JP2008089344A

JP2008089344A - 超音波探傷装置

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Publication number: JP2008089344A
Application number: JP2006268257A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Shinohara; 悟史篠原; Isao Yoshida; 功吉田; Hidetaka Komuro; 秀孝小室
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-09-29
Filing date: 2006-09-29
Publication date: 2008-04-17
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: JP4897420B2

Abstract

【課題】妨害エコーの影響をなくし、しかも、探傷に要する時間を短くできる超音波探傷装置を提供することにある。
【解決手段】モータ７，１５によって、超音波を送受信する斜角超音波探触子２１Ａ，２１Ｂは、配管３Ｂの表面に沿って、溶接部２に平行方向と直交方向に移動する。ここで、第１の超音波探触子２１Ａから発する超音波の方向と、第２の超音波探触子２１Ｂから発する超音波の方向とが互いに対向し、また、第１の超音波探触子２１Ａ及び第２の超音波探触子２１Ｂをモータ１５により溶接部２に直交方向に移動したときの第１の超音波探触子２１Ａの探傷範囲と、第２の超音波探触子２１Ｂの探傷範囲とが異なるように、第１の超音波探触子２１Ａ及び第２の超音波探触子２１Ｂが保持される。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種構造物の超音波検査に用いる超音波探傷装置に係り、特に、原子力プラントの配管等の溶接継手を対象とした超音波探傷装置に関する。

一般に、原子力プラントにおける配管等の溶接継手の超音波検査は、人が直接探触子を走査する手動探傷と、非検査体に軌道を取り付け、この軌道上を探触子を自動的に駆動する遠隔操作の自動探傷とが知られている。原子力プラントのように、特に、放射線の線量当量の高い区域での超音波検査では、手動探傷の場合、人の過剰被曝を防ぐため、長時間の探傷作業が困難であるが、自動探傷は遠隔操作のため、数多く適用されてきており、放射線による被曝低減が計られ、実用上十分であった。

原子力プラントの配管等の検査においては、溶接部は２方向から検査することが義務づけられている。すなわち、例えば、第１の配管と第２の配管を溶接した構造の場合、第１の配管側から溶接部を超音波探傷し、次に、第２の配管側から溶接部を超音波探傷するというように同じ場所を２方向から検査する必要がある。このとき、超音波探傷装置を第１の配管側に設置して、配管の周囲３６０°方向に移動して探傷した後、この超音波探傷装置を第２の配管側に位置を移動し、その上で、第２の配管側の配管の周囲３６０°方向に移動して、探傷するため、長時間を必要とする。特に、近年、原子力プラントの高経年化に伴い、検査対象となるの溶接継手の数が増加しているため、作業時間が長くなってきている。

ここで、例えば、２つの斜角超音波探触子を対向させて検査をする超音波探傷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３５５７５５３号

しかしながら、特許文献１記載のものは、その段落番号＜００１１＞に、「これまでの超音波探傷試験方法では、基本的に１つの探触子により超音波の送受を行うタイプによる１方向からの探傷であり」と記載されているように、原子力プラントにおける配管等の溶接継手の超音波検査のような２方向からの検査が必要なものとは異なっている。したがって、特許文献１記載のものを、原子力プラントにおける配管等の溶接継手の超音波検査に適用する場合を考えると、特許文献１における第１の探触子と、第２の探触子により同一の溶接箇所の探傷を行う場合、第１の探触子と、第２の探触子により、同時に超音波の送受を行うと、相手方の超音波が妨害エコーとして検出される。したがって、妨害エコーがないようにするには、第１の探触子と、第２の探触子により超音波を交互に送受する必要があり、探傷に長時間を要することとなる。

本発明の目的は、妨害エコーの影響をなくし、しかも、探傷に要する時間を短くできる超音波探傷装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、超音波を送受信する斜角超音波探触子と、この斜角超音波探触子を被検査体の表面に沿って、被検査部に平行方向と直交方向に移動させる駆動手段と、この駆動手段を制御する制御手段を有する超音波探傷装置であって、前記斜角超音波探触子は、第１の超音波探触子と、第２の超音波探触子とからなり、前記第１の超音波探触子から発する超音波の方向と、前記第２の超音波探触子から発する超音波の方向とが互いに対向し、また、前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子を前記駆動手段により前記被検査部に直交方向に移動したときの前記第１の超音波探触子の探傷範囲と、前記第２の超音波探触子の探傷範囲とが異なるように、前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子が前記駆動手段に保持されるようにしたものである。
かかる構成により、妨害エコーの影響をなくし、しかも、探傷に要する時間を短くできるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子の間隔Ｄは、探触子の屈折角θと、非検査体の厚さＴに対して、D＝２Ｔ・ｔａｎθを満たすようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子は、接触媒質を拭き取る吸水材を備えるようにしたものである。

本発明によれば、妨害エコーの影響をなくし、しかも、探傷に要する時間を短くできるものとなる。

以下、図１〜図１０を用いて、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の構成及び動作について説明する。
最初に、図１及び図２を用いて、本実施形態による超音波探傷装置の全体構成について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の全体構成を示す部分断面の平面図である。図２は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の全体構成を示す部分断面の側面図である。

被検査体である第１の配管３Ａと、第２の配管３Ｂは、被検査部である溶接部２によって接続されている。第１の配管３Ａと第２の配管３Ｂとの中心軸は、図中のＹ軸方向に延在している。第１の配管３Ａの外周には、その周囲を１周するように、軌道１が取り付けられている。図１に示すように、軌道１には複数のねじ穴４が設けられ、図２に示すように、それぞれのねじ穴４には、ねじ５が挿入されている。そして、図２に示すように、ねじ５の先端を第１の配管３Ａの外周に突き当てるとともに、軌道１の内周と第１の配管３Ａの外周との間の距離を一定となるように、ねじ５をねじ穴４に対してねじ込んでいる。

軌道１には、周方向移動装置６が、第１の配管３Ａの周方向に移動可能なような取り付けられている。周方向移動装置６は、図２に示すように、周方向移動装置支持用ローラ１０，１１が軌道１の端面に沿って転がることで支持され、周方向移動装置駆動用ピニオン８とラック１２により周方向に駆動される。周方向移動装置駆動用ピニオン８は、周方向移動用モータ７により駆動される。周方向位置検出用エンコーダ９は、モータ７により回転され、周方向の位置信号を出力する。

周方向移動装置６には、アーム１３と、ボールねじ１４と、ボールねじ動用モータ１５とが取付けられている。アーム１３には、探触子移動部１８が取付けられ、ボールねじ１４の回転により探触子移動部１８が配管３Ａ，３Ｂの軸方向に移動する。

探触子支持部１８には、２つの探触子ホルダー１９Ａ，１９Ｂが、それぞれ、バネ２０Ａ，２０Ｂを介して取付けられている。２つの探触子ホルダー１９Ａ，１９Ｂには、それぞれ、斜角超音波探触子２１Ａ，２１Ｂが設置されている。ボールねじ駆動用モータ１５に取付けられた探触子支持部位置検出用エンコーダ１６は、斜角超音波探触子２１Ａ，２１Ｂの位置を出力する。

したがって、周方向移動用モータ７により、超音波探触子２１Ａ，２１Ｂは、配管３Ａ，３Ｂの外周を周方向に３６０°移動することができる。また、ボールねじ動用モータ１５により、超音波探触子２１Ａ，２１Ｂは、配管３Ａ，３Ｂの外周を配管の軸方向（Ｙ軸方向）に、所定距離だけ往復移動できる。

また、探触子ホルダー１９Ａをアーム１３の長手方向（Ｙ軸方向）に対して、位置を調節する探触子ホルダー位置調節部１７Ａを備えている。また、探触子ホルダー位置調節部１７Ａは、ねじ２４Ａにより探触子支持部１８に固定される。探触子ホルダー１９Ｂも、同様に、探触子ホルダー位置調節部１７Ｂを備えている。

ここで、斜角超音波探触子２１Ａ，２１Ｂの向きは、斜角超音波探触子２１Ａ，２１Ｂから発信される超音波２２Ａ，２２Ｂが互いに対向するように設置されている。すなわち、図２に示すように、Ｘ軸方向から見た場合、斜角超音波探触子２１Ａから発信される超音波２２Ａと、斜角超音波探触子２１Ａから発信される超音波２２Ｂが互いに逆方向になっている。また、図１に示すように、斜角超音波探触子２１Ａと、斜角超音波探触子２１Ｂとは、Ｘ軸方向に離間して配置され、また、Ｙ軸方向には、距離Ｄを離して配置されている。距離Ｄについては、図３〜図５を用いて後述する。このような配置により、２つの超音波探触子２１Ａ，２１Ｂのそれぞれの超音波探傷範囲が異なっている。それぞれの超音波探傷範囲が異なることで、２つの斜角超音波探触子２１Ａ，２１Ｂから発信された超音波が干渉することはなく、したがって、妨害エコーの影響を低減することができる。

また、探触子ホルダー１９Ａ，１９Ｂのそれぞれの前方には、吸水材２３Ａ，２３Ｂが取り付けられている。したがって、探触子ホルダー１９Ａ，１９Ｂが移動する度に、吸水材２３Ａ，２３Ｂが探傷領域内に過剰に塗布された接触媒質を拭き取り、接触媒質からの反射エコーの出現を防ぐことができる。接触媒質としては、水やグリセリン等が用いられる。接触媒質が非検査体表面に均一に分布していないと、探傷結果には、欠陥からの反射エコーと、接触媒質からの反射エコーとが混在し、欠陥の特定が繁雑になる。本実施形態では、吸水材２３Ａ，２３Ｂとしてスポンジのような吸水性のよい材料のものが用いられる。吸水材２３Ａ，２３Ｂにより接触媒質を拭き取ることで、接触媒質が非検査体表面に均一に分布することとなるため、不均一な接触媒質からの反射エコーを低減できる。

次に、図３〜図６を用いて、本実施形態による超音波探傷装置における２つの探触子のＹ軸方向の移動距離について説明する。
図３〜図６は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置の要部構成を示す側面図である。

図３及び図４に示すように、原子力プラントのような配管等の超音波探傷試験では、溶接部２を含む探傷範囲Ａを、図３に示すように、第１の配管３Ａの側から探傷し（これを、「＋Y方向の探傷」と称する）、また、図４に示すように、第２の配管３Ｂの側から探傷する（これを、「−Y方向の探傷」と称する）必要がある。

＋Y方向の探傷で探傷範囲Aを満足させるためには、図３に示すように、探触子２１Ｂを位置Ｙ１から位置Ｙ１’まで移動させる必要がある。また、−Y方向の探傷で探傷範囲Aを満足させるためには、図４に示すように、探触子２１Ａを、位置Ｙ２から位置Ｙ２’まで移動させる必要がある。したがって本実施例のように、２方向を、２個の探触子２１Ａと探触子２１Ｂにより、同時に探傷する場合の探触子間隔Ｄは、図５に示すように、探触子の屈折角をθとし、非検体の板厚をＴとすれば、

D＝２Ｔ・ｔａｎθ …（１）

となる。

前述のように、本実施形態では、探触子ホルダー位置調節部１７Ａ，１７Ｂを備えているため、ねじ２４Ａによって探触子支持部１８に固定される位置を変えることで、式（１）により求められる探触子間距離Ｄに調整することができる。

ここで、図６を用いて、具体例について説明する。溶接継手を含む探傷領域をＡ＝４９．０ｍｍ、板厚をＴ＝２９．６ｍｍ、探触子２１Ａ，２１Ｂから送信する超音波の入射角をθ＝４２．３°とすると、最小の駆動範囲Ｈは、

Ｈ＝Ａ＋Ｄ
＝Ａ＋２Ｔ×ｔａｎ（θ）

となるため、Ｈ＝１０２．９≒１０３ｍｍである。

また、探触子間距離Ｄは、
Ｄ＝２Ｔ×ｔａｎ（θ）
となるため、Ｄ＝５３．９≒５４ｍｍである。

探触子間距離Ｄを５４ｍｍに固定し、探触子２１Ｂを溶接継手中心から前方へｈｂ＝Ａ／２＝２４．５ｍｍ、後方へｈａ＝Ｈ−ｈｂ＝７８．５ｍｍ走査すると、他の探触子２１Ａも、同様に、探傷範囲Ａを探傷できる。その上で、周方向移動装置６により、配管の外周の３６０°について探触子２１Ａ，２１Ｂを移動することで、探傷範囲Ａについて３６０°の全周範囲の探傷を行うことができる。

したがって、従来の１つの探触子の場合と比較すれば、探触子の取替え作業等をふまえ、２倍以上の作業時間の短縮が計られる。

なお、２つの探触子２１Ａ，２１Ｂの間の距離は、前述の探触子間距離Ｄよりも広くても、また狭くても良いものである。ただし、この場合には、探触子の駆動範囲は、前述の駆動範囲Ｈよりも多少広くなるため、作業時間が多少長くなるが、それでも、従来の１つの探触子の場合と比較すると、短時間化することができる。

次に、図７を用いて、本実施形態による超音波探傷装置のシステム構成について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置のシステム構成を示すブロック図である。

本システムは、周方向移動装置位置検出用エンコーダ９および探触子支持部位置検出用エンコーダ１６からの出力信号に基づいて得られる配管３Ａ，３Ｂの位置座標を記録するための記録部５２、検査結果を表示するための表示部５０、検査範囲などを入力するための入力部５１を有している。また、本システムは、超音波探触子２１Ａ，２１Ｂに超音波を発信させたり、超音波を受信したりするパルサレシーバ５３Ａ，５３Ｂや、Ａ／Ｄボード５４Ａ，５４Ｂ、周方向移動装置位置検出用エンコーダ９および探触子支持部位置検出用エンコーダ１６からの出力信号を取り込むためのカウンタボード５５，５６を有している。

演算部６０はコンピュータであって、周方向移動装置駆動用モータ７やボールねじ駆動用モータ１６を制御している。周方向移動装置位置検出用エンコーダ９や探触子支持部位置検出用エンコーダ１７の出力信号は、カウンタボード５５，５６を介して演算部６０に入力されている。超音波探触子から超音波を配管に対して送受信して得られた受信信号は、パルサレシーバ５３Ａ，５３Ｂや、Ａ／Ｄボード５４Ａ，５４Ｂを介して演算部６０に入力される。また、演算部６０は、得られたＡスコープの情報に画像処理してＣスコープ画像データを得る。Ｃスコープ画像データについては、図１０を用いて後述する。

次に、図８〜図１０を用いて、本実施形態による超音波探傷装置を用いて得られた表示例について説明する。
図８は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いて得られた表示例を説明するための配管のモデル図である。なお、図８において、図２〜図６と同一符号は同一部分を示している。図９は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いて得られた表示例の一つであるＡスコープの説明図である。図１０は、本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いて得られた表示例の一つであるＣスコープの説明図である。

図８に示すように、溶接部２の近傍に欠陥Ｄがあるものとし、この欠陥を、超音波探触子２１Ａ，２１Ｂが発する超音波２２Ａ，２２Ｂにより探傷するものとする。

図９は、Ａスコープの像を示しており、Ａスコープでは、横軸に時間、縦軸にエコー高さで表示される。図９（Ａ）は、超音波探触子２１Ａに対するＡスコープを示し、図９（Ｂ）は、超音波探触子２１Ｂに対するＡスコープを示している。時間０付近に表示されるのは、発せられた超音波のエコーである。時間０よりも離れた位置に表示されるのが欠陥エコーや形状エコーなどである。ここでは、欠陥エコーを表示している。欠陥Ｄに対する距離は、超音波探触子２１Ａからの方が近いため、欠陥エコーの強度は、図９（Ｂ）に示されるものの方が図９（Ａ）に示されるものよりも大きくなる。

図１０は、Ｃスコープの像を示している。Ｃスコープ画像情報は、図９に示す座標系において、Ａスコープの振幅に応じて輝度変調し、被検査体上における位置と超音波伝播時間を直角座標（ｘｙ平面）で表す画像情報である。Ｃスコープ画像情報は、探傷結果を被検査体の上から見た平面図（ｘｙ平面）の座標形式で表現される。図１０（Ａ）は、超音波探触子２１Ａに対するＣスコープを示し、図１０（Ｂ）は、超音波探触子２１Ｂに対するＣスコープを示している。

図１０（Ａ），（Ｂ）において、線Ｃは、溶接部２の中心位置を示す線である。中心線Ｃに対して、ほぼ一定の位置に、溶接部２の外部輪郭の位置からの形状エコーＳＥが表示される。また、欠陥Ｄに対する欠陥エコＤＥーが中心線から所定の距離の位置に表示される。形状エコーＳＥと欠陥エコーＤＥの関係から、欠陥の位置を検出することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、妨害エコーの影響をなくし、しかも、探傷に要する時間を短くできる。

本発明の一実施形態による超音波探傷装置の全体構成を示す部分断面の平面図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置の全体構成を示す部分断面の側面図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置の要部構成を示す側面図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置の要部構成を示す側面図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置の要部構成を示す側面図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置の要部構成を示す側面図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置のシステム構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いて得られた表示例を説明するための配管のモデル図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いて得られた表示例の一つであるＡスコープの説明図である。本発明の一実施形態による超音波探傷装置を用いて得られた表示例の一つであるＣスコープの説明図である。

符号の説明

１…軌道
２…溶接部
３…配管
４…ねじ穴
５…ねじ
６…周方向移動装置
７…周方向移動用モータ
８…周方向移動装置駆動用ピニオン
９…周方向位置検出用エンコーダ
１０，１１…周方向移動装置支持用ローラ
１２…ラック
１３…アーム
１４…ボールねじ
１５…ボールねじ駆動用モータ
１６…探触子支持部位置検出用エンコーダ
１７…探触子ホルダー調節部
１８…探触子支持部
１９ａ，１９Ｂ…探触子ホルダー
２０…バネ
２１Ａ，２１Ｂ…斜角超音波探触子
２２Ａ，２２Ｂ…超音波
２３Ａ，２３Ｂ…吸水材
２４Ａ…ねじ
５０…表示部
５１…入力部
５２…記録部
６０…演算部

Claims

超音波を送受信する斜角超音波探触子と、
この斜角超音波探触子を被検査体の表面に沿って、被検査部に平行方向と直交方向に移動させる駆動手段と、
この駆動手段を制御する制御手段を有する超音波探傷装置であって、
前記斜角超音波探触子は、第１の超音波探触子と、第２の超音波探触子とからなり、
前記第１の超音波探触子から発する超音波の方向と、前記第２の超音波探触子から発する超音波の方向とが互いに対向し、また、前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子を前記駆動手段により前記被検査部に直交方向に移動したときの前記第１の超音波探触子の探傷範囲と、前記第２の超音波探触子の探傷範囲とが異なるように、前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子が前記駆動手段に保持されることを特徴とする超音波探傷装置。
請求項１記載の超音波探傷装置において、
前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子の間隔Ｄは、探触子の屈折角θと、非検査体の厚さＴに対して、D＝２Ｔ・ｔａｎθを満たすことを特徴とする超音波探傷装置。
請求項１記載の超音波探傷装置において、
前記第１の超音波探触子及び前記第２の超音波探触子は、接触媒質を拭き取る吸水材を備えることを特徴とする超音波探傷装置。