JP2012117875A - 小径管の超音波探傷装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】超音波探傷装置は、発生させた超音波を被検査管材20に送受信する振動子11と、被検査管材20と同音速となる材質で構成され、振動子11の超音波照射方向側に配置し、15°以上の接触範囲角で一定のギャップを介して被検査管材20の外表面の管周方向の凸曲面22に密着する凹曲面12cを有する音響媒質12と、を備えるポイントフォーカス型探触子10で構成される。ポイントフォーカス型探触子10は、被検査管材20の内表面23近傍の位置に集束点Pを配置し、振動子11から照射される超音波の入射角が被検査管材20の内表面23の法線方向から55°〜80°の範囲になるように集束点を設定する。
【選択図】 図1
Description
・検査対象部位に超音波を集中させて欠陥からのエコーを強めるとともに、探傷時のノイズ源となる被検査管材の素材粒界からの林状エコーを低減させる。
・十分な超音波強度を実現できる十分な大きさの超音波探触子を用いる。
・欠陥判定の邪魔になる形状エコーを低減させる。
以上の観点から、超音波を被検査管材中のある点に集中させて、その場所にある欠陥を高精度に探傷するポイントフォーカス型探触子を用いた探傷方法が用いられている。この手法では、ポイントフォーカス型探触子の焦点が管内表面または内部の所望の位置に来るように管外部に配置し、欠陥の存在による超音波エコーを検出して検査するものである。
また、被検査管材に密着する音響媒質の材質を被検査管材とほぼ同等の材質または、被検査管材の超音波音速とほぼ同等の超音波音速となるような材質で構成することにより、被検査管材の管径に比較して大きいポイントフォーカス型探触子を用いても、音響媒質と被検査管材の境界面でのスネルの法則による屈折がなくなり、被検査管材の外表面での入射時の屈折角のバラツキによるレンズ効果で集束がぼけるのを防止できる。振動子の曲率と被検査管材に対する位置を適切に設定すると被検査管材の内部の任意の位置に焦点を結ぶことが可能となる。
また、ポイントフォーカス型探触子の集束点を、被検査管材の内表面近傍の位置に配置することにより、被検査管材の内表面およびその内部近傍に存在する欠陥に集中して超音波を照射することができる。
更に、音響媒質が密着する被検査管材の管軸方向に直交する横断面において、被検査管材の内表面への超音波ビームの入射角が被検査管材の内表面の法線方向から55°〜80°の範囲になるように、ポイントフォーカス型探触子の集束点を設定することで、欠陥のない場所で反射された超音波ビーム(形状エコー)はポイントフォーカス型探触子の方向とは異なる方向に逃がして、欠陥部で反射された超音波ビーム(欠陥エコー)は欠陥と被検査管材の内表面との間で複数回反射を繰り返し、ポイントフォーカス型探触子方向に向く成分が発生するため、欠陥エコーのみ検出することができる。従って、被検査管材の管形状に固有の形状エコーと欠陥エコーの弁別が可能になり、高精度の探傷をおこなうことができる。
また、振動子11の曲率と位置は、下記の条件を満たすように決定される。
・送信側振動子11aから照射される超音波の集束点Pが、被検査管材20の内表面23近傍の位置に配置されるよう設定する。
・音響媒質12が密着する被検査管材20の管軸方向に直交する横断面において、送信側振動子11aから照射される超音波の入射角θが、被検査管材20の内表面23の法線方向から55°〜80°の範囲になるように、集束点Pを設定する(図1(b)参照)。
・受信側振動子11bも送信側振動子11aと同じ集束点Pに焦点を結ぶような曲率および位置に配置されている。これは、送信側振動子11aから集束点Pに向けて照射された超音波が集束点P近傍の欠陥によって反射されたのち、効率的に受信側振動子11bに受信されるようにするためである。
尚、振動子11の曲率を決定する際、振動子11と被検査管材20との間に配置される音響媒質12は、後述するとおり、被検査管材20の材質とほぼ同等の材質、または、被検査管材20の超音波音速とほぼ同等の超音波音速となるような材質で構成されるため、音響媒質12と被検査管材20の境界面でのスネルの法則による屈折を考慮する必要はない。
また、音響媒質12の凹曲面12cは、被検査管材20の外表面22の管周方向の凸曲面との接触範囲角φが、音響媒質12が密着する被検査管材20の管軸方向に直交する横断面において、15°以上の接触範囲角となるように形成される。ここで、被検査管材20との管周方向の接触範囲角を15°以上とするのは、機構設計上、安定した追従を実現するために必要な最低限の接触範囲角であるからである。
更に、音響媒質12は、被検査管材20の材質とほぼ同等の材質、または、被検査管材20の超音波音速とほぼ同等の超音波音速となるような材質で構成される。
本実施形態に係る小径管の超音波探傷方法では、上述の本実施形態に係る小径管の超音波探傷装置を構成するポイントフォーカス型探触子10と被検査管材20とを、ポイントフォーカス型探触子10の音響媒質12の凹曲面12aと被検査管材20の外表面22の管周方向の凸曲面とを接触媒質で満たされた一定のギャップを介して密着させながら、ポイントフォーカス型探触子10を相対的に被検査管材20の管軸方向と管周方向の2方向に移動させて探傷を行う。
これに対して、本実施形態に係る小径管の超音波探傷装置及び方法においては、図1(b)に示すように、音響媒質12が密着する被検査管材20の管軸方向に直交する横断面において、被検査管材20の内表面23への超音波ビームの入射角θを内表面23の法線方向から55°〜80°の範囲にしている。これにより、管内表面上部にある欠陥を上部に配置した本実施形態に係るポイントフォーカス探触子で探傷する場合を模式的に示した図である図3に示すように、欠陥のない場所での超音波ビーム(c)はポイントフォーカス探触子の方向とは異なる方向に逃がして、欠陥エコー(d)のみ検出することができる。この場合、欠陥部への超音波ビームは欠陥と被検査管材の内表面との間で複数回反射を繰り返し、探触子方向に向く成分が発生する。従って、被検査管材の管形状に固有の形状エコーと欠陥エコーの弁別を行うことができ、超音波探傷を実現することができる。
11 振動子
12 音響媒質
12c 凹曲面
13 音響分割面
20 被検査管材
21 内部
22 外表面
23 内表面
Claims (4)
- 断面形状が円環状の被検査管材に対して、発生させた超音波を前記被検査管材の内表面および内部に照射して送信し、前記被検査管材の内表面および内部に存在する欠陥から反射したエコーを受信する振動子と、
前記被検査管材の材質とほぼ同等の材質、または、前記被検査管材の超音波音速とほぼ同等の超音波音速となるような材質で構成され、前記振動子の超音波照射方向側に前記振動子と前記被検査管材との間に介在して前記振動子から照射される超音波を通過させるように配置し、前記被検査管材の管周方向の接触範囲角が15°以上で、一定のギャップの接触媒質を介して前記被検査管材の外表面の管周方向の凸曲面に密着する凹曲面を有する音響媒質と、を備えるポイントフォーカス型探触子で構成され、
前記ポイントフォーカス型探触子は、前記被検査管材の内表面近傍の位置に集束点が配置され、且つ、前記音響媒質が密着する前記被検査管材の管軸方向に直交する横断面において、前記振動子から照射される超音波の入射角が前記被検査管材の内表面の法線方向から55°〜80°の範囲になるように、集束点を設定することを特徴とする小径管の超音波探傷装置。 - 前記ポイントフォーカス型探触子は、更に、
前記被検査管材の管軸方向に直交する横断面で、前記振動子と前記音響媒質とを、送信側と受信側とで2分割する音響分割面を備え、
前記2分割された前記振動子と前記音響媒質の一方で、超音波の送信を行ない、前記2分割された前記振動子と前記音響媒質の他方で、超音波の受信を行うことを特徴とする請求項1に記載の小径管の超音波探傷装置。 - 断面形状が円環状の被検査管材に対して、発生させた超音波を前記被検査管材の内表面および内部に照射して送信し、前記被検査管材の内表面および内部に存在する欠陥から反射したエコーを受信する振動子と、前記被検査管材の材質とほぼ同等の材質、または、前記被検査管材の超音波音速とほぼ同等の超音波音速となるような材質で構成され、前記振動子の超音波照射方向側に前記振動子と前記被検査管材との間に介在して前記振動子から照射される超音波を通過させるように配置し、前記被検査管材の管周方向の接触範囲角が15°以上で、一定のギャップの接触媒質を介して前記被検査管材の外表面の管周方向の凸曲面に密着する凹曲面を有する音響媒質と、を備え、前記被検査管材の内表面近傍の位置に集束点が配置され、且つ、前記音響媒質が密着する前記被検査管材の管軸方向に直交する横断面において、前記振動子から照射される超音波の入射角が前記被検査管材の内表面の法線方向から55°〜80°の範囲になるように、集束点を設定したポイントフォーカス型探触子を相対的に前記被検査管材の管軸方向と管周方向の2方向に移動させて探傷を行うことを特徴とする小径管の超音波探傷方法。
- 前記ポイントフォーカス型探触子は、更に、
前記被検査管材の管軸方向に直交する横断面で、前記振動子と前記音響媒質とを、送信側と受信側とで2分割する音響分割面を備え、
前記2分割された前記振動子と前記音響媒質の一方で、超音波の送信を行ない、前記2分割された前記振動子と前記音響媒質の他方で、超音波の受信を行うことを特徴とする請求項3に記載の小径管の超音波探傷方法。
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