JP2004264122A

JP2004264122A - 超音波検査方法および超音波検査治具

Info

Publication number: JP2004264122A
Application number: JP2003053967A
Authority: JP
Inventors: Manabu Hayakawa; 学早川; Masahiko Kuroki; 雅彦黒木
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24
Also published as: WO2004077045A1

Abstract

【課題】被検査体のスミ肉溶接部の近傍の検査部位に対して、精度良く欠陥の大きさを検出することができる超音波検査方法を提供することである。
【解決手段】被検査体１１の表面上に被検査体１１の検査部位を中心としてほぼ等距離で所定の角度を保って２個の探触子１４ａ、１４ｂを配置し、一方の探触子１４ａから被検査体１１の裏面で反射する反射波が検査部位に向くように超音波を送信し、一方の探触子１４ａから送信されて被検査体１１の裏面、検査部位および被検査体１１の裏面で反射された超音波を他方の探触子１４ｂで受信し、他方の探触子１４ｂで受信した超音波に基づいて被検査体１１の検査部位を検査する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、肉厚の薄い被検査体の欠陥を検査する超音波探傷に係り、特にスミ肉溶接部の疲労き裂を探傷するのに適した超音波検査方法および超音波検査治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントにおいては、プラント構成機器の健全性を評価するために超音波検査（ＵＴ）が実施されている。例えば、蒸気管や給排水管は、被検査体である配管の表面に超音波探触子（以下単に探触子という）を設置し、探触子から被検査体内部に超音波を送信して、被検査体内部の欠陥部位からの反射波を受信し、被検査体内部の欠陥を検出するようにしている。
【０００３】
一般に、超音波検査は、探触子から被検査体に対して所定の屈折角で超音波を送信し、欠陥部位からの反射波を探触子で受信して欠陥部位を検出する斜角法で行われる。例えば、１個の探触子を用いて直接的に欠陥部位に超音波を送信し欠陥部位からの反射波を直接的に受信する直射法や、探触子からの超音波を一旦被検査体の裏面で反射させて欠陥部位に送信し、欠陥部位からの反射波を被検査体の裏面で反射させて受信する反射法が用いられる。また、２個の探触子を用いて、一方の探触子を送信用探触子として使用し、他方の探触子を受信用として使用するタンデム探傷法も用いられる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、探触子から被検査体に対して所定の屈折角で超音波を送信する斜角法では、被検査体の表面部の欠陥部位が検査できない場合があることから、被検査体の表面を超音波検査できるＳＨ波探傷法が開発されている。このＳＨ波探傷法は、被検査体の表面直下を被検査体表面に平行に伝搬するＳＨ波を発振できる表面ＳＨ波探触子を用い、建築業界の鉄骨溶接などのスミ肉溶接部の超音波検査を行うものであり、鉄骨溶接などのスミ肉溶接部の欠陥の有無を評価するものである（非特許文献２参照）。
【０００５】
【非特許文献１】
社団法人日本非破壊検査協会「非破壊検査技術シリーズ超音波探傷試験ＩＩ」１９９０ｐ６６ｐ８１
【０００６】
【非特許文献２】
社団法人日本非破壊検査協会「非破壊検査検査と材料評価」ＶＯＬ．５２，Ｎｏ．１Ｊａｎ．２００３ｐ３、ｐ４
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このＳＨ波探傷法ではスミ肉溶接部の欠陥の有無は検出できるが、被検査体の表面直下を被検査体表面に平行に伝搬するＳＨ波であるため、欠陥の深さ方向（表面からの肉厚方向）の欠陥の大きさの評価をすることが困難である。また、探触子を被検査体に接触させる場合に使用する接触媒質の粘性が高いので探触子の走査が難しく、適用される分野が限定されている。
【０００８】
発電プラントにおいては、例えば、ボイラ管を始め様々の機器にスミ肉溶接部が存在し、そのスミ肉溶接部のルート部には溶け込み不足が発生する場合が多く、これを起点として母材の肉厚方向に疲労き裂が進展し、場合によっては貫通に至る可能性がある。このことから、欠陥の有無だけでなく欠陥の肉厚方向の大きさを評価できることが望まれる。従って、発電プラントの各種機器のスミ肉溶接部の超音波検査にはＳＨ波探傷法は不向きである。
【０００９】
一方、欠陥の大きさを評価できる超音波検査として、汎用的に用いられている一探触子法の直射法や二探触子法のタンデム探傷法では、被検査体の検査部位がスミ肉溶接部であることから幾何的な制約があり、探傷不能領域が生じて欠陥の大きさを評価できない場合がある。また、一探触子法の一回反射法による超音波検査では、探傷不能領域が生じ難いものの、ノイズが多く発生し欠陥の大きさを誤って評価する一因となる。
【００１０】
図５は被検査体の検査部位がスミ肉溶接部である場合の斜角法による超音波検査の説明図であり、図５（ａ）は一探触子法の直射法の説明図、図５（ｂ）は一探触子法の一回反射法の説明図、図５（ｃ）は二探触子法のタンデム探傷法の説明図、図５（ｄ）は二探触子法のＶ反射法の説明図である。
【００１１】
図５（ａ）に示すように、被検査体１１に別部材１２がスミ肉溶接で溶接されており、一探触子法の直射法にて、被検査体１１のスミ肉溶接部１３のルート部を検査部位として超音波検査する場合を考える。まず、探触子１４をスミ肉部１３に当接させ超音波１６を所定の屈折角θで送信することになる。通常、屈折角は最大で７０°程度であるので検査部位の欠陥１５が小さい場合には超音波が欠陥１５に入射できない探傷不能領域が生じ、探触子１４はその反射波を受信することができない。すなわち、検査部位の欠陥１５が探傷不能領域内である場合には欠陥１５を検出することができない。
【００１２】
また、図５（ｂ）に示すように、一探触子法の一回反射法にて、被検査体１１のスミ肉溶接部１３のルート部を検査部位として超音波検査する場合には、探傷不能領域が生じ難いが、探触子１４と欠陥１５との距離が長くなり、超音波の送信波と反射波とが干渉することがあるので、ノイズが多く発生し検査精度が落ちる。ノイズの大きさによっては検出不能になったり欠陥１５の大きさを誤って評価したりすることがある。
【００１３】
図６は、一探触子法の一回反射法による超音波検査の測定結果の説明図であり、図６（ａ）は被検査体が平板である場合の測定結果の説明図、図６（ｂ）は被検査体が配管の場合の測定結果の説明図である。欠陥１５の先端部１５ａおよび欠陥１５の根本部１５ｂでの反射波の大きさが大きくなっていることが分かるが、ノイズ１７も混入している。
【００１４】
次に、図５（ｃ）に示すように、二探触子法のタンデム探傷法にて、被検査体１１のスミ肉溶接部１３のルート部を検査部位として超音波検査する場合には、２個の探触子１４ａ、１４ｂを用意し、一方の探触子１４ａをスミ肉部１３に当接させ、他方の探触子１４ｂを一方の探触子１４ａと距離を保って配置する。そして、一方の探触子１４ａから超音波１６を所定の屈折角θで送信し、他方の探触子１４ｂで一方の探触子１４ａからの超音波１６を受信することになる。この場合も、一探触子法の直射法の場合と同様に、屈折角は７０°程度であるので検査部位の欠陥１５が小さい場合には超音波が欠陥１５に当たらない探傷不能領域が生じ、検査部位の欠陥１５が探傷不能領域内である場合には欠陥１５を検出することができない。
【００１５】
図５（ｄ）に示すように、二探触子法のＶ反射法にて、被検査体１１のスミ肉溶接部１３のルート部を検査部位として超音波検査する場合には、検査部位を挟んで２個の探触子１４ａ、１４ｂを配置することになるが、被検査体１１に別部材１２をスミ肉溶接しているので、一方の探触子１４ａを被検査体１１の表面に配置することができない。
【００１６】
ノイズを含まないという点では二探触子法のタンデム探傷法が優れているが探傷不能領域が生じる。特に、ボイラ管のように肉厚が薄い被検査体１１を超音波検査する場合には、肉厚に対して探傷不能領域の比率が大きくなり、超音波検査で欠陥１５を検出できる範囲が狭くなる。図７は一探触子法の直射法で超音波検査をした場合の探傷不能領域の大きさの説明図である。いま、被検査体１１はボイラ管であるとし、ボイラ管の肉厚をｄ、スミ肉溶接部１３の脚長をａ、探触子１４の超音波入射点をｂ、探傷不能領域の深さをｈ、探触子１４の屈折角をθとする。この場合の探傷不能領域の深さｈは下記の（１）式で示される。
【００１７】
ｈ＝（ａ＋ｂ）／ｔａｎθ …（１）
スミ肉溶接部１３の脚長ａはボイラ管の場合には通常５ｍｍ以上であり、探触子１４の超音波入射点ｂは５ｍｍ〜１０ｍｍ程度である。また、探触子１４の屈折角θは４５°、６０°、７０°のものがある。この条件の下で探傷不能領域の深さｈを最小にするための条件、ａ＝５ｍｍ、ｂ＝５ｍｍ、θ＝７０°を選択すると、探傷不能領域の最小の深さｈは（１）式から、約３．６４ｍｍとなる。一方、被検査体１１であるボイラ管の肉厚ｄは７ｍｍ程度であるので、探傷不能領域の比率は５０％を超えてしまい、欠陥１５の適正な検出ができない。
【００１８】
このように、スミ肉溶接部の欠陥部位を超音波検査しようとした場合には、一探触子法の直射法や二探触子法のタンデム探傷法では探傷不能領域が生じ、また、一探触子法の一回反射法による超音波検査では、ノイズが多く発生し欠陥の大きさを精度良く検出することが難しい。また、二探触子法のＶ反射法では、一方の探触子を被検査体の表面に配置することができないので、超音波検査を行うことができない。
【００１９】
本発明の目的は、被検査体のスミ肉溶接部の近傍の検査部位に対して、精度良く欠陥の大きさを検出することができる超音波検査方法および超音波検査治具を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る超音波検査方法は、被検査体の表面上に前記被検査体の検査部位を中心としてほぼ等距離で所定の角度を保って２個の探触子を配置し、前記２個の探触子の一方の探触子から前記被検査体の裏面で反射する反射波が前記検査部位に向くように超音波を送信し、前記一方の探触子から送信されて前記被検査体の裏面、前記検査部位および前記被検査体の裏面で反射された超音波を他方の探触子で受信し、前記他方の探触子で受信した超音波に基づいて前記被検査体の検査部位を検査することを特徴とする。
【００２１】
請求項２の発明に係る超音波検査治具は、被検査体の表面上に探触子が接触するようにそれぞれ前記探触子を保持する一対の治具本体と、前記一対の治具本体を開閉自在に接合し前記被検査体の検査部位を中心とした前記探触子間の角度を調節する蝶番と、前記治具本体に設けられ前記被検査体の検査部位から前記探触子までの距離を調節するためのスライド部と、前記探触子を保持し前記スライド部と係合して前記探触子を前記治具本体に取り付けるための保持部材とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項３の発明に係る超音波検査治具は、請求項２の発明において、前記保持部材と前記スライド部との取り付けおよび前記保持部材と前記探触子との間の取り付けは、取り付け面に対して回転調整自在としたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る超音波検査方法の説明図であり、図１（ａ）は平板の被検査体１１のスミ肉溶接部１３のルート部を検査部位として超音波検査する場合の一部切り欠き正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の矢印Ａ方向から見た一部切り欠き平面図、図１（ｃ）は図１（ａ）の矢印Ｂ方向から見た一部切り欠き側面図である。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、平板の被検査体１１に別部材１２がスミ肉溶接で溶接されており、そのスミ肉溶接部１３のルート部を検査部位として超音波検査する場合について説明する。まず、被検査体の表面上に２個の探触子１４ａ、１４ｂを配置する。すなわち、図１（ｂ）に示すように、被検査体１１の表面上に被検査体１１の検査部位（図１（ｂ）では欠陥１５の位置）を中心として、ほぼ等距離で所定の角度αを保って２個の探触子１４ａ、１４ｂを配置する。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、一方の探触子１４ａから被検査体１１の裏面（Ｘ１点）で反射する反射波１６ｂが検査部位（欠陥１５）に向くように超音波１６ａを送信する。被検査体１１の裏面（Ｘ１点）で反射した反射波１６ｂは、検査部位（欠陥１５）で反射して反射波１６ｃとなり、さらに、被検査体１１の裏面（Ｘ２点）で反射して反射波１６ｄとなって他方の探触子１４ｂで受信される。そして、他方の探触子１４ｂで受信した超音波に基づいて被検査体１１の検査部位（欠陥１５）を検査することになる。
【００２６】
以上の説明は、被検査体１１が平板である場合について説明したが、配管のように円筒形状である被検査体１１に対しても適用できる。図２は、円筒形状の被検査体１１に本発明の第１の実施の形態に係る超音波検査方法を適用した場合の説明図であり、図２（ａ）は一部切り欠き斜視図、図２（ｂ）はＹ−Ｙ’線での断面図である。図２では別部材１２およびスミ肉溶接部１３の図示を省略している。この場合も、図１に示した平板の被検査体１１の場合と同様に、円筒形状の被検査体１１の表面上に被検査体１１の検査部位（欠陥１５）を中心として、ほぼ等距離で所定の角度αを保って２個の探触子１４ａ、１４ｂを配置し、一方の探触子１４ａから被検査体１１の裏面（Ｘ１点）で反射する反射波１６ｂが検査部位（欠陥１５）に向くように超音波１６ａを送信する。これにより、検査部位（欠陥１５）で反射した反射波１６ｃを被検査体１１の裏面（Ｘ２点）で反射し、その反射波１６ｄを他方の探触子１４ｂで受信する。
【００２７】
このように、本発明の第１の実施の形態に係る超音波検査方法では、２個の探触子１４ａ、１４ｂをスミ肉溶接部１３に対してＶ字型に配置し、一方の探触子１４ａから超音波を送信し、検査部位（欠陥１５）からの反射波１６ｃ、１６ｄを他方の探触子１４ｂで受信する。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る超音波検査方法による超音波検査の測定結果の説明図であり、図３（ａ）は被検査体が平板である場合の測定結果の説明図、図３（ｂ）は被検査体が配管の場合の測定結果の説明図である。ノイズ１７も混入がほとんどなく、欠陥１５の先端部１５ａおよび欠陥１５の根本部１５ｂでの反射波の大きさが大きくなっていることが分かる。
【００２９】
第１の実施の形態によれば、被検査体１１のスミ肉溶接部１３のルート部近傍に発生した欠陥１５を探傷不能領域が生じることなく検出できる。探傷不能領域が生じないので、特に、肉厚が薄い被検査体１１に対して有効である。また、超音波の送信波と反射波とが干渉することがないのでノイズの発生が抑制でき、欠陥１５の大きさも精度良く検出できる。
【００３０】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図４は本発明の第２の実施の形態に係る超音波検査治具の説明図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は被検査体に配置した場合の平面図である。この第２の実施の形態は、第１の実施の形態の超音波検査方法を実現するために、２個の探触子１４ａ、１４ｂを被検査体１１の表面に配置するための超音波検査治具１８である。
【００３１】
図４（ａ）に示すように、超音波検査治具１８は、蝶番１９で接合された一対の治具本体２０ａ、２０ｂを有する。一対の治具本体２０ａ、２０ｂは、被検査体１１の表面上にそれぞれ探触子１４ａ、１４ｂが接触するように、それぞれの探触子１４ａ、１４ｂを保持するものであり、治具本体２０ａ、２０ｂのスライド部２１ａ、２１ｂに、探触子１４ａ、１４ｂを保持するための保持部材２２ａ、２２ｂが取り付けられて、それぞれの探触子１４ａ、１４ｂを保持する。
【００３２】
保持部材２２ａ、２２ｂのスライド部２１ａ、２１ｂへの取り付けは、取付具２３ａ、２３ｂにより、取り付け位置を調整することにより行われる。また、探触子１４ａ、１４ｂの保持部材２２ａ、２２ｂへの取り付けは、調整具２４ａ、２４ｂで行われる。保持部材２２ａ、２２ｂは、図４（ａ）に示すように、探触子１４ａ、１４ｂが治具本体２０ａ、２０ｂの下方に位置するように、探触子１４ａ、１４ｂを保持しており、被検査体１１の表面に探触子１４ａ、１４ｂを配置した状態では、治具本体２０ａ、２０ｂが被検査体１１の表面に接触しないようにしている。
【００３３】
また、図４（ｂ）に示すように、保持部材２２ａ、２２ｂは探触子１４ａ、１４ｂの位置が治具本体２０ａ、２０ｂに対して平行ではなく外側方向に向けて所定の角度βをもって配置されている。これにより、蝶番１９の頂点が検査部位（欠陥１５）と重複することを避けるようにしている。
【００３４】
そして、保持部材２２ａ、２２ｂのスライド部２１ａ、２１ｂへの取り付け位置を調整することにより、被検査体１１の検査部位（欠陥１５）から探触子１４ａ、１４ｂまでの距離を調節し、蝶番１９の開度γを調節することにより、被検査体１１の検査部位（欠陥１５）を中心とした探触子１４ａ、１４ｂ間の角度αを調節する。
【００３５】
また、配管など曲率のある被検査体１１上に、探触子１４ａ、１４ｂを配置する場合には、スライド部２１ａ、２１ｂへの取付具２３ａ、２３ｂおよび保持部材２２ａ、２２ｂへの調整具２４ａ、２４ｂの取付位置を回転調節することにより、被検査体１１の曲率に合わせて探触子１４ａ、１４ｂを配置する。
【００３６】
一方、探触子として、本出願人の先の特許出願（特願２００３−９１７０号）の探触子を用いる場合には、スライド部２１ａ、２１ｂへの取付具２３ａ、２３ｂおよび保持部材２２ａ、２２ｂへの調整具２４ａ、２４ｂの取付位置を回転調節する必要がない。すなわち、特願２００３−９１７０号の探触子は、探触子自体が柔軟性を有し、様々な曲率を有した被検査体に対して、被検査体１１との間に隙間が生じないように配置できるものである。
【００３７】
従って、この探触子１４ａ、１４ｂを使用する場合には、回転調整ができる取付具２３ａ、２３ｂや調整具２４ａ、２４ｂを用いる必要がなく、直接的に治具本体２０ａ、２０ｂに探触子１４ａ、１４ｂを取り付けるようにして良い。なお、この場合においても、被検査体１１の表面に探触子１４ａ、１４ｂを配置した状態では、治具本体２０ａ、２０ｂが被検査体１１の表面に接触しないように、探触子１４ａ、１４ｂを取り付けることになる。
【００３８】
第２の実施の形態によれば、被検査体１１が平板でない配管など曲率のある被検査体１１であっても、その曲率に合わせて探触子を配置することができるので、配管など曲率のある被検査体１１のスミ肉溶接部に対して適正に超音波検査を行うことができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の超音波検査方法によれば、被検査体のスミ肉溶接部近傍の一方側から、探傷不能領域が生じることなくスミ肉部溶接部の欠陥の大きさを検出することができる。また、超音波の送信波と反射波とが干渉することがないのでノイズの発生が抑制でき、欠陥１５の大きさも精度良く検出できる。
【００４０】
本発明の超音波検査治具によれば、配管など曲率のある被検査体のスミ肉溶接部に対しても、２個の探触子を被検査体のスミ肉溶接部近傍の一方側から保持できるので、配管など曲率のある被検査体のスミ肉溶接部に対しても適正に超音波検査を行うことができる。
【００４１】
これにより、発電プラントの設備の劣化及び損傷程度を正確に評価することができるので、設備の交換時期を適正に判断できる。例えば、ボイラ管は過去の実績から使用期間を考慮に入れ安全性を見込んで交換しているが、欠陥の発生していないボイラ管を安全性を見込んで早期に交換をすることがなくなり、無用なコストの発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る超音波検査方法の説明図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る超音波検査方法を円筒形状の被検査体に適用した場合の説明図。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る超音波検査方法による超音波検査の測定結果の説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る超音波検査治具の説明図。
【図５】被検査体の検査部位がスミ肉溶接部である場合の斜角法による超音波検査の説明図。
【図６】一探触子法の一回反射法による超音波検査の測定結果の説明図。
【図７】一探触子法の直射法で超音波検査をした場合の探傷不能領域の大きさの説明図。
【符号の説明】
１１…被検査体、１２…別部材、１３…スミ肉溶接部、１４…探触子、１５…欠陥、１６…超音波、１７…ノイズ、１８…超音波検査治具、１９…蝶番、２０…治具本体、２１…スライド部、２２…保持部材、２３…取付具、２４…調整具

Claims

被検査体の表面上に前記被検査体の検査部位を中心としてほぼ等距離で所定の角度を保って２個の探触子を配置し、前記２個の探触子の一方の探触子から前記被検査体の裏面で反射する反射波が前記検査部位に向くように超音波を送信し、前記一方の探触子から送信されて前記被検査体の裏面、前記検査部位および前記被検査体の裏面で反射された超音波を他方の探触子で受信し、前記他方の探触子で受信した超音波に基づいて前記被検査体の検査部位を検査することを特徴とする超音波検査方法。
被検査体の表面上に探触子が接触するようにそれぞれ前記探触子を保持する一対の治具本体と、前記一対の治具本体を開閉自在に接合し前記被検査体の検査部位を中心とした前記探触子間の角度を調節する蝶番と、前記治具本体に設けられ前記被検査体の検査部位から前記探触子までの距離を調節するためのスライド部と、前記探触子を保持し前記スライド部と係合して前記探触子を前記治具本体に取り付けるための保持部材とを備えたことを特徴とする超音波検査治具。
前記保持部材と前記スライド部との取り付けおよび前記保持部材と前記探触子との間の取り付けは、取り付け面に対して回転調整自在としたことを特徴とする請求項２記載の超音波検査治具。