JP2012211830A - Insertion type ultrasonic flaw detection sensor and ultrasonic flaw detection method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、管の管壁に生じた割れや減肉等を管の内側から超音波を用いて探傷するための内挿型超音波探傷センサー、及びこれを用いた超音波探傷方法に関する。 The present invention relates to an interpolated ultrasonic flaw detection sensor for detecting flaws, thinnings, and the like occurring in a pipe wall of a pipe from the inside of the pipe using ultrasonic waves, and an ultrasonic flaw detection method using the same.
従来、管の内側から管壁に向けて超音波を発振し、管壁から戻ってきた前記超音波を受信することにより、管の探傷を行う内挿型超音波探傷センサー(以下、単に「探傷センサー」とも称する。)として、特許文献1に記載のものが知られている。
Conventionally, an interpolated ultrasonic flaw detection sensor (hereinafter simply referred to as “flaw detection”) that oscillates ultrasonic waves from the inside of a pipe toward the pipe wall and receives the ultrasonic waves returned from the pipe wall. A sensor described in
この探傷センサーは、図9に示されるように、フラットな振動面102の超音波振動子104を備え、探傷装置106にケーブル108によって接続されている。
As shown in FIG. 9, the flaw detection sensor includes an
探傷センサー100は、検査対象物である管110に挿入され、探傷装置106からの発振信号に基づいて振動面102を振動させることにより超音波を発振し、戻ってきた前記超音波を超音波振動子102によって受信してこれを受信信号に変換して出力する。探傷装置106は、ケーブル108を介して探傷センサー100からの前記受信信号を受信し、これを解析する。これにより、管壁に減肉やブローホール等のキズ(材料キズ)が生じていると、このキズが検出される。
The
しかし、上記の探傷センサー100のように、フラットな振動面102の超音波振動子104によって超音波が発振されると、図10に示されるように、管軸c方向の断面に沿って進む超音波が拡散するため、管110の外周面側で反射されて戻ってくる超音波(反射エコー)が小さくなる。このように超音波振動子104が受信する反射エコーが小さくなると、ノイズ成分の割合が大きくなるため、S/Nが低くなり、探傷に必要なS/Nが得難くなる。
However, when ultrasonic waves are oscillated by the
一方、超音波を一点(焦点)に集中させるポイントフォーカス型の超音波振動子が知られている。 On the other hand, a point focus type ultrasonic transducer that concentrates ultrasonic waves at one point (focal point) is known.
そこで、このポイントフォーカス型の超音波振動子を備えた探傷センサーは、通常、平板の探傷に用いられるが、管110の内側からの探傷に用いることが考えられる。
Therefore, the flaw detection sensor including this point focus type ultrasonic transducer is usually used for flat plate flaw detection, but it can be considered to be used for flaw detection from the inside of the
しかし、このポイントフォーカス型の超音波振動子によって発振される超音波は、図11に示されるように、管軸cと直交する方向の断面に沿って進む超音波が管110の外周面110aの手前で収束することにより、反射エコーが拡散して超音波振動子104Aが受信する反射エコーが小さくなる。この外周面110aの手前での超音波の収束は、管110の内周面110bが湾曲していることに起因する。このようにポイントフォーカス型の超音波振動子104Aを用いた探傷センサー100Aによっても、管110の内側から探傷する場合にはS/Nが低くなり、探傷に必要なS/Nが得難くなる。
However, as shown in FIG. 11, the ultrasonic wave oscillated by this point focus type ultrasonic transducer is generated by the ultrasonic wave traveling along the cross section perpendicular to the tube axis c. By converging in front, the reflected echo diffuses and the reflected echo received by the
特に、長い管の探傷を行うために、探傷センサーと探傷装置とを繋ぐケーブルの長さを大きくした場合には、探傷装置に到達した受信信号に含まれるノイズが増え、S/Nの低下が顕著になる。 In particular, when the length of the cable connecting the flaw detection sensor and the flaw detection device is increased in order to perform flaw detection on a long tube, the noise included in the received signal reaching the flaw detection device increases and the S / N decreases. Become prominent.
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、管の内側から探傷する場合に高いS/Nが得られる内挿型超音波探傷センサー、及びこれを用いた超音波探傷方法を提供することを課題とする。 Therefore, in view of the above problems, the present invention provides an interpolated ultrasonic flaw detection sensor that can obtain a high S / N when flaw detection is performed from the inside of a tube, and an ultrasonic flaw detection method using the same. And
そこで、上記課題を解消すべく、本発明は、管の内側から探傷を行う内挿型超音波探傷センサーであって、焦点位置においてラインフォーカスとなるように超音波を発振可能な形状の振動面を有する超音波振動子と、前記管内を管軸に沿って移動可能なセンサー本体と、を備え、前記センサー本体は、前記管の内周面において前記ラインフォーカスが当該管の周方向に沿うように前記超音波振動子を保持する。 Accordingly, in order to solve the above-described problems, the present invention is an insertion type ultrasonic flaw detection sensor that performs flaw detection from the inside of a tube, and has a vibration surface that is capable of oscillating ultrasonic waves so that line focus is achieved at the focal position. And an ultrasonic transducer having a sensor body movable along the tube axis, and the sensor body is arranged such that the line focus is along the circumferential direction of the tube on the inner circumferential surface of the tube. And holding the ultrasonic transducer.
また、上記課題を解消すべく、本発明は、管の内側から探傷を行う超音波探傷方法であって、焦点位置においてラインフィーカスとなるように超音波を発振する内挿型超音波探傷センサーから、前記ラインフォーカスが前記管の内周面において当該管の周方向に沿うように前記超音波を発振させる工程を備える。 Further, in order to solve the above-mentioned problems, the present invention is an ultrasonic flaw detection method for performing flaw detection from the inside of a tube, and is an interpolated ultrasonic flaw detection sensor that oscillates ultrasonic waves so as to form a line feature at a focal position. And oscillating the ultrasonic wave so that the line focus is along the circumferential direction of the tube on the inner peripheral surface of the tube.
これらの発明によれば、当該内挿型超音波探傷センサーの発振する超音波の焦点が、管の内周面において当該管の周方向に沿った線焦点となることにより、管の軸方向の縦断面に沿って進む超音波が管の外周面で収束する(図5(A)参照)と共に、管の軸と直交する方向の横断面に沿って進む超音波が前記外周面で収束する(図5(B)参照)ため、超音波振動子が十分な反射エコーを受信することができる。これにより、当該内挿型超音波探傷センサーによれば、高いS/Nが得られる。 According to these inventions, the focal point of the ultrasonic wave oscillated by the interpolated ultrasonic flaw detection sensor becomes a line focal point along the circumferential direction of the tube on the inner peripheral surface of the tube, so that the axial direction of the tube The ultrasonic wave traveling along the longitudinal section converges on the outer peripheral surface of the tube (see FIG. 5A), and the ultrasonic wave traveling along the transverse section in the direction perpendicular to the axis of the tube converges on the outer circumferential surface ( Therefore, the ultrasonic transducer can receive a sufficient reflected echo. Thereby, according to the said insertion type | mold ultrasonic flaw detection sensor, high S / N is obtained.
具体的には、前記振動面は、管軸に沿った前記管の縦断面内において前記超音波の発振方向と反対側に窪むように湾曲し且つ最も窪んだ部位が前記周方向に沿って延びるような形状を有する。 Specifically, the vibration surface is curved so as to be recessed on the opposite side of the ultrasonic oscillation direction in the longitudinal section of the tube along the tube axis, and the most recessed portion extends along the circumferential direction. Have a different shape.
以上より、本発明によれば、管の内側から探傷する場合に高いS/Nが得られる内挿型超音波探傷センサー、及びこれを用いた超音波探傷方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide an insertion type ultrasonic flaw detection sensor that can obtain a high S / N when flaw detection is performed from the inside of a tube, and an ultrasonic flaw detection method using the same.
以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。まず、図1に基づいて、内挿型超音波探傷センサー(以下、単に「探傷センサー」とも称する。)10を備える探傷装置1の概要を説明した後、探傷センサー10について説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, based on FIG. 1, an outline of a
探傷装置1は、超音波探傷器2と、探傷センサー10と、探傷ケーブル(以下、単に「ケーブル」とも称する。)3と、探傷センサー10を管内に送り込むための送り込み部4とを備える。
The
超音波探傷器2は、探傷センサー10に発振信号を出力すると共に探傷センサー10からの受信信号を受信し、この受信信号を解析して検査対象物のキズ(材料キズ)を検出する探傷器本体5と、この探傷器本体5での探傷結果を記録する記録部6とを備える。本実施形態では、記録部6としてPCが用いられる。
The
ケーブル3は、探傷センサー10と探傷器本体5とを接続し、探傷器本体5からの発振信号を探傷センサー10に送信すると共に、探傷センサー10からの受信信号を探傷器本体5に送信する。本実施形態のケーブル3は、検査対象物である管80の長さが例えば90mであるため、それ以上の長さを有する。
The cable 3 connects the
送り込み部4は、送水ポンプ7と、検査対象物である管80の内部に送水ポンプ7から供給された水を探傷ケーブル3と共に送り込む水噴流ノズル部8とを有する。
The feeding section 4 includes a
次に、探傷センサー10について説明する。
Next, the
探傷センサー10は、探触部20と、探触部20の両側に配置される一対のコイルバネ12、12と、先端案内部14と、複数(本実施形態では4個)の調芯部30と、複数のカバー部材50と、を備える。
The
探触部20は、図2〜図4にも示されるように、複数(本実施形態では8個)の超音波振動子22と、これら超音波振動子22を保持するセンサー本体24と、を備える。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
超音波振動子22は、振動面23を有し、入力された発振信号に基づいて振動面23を振動させることにより超音波を発振すると共に、前記振動面23によって超音波を受信したときの当該振動面23の振動を受信信号に変換して出力する。
The
この超音波振動子22は、15MHzの超音波を発振するが、この周波数に限定されず、5MHz〜20MHzの超音波を発振できればよい。
The
振動面23は、焦点位置においてラインフォーカス(線焦点)となるように超音波を発振可能な形状を有する。具体的に、振動面23は、略円筒状のセンサー本体24の軸方向に沿った中央縦断面において超音波の発振方向と反対側に窪み、且つ最も窪んだ部位が前記中央縦断面に直交する方向に(若しくはセンサー本体24の周方向に沿って)延びるように湾曲している。詳しくは、振動面23は、前記中央縦断面では円弧状に湾曲し(図4参照)、センサー本体24の横断面では直線状となっている(図3(A)及び図3(B)参照)。即ち、振動面23は、前記中央縦断面と平行な各断面においてそれぞれ同じ曲率の円弧形状を有する。この振動面23の前記中央縦断面に沿った湾曲形状(曲率等)は、検体対象物である管80の内周面86の曲率や当該振動面23から管80の内周面86までの距離によって決定される。
The
センサー本体24は、超音波振動子22が内部に配置される略円筒状の部材であり、周面に複数(本実施形態では8個)の穴26が設けられている。センサー本体24は、当該センサー本体24内における各穴26に対応する位置に超音波振動子22を保持する。また、センサー本体24は、振動面23から発振された超音波のラインフォーカスが管80の内周面86において当該管の周方向に沿うように各超音波振動子22を保持する。具体的に、センサー本体24は、振動面23の最も窪んだ部位が延びる方向が当該センサー本体24の周方向に沿うように超音波振動子22を保持する。このとき、超音波振動子22は、センサー本体24の穴26内に取り付けられてもよく、センサー本体24の内部であって穴26と対応する位置に(振動面23が外部に露出するように)取り付けられてもよい。これにより、各超音波振動子22の振動面23から発振された超音波が管壁(管80)に向かうと共に管壁から戻ってきた前記超音波(反射エコー)が各超音波振動子22の振動面23に到達する。
The
各穴26は、センサー本体24の軸方向の複数の位置(本実施形態では、2箇所)において、周方向に等間隔に並んでいる。また、センサー本体24の軸方向において隣り合う前記周方向の穴26の列同士においては、隣り合う穴26、26同士が周方向にずれている。これにより、探傷センサー10を管軸方向に移動させれば、管壁を全周に亘って探傷することが可能となる。尚、前記周方向の穴26の列は1列であってもよい。また、センサー本体24に超音波振動子22が1つだけ設けられてもよい。
The
一対のコイルバネ12、12は、探触部20から両側にそれぞれ延びる。具体的に、各コイルバネ12は、センサー本体24の軸方向の両端部から前記軸方向にそれぞれ延びるように配置される。このコイルバネ12は、管80の直管部82(図1参照)内において当該コイルバネ12を介して探触部20を押し進めるときに、当該コイルバネ12が途中で屈曲若しくは湾曲しない程度のバネ定数を有する。
The pair of
探傷センサー10の基部側(図1の右側)のコイルバネ12の内部には、探触部20の各超音波振動子22から延びる電線(図示省略)が配置されており、探傷センサー10とケーブル3とが接続されるときに、この電線とケーブル3とが電気的に接続される。これにより、探傷器本体5と各超音波振動子22との間での信号の送受信が可能となる。
Inside the
先端案内部14は、球状の部材である。この先端案内部14は、探傷センサー10の先頭位置に設けられ、管80の湾曲部84等において当該先端案内部14が管内周面86と摺接しつつ管80内を進むことにより、探傷センサー10が管80の曲がり等に沿って進み易くなる。
The
各調芯部30は、探傷センサー10が管80に挿入されたときに、管80内の径方向の中心に探触部20を位置させるためのものであり、板状の調芯部本体32を備える。
Each
調芯部本体32は、コイルバネ12の中心線C方向(図2参照)と直交する方向に拡がる板状部材であり、その先端に当接面32aを有する。そして、調芯部本体32は、探傷センサー10が管80に挿入されたときに当接面32aを管内周面86に当接させる(図1参照)ことにより、管80内の径方向の中心に探触部20を位置させる。即ち、探傷センサー10が管内に位置するときに、管80の内周面86から探触部20の超音波振動子22(振動面23)までの距離が略一定に維持される。この調芯部本体32は、例えば、ナイロンやポリプロピレン、ゴム等の樹脂によって形成される。
The alignment part
各カバー部材50は、コイルバネ12が管内周面86と接触するのを防ぐための部材であり、コイルバネ12がその中心部を貫通する球状の部材である。カバー部材50は、ポリテトラフルオロチレンで形成されているが、これに限定されず、ナイロンやポリプロピレン等の樹脂で形成されていればよい。
Each
このカバー部材50は、コイルバネ12の中心線C方向における調芯部30が配置されていない部位全体に配置される。即ち、探傷センサー10において、コイルバネ12は、複数の調芯部30と複数のカバー部材50とによって覆われている。
The
以上のような探傷センサー10を備えた探傷装置1によれば、以下のようにして管80の探傷を行う。
According to the
検査対象物である管80の一端部から探傷センサー10が挿入される。本実施形態における検査対象物は、例えば、全長が90m、管内径が28mm、湾曲部の曲率半径が57mm、湾曲部が7箇所設けられた管(例えば、鋼管やステンレス管等)80である(図1参照)。
The
次に、送り込み部4によって水を管80内に注水し、その水圧を利用して探傷センサー10を管80内で押し進める(移動させる)。このとき、調芯部本体32の当接面32aが管内周面86と当接することによって探触部20が管80の径方向の中心位置に支持された状態となり、この状態で探傷センサー10が管80内を移動する。これにより、管80の内周面86から探触部20の超音波振動子22(詳しくは、振動面23)までの距離は、探傷センサー10が管80内を移動しても一定(若しくは略一定)に維持される。
Next, water is poured into the
このように管80内を探傷センサー10が移動しつつ、探触部20が超音波の発受信を行うことにより、管80の各部位の探傷が行われる。具体的には、超音波探傷器2(詳しくは、探傷器本体5)からの発振信号に基づいて、探触部20の各超音波振動子22の振動面23がそれぞれ振動することにより管壁に向けて超音波を発振する。
As described above, the
この振動面23の振動によって発振された超音波は、その焦点が管80の内周面86において当該管80の周方向に沿ったラインフォーカスとなっているため、管80の軸方向の縦断面に沿って進む超音波が管80の外周面87で収束する(図5(A)参照)と共に、管80の軸と直交する方向の横断面に沿って進む超音波が外周面87で収束する(図5(B)参照)。これは、内周面が湾曲していることに起因する。そして、各超音波振動子22がこの外周面87で反射されて戻ってきた前記超音波をそれぞれ受信する。これにより、従来のフラットな振動面を有する超音波振動子やポイントフォーカス型の超音波振動子を用いた場合のように反射エコーが拡散する(図10及び図11参照)ことがなく、超音波振動子22が十分な反射エコーを受信することができる。その結果、当該探傷センサー10によれば、高いS/Nが得られる。
The ultrasonic wave oscillated by the vibration of the
反射エコーを受信した各超音波振動子22は、これらを受信信号に変換して超音波探傷器2(探傷器本体5)に出力する。そして、探傷器本体5は、この受信信号を解析して管80の管壁に生じる割れや減肉等のキズの検出を行い、その結果を記録部6に出力する。記録部6は、これを記録すると共に検出結果を表示する。
Each
上記実施形態の探傷センサー10によれば、探傷の際に、高いS/Nが得られる。そのため、管80の長さが大きくても(例えば100m以上であっても)、即ち、探傷センサー10と超音波探傷器2とを接続するケーブル3が長くても、S/Nが高いことから精度よく探傷することが可能となる。特に、ケーブル3の長さが40m程度を超える場合に、フラットな振動面を有する超音波振動子やポイントフォーカス型超音波振動子を備えた探傷センサーに比べて、高いS/Nが得られる効果が顕著となる。また、内径が60mm以下の内周面の曲率が大きな管80の探傷を行う場合にも、フラットな振動面を有する超音波振動子やポイントフォーカス型超音波振動子を備えた探傷センサーに比べて、高いS/Nが得られる効果が顕著となる。
According to the
上記実施形態の探傷センサー10の有効性を確認するために、上記実施形態の探傷センサー10と、フラットな振動面の超音波振動子を備えた探傷センサー(フラット型探傷センサー)と、ポイントフォーカス型の超音波振動子を備えた探傷センサー(ポイントフォーカス型探傷センサー)と、を用いて管80の探傷を行い、探傷結果における管80の内周面86から戻ってくる表面エコー高さと外周面87から戻ってくる底面エコー高さとを観察した。このとき用いられた管80は、上記実施形態同様、内径が38mm、肉厚が6.5mmである。
In order to confirm the effectiveness of the
探傷結果を図6〜図7(B)に示す。図6は、上記実施形態の探傷センサー10によって検出した反射エコーの強度を示す図である。図7(A)は、フラット型探傷センサーによって検出した反射エコーの強度を示す図である。図7(B)は、ポイントフォーカス型探傷センサーによって検出した反射エコーの強度を示す図である。
The flaw detection results are shown in FIGS. FIG. 6 is a diagram showing the intensity of the reflected echo detected by the
これらの図から、上記実施形態の探傷センサー10によれば、フラット型探傷センサーやポイントフォーカス型探傷センサーを用いて探傷した場合に比べて、底面エコー高さ(底面エコーの受信強度)が約3倍(約10dB)高く得られることが分かる。これにより、上記実施形態の探傷センサー10を用いることによって、フラット型探傷センサーやポイントフォーカス型探傷センサーを用いて探傷した場合に比べて、高いS/Nでの探傷が可能であることが裏づけられた。
From these figures, according to the
尚、本発明の探傷センサー、及びこれを用いた超音波探傷方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 In addition, the flaw detection sensor of the present invention and the ultrasonic flaw detection method using the same are not limited to the above-described embodiments, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention. .
例えば、上記実施形態では、振動面23は連続する滑らかな湾曲面であるが、図8(A)及び図8(B)に示されるように、振動面230は、管軸方向の縦断面において複数の平面を組み合わせた形状であってもよい。即ち、振動面は、発振した超音波が焦点位置でラインフォーカス(線焦点)となればよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態の探傷センサー10では、探触部20が一つであるが、複数設けられてもよい。
Moreover, in the
10 内挿型超音波探傷センサー
20 探触部
22 超音波振動子
23 振動面
24 センサー本体
80 管
86 内周面
87 外周面
DESCRIPTION OF
Claims (3)
焦点位置においてラインフォーカスとなるように超音波を発振可能な形状の振動面を有する超音波振動子と、
前記管内を管軸に沿って移動可能なセンサー本体と、を備え、
前記センサー本体は、前記管の内周面において前記ラインフォーカスが当該管の周方向に沿うように前記超音波振動子を保持する内挿型超音波探傷センサー。 An interpolated ultrasonic flaw detection sensor that performs flaw detection from the inside of a tube,
An ultrasonic transducer having a vibrating surface with a shape capable of oscillating ultrasonic waves so as to be line focus at the focal position;
A sensor body movable along the tube axis in the tube,
The sensor main body is an insertion type ultrasonic flaw detection sensor that holds the ultrasonic transducer so that the line focus is along the circumferential direction of the tube on the inner peripheral surface of the tube.
焦点位置においてラインフィーカスとなるように超音波を発振する内挿型超音波探傷センサーから、前記ラインフォーカスが前記管の内周面において当該管の周方向に沿うように前記超音波を発振させる工程を備えた超音波探傷方法。 An ultrasonic flaw detection method that performs flaw detection from the inside of a tube,
The ultrasonic wave is oscillated so that the line focus is along the circumferential direction of the tube on the inner peripheral surface of the tube from the interpolated ultrasonic flaw detection sensor that oscillates the ultrasonic wave so as to be a line feature at the focal position. An ultrasonic flaw detection method comprising a process.
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