JP2007046945A - 超音波探傷方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】四角柱体の外表面からの稜線内部の円錐面開先部の検査を可能とし、溶接開先面全周に亘り精度の良い検査を行う。
【解決手段】四角柱体からなる被検査体の稜線内部に位置する溶接開先面は稜線を挟んで２つの探触子を使用する２探触子法で、稜線と稜線の間に位置する溶接開先面の中央部は１探触子法でそれぞれ実施し、両者を併用して被検査体内部の円錐状溶接開先面の全周を探傷する。その際、２探触法で実施する個所では、被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対する法線を含む平面内で、かつ、前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を設定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、四角柱体の内部の円錐状溶接開先面の超音波探傷方法に関し、特にアレイ型探触子を２個用いた超音波探傷方法及び装置に関するものである。

従来、発電プラントなどで使用している構造材や大型電機部品の接合はろう付や溶接により行われており、この接合部の健全性確認の一手段として超音波検査が適用されている。ろう付部や溶接部の構造は多種多様であるが、例えば円筒形状部品を互いに差し込み、四角柱体同士をろう付している部分については、四角柱体の外表面から円筒形状部品のろう付面に超音波を送受信して、その反射波強度を評価することによりろう付面の検査を実施している。このろう付の一例として特許文献１に開示された超音波検査方法が公知である。

一方、アレイ型探触子を用いた電子走査式超音波探傷装置としては、例えば日立エンジニアリング株式会社から「電子スキャン方式超音波探傷画像表示装置、型式：ＥＳ３１００」として製品化されたものが知られている。この公知の装置は、複数の超音波素子を内蔵したアレイ型超音波探触子の各素子に印加する送信パルスの印加タイミングを電子的に制御して、放出される超音波ビームを高速で走査し、検査体内部の走査範囲における反射波の様子をリアルタイムで表示するものである。超音波ビームの走査方法としては、超音波ビームを扇状に走査するセクタ走査、一定の角度で移動走査するリニア走査等の方式がある。いずれにしても、一般の固定角度の超音波探触子ではシュー材などを利用して機械的に超音波の被検査体中への放出方向を変更するが、アレイ型探触子を用いた電子走査装置では、超音波の放出方向を遅延時間を変更するなどして電子的に制御し、任意に変更することができる。このように電子的制御により任意に超音波の放出方向を変更できることがアレイ型探触子を用いた電子走査装置の特徴である。
特開平２００４−２７９１４４号公報

現在行われている超音波検査装置による四角柱体ろう付部の１探触子法での検査方法は、四角柱体の外表面に垂直に超音波ビームを入射し、内部円筒形状のろう付面の反射波を受信している。この方法では、四角柱の外表面の中央部付近下部の反射波は得られるが、探触子が稜線側に近づくにしたがって円筒ろう付面からの反射波は、超音波の入射方向とは異なる方向に反射するため、探触子方向には戻り難い。そのため、稜線下部のろう付面の反射波は、送信した探触子では十分な感度で得ることができず、検査ができないというのが現状である。

また、四角柱体同士の溶接でその開先が円錐面であるような場合にも同様に、１探触子法により四角柱体の外表面から斜角で超音波ビームを入射し、内部開先面からの反射波を受信するが、探触子が稜線側に近づくにしたがって前記同様に反射波が十分な感度で得られなくなり、結局稜線下部の開先面は検査ができない。また、小さな欠陥を分解能良く検出しようとする場合には、集束ビーム型探触子などを利用して、その焦点を開先形状の円錐面に沿って移動させる必要があるが、一般的な集束ビーム型探触子は焦点距離が固定されているので、被検査体中の焦点位置の深さ方向への移動は探触子を機械的に上下に移動する方法を採用せざるを得ない。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、四角柱体の外表面からの稜線内部の円錐面開先部の検査を可能とし、溶接開先面全周に亘り精度の良い検査を行うことができるようにすることにある。

前記目的を達成するため、本発明は、四角柱体からなる被検査体の稜線内部に位置する溶接開先面は２探触子法で、稜線と稜線の間に位置する溶接開先面の中央部は１探触子法でそれぞれ実施し、両者を併用して前記四角柱からなる被検査体内部の円錐状溶接開先面の全周を探傷することを特徴とする。その際、２探触法で実施する個所では、被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対する法線を含む平面内で、かつ、前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を設定する。ここでいう正反射とは前記法線に対して欠陥もしくは欠陥面で反射する超音波の入射角と出射角とが等しいことを意味する。

具体的には、第１の手段は、被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷方法において、四角柱体からなる被検査体の稜線内部に位置する溶接開先面は送信用及び受信用探触子の２つの超音波探触子を使用した２探触子法で、稜線と稜線の間に位置する溶接開先面の中央部は送受信を１つの超音波探触子を使用した１探触子法でそれぞれ実施し、前記四角柱からなる被検査体内部の円錐状溶接開先面の全周を探傷することを特徴とする。

第２の手段は、被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷方法において、四角柱体からなる被検査体外表面の隣接する異なる２面に送信用及び受信用探触子をそれぞれ配置し、前記被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対する法線を含む平面内で、かつ前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を設定することを特徴とする。

第３の手段は、被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷装置において、四角柱体からなる被検査体外表面の隣接する異なる２面にそれぞれ配置される送信用及び受信用の超音波探触子と、前記各探触子の超音波ビームの送受信方向を変更する角度変更手段と、前記各探触子の位置を変更する位置変更手段と、前記角度変更手段及び前記位置変更手段を制御し、前記被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対す法線を含む平面内で、かつ前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を変更する制御手段とを備えていることを特徴とする。

第４の手段は、被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷装置において、四角柱体からなる被検査体外表面の隣接する異なる２面にそれぞれ配置される送信用及び受信用の超音波探触子と、前記各探触子の超音波ビームの送受信方向及び前記各探触子の位置を変更し、前記各探触子の被検査体外表面上の移動走査を行うためのＸ軸、Ｙ軸及びθ軸の３軸の駆動軸を有するスキャナと、前記スキャナを制御し、前記被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対す法線を含む平面内で、かつ前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を変更する制御手段とを備えていることを特徴とする。

なお、後述の実施形態において、被検査体は四角柱体１，２に、稜線は符号Ｒに溶接開先面は符号３ａ，３ｂに、欠陥は符号Ｆに、欠陥面は開先面３ａ又は３ｂに、探触子は符号４，５に、スキャナは符号１０６，１０７に、制御手段はＣＰＵ１０に、法線は垂線Ｎに、欠陥を含む欠陥面に対する法線を含む平面は面αにそれぞれ対応する。

本発明によれば、送信用及び受信用の各探触子をそれぞれ四角柱体外表面の隣接する２面に配置する２探触子法により、稜線内部の接合部の探傷ができるようになるため、四角柱体の稜線内部の接合部検査が可能となる。さらに、１探触子法と併用して接合部全周に亘り超音波検査ができる。また、アレイ型探触子を用いた電子走査式探傷のセクタ走査により、深さ方向に変化する検査位置に対しても常に最適な送受信角度の条件で探傷ができるので、欠陥の検出性が良くなる。、

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

本発明は、アレイ型探触子を用いた２探触子法を採用し、常に最適な探傷条件を得られるように両探触子を３軸の駆動軸を有するスキャナで走査し、四角柱体の稜線下部の接合部検査を可能としたものである。図１は、４つの平らな外表面ａ、ｂ、ｃ、ｄを持つ四角柱体１と同形状の四角柱体２が、互いに６０度の円錐形状に加工された開先面３ａ及び３ｂを突き合わせて溶接３した接合部を、斜角探触子４を用いた１探触子法（１つの探触子で超音波の送信と受信を兼ねる）で超音波探傷している状態を示す図である。図１（ａ）は四角柱体１の接合部の横断面図、図１（ｂ）は接合部を含む四角柱体１の縦断面図である。開先面３ａを検査するため、斜角探触子（以下、単に探触子と称す）４は四角柱体１の外表面ａに置かれ、開先面３ａに垂直に超音波ビームが入射し、この角度で送受信している。開先面３ａに欠陥がない場合は、超音波は開先面３ａを透過するため大きな反射波は受信されないが、もし、開先面３ａに欠陥があると、欠陥面で反射した大きな反射波が探触子４に受信され、欠陥が検出できる。

しかし、探触子走査面ａは平面であるのに対し開先面３ａは円錐形状であるため、走査面ａの中央部付近の範囲θ１は反射波の受信が可能であるが、稜線Ｒの下部の開先面３ａの範囲θ２については、欠陥面の反射波が探触子４側に戻り難く、１探触子法では探傷が困難である。

そこで、図２に示すような２探触子法（探触子を２つ使用し、１つを送信専用に他の１つを受信専用に使用）で探傷するようにした。すなわち、θ１の範囲では第１の探触子４だけで探触する１探触法で、θ２の範囲では第１の探触子４を送信用として外表面ａに、また他の１つの第２の探触子５を受信用として稜線Ｒを挟んだ外表面ｂに配置し、稜線Ｒの下部の開先範囲θ２における反射波を第２の探触子５で受信できるようにした。なお、図２（ａ）は四角柱体１の接合部の横断面図、図２（ｂ）は接合部を含む四角柱体１の縦断面図である。２探触子法で稜線Ｒの内部の開先範囲θ２の欠陥の反射波を最適な反射条件で、すなわち欠陥の反射波が最大強度となる様に探傷するためには、２つの探触子の位置、向き及び超音波ビームの屈折角度（被検査体中での超音波ビームの角度）を、欠陥面の正反射波が受信できる条件に設定することが重要である。

図３は欠陥面の正反射波を受信する条件を説明するための図で、図３（ａ）は四角柱体１を軸方向から見た図、図３（ｂ）は接合部を含む四角柱体１の正面図である。同図において、四角柱体１の一辺Ｗは４６ｍｍで、稜線Ｒの内部の四角柱体１の中心軸０から稜線Ｒ方向に１４ｍｍ離れた位置の６０度に傾斜した溶接部開先面３ａに欠陥Ｆがあると仮定する。座標軸Ｘ、Ｙ、Ｚは、四角柱体１の中心軸０に垂直で欠陥Ｆを通るＡ−Ａ’断面上で、四角柱体１の中心軸０位置を原点Ｏとし、同断面図の左右方向をＸ軸、上下方向をＹ軸、また正面図で図の上下方向（四角柱体１の長手方向）をＺ軸とする。

図４は四角柱体１を対角の稜線を含む面で長手方向に切断した断面を示す斜視図である。欠陥Ｆを含む面（欠陥面−溶接部開先面）に対する垂線Ｎを含む面α上で、垂線Ｎに対して入射角βと反射角γが等しくなるように超音波を送受信すれば欠陥面からの正反射波が受信できる。そこで、前記条件が成立するように２つの探触子４，５の配置や超音波ビームの送受信方向を制御することが必要である。従って、欠陥面に垂直な面αが、探触子４，５を置いた四角柱体１の外表面と交差する線分は、図３（ｂ）のイ−ハ、あるいはロ−ハとなり、この線分イ−ハあるいはロ−ハ上を入射点として前記欠陥面に垂直な面α上で超音波を送受信すれば良いことになる。

例えば今、超音波の入射点Ｐを稜線からＬ＝２０ｍｍ離した位置とすると、入射点Ｐは稜線Ｒに対して３９．３°の線分イ−ハ上の点であるから、入射点Ｐの座標はＸｐ＝３、Ｙｐ＝２３、Ｚｐ＝７．５７となる。一方、欠陥Ｆの座標はＸｆ＝９．９、Ｙｆ＝９．９、Ｚｆ＝０であるから、入射点Ｐから見た欠陥面の方向は、四角柱体１の外表面上の探触子４，５の回転角度θφ、四角柱体１の外表面に対する屈折角度θｒで表すと、
回転角度θφ＝ＡＴＡＮ（（Ｘｐ−Ｘｆ）／（Ｚｐ−Ｚｆ））・・・（１）
屈折角度θｒ＝ＡＴＡＮ〔（ＳＱＲＴ（（Ｘｐ−Ｘｆ）＾２＋（Ｚｐ−Ｚｆ）＾２））／（（（Ｗ／ＳＱＲＴ（２））−ＩＷ／２）／ＳＱＲＴ（２））〕・・・（２）
となる。ただし、Ｗは四角柱体１の一辺の長さで４６ｍｍ、ＩＷは溶接底部の径で２８ｍｍである。

式（１）、（２）より、回転角度θφは−４２．３度、屈折角度θｒは３８度となり、送受信探触子４，５とも、それぞれの外表面ａ，ｂの前記入射点Ｐにおいて前記条件で超音波ビームを送受信し探傷すれば、前記欠陥面の正反射波が捕らえられる。この他、深さ位置が異なる欠陥Ｆについても同様の計算式から算出される回転角度と屈折角度を求め探傷すれば、対象とする深さ位置の欠陥Ｆを含む欠陥面の正反射波を捕らえることができる。

図５は、超音波の入射点位置Ｐと稜線Ｒとの距離Ｌと、探触子の回転角度θφ（図３（ｂ）参照）の関係を、稜線方向について、すなわち原点Ｏから稜線Ｒまでの距離３２．５ｍｍの範囲内の、原点Ｏからの代表的な位置ｄ＝１４、１８、２２、３０ｍｍで計算した結果である。同図の黒枠の範囲は、探触子４，５の幅を２０ｍｍとすると稜線Ｒからの距離Ｌを最低でもその１／２の１０ｍｍ以上に設定し、また、探触子４の実用的な回転角度θφを０〜−４５度に設定した条件での探傷範囲を示している。この場合、稜線Ｒに近く原点Ｏからの距離がｄ＝３０ｍｍの欠陥は、探触子をＬ＝１０ｍｍ以上に近づけられないので探傷は困難となることが分かる。また、縦軸で表す探触子４の回転角度θφを−３０度一定とすると、探触子４の稜線Ｒからの距離Ｌを図中の黒丸で示す位置Ｌ＝１１、１４、１８ｍｍとなるようにＺ軸方向に走査すれば良いことも理解できる。

図６は一般的なアレイ型探触子を駆動する電子走査装置の回路構成図、図７はアレイ型探触子の超音波ビームの屈折角度θｒを変化させる電子走査式探傷法の概略を示す図である。
図６（ａ）において、電子走査装置は、ＣＰＵ１０に接続された送信遅延回路１１、加算回路１６及びデータ処理回路１７を備え、前記送信遅延回路１１には素子選択回路１２が、この素子選択回路１２にはパルサ（pulser）回路１２が、このパルサ回路１２には素子１９がぞれぞれ接続されている。また、前記加算回路１６には受信遅延回路１５が、この受信遅延回路１５には増幅回路１４が、増幅回路１４には、素子１９それぞれ接続されている。さらに、データ処理回路１７には表示部１８が接続されている。前記アレイ型探触子は２４素子からなり、これら２４素子の素子が素子ピッチが１ｍｍで１次元配列され、各回路はＣＰＵ１０により制御される。

超音波の送信は、被検査体中の音速を基に各素子から集束点までの伝搬距離差による時間差、あるいは屈折角度に対応する入射角度を得る時間差を計算し、この遅延時間差に対応したパルス信号を送信遅延回路１１から出力することにより行われる。この出力は、素子選択回路１２により選択された素子１９に対し、各素子１９のパルサ回路１３の入力信号として与えられ、パルサ回路１３からは素子１９を駆動する励振パルスが出力され、各素子１９から前記遅延時間差に対応したタイミングで超音波が送信される。この送信のタイミングは、例えば図６（ｂ）中に示した様に、励振パルスの印加タイミングを、配列した素子１９の中央部を両側より遅れて駆動すれば、超音波は被検査体中の設定焦点ｆで集束する。超音波の受信は送信の逆で、各素子１９で時間差をもって受信した信号を増幅回路１４で増幅し、受信遅延回路１５で送信時と同様の遅延時間差を与えて位相を揃えてから加算回路１６で合成する。加算信号はあたかも送信で集束した位置からの１つの反射波信号として受信できる。この処理を図７（ａ）に示すように、超音波アレイ型探触子４の中央を中心として屈折角度が扇状に変化するように走査（セクタ走査、又は扇形走査）すると、図７（ｂ）に示すように表示部１８には被検査体中の欠陥１，２の位置がアレイの配列方向の縦の断面像（欠陥像１，２）として表示でき、この欠陥像１、２から欠陥の深さ位置や大きさが評価できる。前記超音波ビームの扇形走査は、各回路の切替え制御をＣＰＵ（中央演算処理装置）１０により電子的に非常に高速で行うため、表示部１８の映像は扇形走査の全範囲がリアルタイムで断面像として観察することができる。本実施形態でも同様の装置を使用している。

図８は試験体の溶接部に加工した欠陥部Ｆに対して超音波ビームを扇形に走査して探傷している状態を示す模式図、図９は図８に示した探傷作業により得られた探傷結果の表示例を示す図である。図８（ａ）は図８（ｂ）のＡ−Ａ’線断面図であり、図８（ａ）に示すようにアレイ型探触子４には斜角のシュー２０を設け、各素子１９の音軸方向に放射する強度が強い超音波を有効に利用するようにした。欠陥Ｆは溶接部３の底部に、その欠陥面が溶接開先面３ａと平行になるように加工し、開先面から５ｍｍ離れた位置で切断している。図９は２探触子法による稜線内部の欠陥部と健全部の映像表示例である。欠陥部と健全部の映像（図９（ａ），（ｂ））と比較すると、欠陥部では健全部には表れない映像が表示され、欠陥Ｆの有無が明瞭に検出・評価でき、同時に底面部２１、段差部２２、切断面２３の各形状部の反射波も映像化できる。本実施形態では、被検査体が同じ形状であるため、表示部１８上の欠陥Ｆの表示位置を予測し、限定することができる。従って、欠陥Ｆの検出・評価手段は、健全部映像（図９（ｂ））と欠陥部映像（図９（ａ））との目視による手段とした。また、健全部の映像（図９（ｂ））は、探触子４を欠陥がない試験体に当てたときの映像で、受信増幅回路のゲインを５ｄＢ上げても、欠陥が表示される範囲に溶接開先面の反射波は受信されず、欠陥とノイズのＳＮ比は５ｄＢ以上確保でき、映像上で欠陥検出の評価（差別化）は十分可能である。なお、これらの映像は、電子走査装置では、超音波ビームの各走査角度ごとの送受信波形がＣＰＵ１０のメモリーに記録されるので、解析や評価に際していつでも映像及び波形情報として利用可能である。

図１０及び図１１は、本実施形態に係る探触法を実現するためのアレイ型探触子スキャナを四角柱体に取り付けた状態を示す図で、図１０は四角柱体の中心軸に垂直な面側から、また、図１１は同中心軸に平行な側面方向から見た図である。これらの図において、四角柱体１，２の隣り合わせた外表面に送信用及び受信用のアレイ型探触子４、５が、１つはＸ１軸、Ｙ１軸、θ１軸の３軸スキャナ１０６に取り付けられ、また、他の１つはＸ２軸、Ｙ２軸、θ２軸の他の３軸スキャナ１０７に取り付けられている。両スキャナ１０６，１０７はそれぞれ四角柱体１，２の稜線Ｒ位置で固定ブロック１００ａ、１００ｂに、固定バー１０１ａ、１０１ｂ及び１０１ｃ、１０１ｄにより直角を保つように固定されている。Ｘ軸、Ｙ軸はそれぞれボールスクリューをモータで回転させることによりＸ方向及びＹ方向にそれぞれ移動し、θ軸はウォームギヤのウォームをモータで回転させることによりシータ方向に回転する。スキャナ１０６，１０７はそれぞれの両端に設けた固定クランプ１０２ａ，１０２ｂにより四角柱体１，２にそれぞれ固定される。

固定クランプ１０２ａ，１０２ｂは固定ネジ１０３ａ，１０３ｂを本体から外し、可動軸１０４ａ，１０４ｂを支点として大きく開くことができ、取り付け時には大きく開いた状態で、スキャナ１０６，１０７の固定ブロック１００ａ，１００ｂを四角柱体１，２の所定の稜線部に押し当てる。この後、固定クランプ１０２ａ，１０２ｂを閉じ、固定ネジ１０３ａ、１０３ｂにより本体に固定する。さらに、押し付ネジ１０５ａ、１０５ｂにより、押し付けパッド１０６ａ、１０６ｂを四角柱体に押し付けることによりスキャナ１０６，１０７を四角柱体１，２に固定することができる。なお、スキャナ１０６，１０７の固定方法については前記方法に限定するものではない。図１０及び図１１に示した例は単なる一例に過ぎない。また、図示はしていないが、各探触子はジンバル機構及びバネなどを利用して、四角柱体１，２の外表面への押し付け姿勢が安定し、押し付け力が安定して発揮できるようにしても良い。

アレイ型探触子から放射する超音波ビームは、図４で説明した超音波ビームのセクタ走査（屈折角度方向の走査）を常に高速で行っているため、特に計算した１つの屈折角度に固定する必要はなく、前記スキャナ１０６，１０７により、探触子４，５の四角柱体１，２の外表面上の位置をＸ、Ｙ軸で、また探触子４，５の向きをθ軸で制御すれば、前述の正反射波を受信する探傷条件が容易に実現できること。

２探触子法で稜線内部の探傷を行うときには２つのスキャナ１０６，１０７は連動し、図３、図４、図５で説明した動作を行う。また、１探触子法で外表面中央部の内部を探傷するときには２つのスキャナ１０６，１０７はそれぞれ単独に動作する。

図１２は１探触子法及び２探触子法の各探傷法による周方向の検査範囲を示す図である。実験では、同図右面の外表面中央部を０度とすると、１探触子法での検査範囲は、−３０度〜＋３０度の範囲、２探触子法での検査範囲は−２２．５度〜−６７．５度であり、両者を併用することによって開先面全周に亘り検査が可能になる。スキャナ１０６，１０７は４つの稜線にそれぞれ置き換える必要があるが、外表面中央部下部の検査はその内の対角の２ヶ所に置いたときに、２つの各探触子４，５をそれぞれ個別に用いて実施する。

溶接部にスキャナ１０６，１０７を設置する場合の、四角柱体１，２の軸方向のスキャナ１０６，１０７の固定位置は、予め四角柱体１，２の外表面に溶接部中心から一定の位置にマークを付け、これを基準にスキャナ１０６，１０７を固定する。また、概略で溶接部近辺に固定した場合は、探触子４，５を四角柱体１，２の軸方向に走査し、図９で説明した接合部の形状反射波である段差２２の映像を得、この段差２２の映像が表示画面上の規定した位置になる様にスキャナ１０６，１０７を制御し、この位置を基準にして常に同じ位置を探触子スタート位置として固定し、探傷することもできる。

アレイ型探触子４，５は、ここでは超音波素子１９を１次元に配列したリニアアレイ型探触子を用いたが、超音波素子１９を２次元に配列したマトリクスアレイ型探触子やリング状の素子を周方向に分割したリングアレイ型探触子を用いても良い。また、メカニカル式に屈折角度を調整できる探触子でも同様の探傷が可能である。

図１３は、前記スキャナ１０６，１０７に備えたＸ軸、Ｙ軸、θ軸の６個の各駆動モータＭを制御するための制御構成を示す図である。各軸用駆動モータ２０１〜２０６は、例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）２１４に組み込まれた制御用プログラムによりＩ／Ｏ２１３から、それぞれ専用のドライバ２０７〜２１２を介して駆動される。また、各モータ２０１〜２０６の実際の回転量は、各モータ２０１〜２０６に備えたエンコーダにより検出しフィードバック制御される。

以上説明したように、本実施形態によれば、四角柱体１，２の稜線Ｒを挟む２つの外表面にそれぞれアレイ型探触子４，５を配置した２探触子法により、今まで困難であった稜線内部の検査を容易に行うことができるようになる。また、１探触子法と２探触子法の併用で溶接開先面３ａを全周に亘り検査ができるようになる。なお、本実施形態では、外形が四角柱体で内部開先面が６０°の円錐面である溶接部を対象としたが、本発明はこの実施形態に限らず同様の形態の検査部位であれば幅広く適用できる。

本発明の実施形態に係る超音波探傷方法の１探触子法における探傷の説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷方法の２探触子法における探傷の説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷方法の２探触子法における探触子走査の説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷方法の２探触子法における正反射波送受信の説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷方法の２探触子法での探触子走査位置の説明図である。 一般的な電子走査装置の回路構成を示す説明図である。 一般的な電子走査装置によるセクタ走査と表示画像を示す説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷方法の２探触子法における欠陥探傷の模式図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷方法の２探触子法における欠陥探傷結果を示す表示説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷装置の探触子スキャナの構成図である。 図１０の側面図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷装置における１探触法と２探触法の併用における探傷範囲の説明図である。 本発明の実施形態に係る超音波探傷装置におけるスキャナ制御手段の回路構成を示す説明図である。

符号の説明

１，２ 四角柱体
３ 溶接部
３ａ，３ｂ 溶接開先面
４ 送信用探触子
５ 受信用探触子
Ｎ 欠陥面の垂線
α 欠陥面の垂線を含む欠陥面に垂直な面
Ｆ 欠陥
β 欠陥面への入射角度
γ 欠陥面での反射角度
１０ ＣＰＵ
１１ 送信遅延回路
１２ 素子選択回路
１３ パルサ回路
１４、 増幅回路
１５ 受信遅延回路
１６ 加算回路
１７ データ処理回路
１８ 表示部
１９ アレイ素子
２０ シュー
２１ 底面映像
２２ 段差映像
２３ 切断面映像

Claims (12)

1. 被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷方法において、
   四角柱体からなる被検査体の稜線内部に位置する溶接開先面は送信用及び受信用探触子の２つの超音波探触子を使用した２探触子法で、稜線と稜線の間に位置する溶接開先面の中央部は送受信を１つの超音波探触子を使用した１探触子法でそれぞれ探傷を実施することを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記２探触法と前記１探触法を併用して前記四角柱からなる被検査体内部の円錐状溶接開先面の全周を探傷することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷方法。
3. 被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷方法において、
   四角柱体からなる被検査体外表面の隣接する異なる２面に送信用及び受信用探触子をそれぞれ配置し、
   前記被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対する法線を含む平面内で、かつ前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を設定することを特徴とする超音波探傷方法。
4. 前記超音波探触子の位置が、前記被検査体内部の構造的な形状部位の反射波を検出し、該形状部位の反射波が得られた位置を基準に設定されることを特徴とする請求項３記載の超音波探傷方法。
5. 前記超音波探触子は１次元又は２次元のアレイ型探触子であり、各アレイ素子の送受信タイミングを電子的に制御して被検査体中へ伝搬する超音波ビームをセクタ走査し、該セクタ走査における超音波ビーム角度と反射波強度の情報に基づいて前記被検査体の深さ方向の断面映像を表示・記録し、健全部と欠陥部との断面映像情報の比較により欠陥の有無を評価することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超音波探傷方法。
6. 被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷装置において、
   四角柱体からなる被検査体外表面の隣接する異なる２面にそれぞれ配置される送信用及び受信用の超音波探触子と、
   前記各探触子の超音波ビームの送受信方向を変更する角度変更手段と、
   前記各探触子の位置を変更する位置変更手段と、
   前記角度変更手段及び前記位置変更手段を制御し、前記被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対す法線を含む平面内で、かつ前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を変更する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする超音波探傷装置。
7. 被検査体に超音波探触子を当て該被検査体内部に超音波を送信し、前記被検査体内部の反射波を受信する超音波探傷装置において、
   四角柱体からなる被検査体外表面の隣接する異なる２面にそれぞれ配置される送信用及び受信用の超音波探触子と、
   前記各探触子の超音波ビームの送受信方向及び前記各探触子の位置を変更し、前記各探触子の被検査体外表面上の移動走査を行うためのＸ軸、Ｙ軸及びθ軸の３軸の駆動軸を有するスキャナと、
   前記スキャナを制御し、前記被検査体内部の円錐状の溶接開先面に存在する欠陥を含む欠陥面に対す法線を含む平面内で、かつ前記法線に対して正反射の位置に前記各探触子の超音波ビームの送受信方向と探触子走査位置を変更する制御手段と、
   を備えていることを特徴とする超音波探傷装置。
8. 超音波探触子は、１次元又は２次元のアレイ型探触子からなり、
   各アレイ素子の送受信タイミングを電子的に制御して被検査体中へ伝搬する超音波ビームをセクタ走査する電子走査装置と、
   前記セクタ走査における超音波ビーム角度と反射波強度の情報に基づいて前記被検査体の深さ方向の断面映像を表示・記録する手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項６又は７記載の超音波探傷装置。
9. 前記断面映像に基づいて欠陥有無の評価を行う評価手段を備えていることを特徴とする請求項８記載の超音波探傷装置。
10. 前記評価手段は、健全部の断面映像と表示される断面映像とを比較して欠陥の有無を評価することを特徴とする請求項９記載の超音波探傷装置。
11. 内部の構造的な形状部位の反射波を検出する手段と、
    前記形状部位の反射波が得られた位置に基づいて探触子走査位置の基準を設定する手段と、
    を備えていることを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
12. 前記制御手段は、稜線と稜線の間に位置する溶接開先面の中央部は送受信を１つの超音波探触子で探傷を行わせることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。

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