JP2004138392A - Ultrasonic flaw detection apparatus and ultrasonic flaw detection method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射探触子で検査対象に超音波を入射し、検査対象を伝達した超音波を受信探触子で受信する超音波探傷装置及び超音波探傷方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、検査対象を破壊することなく、検査対象に内在する欠陥を検査する超音波探傷として、TOFD(Time Of Flight Diffraction)法が知られている。このTOFD法は、図9に示すように、超音波を検査対象に入射させる入射探触子110と、超音波を受信する受信探触子111とを対向させて検査対象112の表面に接触させ、入射探触子110から縦波超音波を検査対象112に入射させて、内在する欠陥113の上端114および下端115で発生した回析波を受信探触子111で受信することで欠陥113を探傷する方法である。かかるTOFD法では、検査対象112の表面に沿って伝播するラテラル波、欠陥113の上端114及び下端115で発生する回析波121,122、並びに検査対象112の底面で反射するエコー波123の、入射探触子110から受信探触子111へ伝播する時間差と音速との関係により欠陥の位置と大きさを正確に検査することができる。
【0003】
具体的には、図6に示すようにオシロスコープ等の波形を映し出すことができるモニタ装置に、ラテラル波120、欠陥の上端で発生する回析波121、欠陥の下端で発生する回析波122、並びにエコー波123を映し出す。そして、各波形の伝播時間を分析することで欠陥の位置と欠陥の大きさを特定している。
【0004】
このようなTOFD法による非破壊検査方法は既に複数の先行技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−139479号公報 (段落番号0012〜0013、図1、段落番号0003、図6)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このTOFD法は、検査対象が平面状に形成され、入射探触子と受信探触子とがともに同一平面上に配置されている必要がある。このため、橋桁などの複雑な形状を有する構造物に対しては、TOFD法によって内部欠陥を探傷することが不可能である。近年、橋桁等の複雑な形状を有する構造物について、検査対象を破壊することなく検査できる新たな非破壊検査方法が社会的に望まれている。
【0007】
本発明は、かかる要請に応えるためになされたものであり、複雑な形状を有する検査対象を破壊することなく、内在する欠陥をきわめて容易に探傷することができる超音波探傷装置及び超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記課題を解決するために、検査対象の表面と所定の傾斜角をなして、前記検査対象の検査部位側に発信面が向けられた、超音波を発信する発信素子を内蔵し、この発信素子から所定の広がり角度の発信角で検査対象に前記超音波を入射する入射探触子と、前記検査対象の表面と所定の傾斜角をなして、前記検査部位側に受信面が向けられた、前記入射探触子から入射されて前記検査対象を伝達した超音波を受信する受信素子を内蔵し、所定の広がり角度である受信可能角内の超音波のみを受信する受信探触子とを備え、前記受信面と前記検査対象の表面とのなす傾斜角が、前記発信面と前記検査対象の表面とのなす傾斜角より大きく形成されて、前記受信面が前記発信面より相対的に前記検査部位側に大きく傾けられていると共に、前記受信可能角が、前記発信角より小さく形成されている超音波探傷装置を採用した。
【0009】
また、入射探触子から検査対象の表面に対して所定の角度で、かつ、所定の広がり角の発信角で超音波を前記検査対象の検査部位に向けて入射させ、前記入射探触子が入射した超音波と前記検査対象の表面とがなす角度より小さな角度の範囲内で、かつ、前記発信角より小さな受信可能角の範囲内の超音波のみを受信する受信探触子で、前記入射探触子から入射され、前記検査対象を伝達した超音波を受信することを特徴とする超音波探傷方法により検査対象を探傷する。
【0010】
本発明によれば、入射探触子から検査対象へ相対的に広い範囲に超音波が入射され、探傷しようとする部位に漏れなく超音波が到達される。その一方で、受信探触子は、接触させた検査対象の表面に相対的に近い方向で、かつ、より小さな角度の範囲内の超音波のみを受信する。これにより、平坦に形成された検査対象だけでなく複雑な形状を有する検査対象に関しても、入射探触子から入射され、検査対象を伝達した超音波を受信探触子が確実に受信する。しかも、受信探触子が、探傷しようとする、限られた範囲から伝達された超音波のみを受信するため、余分なエコー波や回析波を受信せず、高い信頼性を実現する。
【0011】
また、少なくとも前記傾斜角又は前記発信角のいずれ一方が互いに異なるように形成された複数の入射探触子の中から、前記検査対象に適応した入射探触子を選択し、この入射探触子からこの検査対象の表面とのなす角又は前記発信角のいずれか一方又は双方を変化させて超音波を入射すると共に、少なくとも前記傾斜角又は前記受信可能角のいずれか一方が互いに異なるように形成された複数の受信探触子の中から、前記検査対象に適応した受信探触子を選択し、この受信探触子でこの検査対象の表面とのなす角又は前記受信可能角のいずれか一方又は双方を変化させて、前記入射探触子から入射され、前記検査対象を伝達した超音波を受信する。
【0012】
さらに、部材同士を所定の角度で交差させて溶接した溶接部が前記検査対象である場合に、前記入射探触子を前記溶接部の溶接ビードの表面に接触せしめて前記超音波を入射させる。上述の発明で不感帯が形成されることを防止することに加え、ビード表面から超音波を入射することで、より効率的に探傷を行うことができる。すなわち、溶接部に内在する欠陥部からの回析波は、部材の裏面から反射するエコー波より確実に先に受信探触子により受信される。このため、片側からの測定で欠陥の有無を判断することができる。
【0013】
このようして超音波探傷を行うことで、検査対象の形状や探傷しようとする範囲の広さに適応した入射探触子及び受信探触子を適宜選択し、信頼性の高い超音波探傷を行うことができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0015】
図1は、本発明の一実施形態にかかる超音波探傷装置を使用して、構造物を構成する2つの部材A,Bの溶接部30を探傷している様子を示している。この図1に示すように、溶接されている一方の部材は水平に延びる梁材Aであり、他方の部材は、一端から他端に向けて末広がりに形成された斜面を有する台形状部材Bである。この実施形態では、超音波探傷装置を使用して、梁材Aの軸方向の端面と台形状部材Bの上底面とが突き合わせ溶接されている溶接部30の溶け込み不良を探傷している。
【0016】
この超音波探傷装置は、検査対象である構造物に超音波を入射する入射探触子1と、この入射探触子1から入射され、構造物を伝達してきた超音波を受信する受信探触子10とを備えている。入射探触子1は梁材Aの上面に接触されている一方、受信探触子10は、溶接部30を入射探触子1と受信探触子10との間に位置させて、台形状部材Bの傾斜面に接触されている。入射探触子1には、この入射探触子1に所定の電圧を印加して入射探触子1から超音波を発信させる発信機20がケーブルを介して接続されている。一方、受信探触子10には、この受信探触子10が発信する、受信した超音波に対応した電気信号を受信する受信機21がケーブルを介して接続されている。さらに、受信機21には、受信機21が受信した電気信号に対応する波形を映し出すモニタ装置22が接続されている。
【0017】
この超音波探傷装置では、入射探触子1から縦波の超音波を梁材Aに入射させ、構造物の表面Cに沿って伝達するラテラル波、溶け込み不良31の上端32及び下端33で発生する回析波、並びに梁材Aの下面Dで反射するエコー波を、台形状部材Bに接触させている受信探触子10で受信して、溶け込み不良31の有無、位置、大きさを検査している。この超音波探傷装置では、入射探触子1が、内蔵された発信素子から所定の広がり角度の発信角αで超音波を梁材Aに入射すると共に、受信探触子10が、所定の広がり角を有する受信可能角βの範囲内に伝達されてきた超音波のみを受信するように構成されている。
【0018】
入射探触子1は梁材Aの上面に配置されるため、溶接部30の全域に超音波を伝達させるには、入射探触子1から広い角度で超音波を発信させる必要がある。このため、この入射探触子1では、発信素子が超音波を比較的大きな発信角αで発信しており、溶接部30の全範囲に漏れなく超音波を到達させている。これに対し、受信探触子10は、溶接部30に内在する欠陥のみを検査する必要がある。このため、受信探触子10は、超音波を受信する範囲を溶接部30の範囲のみに限定するように、受信可能角βが入射探触子1の発信角αより小さく設定されている。
【0019】
また、入射探触子1は、その側方に位置する溶接部30の全域に超音波を到達させる必要があるので、相対的に下方に向けて超音波を入射している。一方、受信探触子10は、傾斜面に配置されているので、受信探触子10と溶接部30を結ぶ線と傾斜面とがなす角度は、入射探触子1と溶接部30とを結ぶ線と梁材Aの上面とがなす角より遙かに小さくなる。このため、この受信探触子10は、接触させている傾斜面に、より近い方向から超音波を受信できるように、受信可能角βの設定される方向をより傾斜斜面側に大きく屈折させるように構成されている。
【0020】
図2は、入射探触子1及び受信探触子10の内部構造を示している。これら入射探触子1及び受信探触子10は、その外殻をなす箱状のケーシング2,11を有し、ケーシング2,11の内部には、介在部材であるクサビ部材3,12と、このクサビ部材3,12の上面4,13に取り付けられた発信素子6、受信素子15が内蔵されている。ケーシング2,11は、アルミニウム、銅、その他の導電金属によって、その上面が密閉され、下面が開放されるように形成されている。また、クサビ部材3,12は、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂で形成され、超音波を透過させている。クサビ部材3,12の下面5,14は検査対象の表面と密接に接触するように平坦にそれぞれ形成されている一方、その上面4,13は、入射探触子1又は受信探触子10の後部側が下側に向けて傾く傾斜面として形成されている。
【0021】
入射探触子1に内蔵されたクサビ部材3の上面4は、水平線に対して形成される傾斜角θ1が比較的になだらかに形成されている一方で、受信探触子10に内蔵されたクサビ部材12の上面13は、その傾斜角θ2が入射探触子1に比べ大きく形成されている。このため、受信素子15の受信面16は、発信素子6の発信面7に比べ前方に向けられている。
【0022】
また、発信素子6及び受信素子15は、水晶,圧電セラミックス材料等により形成されている。発信素子6は所定の軸方向に正負の電圧が印加されると伸縮により超音波を発生する逆圧電効果を奏する一方で、受信素子15は、超音波を受信することで電圧を発生させる圧電効果を奏している。これらの作用によって、発信素子6は超音波を発生させ、また受信素子15は電気信号を発信している。なお、受信素子15の受信面16の面積は、発信素子6の発信面7の面積より大きく形成されている。
【0023】
以上のように入射探触子1及び受信探触子10が構成されているので、超音波探傷装置は次のように作用する。
【0024】
入射探触子1の超音波の発信方向及び受信探触子10の受信方向は、各クサビ部材3,12の上面4,13の水平面に対する傾斜角θ1,θ2により設定される。傾斜角θ1,θ2が小さく形成されていれば検査対象の表面で超音波が屈折した場合、相対的に鉛直下方に向けて入射され、又は鉛直下方からの超音波を受信し、表面とのなす角度φ1,φ2が大きくなる。一方、上面4,13の傾斜角θ1,θ2が大きく形成されていれば、検査対象の表面で超音波が屈折した際、相対的に表面により近い位置へ超音波を入射させ、又は表面により近い位置の超音波を受信でき、表面とのなす角度φ1,φ2が小さくなる。この超音波探傷装置では、入射探触子1に内蔵されたクサビ部材3の上面4の傾斜角θ1を小さく形成し、検査対象の表面とのなす角φ1を相対的に大きくして超音波を入射させている。一方、受信探触子10に内蔵されたクサビ部材12の上面13の傾斜角θ2を大きく形成し、検査対象の表面とのなす角φ2が相対的に小さい方向からの超音波を取り込むようにしている。
【0025】
また、入射探触子1の発信角αと受信探触子10の受信可能角βとは、内蔵された発信素子6及び受信素子15の大きさ、並びに超音波の波長により決定される。発信角α及び受信可能角βは、発信素子6及び受信素子15が大きいほど小さくなり、超音波の波長が長いほど大きくなる。この超音波探傷装置では、入射探触子1が発した超音波を受信探触子10で受信するため、超音波の波長によって入射探触子1と受信探触子10の広がり角に差を設けることはできない。このため、入射探触子1に発信面7の面積の小さな発信素子6を内蔵させる一方で、受信探触子10に、発信面7の面積より大きく形成された受信面16を有する受信素子15を内蔵させている。
【0026】
このような入射探触子1と受信探触子10との組み合わせにより、梁材Aと台形状部材Bとの溶接部30の欠陥は以下のようにして探傷される。
【0027】
入射探触子1を溶接部30の側方にて梁材Aの上面に接触させる。この際、入射探触子1の先端側を溶接部30に向けて配置する。一方、受信探触子10を台形状部材Bの傾斜面に接触させる。受信探触子10についてもその先端側を溶接部30に向けて配置する。
【0028】
両探触子1,10をこのように配置した状態で、発信機20を作動から入射探触子1に所定の電圧を印加して、内蔵された発信素子6から超音波を発信させる。この発信素子6は、受信素子15に比し小さく形成されているため、この発信素子6からは、相対的に大きな発信角αの超音波が発信される。また、傾斜角θ1の小さく形成された上面4を有するクサビ部材3の上面に発信素子6が取り付けられているので、梁材Aの表面となす角φ1が相対的に大きな方向に向けて超音波は入射される。これにより、溶接部30の全域に超音波を伝達させることができる。
【0029】
そして、受信探触子10で、構造物の表面Cを伝達するラテラル波、溶け込み不良31の上端32で発生する回析波、溶け込み不良31の下端33で発生する回析波、並びに梁材Aの下面Dで反射されるエコー波を受信する。上述のように、受信探触子10に内蔵された受信素子15は、傾斜角θ2の大きく形成された上面13を有するクサビ部材12に取り付けられて、受信面16が受信探触子10の前方へ向けられている。また、受信面16の面積が発信面7の面積に比し、大きく形成されている。このため、受信探触子10は、斜面部とのなす角φ2が小さい表面に近い方向で、しかも受信可能角βが小さい範囲の超音波のみを受信する。これにより、溶接部30からの超音波のみを受信し、溶接部30以外で発生する回析波やエコー波を取り込むことがない。
【0030】
受信探触子10で受信したラテラル波、回析波及びエコー波は受信素子15で電気信号に変化され、受信機21に送信される。この電気信号を受信した受信機21は、この信号に対して所定の変換を行って、その下流に接続されたモニタ装置22に送信し、対応する超音波の波形を映し出させている。
【0031】
図3は、モニタ装置22に映し出された波形を示している。図3の最も左側に現れている波形40は、ラテラル波によるもので、左から2番目に現れている波形41は、溶け込み不良31の上端32で発生した回析波によるものである。溶け込み不良31の上端32で発生した回析波による波形41の右側直近に現れている波形42は、溶け込み不良31の下端33で発生した回析波に対応している。そして、右端に現れている波形43は、梁材Aの下面Dで反射したエコー波に対応する波形である。このグラフにおいて、ラテラル波に対応する波形40と、溶け込み不良31の上端32で発生した回析波に対応する波形41の間隔50は、梁材Aの上面から溶け込み不良31の上端32までの深さを表している。また、2つの回析波に対応する波形41,42同士の間隔51は、溶け込み不良31の長さを表している。そして、溶け込み不良31の下端33で発生した回析波に対応する波形42と、エコー波に対応する波形43との間隔は52溶け込み不良31の下端33から梁材Aの下面Dまでの距離を表している。このように、当該超音波探傷装置を使用すれば、単に溶接部30に欠陥があるか否かを検査するだけで無く、欠陥の位置と大きさをも特定することができる。図1に示す例であれば、溶け込み不良31の長さL、梁材Aの上面から溶け込み不良31の上端32までの距離L1、下端33までの距離L2を正確に把握することができる。
【0032】
図4は、この超音波探傷装置を使用して、他の構造物の溶接部を探傷している実施形態を示している。
【0033】
この実施形態における検査対象である構造物は、鉛直に延びる平板Eの一面側に、水平に延びる他の平板Fの端面を突き合わせ、両部材E,Fが直角をなすようにして溶接された構造物である。この実施形態では、入射探触子60を水平に配された平板Fの下面に接触させると共に、受信探触子61を鉛直に延びる平板Eの一面側であって、水平に延びる平板Fの下方に接触させている。なお、この場合も入射探触子60の先端を溶接部65側へ向けて接触させると共に、受信探触子61の先端も溶接部65側へ向けて接触させる。
【0034】
かかる構造物を探傷する場合に関しても、入射探触子60から相対的に大きな発信角α2で超音波を構造物水平に延びる平板Fに入射させる一方、受信探触子61は、発信角α2に比べて小さな受信可能角β2の範囲内で超音波を受信している。また、入射探触子60から水平に延びる平板Fへは、接触させた下面とのなす角φ3が相対的に大きくなる方向へ超音波が入射される一方で、受信探触子61へは、水平に延びる平板との接合面である一面側とのなす角φ4が小さく相対的にその表面に近い方向からの超音波を受信する。
【0035】
なお、この実施形態にかかる構造物を探傷する場合、図1と図4との比較から明らかなように、受信探触子61は、垂直に延びる平板Eの表面により近い方向から超音波を受信すると共に、受信可能角β2をより小さく形成しなければ、溶接部65のみから超音波を受信することができなくなる。このため、この受信探触子61では内蔵されたクサビ部材(不図示)の上面の傾斜角が、図1に示す受信探触子10に内蔵されクサビ部材12の上面13の傾斜角より大きく形成され、受信面がより前方に大きく傾くように構成されている。また、受信可能角β2をより小さく形成するために、この受信探触子61では、受信素子(不図示)の受信面の面積が、図1に示す受信探触子10の受信面の面積より大きく形成されている。
【0036】
なお、この実施形態では、受信探触子61についてのみ、受信可能角β2、検査対象の表面とのなす角φ4が異なる探触子を選択したが、検査対象によっては、入射探触子60を適宜選択し、又は入射探触子及び、受信探触子61の双方を選択して使用してもよい。この際、発信角と受信可能角のみ、あるいは超音波を入射させる方向と受信する方向の双方のみが異なる探触子を選択してもよく、これらのいずれもが異なる探触子を選択してもよい。
【0037】
このように、この超音波探傷装置では、互いに異なる発信角で、異なる方向に超音波を発信する入射探触子と、互いに異なる受信可能角で、異なる方向から超音波を受信する受信探触子をそれぞれ複数備えている。かかる入射探触子及び受信探触子の中から、検査対象に最も適した超音波を入射させる入射探触子及び超音波を受信する受信探触子を適宜選択して超音波探傷が行われる。
【0038】
図5は、本発明の別の実施形態にかかる方法で、検査対象の超音波探傷を行う態様を示している。この実施の形態にかかる探傷方法では、部材同士が互いに直角に交差された状態で溶接された溶接部を検査対象としている。垂直に配置された縦板70の一面側には、水平に配された横板71の端面が溶接されている。これら両板材70,71の溶接部が検査対象である。この探傷方法では、入射探触子72を横板71の上側に位置する溶接ビード75の表面に接触させ、溶接ビード75から超音波を入射させている一方、受信探触子73を横板71の上方にて縦板70の表面に接触させて、縦板70を伝達した超音波を受信している。この実施形態においても、検査対象の表面である溶接ビード75の表面と入射探触子72から入射された超音波のなす角より、受信探触子73により受信される超音波の方向と検査対象の表面がなす角が小さくなる探触子同士が組み合わせされている。
【0039】
そして、この探傷方法に関しても、溶接ビード75の表面及び縦板70の表面を伝達するラテラル波、欠陥77の上端で回析された回析波、欠陥77の下端で回析された回析波(図5中、二点鎖線で示した矢印)、及び横板の下面で反射されたエコー波(図5中、実線で示した矢印)を解析して欠陥77の位置及び長さが特定される。ここで、入射探触子72は溶け込み不良等の欠陥77と比較的接近した位置である溶接ビード75の表面に接触されており、溶け込み不良等の欠陥77と入射探触子72との距離は、入射探触子と横板の下面との距離に比し相対的に短い。このため、欠陥77の下端を回析する回析波が、横板の下面を反射するエコー波より先に受信され、図6に示すように、モニタには回析波80がエコー波81より確実に先に現れる。したがって、横板の上側からのみ探傷を行えば、欠陥77の探傷を行うことができる。
【0040】
このメリットに関し、図7及び図8に示す探傷方法と対比して説明する。
【0041】
図7に示す探傷方法も、直角に交わるように縦板90の片面に横板91の端面を突き合わせて溶接した溶接部を探傷している。この探傷方法にあっては、入射探触子92が溶接部からやや離れた位置にて横板91の上面に接触されており、欠陥97と入射探触子92との距離が比較的離れている。このように配置された状態では、内在する欠陥97が大きくその長さが長い場合、入射探触子92−横板91の下面−受信探触子93の経路の距離(図7の実線で示した矢印)より、入射探触子92−欠陥97の下端−受信探触子93の経路(図7の二点鎖線で示した矢印)の距離の方が長くなることもある。この場合、エコー波の方が回析波より先に受信探触子に受信される。このため、モニタには、図8に示すように、エコー波100が回析波101より先に表示される。このような波形が測定されることがあると、波形100,101のどの部分がエコー波100で、どの部分が回析波101であるのか不明となり、正確な解析を行うことができない。
【0042】
このため、横板91の下側からの探傷も必要となる。すなわち、入射探触子92を横板91の下面に接触させると共に、この横板91よりやや下方の位置にて、受信探触子93を縦板90の片面に接触させて、再び探傷を行う。そして、上側からの探傷において、モニタの画面の3番目に現れる波形及び4番目に現れる波形、並びに下側からの探傷において、モニタの画面の第2番目に現れる波形を総合的に分析することで、欠陥の位置、大きさを特定する。
【0043】
このように、図7に示す探傷方法では、欠陥を特定するのに手間と時間を要するが、図5に示すように入射探触子72を溶接ビード75の表面に接触させて、溶接ビード75の表面から超音波を入射させて探傷を行うことで、片側からの探傷のみで欠陥の位置大きさを正確に把握することができる。
【0044】
なお、図5では、二つの部材が直角をなして溶接された溶接部を探傷する様子を示しているが、二つの部材が所定の角度をなして交差していれば、部材同士がなす角度は直角をなすものには限定されない。
【0045】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、超音波を入射させる方向及び発信角、並びに超音波を受信する方向と受信可能角を所定の範囲に特定しているので、平面形状の検査対象に限定されることなく複雑な形状を有する構造物について、きわめて容易に超音波探傷することができる。また、入射探触子及び受信探触子を検査対象に適応させて適宜選択可能としているので、種々の形状の構造物について超音波探傷を行える。
【0046】
特に、所定の角度で交わる部材同士の溶接部を探傷する場合に、入射探触子を溶接ビードの表面に接触させて、超音波をこの溶接ビードの表面から入射すれば、一度の探傷で欠陥の位置大きさを正確に把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる超音波探傷装置を使用して構造物を探傷している一態様を示す図。
【図2】図1に示す超音波探傷装置に使用されている入射探触子及び受信探触子の内部構造を示す図。
【図3】図1に示す超音波探傷装置のモニタ装置に現れる波形の説明図。
【図4】図1に示す構造物とは別の構造物について超音波探傷を行う態様を示す図。
【図5】本発明の別の実施形態にかかる超音波探傷方法の態様を示す図。
【図6】図5に示す超音波探傷方法で探傷を行った場合のモニタに現れる波形の説明図。
【図7】図5に示す超音波探傷と別の態様で超音波探傷を行う態様を示す図。
【図8】図7に示す超音波探傷方法で探傷を行った場合のモニタに現れる波形の説明図。
【図9】従来から行われているTOFD法で超音波探傷を行う態様を示す図。
【図10】図9に示すTOFD法で超音波探傷を行った場合のモニタに現れる波形の説明図。
【符号の説明】
1,60,72,92 入射探触子
2,11 ケーシング
3,12 クサビ部材
4,13 上面
6 発信素子
7 発信面
10,60,73,93 受信探触子
15 受信素子
16 受信面
20 発信機
21 受信機
22 モニタ装置
30,65 溶接部(検査部位)
α,α2 発信角
β,β2 受信可能角
θ1,θ2 傾斜角
φ1,φ3 超音波が入射された方向と検査対象の表面がなす角
φ2,φ4 受信される超音波の方向と検査対象の表面がなす角[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method in which an ultrasonic wave is incident on an inspection target with an incident probe, and the ultrasonic wave transmitted through the inspection target is received with a reception probe.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a TOFD (Time Of Flight Diffraction) method has been known as an ultrasonic inspection for inspecting a defect existing in an inspection target without destroying the inspection target. In the TOFD method, as shown in FIG. 9, an
[0003]
Specifically, as shown in FIG. 6, a monitor device capable of displaying a waveform such as an oscilloscope includes a
[0004]
A plurality of prior arts have already been disclosed for such a nondestructive inspection method by the TOFD method (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-139479 (paragraph numbers 0012 to 0013, FIG. 1, paragraph number 0003, FIG. 6)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the TOFD method, the inspection target needs to be formed in a planar shape, and both the incident probe and the receiving probe need to be arranged on the same plane. For this reason, it is impossible to detect internal defects by TOFD for a structure having a complicated shape such as a bridge girder. In recent years, a new non-destructive inspection method capable of inspecting a structure having a complicated shape such as a bridge girder without destroying an inspection object has been socially desired.
[0007]
The present invention has been made in order to meet such a demand, and an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method capable of extremely easily flaw detection of an internal defect without destroying a test object having a complicated shape. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a transmission element for transmitting an ultrasonic wave, having a predetermined inclination angle with respect to the surface of the inspection target and having a transmission surface directed to the inspection site side of the inspection target, is incorporated. An incident probe that makes the ultrasonic wave incident on the inspection object at a transmission angle of a predetermined spread angle from the transmission element, forms a predetermined inclination angle with the surface of the inspection object, and has a receiving surface on the inspection site side. A receiving probe for receiving an ultrasonic wave which is directed from the incident probe and receives the ultrasonic wave transmitted through the inspection object and receives only the ultrasonic wave within a receivable angle which is a predetermined spread angle. And a tilt angle formed between the receiving surface and the surface of the inspection target is formed to be larger than a tilt angle formed between the transmission surface and the surface of the inspection target, so that the reception surface is relative to the transmission surface. If it is greatly inclined to the inspection site side To the receivable angle adopted a ultrasonic flaw detector that is smaller than the outgoing angle.
[0009]
Further, at a predetermined angle from the incident probe with respect to the surface of the inspection target, and at a transmission angle of a predetermined divergence angle, ultrasonic waves are incident toward the inspection site of the inspection target, the incident probe is A receiving probe that receives only ultrasonic waves within a range of an angle smaller than an angle formed between the incident ultrasonic wave and the surface of the inspection target and a receivable angle smaller than the transmission angle, The inspection object is inspected by the ultrasonic inspection method, which receives the ultrasonic wave transmitted from the probe and transmitted to the inspection object.
[0010]
According to the present invention, an ultrasonic wave is incident on a relatively wide range from an incident probe to an inspection target, and the ultrasonic wave reaches a portion to be detected without leakage. On the other hand, the receiving probe receives only ultrasonic waves in a direction relatively close to the surface of the contacted inspection target and within a smaller angle range. Accordingly, the receiving probe surely receives the ultrasonic waves that are incident from the incident probe and transmitted to the inspection target, not only for the inspection target formed flat but also for the inspection target having a complicated shape. In addition, since the receiving probe receives only ultrasonic waves transmitted from a limited area to be flaw-detected, it does not receive extra echo waves or diffracted waves and realizes high reliability.
[0011]
Further, from among a plurality of incident probes formed so that at least one of the inclination angle and the transmission angle is different from each other, an incident probe suitable for the inspection object is selected, and the incident probe is selected. The ultrasonic wave is incident by changing one or both of the angle formed with the surface of the inspection target and the transmission angle, and at least one of the inclination angle and the receivable angle is formed to be different from each other. From among the plurality of received probes, a receiving probe adapted to the inspection object is selected, and either one of the angle formed by the receiving probe and the surface of the inspection object or the receivable angle is selected. Or, by changing both, the ultrasonic wave which is incident from the incident probe and transmitted to the inspection object is received.
[0012]
Furthermore, when the welded part welded by crossing the members at a predetermined angle is the inspection target, the incident probe is brought into contact with the surface of the weld bead of the welded part, and the ultrasonic wave is incident. In addition to preventing the formation of a dead zone in the above-described invention, the flaw detection can be performed more efficiently by irradiating ultrasonic waves from the bead surface. That is, the diffraction wave from the defective portion existing in the welded portion is received by the receiving probe surely before the echo wave reflected from the back surface of the member. Therefore, the presence or absence of a defect can be determined by measurement from one side.
[0013]
By performing the ultrasonic inspection in this manner, an incident probe and a reception probe that are appropriate for the shape of the inspection object and the width of the range to be inspected are appropriately selected, and a highly reliable ultrasonic inspection is performed. It can be carried out.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 shows a state where a
[0016]
The ultrasonic flaw detection apparatus includes an
[0017]
In this ultrasonic flaw detector, a longitudinal wave is incident on the beam material A from the
[0018]
Since the
[0019]
In addition, since the
[0020]
FIG. 2 shows the internal structure of the
[0021]
The
[0022]
The transmitting element 6 and the receiving
[0023]
Since the
[0024]
The transmitting direction of the ultrasonic wave of the
[0025]
The transmission angle α of the
[0026]
With such a combination of the
[0027]
The
[0028]
With the two
[0029]
Then, in the receiving
[0030]
Lateral waves, diffraction waves and echo waves received by the receiving
[0031]
FIG. 3 shows a waveform displayed on the
[0032]
FIG. 4 shows an embodiment in which the ultrasonic flaw detector is used to detect a flaw in a weld of another structure.
[0033]
The structure to be inspected in this embodiment has a structure in which an end surface of another horizontally extending flat plate F is abutted against one surface side of a vertically extending flat plate E, and both members E and F are welded so as to form a right angle. Things. In this embodiment, the
[0034]
Also in the case of flaw detection of such a structure, ultrasonic waves are incident on the flat plate F extending horizontally from the
[0035]
When the structure according to this embodiment is to be inspected, the receiving
[0036]
In this embodiment, only the receiving
[0037]
Thus, in this ultrasonic flaw detector, an incident probe that transmits ultrasonic waves in different directions at different transmission angles, and a reception probe that receives ultrasonic waves from different directions at different receivable angles. , Respectively. Ultrasonic flaw detection is performed by appropriately selecting an incident probe that receives the most suitable ultrasonic wave for the inspection target and a receiving probe that receives the ultrasonic wave from the incident probe and the receiving probe. .
[0038]
FIG. 5 shows an embodiment in which ultrasonic inspection of an inspection object is performed by a method according to another embodiment of the present invention. In the flaw detection method according to this embodiment, a welded portion welded in a state where members are crossed at right angles to each other is to be inspected. An end face of a horizontally arranged
[0039]
As for this flaw detection method, a lateral wave transmitted on the surface of the
[0040]
This advantage will be described in comparison with the flaw detection method shown in FIGS.
[0041]
The flaw detection method shown in FIG. 7 also performs flaw detection on a welded portion where the end face of the
[0042]
Therefore, flaw detection from below the
[0043]
As described above, in the flaw detection method shown in FIG. 7, it takes time and effort to specify a defect. However, as shown in FIG. 5, the
[0044]
FIG. 5 shows a state in which the two members detect a welded portion welded at a right angle. However, if the two members intersect at a predetermined angle, the angle formed by the members is determined. Is not limited to a right angle.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, since the direction in which the ultrasonic wave is incident and the transmission angle, and the direction in which the ultrasonic wave is received and the receivable angle are specified within a predetermined range, the present invention is limited to the planar shape to be inspected. Ultrasonic flaw detection can be very easily performed on a structure having a complicated shape. In addition, since the incident probe and the receiving probe can be appropriately selected according to the object to be inspected, ultrasonic inspection can be performed on structures having various shapes.
[0046]
In particular, when flaw detection is performed on a weld between members that intersect at a predetermined angle, if the incident probe is brought into contact with the surface of the welding bead and ultrasonic waves are incident from the surface of the welding bead, a defect can be detected by one flaw detection. The size of the position can be accurately grasped.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment in which a structure is inspected using an ultrasonic inspection device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the internal structure of an incident probe and a receiving probe used in the ultrasonic flaw detector shown in FIG. 1;
FIG. 3 is an explanatory diagram of waveforms appearing on a monitor of the ultrasonic flaw detector shown in FIG. 1;
FIG. 4 is a diagram showing a mode in which ultrasonic testing is performed on a structure different from the structure shown in FIG. 1;
FIG. 5 is a diagram showing an aspect of an ultrasonic flaw detection method according to another embodiment of the present invention.
6 is an explanatory diagram of waveforms appearing on a monitor when flaw detection is performed by the ultrasonic flaw detection method shown in FIG. 5;
FIG. 7 is a diagram showing a mode in which ultrasonic testing is performed in another mode than the ultrasonic testing shown in FIG. 5;
8 is an explanatory diagram of waveforms appearing on a monitor when flaw detection is performed by the ultrasonic flaw detection method shown in FIG. 7;
FIG. 9 is a diagram showing a mode in which ultrasonic flaw detection is performed by a conventional TOFD method.
FIG. 10 is an explanatory diagram of waveforms appearing on a monitor when ultrasonic flaw detection is performed by the TOFD method shown in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
1,60,72,92 Incident probe
2,11 casing
3,12 wedge members
4,13 Upper surface
6 Transmitting element
7 Calling surface
10,60,73,93 Receiving probe
15 receiving element
16 Receiving surface
20 transmitter
21 Receiver
22 Monitoring equipment
30,65 welded part (inspection part)
α, α2 Transmission angle
β, β2 Receivable angle
θ1, θ2 tilt angle
φ1, φ3 Angle between the direction of incidence of ultrasonic wave and the surface of inspection object
φ2, φ4 Angle between direction of received ultrasonic wave and surface of inspection object
Claims (5)
前記検査対象の表面と所定の傾斜角をなして、前記検査部位側に受信面が向けられた、前記入射探触子から入射されて前記検査対象を伝達した超音波を受信する受信素子を内蔵し、所定の広がり角度である受信可能角内の超音波のみを受信する受信探触子と、を備え、
前記受信面と前記検査対象の表面とのなす傾斜角が、前記発信面と前記検査対象の表面とのなす傾斜角より大きく形成されて、前記受信面が前記発信面より相対的に前記検査部位側に大きく傾けられていると共に、
前記受信可能角が、前記発信角より小さく形成されていることを特徴とする超音波探傷装置。A transmitting element for transmitting ultrasonic waves having a predetermined inclination angle with respect to the surface of the inspection object and having a transmission surface directed toward the inspection site side of the inspection object is built in, and a transmission angle of a predetermined spread angle from the transmission element is included. An incident probe that makes the ultrasonic wave incident on the inspection target,
A receiving element that receives an ultrasonic wave transmitted from the incident probe and transmitted from the incident probe with the receiving surface directed to the inspection site side at a predetermined inclination angle with the surface of the inspection target is built in. And a receiving probe that receives only ultrasonic waves within a receivable angle that is a predetermined spread angle,
An inclination angle between the receiving surface and the surface of the inspection object is formed to be larger than an inclination angle between the transmission surface and the surface of the inspection object, and the reception surface is relatively closer to the inspection site than the transmission surface. While being greatly inclined to the side,
An ultrasonic flaw detector wherein the receivable angle is formed smaller than the transmission angle.
前記入射探触子が入射した超音波と前記検査対象の表面とがなす角度より小さな角度の範囲内で、かつ、前記発信角より小さな受信可能角の範囲内の超音波のみを受信する受信探触子で、前記入射探触子から入射され、前記検査対象を伝達した超音波を受信することを特徴とする超音波探傷方法。At a predetermined angle with respect to the surface of the inspection target from the incident probe, and, at a transmission angle of a predetermined spread angle, the ultrasonic wave is directed toward the inspection site of the inspection target,
A receiving probe that receives only ultrasonic waves within an angle range smaller than the angle formed between the ultrasonic wave incident on the incident probe and the surface of the inspection object and within a receivable angle smaller than the transmission angle. An ultrasonic flaw detection method, comprising: receiving an ultrasonic wave incident on the probe from the incident probe and transmitting the inspection object.
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