１６との間の隅肉溶接部１８の欠陥２０を検出する超音波式探傷方法において、第１板材１４の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信するステップと、第１板材１４の裏面にて反射された横波が隅肉溶接部１８の欠陥２０にて反射されることにより生じたクリーピング波を受信して電気的信号に変換するステップと、前記電気的信号の有無を検出することにより欠陥２０の有無を検出するステップとを含むことを特徴とする。送信波を横波で、反射波をクリーピング波とすると、受信レベルは大きくなり、検出精度が向上する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、隅肉溶接部、例えばタンク底板外周部のアニュラー板とタンク側板との間の溶接部における欠陥を検出する探傷方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
重油や液化ガス等を貯蔵するためのタンクは、一般に、タンク底板の外周部であるアニュラー板上にタンク側板を置き、両者を隅肉溶接によって接合して構成されている。アニュラー板とタンク側板との間の隅肉溶接のアニュラー板表面側（上面）に、万が一生じる略鉛直方向の亀裂を探傷するため、必要に応じ探傷試験を行う。
【０００３】
従来一般の探傷試験は、超音波探触子によりアニュラー板に超音波パルスを伝搬させ、欠陥により反射される超音波を受信することで、欠陥の存在を検出するというものである。また、アニュラー板とタンク側板との間の隅肉溶接部での欠陥のうち、アニュラー板の表面側に発生する亀裂を探傷しようとする場合は、超音波探触子として、アニュラー板表面を伝播する縦波、いわゆるクリーピング波を送受信するタイプのものが用いられる。隅肉溶接形状及び探傷しようとする欠陥は異なるが、特開２０００−９７９１９号公報に記載のように、クリーピング波探触子から発せられる横波を板材の底面ないしは裏面にて反射させ、その際に生ずる二次クリーピング波を隅肉溶接部の欠陥にて反射させて、その反射クリーピング波を送信と同経路で受信して欠陥を見出すという方法もある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したようなクリーピング波タイプの超音波探触子を用いた従来の探傷方法では、探触子に受信される反射波のレベルが低い、言い換えるならばＳ／Ｎ比が低いという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、高Ｓ／Ｎ比にて、隅肉溶接部における欠陥を高精度で検出することのできる超音波式探傷方法及び装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の本発明は、タンクにおけるアニュラー板とタンク側板のような第１板材と第２板材との間の隅肉溶接部の欠陥を検出する超音波式探傷方法において、第１板材の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信するステップと、第１板材の裏面にて反射された横波が隅肉溶接部の欠陥にて反射されることにより生じたクリーピング波を受信して電気的信号に変換するステップと、前記電気的信号の有無を検出することにより欠陥の有無を検出するステップとを含むことを特徴としている。
【０００７】
かかる探傷方法では、送信波を横波とし、反射波のみがクリーピング波になるようにしている。横波は伝搬中にモード変換することは極めて少なく、よってモード変換に伴うエネルギー損失は小さい。一方、クリーピング波は、伝搬中に横波にモード変換していき、このためのエネルギー損失が大きい。従って、片道だけがクリーピング波となる本発明による方法では、受信信号のレベルは大きく、高精度で欠陥の検出が可能である。
【０００８】
また、請求項２に記載の本発明は、第１板材と第２板材との間の隅肉溶接部の欠陥を検出する超音波式探傷装置に係るものであって、第１板材の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信することができ且つ第１板材の表面を伝搬するクリーピング波の超音波を受信して電気的信号とすることができる超音波探触子と、超音波探触子から超音波パルスを発生させるためのパルス発生手段と、超音波探触子がクリーピング波の超音波を受信して発生する電気的信号を処理し、当該電気的信号の有無から隅肉溶接部の欠陥を検出する信号処理手段とを備えることを特徴としている。本発明による探傷装置は、前記の本発明による探傷方法を有効に実施し得るものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明による超音波式探傷装置１０を概略的に示したものである。図示実施形態における探傷装置１０は、液化天然ガス等のタンク１２におけるアニュラー板（第１板材）１４とタンク側板（第２板材）１６との間の隅肉溶接部１８に生じた亀裂等の欠陥２０を検出するためのものである。
【００１１】
図１において、符号２２は超音波探触子である。この超音波探触子２２は、図１の点線の矢印で示すように、被検材であるアニュラー板１４の表面から裏面に向かって横波を送信することができ、且つ、図１の実線及び一点鎖線の矢印で示すように、アニュラー板１４の表面を伝搬するクリーピング波（縦波）を受信することができるタイプのものであるが、クリーピング波の送受信用に作られた一般的なクリーピング波タイプの探触子も、クリーピング波の発生と同時に横波も発生されるため、用いることができる。
【００１２】
超音波探触子２２は、図示しないが、超音波パルスの送信部材と受信部材とを兼ねる一つの圧電素子を有している。この圧電素子には、パルスを発生させるパルス発生回路２４、及び、受信した信号を処理してブラウン管２６に表示する信号処理回路２８とが接続されている。
【００１３】
パルス発生回路２４には掃引発生回路３０が接続されている。掃引発生回路３０は鋸歯状の掃引信号を発生し、この掃引信号から一定の周期のトリガーパルスを生成する。パルス発生回路２４はこのトリガーパルスを受けて駆動され、超音波探触子２２の圧電素子に大きなエネルギーを加えて超音波パルスを発生させる。圧電素子からのこの超音波パルスはアニュラー板１４にクリーピング波及び横波として伝搬される。
【００１４】
なお、掃引発生回路３０で発生された掃引信号は水平増幅されてブラウン管２６のＸ軸偏光板に印加され、スポットを左から右へと振るよう機能する。
【００１５】
また、超音波探触子２２の圧電素子に接続される信号処理回路２８は、圧電素子がクリーピング波を受信して発生した電気的信号を増幅する高周波増幅回路３２、そしてその増幅された信号を検波してビデオ増幅する検波・ビデオ増幅回路３４、更にこの検波・ビデオ増幅回路３４からの出力を垂直増幅する垂直増幅回路３６とを有している。垂直増幅回路３６を経た信号はブラウン管２６のＹ軸偏向板に印加されることで、ブラウン管２６にその受信信号の波形が表示される。
【００１６】
なお、図１に示す回路には、検波方式を切り替える検波切替回路３８や、信号を時間的に限定して取り出すためのゲート回路４０等の周知の回路が含まれている。
【００１７】
図示実施形態の超音波式探傷装置１０は、更に、超音波探触子２２を支持する台車４２を備えている。この台車４２は、タンク側板１６からの距離を一定に維持しながらアニュラー板１４上をタンク周方向に自動的に走行することができるよう構成されている。
【００１８】
次に、上述したような構成の探傷装置１０を用いて、アニュラー板１４とタンク側板１６との間の隅肉溶接部１８に発生した亀裂等の欠陥２０を検出する方法について説明する。
【００１９】
まず、前処理として、開放されたタンク１２のアニュラー板１４の形状及び板厚を確認する。次いで、隅肉溶接部１８に隣接するアニュラー板１４の表面部位であって、亀裂等の欠陥４０が発生し得る範囲を特定する。更に、アニュラー板１４の板厚と、タンク側板１６の内面に対する超音波式探傷装置１０の設置位置（すなわち、超音波探触子２２の超音波パルスの入射位置からタンク側板１６までの距離）とから超音波パルスの伝搬距離を算出し、前記の亀裂２０が発生し得る範囲からスキャニング範囲を算出する。この算出値に基づき、探傷装置１０の時間軸や探傷感度等の校正を行う。
【００２０】
また、アニュラー板１４の表面に対し超音波探触子２２の密着性を向上させてより良好な探傷試験が可能となるよう、適当な接着媒質をアニュラー板１４上に塗布する等の処理を行う。
【００２１】
この後、探傷装置１０の台車４２をアニュラー板１４上の所定位置にセットし、台車４２をタンクの周方向に移動させながら、超音波パルスを発して探傷試験を行う。
【００２２】
超音波探触子２２の圧電素子にパルス発生回路２４から電気的エネルギーが印加されると、超音波パルスが発せられる。この超音波パルスの縦波成分のうちその第一臨界角でアニュラー板１４に入射したものは、クリーピング波となってタンク径方向に沿って外方に伝搬する。また、クリーピング波の発生と同時に、アニュラー板１４の表面から裏面へと超音波パルスの横波が伝えられる。この横波はアニュラー板１４の裏面で反射し、その一部が隅肉溶接部１８に向かう。
【００２３】
このようにクリーピング波及び横波が発せられた時、超音波探触子２２に正対する位置の隅肉溶接部１８に亀裂２０が入っていた場合、まず、クリーピング波がその亀裂２０で反射され、クリーピング波のまま超音波探触子２２に戻り圧電素子により電気的な受信信号に変換される（図１の一点鎖線の矢印を参照）。そして、信号処理回路２８にて処理された後、ブラウン管２６にその信号が表示される。図２において符号ａで示す波形がその受信反射波を表したものである。
【００２４】
一方、超音波探触子２２から発せられた横波はアニュラー板１４の裏面で反射した後、亀裂２０に到達する（図１の点線の矢印を参照）。この亀裂２０に到達した横波はモード変化してクリーピング波となり、超音波探触子２２に向かって逆行し、受信される（図１の実線の矢印を参照）。この反射クリーピング波も圧電素子により電気的な受信信号に変換され、信号処理回路２８にて処理された後、ブラウン管２６にその信号が表示される。その信号は、図２において符号ｂで示すものである。
【００２５】
ここで、送受信ともクリーピング波の場合に得られた信号ａの受信レベルと、横波からクリーピング波にモード変換した場合に得られた信号ｂの受信レベルとを比較すると、後者が前者よりも格段に大きくなっていることが、図２から理解されよう。これは、クリーピング波は伝搬中に横波にモード変換するため、エネルギー損失が著しく大きく、横波は伝搬中のモード変換は殆どなく、伝搬中のエネルギー損失は極めて少ないということに起因する。すなわち、送信波及び反射波が共にクリーピング波の場合は、反射波のみがクリーピング波の場合の２倍以上のエネルギー損失が生じるため、受信信号のレベルに大きな差が生じる。従って、横波からクリーピング波にモード変換して亀裂２０を検出する方法の方がＳ／Ｎ比が高く、確実に亀裂２０の検出が可能となる。
【００２６】
このように、横波・クリーピング波による超音波式探傷方法のみを用いて、受信信号ｂの有無から亀裂２０の検出が可能であるが、亀裂２０の位置や深さ、或いは超音波の進路中の障害物の存在等、種々の原因により、いずれか一方の信号が現れないことが生じ得る。従って、信号ａ，ｂの少なくとも一方を受信した場合には、亀裂等の欠陥２０の存在の疑いがあるものとして取り扱うことが好適である。
【００２７】
また、アニュラー板１４の材料とその材料での超音波の速度とは分かっている。例えばアニュラー板１４がＳＭ４００である場合、横波の音速は３２３０ｍ／ｓ、縦波は５９２０ｍ／ｓである。従って、アニュラー板１４の板厚、及び、タンク側板１６内面からの超音波探触子２２までの距離を予め測定しておけば、信号ａ，ｂの現れる時間から検出した欠陥２０の同定を行うことができる。これにより、より確実な欠陥検出が可能となる。
【００２８】
なお、隅肉溶接部１８に欠陥２０が全くない場合には、反射波が発生しないため、信号ａ，ｂのいずれも発生しないため、正常な状態であると判断することができる。
【００２９】
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことはいうまでもない。
【００３０】
例えば、上記実施形態では、受信信号の処理をアナログ的に行っているが、デジタル回路によってデジタル処理、デジタル表示することができ、或いは、デジタル信号から欠陥位置の特定や信号の記録等を行うことができる。
【００３１】
また、台車４２は自動走行タイプのものではなくてもよい。或いはまた、特定の箇所のみを探傷試験するような場合には、台車４２は不要である。
【００３２】
更に、上記実施形態では、アニュラー板１４とタンク側板１６との間の隅肉溶接部１８の欠陥２０を検出するものとしているが、上記のＳＭ４００に限られず、９％ニッケル鋼等の他の材料隅肉溶接部の探傷に対しても本発明は適用可能である。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、横波の超音波パルスを発信し、それが亀裂等の欠陥により反射されて形成されるクリーピング波を受信することで、より高いレベルの受信信号が得られ、板材間の隅肉溶接部に生じた欠陥を高精度で検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波式探傷装置の一実施形態を示す概略説明図である。
【図２】図１の超音波式探傷装置により得られる信号の波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１０…超音波式探傷装置、１２…タンク、１４…アニュラー板（第１板材）、１６…タンク側板（第２板材）、１８…隅肉溶接部、２０…欠陥、２２…超音波探触子、２４…パルス発生回路（パルス発生手段）、２６…ブラウン管、２８…信号処理回路（信号処理手段）、４２…台車。

Claims (2)

1. 第１板材（１４）と第２板材（１６）との間の隅肉溶接部（１８）の欠陥（２０）を検出する超音波式探傷方法であって、
   前記第１板材（１４）の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信するステップと、
   前記第１板材（１４）の裏面にて反射された前記横波が前記隅肉溶接部（１８）の欠陥（２０）にて反射されることにより生じたクリーピング波を受信して電気的信号に変換するステップと、
   前記電気的信号の有無を検出することにより欠陥（２０）の有無を検出するステップと、
   を含む超音波式探傷方法。
2. 第１板材（１４）と第２板材（１６）との間の隅肉溶接部（１８）の欠陥（２０）を検出する超音波式探傷装置（１０）であって、
   前記第１板材（１４）の表面から裏面に向かって横波の超音波パルスを発信することができ且つ前記第１板材（１４）の表面を伝搬するクリーピング波の超音波を受信して電気的信号に変換することができる超音波探触子（２２）と、
   前記超音波探触子（２２）から超音波パルスを発生させるためのパルス発生手段（２４）と、
   前記超音波探触子（２２）がクリーピング波の超音波を受信して発生する電気的信号を処理し、当該電気的信号の有無から前記隅肉溶接部（１８）の欠陥（２０）を検出する信号処理手段（２８）と、
   を備える超音波式探傷装置。

Images