JP2012058077A

JP2012058077A - 管端部の超音波探傷装置

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Publication number: JP2012058077A
Application number: JP2010201606A
Authority: JP
Inventors: Kenji Fujiwara; 健二藤原; Hiroshi Kubota; 央久保田; Tomoyuki Obata; 智之小畑; Masaki Yamano; 正樹山野
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2010-09-09
Filing date: 2010-09-09
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2030-09-09
Also published as: AR082923A1; BR112012025907B1; BR112012025907A2; JP5093699B2; WO2012033001A1; EP2615451A4; US20130276540A1; EP2615451A1; US9442096B2

Abstract

【課題】管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷を可能とする管端部の超音波探傷装置を提供する。
【解決手段】超音波探傷装置１００は、管Ｐの端部の下方に対向配置された超音波探触子１と、超音波探触子が収納されると共に、周方向に回転する管に追従する探触子ホルダー２とを備える。探触子ホルダーは、超音波探触子と管端部との間の空隙を囲繞して、内部に接触媒質Ｗを滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。接触媒質滞留部は、内部に接触媒質が供給される接触媒質滞留部本体２１と、該本体と連通するように該本体の上側に取り付けられた環状の蛇腹部２２と、蛇腹部の上側に取り付けられ、少なくとも上面が平坦な水平面とされた環状のスペーサ２３とを具備する。接触媒質滞留部本体は、超音波探触子の超音波送受信面に向けて接触媒質を噴出する接触媒質噴出ノズルを具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼管等の管の端部を超音波探傷する装置に関する。特に、本発明は、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷を可能とする管端部の超音波探傷装置に関する。

鋼管等の管の非破壊検査方法として、超音波探傷法が広く適用されている。この超音波探傷法では、管と超音波探触子との間に水等の接触媒質を介在させて、超音波探触子から送信した超音波を管に入射させると共に、管で反射した超音波を超音波探触子で受信している。

ここで、水平方向に配置された管の下方に超音波探触子を配置する場合、図１に示すように、水槽Ｔ内に蓄えられた水Ｗに超音波探触子１を浸漬させると共に、管Ｐの下面を部分的に浸漬させ、管Ｐを軸方向に搬送すると共に管Ｐを周方向に回転させて超音波探傷する方法が公知である（例えば、非特許文献１参照）。
斯かる方法によれば、管Ｐと超音波探触子１との間に接触媒質としての水Ｗを安定して介在させることができるため、精度の良い超音波探傷が可能である。

しかしながら、図１に示す構成では、水槽Ｔ外の少なくとも２点で管Ｐを支持するため、２点で支持できない管端部については、水槽Ｔ内の水Ｗに浸漬させた状態で超音波探傷することができないという問題がある。従って、図１に示す構成は、専ら管端部を除く管中央部を超音波探傷する際に用いられる構成である。

一方、管端部の超音波探傷装置として、超音波探触子と、周方向に回転する管に前記超音波探触子を追従させるための追従装置とを備えた超音波探傷装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。
管端部を超音波探傷するための超音波探触子を水平方向に配置された管の上方に配置する場合には、例えば、超音波探触子と管端部との間に接触媒質を垂れ流す構造を採用することが考えられる。しかしながら、超音波探触子を管の下方に配置する場合に同様の構造を採用することはできない。管端部を超音波探傷するための超音波探触子を管の下方に配置する場合には、例えば、図１に示すような水槽を用いると共に、管の支持構造や追従装置を水槽内の水に浸漬させる構成を採用することが考えられる。しかしながら、このような構成は、大がかりになる上、堅固な防水構造が必要であるため、メンテナンス性が低下したり、コストが嵩み、実用的ではない。

特開２００８−１３９１９１号公報

「超音波探傷シリーズ（III) 継目無鋼管の超音波探傷法」、社団法人日本鉄鋼協会、昭和６３年４月１５日、ｐ．９５−９６

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷を可能とする管端部の超音波探傷装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る超音波探傷装置は、水平方向に配置された管の端部の下方に対向配置され、前記管の端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子と、前記管の端部の下方に対向配置され、前記超音波探触子が収納されると共に、周方向に回転する前記管に追従する探触子ホルダーとを備える。前記探触子ホルダーは、前記超音波探触子と前記管の端部との間の空隙を囲繞して、内部に接触媒質を滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。前記接触媒質滞留部は、内部に接触媒質が供給される接触媒質滞留部本体と、前記接触媒質滞留部本体と連通するように前記接触媒質滞留部本体の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の環状の蛇腹部と、前記蛇腹部の上側に取り付けられ、少なくとも上面が平坦な水平面とされた環状のスペーサとを具備する。前記接触媒質滞留部本体は、前記超音波探触子の超音波送受信面に向けて接触媒質を噴出する接触媒質噴出ノズルを具備する。

本発明に係る超音波探傷装置によれば、管端部の下方に対向配置され、超音波探触子を収納する探触子ホルダーが、超音波探触子と管端部との間の空隙を囲繞して内部に接触媒質を滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。この接触媒質滞留部が具備する接触媒質滞留部本体に接触媒質が供給されると、接触媒質滞留部本体に連通する環状の蛇腹部に接触媒質が流通する。この蛇腹部に流通した接触媒質は、蛇腹部に取り付けられた環状のスペーサに流通して、管端部に接触することになる。
ここで、環状のスペーサは、少なくとも上面が平坦な水平面とされているため、接触媒質滞留部本体に供給する接触媒質の流量を適切に調整することにより、接触媒質の表面張力によって接触媒質がスペーサの上面を超えて盛り上がった膜が形成される。この接触媒質の膜が管端部に接触することにより、超音波探触子から送信された超音波は、接触媒質滞留部本体内部の接触媒質、蛇腹部内部の接触媒質、及び前記膜を介して管端部に入射する。管端部で反射した超音波は、前記膜、蛇腹部内部の接触媒質、及び接触媒質滞留部本体内部の接触媒質を介して超音波探触子で受信される。
探触子ホルダーは、周方向に回転する管に追従する（上下方向及び水平方向についての管との位置関係を一定に保つように制御される）。さらに、蛇腹部は上下方向に伸縮する。このため、管に曲がりが生じていたり、管の断面が真円でなかったとしても、接触媒質の膜は、常に管端部に接触し、且つ、乱れることが抑制されるため、管端部と超音波探触子との間に接触媒質が安定して介在することになる。これにより、精度の良い超音波探傷が可能となる。

ここで、従来より超音波探触子を接触媒質に浸漬させる方式の超音波探傷装置においては、超音波探触子の超音波送受信面に気泡が付着し、この気泡によって超音波が散乱することで、探傷精度が低下する虞があった。従来は、１本の管の探傷が終了する毎に、超音波探触子の超音波送受信面に付着した気泡を治具を用いて除去するなどの対応をとっていた。しかしながら、オンラインで超音波探傷装置を使用することを考えると、サイクルタイムの制約があるため、１本の管の探傷が終了する毎に治具を用いた気泡の除去工程を設けることは困難である。また、本発明に係る超音波探傷装置のように、スペーサの上面を超えて盛り上がった膜を管端部に接触させて探傷する構成では、接触媒質の膜を乱さないように接触媒質滞留部本体に供給する接触媒質の流量を比較的小さく設定する必要がある。さらに、本発明に係る超音波探傷装置のように、探触子ホルダーが管に追従する構成では、追従性能を低下させないように接触媒質滞留部本体の容積を比較的小さく設定する必要があるという点でも、接触媒質滞留部本体に供給する接触媒質の流量を比較的小さくせざるを得ない。このため、いったん超音波探触子の超音波送受信面に付着した気泡は、接触媒質滞留部本体に供給する接触媒質の流れによっては剥離し難い。
そこで、本発明の接触媒質滞留部本体は、超音波探触子の超音波送受信面に向けて接触媒質を噴出する接触媒質噴出ノズルを具備する。この接触媒質噴出ノズルにより、超音波探触子の超音波送受信面に向けて接触媒質が噴出されるため、超音波探触子の超音波送受信面に付着した気泡が剥離、除去され易く、精度の良い超音波探傷が可能となる。また、接触媒質噴出ノズルから接触媒質を噴出するだけで付着した気泡を効率良く除去させることができるため、本発明に係る超音波探傷装置をオンラインで使用し易いという利点も得られる。

好ましくは、前記接触媒質滞留部は、前記スペーサの下面に取り付けられ、前記蛇腹部の内部に嵌め込まれる筒状部材を更に具備する。

斯かる好ましい構成によれば、蛇腹部の内部（特に、蛇腹部の折り畳み部分）に滞留する可能性のある接触媒質中の気泡が、蛇腹部の折り畳み部分に到達することなく、筒状部材の内面に沿って上昇し易くなる。仮に、接触媒質滞留部が、この筒状部材を具備しなければ、蛇腹部の折り畳み部分に滞留した気泡が纏まって、塊として一気に上昇する虞がある。そして、この上昇した気泡の塊で超音波が散乱し、探傷精度が低下する虞がある。しかしながら、上記の好ましい構成のように、接触媒質滞留部が筒状部材を具備すれば、接触媒質中の気泡が纏まって塊となる前に、筒状部材の内面に沿って気泡が逐次上昇し易いため、探傷精度の低下を回避し得ることが期待できる。

好ましくは、前記接触媒質滞留部本体は、上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質を供給するための接触媒質供給口と、前記円弧の接線方向に接触媒質を排出するための接触媒質排出口とを具備する。

斯かる好ましい構成によれば、接触媒質供給口から上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質が供給されるため、接触媒質滞留部本体の内部に、接触媒質の渦流が生じることになる。そして、この渦流によって、接触媒質中に含まれ得る汚れ（例えば、管が鋼管である場合、この鋼管表面に付着したスケールの落下物等）が接触媒質排出口に運ばれ、外部に排出されることになる。このため、接触媒質滞留部本体、ひいては接触媒質滞留部全体や超音波探触子の洗浄を探傷中に行うことが可能となり、メンテナンス性が向上するという利点が得られる。また、前記渦流によって、探傷精度に影響を及ぼし得る気泡が超音波探触子の超音波送受信面に付着し難くなるという利点も得られる。

ここで、自動超音波探傷装置には、探傷の安定性を確保するために、図６に示すように、探傷前に予め管を接触媒質に浸す予浸装置が設けられるのが一般的である。図６に示す超音波探傷装置は、超音波探触子を管の周方向に回転させる超音波探傷機を備え、管を周方向に回転させずに軸方向（図６の一点鎖線の方向）に移動させて探傷を行う構成である。図６に示す超音波探傷装置では、管を周方向に回転させないため、超音波探傷機の前段（管の移動方向上流側）に設置される予浸装置は、管の周方向全体に接触媒質を噴出する構成とする必要があり、必然的に大型化する。一方、本発明に係る超音波探傷装置は、超音波探触子が収納された探触子ホルダーを周方向に回転する管に追従させて探傷する構成であり、探触子ホルダーを管の周方向に回転させるための機構部等が不要であるため、予浸装置以外の構成を比較的小型化することが可能である。しかしながら、図６に示すような大型の予浸装置を本発明に適用すると、予浸装置以外の構成を小型化できる利点（必要な設置スペースが少なくて済む等の利点）が薄れてしまう。従って、本発明に係る超音波探傷装置が予浸装置を備える場合、予浸装置を含めた超音波探傷装置全体を小型化するには、接触媒質を噴出する予浸装置を探触子ホルダーに取り付け、周方向に回転する管に探触子ホルダーと共に追従させることが好ましい。

すなわち、好ましくは、本発明に係る超音波探傷装置は、前記探触子ホルダーに取り付けられた予浸装置と、制御装置とを更に備え、前記制御装置は、前記探触子ホルダーを周方向に回転する前記管の軸方向に沿って前記管に対して相対的に往復動させ、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を往動する際には、前記予浸装置から接触媒質を前記管に向けて噴出し、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を復動しながら超音波探傷する際には、前記予浸装置からの接触媒質の噴出を停止する。

斯かる好ましい構成によれば、接触媒質を管に向けて噴出する予浸装置が探触子ホルダーに取り付けられ、周方向に回転する管に探触子ホルダーと共に追従するため、小型の予浸装置で且つ少量の接触媒質で、管の周方向全体を効率良く予浸することが可能である。また、探触子ホルダーが管端部の探傷範囲を往動する際にのみ予浸装置から接触媒質を管に向けて噴出するため、管の内面に接触媒質が侵入し難く、探触子ホルダーが管端部の探傷範囲を復動する際に安定した探傷が可能である。

好ましくは、前記制御装置は、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を往動する際には、前記接触媒質噴出ノズルから接触媒質を前記超音波探触子の超音波送受信面に向けて噴出し、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を復動しながら超音波探傷する際には、前記接触媒質噴出ノズルからの接触媒質の噴出を停止する。

斯かる好ましい構成によれば、探触子ホルダーが管端部の探傷範囲を往動する際には、接触媒質噴出ノズルから噴出された接触媒質によって超音波探触子の超音波送受信面に付着した気泡が除去される一方、探触子ホルダーが管端部の探傷範囲を復動しながら超音波探傷する際には、接触媒質噴出ノズルからの接触媒質の噴出が停止されるため、接触媒質の膜が乱されることなく、安定した探傷が可能である。

本発明に係る管端部の超音波探傷装置によれば、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷が可能となる。また、超音波探触子の超音波送受信面に付着した気泡が剥離、除去され易く、精度の良い超音波探傷が可能となる。

図１は、管中央部を超音波探傷する際に用いられる装置構成を模式的に示す図である。図１（ａ）は側面図を、図１（ｂ）は正面視断面図を示す。図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の正面視断面図を示す。図３は、図２に示す超音波探傷装置の平面図を示す。図４は、図２に示す筒状部材の作用を説明するための正面視断面図である。図５は、図２及び図３に示す超音波探傷装置によって、管端部に設けた人工きずを探傷した結果の一例を示す図である。図５（ａ）は軸方向きず検出用の超音波探触子で得られた探傷チャートを、図５（ｂ）は人工きずの模式図を示す。図６は、予浸装置を備えた従来の超音波探傷装置の概略構成を模式的に示す図である。図７は、予浸装置を備えた本発明の変形例に係る超音波探傷装置の概略構成及び動作を模式的に示す図である。図７（ａ）は予浸時の動作を説明する図を、図７（ｂ）は探傷時の動作を説明する図を、図７（ｃ）は予浸装置の断面図を示す。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の正面視断面図を示す。図３は、図２に示す超音波探傷装置の平面図を示す。
図２又は図３に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、水平方向に配置された管Ｐの端部の下方に対向配置され、管Ｐの端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子１と、管Ｐの端部の下方に対向配置され、超音波探触子１が収納されると共に、周方向に回転する管Ｐに追従する探触子ホルダー２とを備える。

管Ｐはターニングローラ３上に載置されており、ターニングローラ３が回転することにより、管Ｐは周方向に回転する。探触子ホルダー２は、ターニングローラ３から突出した管Ｐの端部の下方に対向配置されている。

本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、超音波探触子１として、超音波探触子１Ａと、超音波探触子１Ｂ（２個）と、超音波探触子１Ｃ（２個）とを備える。超音波探触子１Ａは、管Ｐの肉厚方向に超音波を伝搬させることにより、ラミネーション（管Ｐの内外面に平行な面状のきず）を検出することを目的としている。超音波探触子１Ｂは、管Ｐの周方向に傾けて設置され、管Ｐの周方向に超音波を伝搬させることにより、軸方向きず（管Ｐの軸方向に延びるきず）を検出することを目的としている。超音波探触子１Ｃは、管Ｐの軸方向に傾けて設置され、管Ｐの軸方向に超音波を伝搬させることにより、周方向きず（管Ｐの周方向に延びるきず）を検出することを目的としている。探触子ホルダー２が管Ｐに追従する位置において、これら超音波探触子１Ａ〜１Ｃは、それぞれから送信した超音波の管Ｐへの入射点が略一致するように探触子ホルダー内で位置決めされている。

本実施形態の探触子ホルダー２は、前述のように、周方向に回転する管Ｐに追従するように構成されている。具体的には、探触子ホルダー２が追従装置（図示せず）に取り付けられている。この追従装置は、回転する管Ｐの外面の変位を測定した結果に基づき、上下方向及び水平方向についての探触子ホルダー２と管Ｐとの位置関係が一定となる（従って、探触子ホルダー２に収納された超音波探触子１と管Ｐとの位置関係も一定となる）ように、探触子ホルダー２を上下方向及び水平方向に移動させる。換言すれば、追従装置は、管Ｐへの追従を開始する時点での探触子ホルダー２の位置（初期位置）と管Ｐとの位置関係を一定に保つように（従って、探触子ホルダーＰに収納された超音波探触子１Ａ〜１Ｃと管Ｐとの位置関係を一定に保つように）、探触子ホルダー２の位置を制御する。このような追従装置としては、特に限定されるものではなく、種々の公知の追従装置を適用可能であるが、例えば、特許文献１に記載の追従装置を適用することが好ましい。

探触子ホルダー２は、超音波探触子１と管Ｐの端部との間の空隙を囲繞して、内部に水等の接触媒質Ｗを滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。本実施形態では、探触子ホルダー２全体が接触媒質滞留部としての機能を奏するため、以下の説明では、接触媒質滞留部に探触子ホルダー２と同一の符号を使用する。

接触媒質滞留部２は、接触媒質滞留部本体２１と、環状（本実施形態では円環状）の蛇腹部２２と、環状（本実施形態では円環状）のスペーサ２３とを具備する。また、本実施形態の接触媒質滞留部２は、好ましい構成として、筒状（本実施形態では円筒状）部材２４を具備する。

本実施形態の接触媒質滞留部本体２１は、接触媒質供給口２１１（本実施形態では４つ）と、接触媒質排出口２１２（本実施形態では２つ）とを具備する。接触媒質滞留部本体２１の内部には、接触媒質供給口２１１から接触媒質Ｗが供給される一方、接触媒質Ｗは接触媒質排出口２１２から排出される。接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量（４つの接触媒質供給口２１１から供給する総流量）の方が、接触媒質排出口２１２から排出する接触媒質Ｗの流量（２つの接触媒質排出口２１２から排出する総流量）よりも大きく設定されている。例えば、接触媒質排出口２１２から排出する接触媒質Ｗの流量は、接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量の１０〜１５％程度に設定される。このため、接触媒質滞留部本体２１には、接触媒質Ｗが滞留することになる。

本実施形態では、好ましい構成として、接触媒質供給口２１１が上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質Ｗを供給するように配置されている。具体的には、接触媒質供給口２１１が前記円弧の接線方向に延びている。また、接触媒質排出口２１２が前記円弧の接線方向に接触媒質Ｗを排出するように配置されている。具体的には、接触媒質排出口２１２が前記円弧の接線方向に延びている。接触媒質供給口２１１から前記円弧の接線方向に接触媒質Ｗが供給されることにより、接触媒質滞留部本体２１の内部に、接触媒質Ｗの渦流Ｗ１が生じる。そして、この渦流Ｗ１によって、接触媒質Ｗ中に含まれ得る汚れ（例えば、管Ｐが鋼管である場合、この鋼管表面に付着したスケールＳの落下物等）が接触媒質排出口２１２に運ばれ、外部に排出されることになる。このため、接触媒質滞留部本体２１、ひいては接触媒質滞留部２全体や超音波探触子１の洗浄を探傷中に行うことが可能となり、メンテナンス性が向上するという利点が得られる。また、渦流Ｗ１によって、探傷精度に影響を及ぼし得る気泡が超音波探触子１の超音波送受信面に付着し難くなるという利点も得られる。

なお、接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量は、２リットル／分〜６リットル／分程度に調整することが好ましい。このとき、接触媒質排出口２１２から排出する接触媒質Ｗの流量は、上記供給する流量の１０〜１５％程度であり、１リットル／分未満となる。接触媒質Ｗの流量が２リットル／分未満であると、流量不足によって、接触媒質Ｗがスペーサ２３の上面を超えて盛り上がることにより形成される膜Ｗ２を形成し難くなるからである。また、接触媒質Ｗの流量が６リットル／分を超えると、流量過多によって、スペーサ２３の上面を超えて盛り上がった接触媒質の膜Ｗ２が乱れる虞が高まるからである。接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量を上記の範囲に設定し、なお且つ、後述するように、スペーサ２３の内径Ｄｓを管Ｐの外径Ｄｐに対して２５％以上に設定することにより、接触媒質の膜Ｗ２の厚みを２〜３ｍｍ程度に制御することが可能である。

また、本実施形態の接触媒質滞留部本体２１は、各超音波探触子１Ａ〜１Ｃの超音波送受信面に向けて水等の接触媒質Ｗを噴出する接触媒質噴出ノズル２１３を具備する。本実施形態では、接触媒質噴出ノズル２１３として、一方の超音波探触子１Ｂの超音波送受信面に向けて接触媒質Ｗを噴出する接触媒質噴出ノズル２１３Ａと、他方の超音波探触子１Ｂの超音波送受信面に向けて接触媒質Ｗを噴出する接触媒質噴出ノズル２１３Ｂと、一方の超音波探触子１Ｃの超音波送受信面に向けて接触媒質Ｗを噴出する接触媒質噴出ノズル２１３Ｃと、他方の超音波探触子１Ｃの超音波送受信面に向けて接触媒質Ｗを噴出する接触媒質噴出ノズル２１３Ｄとが設けられている。各接触媒質噴出ノズル２１３Ａ〜２１３Ｄは、超音波探触子１Ａの超音波送受信面に向けて接触媒質Ｗを噴出する機能も奏する。
本実施形態の接触媒質噴出ノズル２１３から超音波探触子１Ａ〜１Ｄの超音波送受信面に向けて接触媒質Ｗが噴出されるため、超音波探触子１Ａ〜１Ｄの超音波送受信面に付着した気泡が剥離、除去され易く、精度の良い超音波探傷が可能となる。また、接触媒質噴出ノズル２１３から接触媒質Ｗを噴出するだけで付着した気泡を効率良く除去させることができるため、本実施形態に係る超音波探傷装置１００をオンラインで使用し易いという利点も得られる。
なお、接触媒質噴出ノズル２１３から噴出する接触媒質Ｗの流量は、接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量よりも大きくなるように調整する、具体的には１６リットル／分〜１８リットル／分程度に調整することが好ましい。接触媒質噴出ノズル２１３から噴出する接触媒質Ｗの流量を１６リットル／分以上に大きく設定することにより、超音波探触子１Ａ〜１Ｄの超音波送受信面に付着した気泡を効率良く剥離、除去し易い。一方、接触媒質噴出ノズル２１３から噴出する接触媒質Ｗの流量を過度に大きく設定すると、超音波探触子１Ａ〜１Ｄの超音波送受信面が損傷する虞があるため、１８リットル／分以下に設定することが好ましい。

本実施形態の蛇腹部２２は、接触媒質滞留部本体２１と連通するように接触媒質滞留部本体２１の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在である。具体的には、接触媒質滞留部本体２１の上面には開口（本実施形態では円形の開口）が設けられており、この開口を囲繞するように環状の蛇腹部２２が取り付けられている。蛇腹部２２の最内径は、前記開口の径と略同一（同一又は若干小さめ）の寸法とされている。

蛇腹部２２を形成する材料は、特に限定されるものではないが、耐摩耗性と伸縮性に優れた材料を用いることが好ましい。耐摩耗性に優れることは、蛇腹部２２が伸縮を繰り返すことにより、蛇腹部２２の折り畳み部分に破損が生じることを抑制するために有用である。伸縮性に優れることは、管Ｐとスペーサ２３との接触による衝撃が接触媒質の膜Ｗ２に直接伝わって、膜Ｗ２が乱れることを抑制するために有用である。蛇腹部２２を形成する材料としては、耐摩耗性と伸縮性に優れる点で、シリコンゴムを用いることが好ましい。

本実施形態のスペーサ２３は、蛇腹部２２の上側に取り付けられ、少なくとも上面が（本実施形態では下面も）平坦な水平面とされている。また、本実施形態の筒状部材２４は、スペーサ２３の下面に取り付けられ、蛇腹部２２の内部に嵌め込まれている。具体的には、筒状部材２４が蛇腹部２２の内部に嵌め込まれるように、筒状部材２４の外径は蛇腹部２２の最内径と略同一（同一又は若干小さめ）の寸法とされている。これにより、筒状部材２４の外径は、接触媒質滞留部本体２１の上面に設けられた開口の径と略同一（同一又は若干小さめ）となる。従って、蛇腹部２２が収縮することによって、蛇腹部２２に取り付けられたスペーサ２３が下降し、これに伴い筒状部材２４も下降したとき、筒状部材２４の下端部は、接触媒質滞留部本体２１の上記開口を通って、接触媒質滞留部本体２１の内部に挿入されることになる。スペーサ２３は、鋼管Ｐの端部と接触する頻度が高いことから、耐摩耗性に優れたステンレス鋼から形成することが好ましい。より好ましくは、スペーサ２３及び筒状部材２４は、ステンレス鋼から一体的に形成される。

スペーサ２３の蛇腹部２２への取り付け方法としては、蛇腹部２２の上部とスペーサ２３とをビス止め等によって直接固定する方法でもよい。しかしながら、本実施形態のスペーサ２３には、筒状部材２４が取り付けられ、この筒状部材２４が蛇腹部２２の内部に嵌め込まれる。このため、スペーサ２３と蛇腹部２２とを直接固定しなくても、スペーサ２３は、筒状部材２４を介して、蛇腹部２２に比較的安定した状態で取り付けられる。

図４は、本実施形態の筒状部材２４の作用を説明するための正面視断面図である。図４において、一点鎖線Ｃよりも左側は筒状部材２４を具備しない状態を、一点鎖線Ｃよりも右側は筒状部材２４を具備する状態を示す。図４に示すように、本実施形態の接触媒質滞留部２は、筒状部材２４を具備するため、接触媒質Ｗ中の気泡Ｂが、蛇腹部２２の折り畳み部分２２１に到達することなく、筒状部材２４の内面に沿って上昇し易くなる。仮に、接触媒質滞留部２が、この筒状部材４を具備しなければ、蛇腹部２２の折り畳み部分２２１に滞留した気泡Ｂが纏まって、塊として一気に上昇する虞がある。そして、この上昇した気泡Ｂの塊で超音波が散乱し、探傷精度が低下する虞がある。しかしながら、接触媒質滞留部２が筒状部材２４を具備すれば、接触媒質Ｗ中の気泡Ｂが纏まって塊となる前に、筒状部材４の内面に沿って気泡Ｂが逐次上昇し易いため、探傷精度の低下を回避し得ることが期待できる。

図２に示すスペーサ２３の内径Ｄｓは、管Ｐの外径Ｄｐに対して２５％以上に設定することが好ましい。スペーサ２３の内径Ｄｓが管Ｐの外径Ｄｐに対して小さすぎる（２５％未満である）と、管Ｐの外面によってスペーサ２３の開口が閉塞され易くなる（スペーサ２３の開口に対して管Ｐの外面が面接触しているのと近い状態になる）ため、接触媒質Ｗ２の膜が乱れる虞が高まるからである。ただし、スペーサ２３の内径Ｄｓが大きすぎると、これに応じて探触子ホルダー（接触媒質滞留部）２の寸法も大きくなるため、内部に滞留する接触媒質Ｗの重量を含んだ探触子ホルダー２全体の重量が増し、探触子ホルダー２の追従性能が低下する虞がある。従って、スペーサ２３の内径Ｄｓを過度に大きく設定しないように留意する必要がある。

以上に説明した本実施形態に係る超音波探傷装置１００において、接触媒質滞留部本体２１に接触媒質Ｗが供給されると、接触媒質滞留部本体２１に連通する蛇腹部２２に接触媒質Ｗが流通する。この蛇腹部２２に流通した接触媒質Ｗは、蛇腹部２２に取り付けられたスペーサ２３に流通して、管Ｐの端部に接触することになる。

スペーサ２３は、少なくとも上面が平坦な水平面とされているため、接触媒質滞留部本体２１に供給する接触媒質Ｗの流量を前述したような適切な範囲に調整することにより、接触媒質Ｗの表面張力によって接触媒質Ｗがスペーサ２３の上面を超えて盛り上がった膜Ｗ２が形成される。この接触媒質の膜Ｗ２が管Ｐの端部に接触することにより、超音波探触子１から送信された超音波は、接触媒質滞留部本体２１内部の接触媒質Ｗ、蛇腹部２２内部の接触媒質Ｗ、及び前記膜Ｗ２を介して管Ｐの端部に入射する。管Ｐの端部で反射した超音波は、前記膜Ｗ２、蛇腹部２２内部の接触媒質Ｗ、及び接触媒質滞留部本体２１内部の接触媒質Ｗを介して超音波探触子１で受信される。

探触子ホルダー２は、周方向に回転する管Ｐに追従する。さらに、蛇腹部２２は上下方向に伸縮する。このため、管Ｐに曲がりが生じていたり、管Ｐの断面が真円でなかったとしても、接触媒質の膜Ｗ２は、常に管Ｐの端部に接触し、且つ、乱れることが抑制されるため、管Ｐの端部と超音波探触子１との間に接触媒質Ｗ（膜Ｗ２も含む）が安定して介在することになる。これにより、精度の良い超音波探傷が可能となる。

図５は、本実施形態に係る超音波探傷装置１００によって、以下の（１）〜（６）の条件で、管Ｐの端部外面に設けた人工きず（軸方向きず）を探傷した結果の一例を示す図である。図５（ａ）は軸方向きず検出用の超音波探触子１Ｂで得られた探傷チャートを、図５（ｂ）は人工きずの模式図を示す。図５（ａ）の横軸は管Ｐの軸方向の位置を、縦軸はエコー強度を意味する。
（１）管Ｐの外径：１６８ｍｍ
（２）管Ｐの回転速度：１１３ｒｐｍ
（３）探触子ホルダー２の管軸方向への移動速度：１５．１ｍｍ／ｓｅｃ
（４）スペーサ２３の内径Ｄｓ：６３ｍｍ
（５）供給する接触媒質（水）の流量：５．５リットル／分
（６）排出する接触媒質（水）の流量：１リットル／分未満

図５（ａ）から分かるように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００によれば、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることができ、人工きずを精度良く検出可能であった。なお、図５には、軸方向きずを探傷した結果のみを図示したが、人工きずとして、周方向きずを設けて探傷した場合には超音波探触子１Ｃで、平底穴を設けて探傷した場合には超音波探触子１Ａで、それぞれ精度良く検出可能であることが確認できた。

＜変形例＞
なお、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、探傷の安定性を確保するために、予浸装置を備えることが好ましい。
図７は、予浸装置を備えた本実施形態の第１変形例に係る超音波探傷装置の概略構成及び動作を模式的に示す図である。図７（ａ）は予浸時の動作を説明する図を、図７（ｂ）は探傷時の動作を説明する図を、図７（ｃ）は予浸装置の断面図を示す。
図７に示すように、本変形例に係る超音波探傷装置１００Ａは、前述した超音波探傷装置１００の構成に加えて、予浸装置４と、制御装置５とを備えている。また、好ましい構成として、超音波探傷装置１００Ａは、管端検知センサ６を備えている。

本変形例の予浸装置４及び管端検知センサ６は、探触子ホルダー２に設けられた基台２１（図７（ａ）に示す待機位置にある探触子ホルダー２を参照。図７中の他の探触子ホルダー２については基台２１の図示を省略している）に取り付けられている。管端検知センサ６は、予浸装置４に対して、図７（ａ）に示す探触子ホルダー２の往動方向上流側の位置に取り付けられている。これら予浸装置４及び管端検知センサ６は、探触子ホルダー２と共に管Ｐに追従する。
本変形例の予浸装置４は、図７（ｃ）に示すように、金属製のブラシ４１と、ブラシ４１の周囲を被覆するゴム製の被覆材４２と、被覆材４２の内部ひいてはブラシ４１を構成する線材の隙間に接触媒質Ｗを供給するホース４３とを備えている。被覆材４２は上端が開口し、下端がホース４３と連通している。
本変形例の管端検知センサ６としては、投光器及び受光器を備えた反射型の光電センサが用いられている。すなわち、管端検知センサ６は、投光器から出射した光が管Ｐに照射されて管Ｐで反射する場合には、管Ｐに照射されない場合に比べて受光器に入射する光量が多くなることを利用して、管端を検知する構成である。

本変形例の制御装置５は、探触子ホルダー２及び追従装置（図示せず）を一体として、これらを上下方向及び管Ｐの軸方向に沿って往復動させるためのステージ（図示せず）を駆動する機能と、管端検知センサ６による管Ｐの管端検知に応じて予浸装置４を駆動する（具体的には、接触媒質Ｗの供給源とホース４３との間に介在する電磁弁等を制御してホース４３への接触媒質Ｗの供給をオン・オフさせる）機能とを奏する。また、本変形例の制御装置５は、前述した接触媒質噴出ノズル２１３を駆動する（具体的には、接触媒質Ｗの供給源と接触媒質噴出ノズル２１３との間に介在する電磁弁等を制御して接触媒質噴出ノズル２１３への接触媒質Ｗの供給をオン・オフさせる）機能も奏する。

以下、上記の構成を有する超音波探傷装置１００Ａの動作について説明する。
図７（ａ）に示す予浸時において、制御装置５は、前記ステージを駆動して、管Ｐの管端から離れた待機位置にある探触子ホルダー２を徐々に上昇させると同時に、周方向に回転する管Ｐの軸方向に沿って探触子ホルダー２を往動（図７に示す例では、管Ｐの管端側から管中央側に向けた移動）させる。なお、制御装置５は、前記ステージの駆動を開始するタイミングで、接触媒質噴出ノズル２１３への接触媒質Ｗの供給を開始させる。これにより、接触媒質噴出ノズル２１３から超音波探触子１の超音波送受信面に向けて接触媒質Ｗが噴出し、超音波探触子１の超音波送受信面に付着した気泡が剥離、除去されることになる。制御装置５は、予め設定した予浸装置４のブラシ４１の先端（上端）が管Ｐの外面に接触し得る高さで探触子ホルダー２の上昇動作を停止させ、その後は探触子ホルダー２を管Ｐの軸方向に沿って往動させる。この際、制御装置５は、管端検知センサ６が管Ｐの管端を検知したタイミングで、予浸装置４のホース４３への接触媒質Ｗの供給を開始させる。これにより、予浸装置４のブラシ４１を構成する線材の隙間から管Ｐに向けて接触媒質Ｗが噴出する。このように予浸装置４から管Ｐに向けて接触媒質Ｗを噴出した状態で、探触子ホルダー２は追従装置によって管Ｐに追従しながら、管Ｐの軸方向に沿って予め設定した探傷開始位置まで往動する。管Ｐの端部の探傷範囲の内、予浸装置４が通過する範囲については、予浸装置４から噴出する接触媒質Ｗによって予浸がなされる。上記以外の範囲については、接触媒質の膜Ｗ２によって予浸がなされることになる。

図７（ｂ）に示す探傷時において、制御装置５は、前記ステージを駆動して、探傷開始位置にある探触子ホルダー２を復動（図７に示す例では、管Ｐの管中央側から管端側に向けた移動）させる。この際、制御装置５は、予浸装置４のホース４３への接触媒質Ｗの供給を停止させる。また、この際、制御装置５は、接触媒質噴出ノズル２１３への接触媒質Ｗの供給を停止させる。探触子ホルダー２は追従装置によって管Ｐに追従しながら、管Ｐの軸方向に沿って探傷開始位置から予め設定した探傷終了位置まで復動し、この間で超音波探傷を行う。超音波探傷終了後、制御装置５は、管Ｐの軸方向に沿って更に探触子ホルダー２を復動させると同時に、待機位置まで探触子ホルダー２を徐々に下降させる。

以上に説明した超音波探傷装置１００Ａによれば、接触媒質Ｗを管Ｐに向けて噴出する予浸装置４が探触子ホルダー２に取り付けられ、周方向に回転する管Ｐに探触子ホルダー２と共に追従するため、小型の予浸装置４で且つ少量の接触媒質Ｗで、管Ｐの周方向全体を効率良く予浸することが可能である。また、探触子ホルダー２が管端部の探傷範囲を往動する際にのみ予浸装置４から接触媒質Ｗを管Ｐに向けて噴出（しかも、本変形例では、予浸装置４に対して探触子ホルダー２の往動方向上流側の位置に取り付けられた管端検知センサ６が管Ｐの管端を検知したタイミング以降で接触媒質Ｗを噴出）するため、管Ｐの内面に接触媒質Ｗが侵入し難く、探触子ホルダー２が管端部の探傷範囲を復動する際に安定した探傷が可能である。また、本変形例では、予浸装置４がブラシ４１を備え、ブラシ４１が管Ｐの外面に接触しながら（管Ｐの周方向及び軸方向に沿って管Ｐの外面を摺動しながら）予浸を行う構成である。つまり、ブラシ４１によって管Ｐの外面に接触媒質Ｗを塗布する構成であるため、より一層効率良く予浸することが可能であると共に、探傷精度に影響を及ぼし得る管Ｐの外面の汚れを効率良く除去することも可能である。さらに、本変形例では、探触子ホルダー２が管端部の探傷範囲を往動する際には、接触媒質噴出ノズル２１３から噴出された接触媒質Ｗによって超音波探触子１の超音波送受信面に付着した気泡が除去される一方、探触子ホルダー２が管端部の探傷範囲を復動しながら超音波探傷する際には、接触媒質噴出ノズル２１３からの接触媒質の噴出が停止されるため、接触媒質の膜Ｗ２が乱されることなく、安定した探傷が可能である。

なお、本変形例では、管端を確実に検知するために好ましい構成として、管端検知センサ６を備える構成について説明したが、管Ｐの予浸を行う上で管端検知センサ６は必ずしも必要ではない。つまり、管Ｐの管端位置（管Ｐの軸方向に沿った位置）がいずれの管Ｐについてもほぼ一定であるとみなせる場合には、図７（ａ）に示す管端検知位置に相当する位置を制御装置５に予め設定しておけばよい。そして、この予め設定した位置に探触子ホルダー２が到達したタイミングで予浸装置４のホース４３への接触媒質Ｗの供給を開始させればよい。
また、本変形例では、探触子ホルダー２を管Ｐの管端側から管中央側に向けて移動させるときに予浸を行い、探触子ホルダー２を管Ｐの管中央側から管端側に向けて移動させるときに探傷を行う構成について説明したが、逆に、探触子ホルダー２を管Ｐの管中央側から管端側に向けて移動させるときに予浸を行い、探触子ホルダー２を管Ｐの管端側から管中央側に向けて移動させるときに探傷を行う構成とすることも可能である。接触媒質噴出ノズル２１３からの接触媒質Ｗの噴出についても同様である。

１・・・超音波探触子
２・・・探触子ホルダー（接触媒質滞留部）
２１・・・接触媒質滞留部本体
２２・・・蛇腹部
２３・・・スペーサ
２４・・・筒状部材
２１１・・・接触媒質供給口
２１２・・・接触媒質排出口
２１３・・・接触媒質噴出ノズル
Ｐ・・・管
Ｗ・・・接触媒質
Ｗ２・・・接触媒質の膜

前記課題を解決するため、本発明に係る超音波探傷装置は、水平方向に配置された管の端部の下方に対向配置され、前記管の端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子と、前記管の端部の下方に対向配置され、前記超音波探触子が収納されると共に、周方向に回転する前記管に追従する探触子ホルダーとを備える。前記探触子ホルダーは、前記超音波探触子と前記管の端部との間の空隙を囲繞して、内部に接触媒質を滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。前記接触媒質滞留部は、内部に接触媒質が供給される接触媒質滞留部本体と、前記接触媒質滞留部本体と連通するように前記接触媒質滞留部本体の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の環状の蛇腹部と、前記蛇腹部の上側に取り付けられ、少なくとも上面が平坦な水平面とされ、該上面を超えて盛り上がり前記管の端部と接触する接触媒質の膜が形成される環状のスペーサとを具備する。前記接触媒質滞留部本体は、前記超音波探触子の超音波送受信面に向けて接触媒質を噴出する接触媒質噴出ノズルを具備する。

好ましくは、前記接触媒質滞留部本体は、内部に接触媒質の渦流が生じるように、上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質を供給するための接触媒質供給口と、前記円弧の接線方向に接触媒質を排出するための接触媒質排出口とを具備する。

好ましくは、本発明に係る超音波探傷装置は、制御装置を更に備え、前記制御装置は、前記探触子ホルダーを周方向に回転する前記管の軸方向に沿って前記管に対して相対的に往復動させ、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を往動する際には、前記接触媒質噴出ノズルから接触媒質を前記超音波探触子の超音波送受信面に向けて噴出し、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を復動しながら超音波探傷する際には、前記接触媒質噴出ノズルからの接触媒質の噴出を停止する。

Claims

水平方向に配置された管の端部の下方に対向配置され、前記管の端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子と、
前記管の端部の下方に対向配置され、前記超音波探触子が収納されると共に、周方向に回転する前記管に追従する探触子ホルダーとを備え、
前記探触子ホルダーは、前記超音波探触子と前記管の端部との間の空隙を囲繞して、内部に接触媒質を滞留させるための接触媒質滞留部を具備し、
前記接触媒質滞留部は、
内部に接触媒質が供給される接触媒質滞留部本体と、
前記接触媒質滞留部本体と連通するように前記接触媒質滞留部本体の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の環状の蛇腹部と、
前記蛇腹部の上側に取り付けられ、少なくとも上面が平坦な水平面とされた環状のスペーサとを具備し、
前記接触媒質滞留部本体は、前記超音波探触子の超音波送受信面に向けて接触媒質を噴出する接触媒質噴出ノズルを具備することを特徴とする管端部の超音波探傷装置。
前記接触媒質滞留部は、前記スペーサの下面に取り付けられ、前記蛇腹部の内部に嵌め込まれる筒状部材を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の管端部の超音波探傷装置。
前記接触媒質滞留部本体は、上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質を供給するための接触媒質供給口と、前記円弧の接線方向に接触媒質を排出するための接触媒質排出口とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の管端部の超音波探傷装置。
前記探触子ホルダーに取り付けられた予浸装置と、制御装置とを更に備え、
前記制御装置は、前記探触子ホルダーを周方向に回転する前記管の軸方向に沿って前記管に対して相対的に往復動させ、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を往動する際には、前記予浸装置から接触媒質を前記管に向けて噴出し、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を復動しながら超音波探傷する際には、前記予浸装置からの接触媒質の噴出を停止することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の管端部の超音波探傷装置。
前記制御装置は、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を往動する際には、前記接触媒質噴出ノズルから接触媒質を前記超音波探触子の超音波送受信面に向けて噴出し、前記探触子ホルダーが前記管の端部の探傷範囲を復動しながら超音波探傷する際には、前記接触媒質噴出ノズルからの接触媒質の噴出を停止することを特徴とする請求項４に記載の管端部の超音波探傷装置。