【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材料の微細な欠陥を、超音波を用いて検査する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温高圧流体や腐食性を有する流体を扱うボイラーの水管、ナフサやLPGの分解炉の加熱管、水素、アンモニア工場の改質炉の加熱管等では、長期間の使用により、クリープ損傷や粒界腐食割れ、水素浸食等による微細な割れが発生することがある。
これらの金属材料の微細な割れ欠陥を、超音波を用いて検査する方法は広く行われており、材料形状、欠陥の種類等に合わせて種々の方法が提案されている。これらの方法においては、欠陥の判定は超音波の減衰（振幅）から（例えば、特許文献１参照）または透過時間から（例えば、特許文献２参照）行なわれている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２１１７００号公報（段落番号「００１９」）
【０００４】
【特許文献２】
特開２００１−２７２３８２号公報（段落番号「００１９」）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１および特許文献２に記載の方法は優れた方法であるが、なお欠陥の検出漏れや誤検出をすることがあり、更なる精度向上が望まれている。本発明の目的は、金属材料の微細な割れ欠陥を、超音波を用いて精度良く検査する方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、かかる課題を解決するために金属材料の微細な欠陥を、超音波を用いて検査する方法について鋭意検討した結果、透過波の振幅および透過時間のそれぞれについて、被検査材料と同一の無欠陥材料について求めた値に対する被検査材料について求めた値の比を用いて判定することによって、微細な欠陥を精度良く検出できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、超音波を金属材料に投射し、透過波を受信して欠陥検査を行う超音波検査方法において、被検査材料と同一の無欠陥材料について求めた透過波の振幅に対する被検査材料について求めた透過波の振幅の比、および被検査材料と同一の無欠陥材料について求めた透過波の透過時間に対する被検査材料について求めた透過時間の比、とから欠陥の有無を判定することを特徴とする。
また、上記の構成において、振幅の比が０．７３以下で透過時間の比が１．０００〜１．０５である場合に欠陥があると判定することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では被検査材料が配管として説明する。なお、平板等についても、それに適応したプローブを用いて同様に検査することができる。
図１は超音波検査装置を使用した超音波検査方法を示す断面図である。図１において、６は被検査材料の配管である。この配管６の外面に超音波検査装置のプローブ１を接触させる。このプローブ１は、前記配管１の管壁内に送信される超音波のうち最も音圧の高い中心ビームが管壁中心を通過するように管外面に対して所定の斜角θに調整された送信用探触子４と、この送信用探触子４から送信され管壁内を通過したビームを受信するように管外面に対して所定の斜角θに調整された受信用探触子５とをそれぞれホルダー２および斜角ウェッジ３で前記配管６の周方向に所定の間隔でかつ前記した所定の斜角θで保持したものである。
【０００８】
斜角ウェッジ３としては、市販の斜角ウェッジ等が使用可能である。このような斜角ウェッジとしては、例えばクラウトクレーマー社製のＫＢＬ７０（鋼中縦波屈折角：７０°）、ＫＢＬ６０（鋼中縦波屈折角：６０°）等の異なる斜角θのものが種々市販されているので、配管６の外径に応じて必要とする斜角θを有する斜角ウェッジを選択使用することができる。
【０００９】
使用する探触子４、５としては、例えば周波数５ＭＨｚ、振動子径が０．２５インチ（６．３５ｍｍ）のものが挙げられる。管壁内に入射する超音波は、波長の短いほうが微細な割れに対する感受性が高く検査精度が向上することから、高い周波数を使用するのが好ましい。
【００１０】
次にこのプローブ１を用いて配管６の超音波検査を行う方法を説明する。
この状態で配管６の管壁内にパルサー・レシーバー７から送信用探触子４を経て超音波を入射させ、超音波の中心ビームが管中心を通過するように伝播させる。このとき、管壁内にクリープ等による割れがあると、超音波の伝播が阻害される。この超音波を受信用探触子５を経てパルサー・レシーバー７で受信し、波形をオシロスコープ等に記録して、超音波の伝播阻害を検知することにより、割れ欠陥の存在を検出する。
上記した超音波の入射および透過波の受信、記録は従来と同様の方法である。
【００１１】
図２は入射波および透過波を模式的に示す図である。配管中に割れが存在すると超音波の透過が阻害されるため，受信される透過波のエネルギーが減少し振幅値が低下する。また透過する超音波が割れを迂回して進行するため透過時間が長くなる。
本発明においては、振幅値および透過時間の両方から欠陥の有無を判定する。
【００１２】
具体的には、被検査配管と同一の無欠陥配管について求めた透過波の振幅に対する被検査配管について求めた透過波の振幅の比、および被検査配管と同一の無欠陥配管について求めた透過波の透過時間に対する被検査配管について求めた透過時間の比、とから欠陥の有無を判定する。
被検査配管と同一の無欠陥配管としては、通常、被検査配管と同じ材料、形状の未使用の配管が用いられる。被検査配管と同一の無欠陥配管について求めた透過波の振幅および透過時間としては、測定値の平均値を使用する。
【００１３】
本発明においては、振幅比が０．７３以下で透過時間比が１．０００〜１．０５である場合に欠陥があると判定することによって欠陥を精度良く検出できる。
本発明の方法は、金属配管が特に遠心鋳造管である場合に精度良く欠陥が検出される。
【００１４】
【実施例】
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００１５】
実施例１
加熱管として使用した遠心鋳造管（ＫＨＲ２４Ｃ）を図１に示す超音波検査装置を用いて欠陥検査を行った。使用機器は以下の通りである。
パルサー・レシーバー ： パナメトリクス社製のモデル５０７２ＰＲ
オシロスコープ ： ソニーテクトロニクス社製のＴＤＳ３０１４
超音波探触子 ： クラウトクレーマー社製のＭＳＷＱＣ−ＧＡＭＭＡ
（周波数：５．０ＭＨｚ、振動子径：０．２５インチ（６．３５ｍｍ））
斜角ウェッジ ： クラウトクレーマー社製のＫＢＬ７０［縦波７０°］
接触媒質 ： 日合アセチレン社製のソニコートＢＳ４００
【００１６】
試験配管（外径１１０ｍｍ×内径９４ｍｍ×長さ５０ｍｍ）として下記の表１に示す４種を使用した。
【表１】
【００１７】
試験配管の両端面より軸方向にそれぞれ１０ｍｍの位置において、周方向に任意（断面観察による欠陥の有無を参考にして選定）に１２点／面の測定位置を選定し、１つの試験配管について合計２４点（２面×１２測定点／面）の測定を実施した。なお測定位置は、送・受信探触子間の超音波透過経路の中心とし、断面を見た時、一方の面において反時計回り方向に順に１〜１２、他方の面において反時計回り方向に順に１３〜２４とした。
【００１８】
試験は以下の手順で行った。
（１）送信用および受信用の各探触子４、５をそれぞれ斜角ウェッジ３、３に取り付けた。
（２）探触子４、５を取り付けた斜角ウェッジ３、３をホルダー２に装着し、セットビスにて各斜角ウェッジ３、３をホルダー２に固定した。
（３）対照となる感度調整用試験片に接触媒質を塗布し探触子を接触させた。透過エコーの高さが最大となるように，ホルダーに装着した各斜角ウェッジ３、３を動かし、再度ホルダー２に固定した。
（４）パルサー・レシーバー７の感度調節つまみを操作し、透過エコー振幅がオシロスコープ８上で１ｖとなるように設定する。
（５）また、その時の超音波波形をオシロスコープに記録した。
（６）試験配管について上記の操作をし、波形情報をＣＳＶ形式のデジタルデータに変換し、フロッピー（登録商標）ディスク９を介してパーソナルコンピューター１０にデータを取り込み、エクセルソフトでデータ処理を行った。
試験結果を表２〜５に示す。
なお、補正振幅は基準感度値（３０ｄＢ）で測定した場合への換算値である。
【００１９】
次に、測定位置（切削・研磨代を加味）で切断し、その断面のマクロ組織観察および溶剤除去性浸透探傷試験（ＪＩＳ Ｚ２３４３-1992）を行い、欠陥の有無を確認した。そのうちで試験配管ＴＰ−Ａの断面マクロ組織の写真を図３に、溶剤除去性浸透探傷試験結果の写真を図４に示した。
更に詳細に観察するために、測定点を中心に周方向左右１０ｍｍの位置で切断し、樹脂に埋め込んで研磨、エッチング処理し、断面のマクロ組織を観察した。そのうちで試験配管ＴＰ−Ａの測定位置２０における断面マクロ組織の写真を図５に示した。
また、代表的な測定点について断面のミクロ組織を観察した。そのうちで試験配管ＴＰ−Ａの測定位置２０における断面ミクロ組織の写真を図６に示した。
割れ欠陥の有無を表２〜５に示した。
【００２０】
表２〜５に示した結果を図７に示す。欠陥の有無の判定基準を振幅比が０．７３以下、透過時間比が１．０００〜１．０５とすることによって、欠陥を精度良く検出することができる。
振幅比だけでは、欠陥が見られなかったＴＰ−Ｃの多くの部位で欠陥があると判定してしまう。また透過時間比だけでも、欠陥がなくても（例えば、ＴＰ−Ｄ）欠陥があると判定してしまうことがある。
【００２１】
【表２】
【００２２】
【表３】
【００２３】
【表４】
【００２４】
【表５】
【００２５】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、金属材料の微細な割れ欠陥を、超音波を用いて精度良く検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で使用する超音波検査装置の断面図である。
【図２】入射波および透過波の模式図である。
【図３】試験配管ＴＰ−Ａの断面マクロ組織の写真である。
【図４】試験配管ＴＰ−Ａの断面の溶剤除去性浸透探傷試験結果の写真である。
【図５】試験配管ＴＰ−Ａの測定位置２０における断面の詳細マクロ組織の写真である。
【図６】試験配管ＴＰ−Ａの測定位置２０における断面のミクロ組織の写真である。
【図７】実施例の結果を示す図である。
【符号の説明】
１：プローブ
２：ホルダー
３：斜角ウェッジ
４：送信用探触子
５：受信用探触子
６：配管
６：パルサー・レシーバー
７：オシロスコープ
８：フロッピー（登録商標）ディスク
９：コンピューター[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for inspecting minute defects of a metal material using ultrasonic waves.
[0002]
[Prior art]
Water pipes of boilers that handle high-temperature and high-pressure fluids or corrosive fluids, heating pipes of cracking furnaces for naphtha and LPG, heating pipes of reforming furnaces for hydrogen and ammonia plants, etc. Fine cracks due to corrosion cracking, hydrogen erosion, etc. may occur.
A method of inspecting a fine crack defect of such a metal material using an ultrasonic wave is widely performed, and various methods are proposed according to a material shape, a type of the defect, and the like. In these methods, the defect is determined from the attenuation (amplitude) of the ultrasonic wave (for example, see Patent Document 1) or the transmission time (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-211700 (paragraph number "0019")
[0004]
[Patent Document 2]
JP 2001-272382 A (paragraph number “0019”)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The methods described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are excellent methods. However, there are still cases where a defect may be missed or an erroneous detection may occur, and further improvement in accuracy is desired. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for accurately inspecting a fine crack defect of a metal material using ultrasonic waves.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The inventor of the present invention has intensively studied a method of inspecting a minute defect of a metal material using ultrasonic waves in order to solve the problem, and as a result, the amplitude and the transmission time of the transmitted wave are the same as those of the material to be inspected. By using the ratio of the value determined for the material to be inspected to the value determined for the defect-free material, it was found that minute defects could be detected with high accuracy, and the present invention was completed.
That is, the present invention provides an ultrasonic inspection method in which an ultrasonic wave is projected onto a metal material and a transmitted wave is received to perform a defect inspection. It is determined that the presence or absence of a defect is determined from the ratio of the amplitude of the transmitted wave obtained for the above, and the ratio of the transmission time obtained for the material to be inspected to the transmission time of the transmitted wave obtained for the same defect-free material as the material to be inspected. Features.
Further, in the above configuration, when the amplitude ratio is 0.73 or less and the transmission time ratio is 1.00 to 1.05, it is determined that there is a defect.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following, the inspection target material is described as a pipe. Note that a flat plate or the like can be similarly inspected using a probe adapted to the flat plate or the like.
FIG. 1 is a sectional view showing an ultrasonic inspection method using an ultrasonic inspection device. In FIG. 1, reference numeral 6 denotes a pipe for a material to be inspected. The outer surface of the pipe 6 is brought into contact with the probe 1 of the ultrasonic inspection apparatus. The probe 1 was adjusted to a predetermined oblique angle θ with respect to the tube outer surface such that the center beam having the highest sound pressure among the ultrasonic waves transmitted into the tube wall of the pipe 1 passed through the center of the tube wall. A transmitting probe 4 and a receiving probe 5 adjusted to a predetermined oblique angle θ with respect to the tube outer surface so as to receive a beam transmitted from the transmitting probe 4 and passing through the inside of the tube wall. Are held at predetermined intervals in the circumferential direction of the pipe 6 by the holder 2 and the oblique angle wedge 3 and at the above-mentioned predetermined oblique angle θ.
[0008]
As the bevel wedge 3, a commercially available bevel wedge or the like can be used. Examples of such oblique wedges include those having different oblique angles θ such as KBL70 (longitudinal wave refraction angle in steel: 70 °) and KBL60 (longitudinal wave refraction angle in steel: 60 °) manufactured by Kraut Kramer. Since it is commercially available, an oblique wedge having a required oblique angle θ according to the outer diameter of the pipe 6 can be selectively used.
[0009]
The probes 4 and 5 to be used include, for example, those having a frequency of 5 MHz and a transducer diameter of 0.25 inch (6.35 mm). It is preferable to use a high frequency ultrasonic wave incident on the tube wall, since a shorter wavelength has higher sensitivity to fine cracks and improves inspection accuracy.
[0010]
Next, a method of performing an ultrasonic inspection of the pipe 6 using the probe 1 will be described.
In this state, ultrasonic waves are made to enter the wall of the pipe 6 from the pulsar receiver 7 via the transmitting probe 4 and propagate so that the center beam of the ultrasonic waves passes through the center of the pipe. At this time, if there is a crack in the pipe wall due to creep or the like, the propagation of ultrasonic waves is hindered. The ultrasonic waves are received by the pulser / receiver 7 via the receiving probe 5 and the waveform is recorded on an oscilloscope or the like, and the presence of a crack defect is detected by detecting the propagation inhibition of the ultrasonic waves.
The above-described method of receiving and recording the incident ultrasonic wave and the transmitted wave is the same as the conventional method.
[0011]
FIG. 2 is a diagram schematically showing an incident wave and a transmitted wave. If a crack is present in the pipe, transmission of the ultrasonic wave is hindered, so that the energy of the received transmitted wave decreases and the amplitude value decreases. Further, since the transmitted ultrasonic wave advances while bypassing the crack, the transmission time becomes longer.
In the present invention, the presence or absence of a defect is determined from both the amplitude value and the transmission time.
[0012]
Specifically, the ratio of the amplitude of the transmitted wave determined for the inspected pipe to the amplitude of the transmitted wave determined for the same defect-free pipe as the inspected pipe, and the transmitted wave determined for the same defect-free pipe as the inspected pipe Is determined based on the ratio of the transmission time obtained for the inspection pipe to the transmission time.
As the defect-free pipe identical to the pipe to be inspected, an unused pipe having the same material and shape as the pipe to be inspected is usually used. The average value of the measured values is used as the amplitude and transmission time of the transmitted wave obtained for the same defect-free pipe as the pipe to be inspected.
[0013]
In the present invention, when the amplitude ratio is 0.73 or less and the transmission time ratio is 1.00 to 1.05, it is possible to detect the defect with high accuracy by determining that there is a defect.
According to the method of the present invention, defects are detected with high accuracy when the metal pipe is a centrifugally cast pipe.
[0014]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
[0015]
Example 1
The centrifugally cast tube (KHR24C) used as the heating tube was inspected for defects using the ultrasonic inspection apparatus shown in FIG. The equipment used is as follows.
Pulsar receiver: Model 5072PR manufactured by Panametrix
Oscilloscope: TDS3014 manufactured by Sony Tektronix
Ultrasonic probe: MSWQC-GAMMA manufactured by Kraut Kramer
(Frequency: 5.0 MHz, vibrator diameter: 0.25 inch (6.35 mm))
Bevel wedge: KBL70 [70 ° longitudinal wave] manufactured by Kraut Kramer
Coupling material: Sonicoat BS400 manufactured by Nichiai Acetylene
[0016]
As test pipes (outer diameter 110 mm x inner diameter 94 mm x length 50 mm), four types shown in Table 1 below were used.
[Table 1]
[0017]
At the position 10 mm in the axial direction from each end face of the test pipe, 12 measurement points per face are selected at random in the circumferential direction (select with reference to the presence or absence of defects by cross-section observation), and a total of one test pipe is selected. Twenty-four points (2 surfaces × 12 measurement points / surface) were measured. The measurement position is the center of the ultrasonic transmission path between the transmitting and receiving probes, and when looking at the cross section, 1 to 12 in the counterclockwise direction on one surface and in the counterclockwise direction on the other surface. 13 to 24 in order.
[0018]
The test was performed according to the following procedure.
(1) The transmitting and receiving probes 4, 5 were attached to the oblique wedges 3, 3, respectively.
(2) The oblique wedges 3, 3 to which the probes 4, 5 were attached were mounted on the holder 2, and the oblique wedges 3, 3 were fixed to the holder 2 with set screws.
(3) A couplant was applied to a sensitivity adjustment test piece as a control, and the probe was brought into contact. The oblique wedges 3 attached to the holder were moved so that the height of the transmitted echo was maximized, and fixed to the holder 2 again.
(4) Operate the sensitivity adjustment knob of the pulser / receiver 7 to set the transmitted echo amplitude to 1 V on the oscilloscope 8.
(5) The ultrasonic waveform at that time was recorded on an oscilloscope.
(6) The above operation was performed on the test pipe, the waveform information was converted into digital data in CSV format, the data was loaded into the personal computer 10 via the floppy (registered trademark) disk 9, and the data was processed by Excel software. .
The test results are shown in Tables 2 to 5.
Note that the correction amplitude is a converted value when measured at the reference sensitivity value (30 dB).
[0019]
Next, cut at the measurement position (taking into account the cutting and grinding allowance), the macro structure observation and solvent removability of cross penetrant (JIS Z2343 -1992), to confirm the presence or absence of a defect. FIG. 3 shows a photograph of the cross-sectional macrostructure of the test pipe TP-A, and FIG. 4 shows a photograph of the result of the solvent removal penetrant test.
For more detailed observation, the sample was cut at a position of 10 mm in the left and right directions around the measurement point in the circumferential direction, embedded in resin, polished and etched, and the macrostructure of the cross section was observed. Among them, FIG. 5 shows a photograph of a cross-sectional macrostructure at the measurement position 20 of the test pipe TP-A.
In addition, the microstructure of the cross section was observed at typical measurement points. Among them, FIG. 6 shows a photograph of the cross-sectional microstructure at the measurement position 20 of the test pipe TP-A.
Tables 2 to 5 show the presence or absence of crack defects.
[0020]
The results shown in Tables 2 to 5 are shown in FIG. By setting the amplitude ratio to 0.73 or less and the transmission time ratio to 1.00 to 1.05 as the criterion for determining the presence or absence of a defect, the defect can be detected with high accuracy.
With only the amplitude ratio, it is determined that there are defects in many parts of the TP-C where no defect is found. In addition, even if there is no defect (for example, TP-D), it may be determined that there is a defect only by the transmission time ratio.
[0021]
[Table 2]
[0022]
[Table 3]
[0023]
[Table 4]
[0024]
[Table 5]
[0025]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the method of this invention, the fine crack defect of a metal material can be inspected accurately using an ultrasonic wave.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an ultrasonic inspection apparatus used in the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram of an incident wave and a transmitted wave.
FIG. 3 is a photograph of a cross-sectional macrostructure of a test pipe TP-A.
FIG. 4 is a photograph of the results of a solvent removal penetrant inspection test of a cross section of a test pipe TP-A.
FIG. 5 is a photograph of a detailed macrostructure of a cross section at a measurement position 20 of a test pipe TP-A.
FIG. 6 is a photograph of a microstructure of a cross section at a measurement position 20 of a test pipe TP-A.
FIG. 7 is a diagram showing the results of an example.
[Explanation of symbols]
1: Probe 2: Holder 3: Bevel wedge 4: Transmitting probe 5: Receiving probe 6: Piping 6: Pulser / Receiver 7: Oscilloscope 8: Floppy (registered trademark) disk 9: Computer
