JP2005214928A - Deterioration diagnostic method for inner face of pipe screw-joined part by ultrasonic wave - Google Patents
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Description
本発明は空調用配管や各種のパイプ構造体におけるねじ接合部内面の局部劣化を超音波探傷法を用いて診断する方法に関する。 The present invention relates to a method for diagnosing local deterioration of an inner surface of a screw joint in an air conditioning pipe and various pipe structures using an ultrasonic flaw detection method.
配管のねじ接合部の検査は放射線検査が一般的であるが、放射線検査は取り扱い資格が必要であり、測定時の被曝対策が必要となるなど実用的でない。
超音波探傷法による残存肉厚測定が好適とされるが、配管のねじ接合部に超音波を垂直に入射しても(垂直探傷法)、ねじ面で反射・散乱し配管内面まで伝播しないため、ねじ接合部の内面における腐食の検出は困難である。
The inspection of screw joints in piping is generally radiation inspection, but radiation inspection requires handling qualifications and is not practical because exposure measures at the time of measurement are required.
Residual wall thickness measurement by the ultrasonic flaw detection method is suitable, but even if ultrasonic waves are incident vertically on the threaded joint of the pipe (vertical flaw detection method), they are reflected and scattered by the screw surface and do not propagate to the inner surface of the pipe. It is difficult to detect corrosion on the inner surface of the screw joint.
超音波による斜角探傷法では、水晶振動子からパルス(縦波)を出すとくさびと金属の境界で屈折するときに横波となって板の中を往復する性質を利用して、溶接などの欠陥を検出できることが知られている。このときの横波には、分子が板の表面と垂直に振動するSV波(vertically-polarized shear wave )と分子が板の表面と平行に振動するSH波(horizontally-polarized shear wave )とが発生することが知られている。 In the oblique angle flaw detection method using ultrasonic waves, when a pulse (longitudinal wave) is emitted from a quartz oscillator, it reciprocates in the plate when it is refracted at the boundary between the wedge and the metal. It is known that defects can be detected. In this case, an SV wave (vertically-polarized shear wave) in which molecules oscillate perpendicularly to the surface of the plate and an SH wave (horizontally-polarized shear wave) in which molecules oscillate parallel to the surface of the plate are generated. It is known.
ねじ接合は小口径配管に用いられるため配管肉厚が薄い。斜角探触子として一般的なSV波探触子では屈折角は最大でも80°程度であり、これを配管ねじ部に適用した場合、超音波は配管端部に到達する前に配管内面とねじ面との間で反射を繰り返すので、エコーデータの解析が非常に困難となる。
本発明の第1の目的は、配管内に探触子を挿入することなく配管ねじ接合部内面の劣化を診断する方法を提供することにある。
本発明の第2の目的は、配管設備の運転停止や水抜きを必要とすることなく配管ねじ接合部内面の劣化を診断する方法を提供することにある。
本発明の第3の目的は、配管外面に超音波測定用のテーパ部を加工することなく配管ねじ接合部内面の劣化を診断する方法を提供することにある。
A first object of the present invention is to provide a method for diagnosing deterioration of an inner surface of a pipe screw joint without inserting a probe into the pipe.
A second object of the present invention is to provide a method for diagnosing deterioration of the inner surface of a pipe screw joint without requiring operation stop of the piping facility or draining.
A third object of the present invention is to provide a method for diagnosing deterioration of the inner surface of a pipe screw joint without processing a taper for ultrasonic measurement on the outer surface of the pipe.
前述した課題を解決するため、本発明では、第1の態様として、斜角探傷法による表面SH波探触子を用いて、配管の外側から超音波をねじ部手前から斜めに入射し、局部腐食が存在した場合に配管端面からのエコー情報が変化することを利用して腐食を検出する方法を提供する。この際、探触子を配管周方向に等間隔で移動させながらエコーデータをサンプリングし、各エコーデータから配管端部のエコー(端面エコー)を抽出し、配管周方向に対して端面エコー高さが極小となる位置を検出することによって腐食を検出する。これにより、配管ねじ接合部内面の劣化を診断する。 In order to solve the above-described problem, in the present invention, as a first aspect, using a surface SH wave probe by an oblique flaw detection method, ultrasonic waves are obliquely incident from the front of the screw portion and are locally applied from the outside of the pipe. Provided is a method for detecting corrosion using the fact that echo information from a pipe end face changes when corrosion is present. At this time, the echo data is sampled while moving the probe at equal intervals in the pipe circumferential direction, the echo of the pipe end (end face echo) is extracted from each echo data, and the end face echo height with respect to the pipe circumferential direction. Corrosion is detected by detecting the position where becomes minimum. Thereby, the deterioration of the inner surface of the pipe screw joint is diagnosed.
本発明はその第2の態様として、ねじ部からのエコー振幅を数値モデルで表現し、実測したエコーデータの包絡線と比較し、時間軸上で誤差が最大となる時間から、探触子から腐食までの配管軸方向距離を推定する。これにより、配管ねじ接合部内面の劣化をより具体的に診断する。 As a second aspect of the present invention, the echo amplitude from the screw portion is expressed by a numerical model, compared with the envelope of the actually measured echo data, and from the time when the error is maximum on the time axis, from the probe Estimate the axial distance of the pipe until corrosion. Thereby, the deterioration of the inner surface of the pipe screw joint is more specifically diagnosed.
本発明で用いた表面SH波探触子は、横波で振動方向が水平方向であるSH波を発信し、そのSH波が主に表面近傍(屈折角85〜90°)を伝播するような入射角に設定した探触子である。
The surface SH wave probe used in the present invention transmits an SH wave having a transverse wave and a horizontal vibration direction, and the SH wave is mainly incident near the surface (
使用する機材としては以下のようなものを利用した。
(1)超音波パルス送受信機:パルスレシーバー、超音波探傷機など
(2)超音波探触子:表面SH波探触子
(3)エコーデータサンプリング用機器:パソコンなど
The following equipment was used.
(1) Ultrasonic pulse transmitter / receiver: Pulse receiver, ultrasonic flaw detector, etc. (2) Ultrasonic probe: Surface SH wave probe (3) Echo data sampling equipment: PC, etc.
局部腐食の検出・位置検出の手順は以下のような工程である。
(1)配管表面をやすり等で平滑に仕上げる
(2)接触媒質(例えば商品名ソニコートSHN−B25)を塗布して、探触子を配管に接触させる
(3)探触子を配管周方向に等間隔で移動させながらエコーデータをサンプリングする
(4)各エコーデータから配管端部のエコー(端面エコー)を抽出し、配管周方向に対して端面エコー高さが極小となる位置を検出することによって腐食を検出する
(5)4の測定点におけるエコーデータの包絡線を求め、エコー高さの数値モデルと比較することにより腐食の位置を推定する。
The procedure for detecting and detecting local corrosion is as follows.
(1) Finishing the pipe surface smoothly with a file or the like (2) Applying a contact medium (for example, trade name Sonicoat SHN-B25) and bringing the probe into contact with the pipe (3) Placing the probe in the pipe circumferential direction Echo data is sampled while moving at equal intervals. (4) Extracting pipe end echoes (end face echoes) from each echo data, and detecting the position where the end face echo height is minimized relative to the pipe circumferential direction. (5) The envelope of the echo data at the four measurement points is obtained and the position of the corrosion is estimated by comparing with the numerical model of the echo height.
(1)取り扱い資格が不要である。測定時の被曝対策が不要となる
(2)設備を稼働させたままの状態で検査が可能である。配管に検査用の加工をする必要がない
(3)表面SH波探触子は屈折角が大きいので超音波によるねじ接合部の検査が可能となる
(4)超音波によって雄ねじ側の内面腐食や欠陥を検出することができる。
(1) No handling qualification is required. (2) Inspection can be performed with the equipment in operation. It is not necessary to process the pipe for inspection. (3) Since the surface SH wave probe has a large refraction angle, it is possible to inspect the screw joint by ultrasonic waves. Defects can be detected.
以下、添付図の実施態様を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the accompanying drawings.
図1に超音波探触子10を用いた斜角探傷法による配管ねじ部11での伝播模式図を、図2にねじ部でのエコーの一例をそれぞれ示す。このエコーは、超音波が直接ねじ部で反射したもの及び配管内面で反射しさらにねじ部で反射したものが重畳した波形となっている。
FIG. 1 shows a schematic diagram of propagation in the pipe thread portion 11 by the oblique flaw detection method using the
図3に示すように、ねじ接合部の配管内面に局部腐食12が存在する場合、腐食で反射したエコー(欠陥エコー)は、図4に一例を示すようにねじ部からのエコーと重畳するため容易に観測することはできない。そのため、エコーデータからねじ部のエコーを消去することが理想であるが、ねじ部のエコーは配管の周方向測定位置によって大きく異なり、またねじ加工時の機械の調整によってねじの仕上がり寸法が若干異なり、その影響がエコーに及ぶので、検査する配管ごとに異なることが予想され、ねじ部のエコーを消去することは容易でない。
As shown in FIG. 3, when
図3に示した配管端部からのエコー(端面エコー)に注目すると、このエコーは図4ではほとんど観測されていない。局部腐食が存在する場合、図3に示すように腐食により超音波の伝播が遮られて端部まで伝播しにくくなるので、端面エコー高さが減少するのである。従って、探触子を配管周方向に走査したエコーデータから端面エコー高さを抽出し、端面エコー高さが極小となる位置を検索すれば、腐食を検出できることになる。 When attention is paid to the echo (end-face echo) from the pipe end shown in FIG. 3, this echo is hardly observed in FIG. When local corrosion exists, as shown in FIG. 3, the propagation of ultrasonic waves is blocked by the corrosion and it is difficult to propagate to the end, so that the end echo height is reduced. Therefore, corrosion can be detected by extracting the end face echo height from echo data obtained by scanning the probe in the pipe circumferential direction and searching for a position where the end face echo height is minimized.
腐食の位置は腐食からのエコーが観測される時間から求めることができるが、ねじ部においてはねじ部のエコーと重畳して観測され、腐食からのエコーを抽出することは非常に困難である。ここで、ねじ部のエコー高さは腐食がなければ探触子からの距離に応じて減衰するが、腐食からのエコーが重畳している場合、その観測される時間においてエコー高さが大きく変化する。そこで、腐食がない場合のねじ部のエコー高さを数値モデルで表し、モデルとエコーデータの包絡線との比較によりエコー高さが大きく変化する時間を抽出することによって腐食位置を推定する。ここでエコーデータの包絡線とはピークを結んだ線であり、本発明では正のピークのみを用いて包絡線を求める。 The position of the corrosion can be determined from the time when the echo from the corrosion is observed. However, in the screw portion, it is observed superimposed on the echo of the screw portion, and it is very difficult to extract the echo from the corrosion. Here, the echo height of the screw part attenuates according to the distance from the probe if there is no corrosion, but when the echo from the corrosion is superimposed, the echo height changes greatly at the observed time. To do. Therefore, the echo height of the screw portion when there is no corrosion is expressed by a numerical model, and the corrosion position is estimated by extracting the time when the echo height changes greatly by comparing the model and the envelope of the echo data. Here, the envelope of the echo data is a line connecting peaks, and in the present invention, the envelope is obtained using only the positive peak.
本実施態様では人工腐食配管として、図5に示すように、配管用炭素鋼鋼管(SGP黒)50AをJIS規格(B0203 管用テーパねじ)でねじ加工し、その内面に人工腐食(平底穴)12を機械加工したものを用いる。 In this embodiment, as an artificial corrosion pipe, as shown in FIG. 5, a carbon steel pipe for piping (SGP black) 50A is threaded with JIS standard (B0203 taper screw for pipe), and artificial corrosion (flat bottom hole) 12 is formed on the inner surface thereof. The machined one is used.
人工腐食配管として表1に示す6パターンの人工腐食配管を用いる。腐食の深さは全て1mmである。
図6に示すように、局部腐食12の軸線方向位置をX,配管周方向の位置をYとすると、腐食が存在する位置(Y=0)を中心に、周方向に1mmピッチでプラスマイナス7mmまでエコーデータをサンプリングし端面エコー高さを計測した。図7,8にそれぞれ端面エコー高さ曲線を示す。これより腐食の位置は、腐食の大きさ及び位置にかかわらず端面エコー高さが極小値となる位置であることがわかる。よって配管ねじ部の全周測定データから端面エコー高さを抽出し、その極小値を検索することによって腐食を検出することができる。
As shown in FIG. 6, assuming that the position of the
次に、局部腐食の位置の推定について説明する。腐食が存在しなければ、観測されるエコーデータはエコー高さが時間とともに減衰する。そのため、超音波の減衰によるエコー高さの変化を数値モデルによって表す。 Next, estimation of the position of local corrosion will be described. In the absence of corrosion, the observed echo data will decay in echo height over time. Therefore, a change in echo height due to attenuation of ultrasonic waves is represented by a numerical model.
超音波の減衰は指数関数によって以下のように表される。
図11に示すように、振動子(水晶振動子など)14の断面について振動子を長さ方向にN等分して考えると、点Dにおけるエコー高さHD は以下の2式によって表され、実測値と良く一致することが確認されている。
本発明で用いた探触子の場合、H=10mm、α=24.9°であり、周波数5MHz及び音速を鋼:3230m/s、アクリル:1360m/sとすると、λ、λwがそれぞれ求められ、図12に示すような指向性が求められる。従って、図9のように求められたエコー高さを、そのときの角度φにおいて上記の式によって求められるエコー高さを正規化した値で除することによって指向性の影響を取り除いた上でプロットすると、図13のようなグラフが得られる。これを最小2乗法によって指数関数で近似すると、減衰係数αを求めることができる。 In the case of the probe used in the present invention, when H = 10 mm and α = 24.9 °, and when the frequency is 5 MHz and the sound velocity is steel: 3230 m / s and acrylic: 1360 m / s, λ and λw are obtained respectively. The directivity as shown in FIG. 12 is required. Accordingly, the echo height obtained as shown in FIG. 9 is plotted after removing the influence of directivity by dividing the echo height obtained by the above equation at the angle φ at that time by the normalized value. Then, a graph as shown in FIG. 13 is obtained. When this is approximated by an exponential function by the least square method, the attenuation coefficient α can be obtained.
以上のように超音波の減衰と指向性を定量化し、簡易的なエコー高さモデルを作成する。ねじ部における超音波の伝播は非常に複雑であるため、ここでは図14に示すように配管の内面で反射しさらにねじの谷頂部において反射したエコー高さのみを上記の減衰と指向性によって表す。各ねじ谷頂部までの超音波伝播距離X(X0 +X1n+X2n)と角度φn によって減衰と指向性を算出し、それらの積によってエコー高さを求める。このようにして求められたエコー高さモデルを図15に示す。配管はSGP50Aを対象とし、ねじの各寸法はJIS規格に従った。 As described above, the attenuation and directivity of ultrasonic waves are quantified, and a simple echo height model is created. Since the propagation of ultrasonic waves in the threaded portion is very complicated, only the echo height reflected at the inner surface of the pipe and reflected at the top of the threaded valley is represented by the above attenuation and directivity as shown in FIG. . Attenuation and directivity are calculated from the ultrasonic propagation distance X (X 0 + X 1n + X 2n ) and the angle φn to each screw root, and the echo height is obtained from the product of them. The echo height model thus obtained is shown in FIG. Piping was intended for SGP50A, and each screw dimension was in accordance with JIS standards.
探触子を周方向に移動して測定したエコーデータにおいて、端面エコーが最小となる測定個所が腐食の中心位置と考えられる。そこでこの位置において測定したエコーデータのエンベロープ(包絡線)と図15に示すエコー高さモデルとを比較し、エコー高さの差が最大となる位置(横軸の値から算出)が腐食の存在する位置であると判断する。その際、エコーデータの横軸(時間軸)は超音波の音速を乗ずることにより伝搬距離に変換しておく。さらにエコーデータのエンベロープとエコー高さモデルとの誤差が最小となるように、モデルに適当な係数を乗じてレベル(水平方向)を調整しておく。これにより、減衰を求めるときに使用した試験片の横穴と実際のねじの反射源との反射率の差によるエコー高さへの影響を考慮することができる。 In the echo data measured by moving the probe in the circumferential direction, the measurement location where the end face echo is minimum is considered to be the central position of corrosion. Therefore, the envelope (envelope) of the echo data measured at this position is compared with the echo height model shown in FIG. 15, and the position where the difference in echo height is maximum (calculated from the value on the horizontal axis) is the presence of corrosion. It is determined that it is a position to perform. At this time, the horizontal axis (time axis) of the echo data is converted into the propagation distance by multiplying the sound velocity of the ultrasonic wave. Further, the level (horizontal direction) is adjusted by multiplying the model by an appropriate coefficient so that the error between the echo data envelope and the echo height model is minimized. Thereby, the influence on the echo height due to the difference in reflectance between the side hole of the test piece used for obtaining the attenuation and the reflection source of the actual screw can be taken into consideration.
実験結果として、表2に人工腐食を用いた腐食位置の推定実験結果を示す。腐食の大きさはφ4mmとφ6mmであり、深さは1mmで統一し、探触子からの水平距離はいずれも43mmとした。ここで表2の推定値は上記の方法によって求められた超音波の伝播距離を探触子からの水平距離に換算した値である。
ここで、ねじ接合によるエコー高さへの影響を確認した。ねじ接合の際にはテープ状もしくは液状のシール剤を雄ねじに施すため、ねじ面の反射率低下によるエコー高さの減少が予想される。そのため、いくつかのサンプル配管(炭素鋼鋼管50A)において、シール加工及び継手接続の前後でねじ部のエコーを測定し、それぞれのエコー高さの絶対値を比較した。加工前後の振幅の違いを評価するために、エコーデータの絶対値を平均し、加工前後の差を求めた。これを表3に示す。
表3から理解されるように、シールテープの場合はほとんどエコー高さの減少がないが、液状シール剤を使用した場合は全てにおいてエコー高さが減少し、最大で20%弱の減少が確認された。エコー高さが増加しているものについては、探触子の接触状態の影響が大きいと考えられる。従って、液状シール剤を使用している場合はエコー高さの減少を考慮し、パルサーレシーバーや超音波探傷器など機器の増幅率設定を調節することによって影響を低減させる必要がある。上記の実施例はシール加工及び継手接続をしない配管を用いて行った。 As can be seen from Table 3, in the case of the seal tape, there is almost no decrease in the echo height, but in the case of using the liquid sealant, the echo height is decreased in all cases, and a maximum decrease of less than 20% is confirmed It was done. For the case where the echo height is increased, the influence of the contact state of the probe is considered to be large. Therefore, when a liquid sealant is used, it is necessary to reduce the influence by adjusting the amplification factor setting of a device such as a pulsar receiver or an ultrasonic flaw detector in consideration of a decrease in echo height. The above examples were performed using piping without sealing and joint connection.
以上、詳細に説明したように、本発明の診断方法によれば、配管内に探触子を挿入することなく配管ねじ接合部内面の劣化を診断することができ、その際配管設備の運転停止や水抜きを必要とすることはなく、配管外面に超音波測定用のテーパ部を加工することなく配管ねじ接合部内面の劣化が診断できることになり、その技術的効果には極めて顕著なものがある。 As described above in detail, according to the diagnostic method of the present invention, it is possible to diagnose the deterioration of the inner surface of the pipe screw joint without inserting a probe into the pipe, and at that time, the operation of the piping facility is stopped. No deterioration of the inner surface of the pipe screw joint can be diagnosed without processing the taper part for ultrasonic measurement on the outer surface of the pipe, and the technical effect is extremely remarkable. is there.
10 超音波探触子
11 配管ねじ部
12 人工腐食(平底穴)
14 水晶振動子
10 Ultrasonic probe 11
14 Crystal resonator
Claims (2)
斜角探傷法による表面SH波探触子を用いて配管の外側から超音波をねじ部手前から斜めに入射し、
前記探触子を配管周方向に等間隔で移動させながらエコーデータをサンプリングし、
各エコーデータから配管端部のエコーを抽出し、
配管周方向に対して端面エコー高さが極小となる位置を検出することによって腐食を検出する、
以上の工程から成ることを特徴とするねじ接合部内面の局部劣化を超音波探傷法を用いて診断する方法。 It is a method for diagnosing local deterioration of the inner surface of a screw joint in air conditioning piping and various pipe structures using an ultrasonic flaw detection method,
Using a surface SH wave probe by the oblique angle flaw detection method, ultrasonic waves are incident obliquely from the front of the screw part from the outside of the pipe,
Sampling echo data while moving the probe at equal intervals in the pipe circumferential direction,
Extract echo at pipe end from each echo data,
Corrosion is detected by detecting the position where the end face echo height becomes minimum with respect to the pipe circumferential direction.
A method for diagnosing local deterioration of an inner surface of a screw joint using the ultrasonic flaw detection method, comprising the above steps.
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