JP2013124891A - 超音波探傷検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管等、被検査壁の内側面に発生した孔食部の有無を、外部から短時間で効率良く検査可能な超音波探傷検査装置を実現する。
【解決手段】基台１２の対向面１２ａは、被検査管１の外周面と等間隔となるように、被検査管１の外周面とほほ同一の曲率半径をもつ半円形の円弧形状に形成されている。対向面１２ａに設けられた凹部２８に複数の探傷子３０が、凹部２８の軸方向に移動可能に挿入されている。基台１２の左右端面には磁石付きの車輪１６，２０及び該車輪を駆動する駆動モータ２３が設けられている。探傷子３０の先端には耐摩耗性キャップ３６が着脱可能に装着され、探傷子３０はコイルバネ３８のバネ力が付勢され、被検査管１に押圧されている。探傷子３０から超音波ｕを被検査管１に向けて発振させながら、基台１２を被検査管１の軸方向に移動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、火力プラントにおけるボイラの伝熱管、火炉壁、煙突、タンク類（石油タンクなど）等の隔壁の検査に適用可能な超音波探傷検査装置に関する。

従来から、非破壊検査により被検査部位の欠陥を検出するために、超音波探傷検査装置が用いられている。例えば、火力プラントの熱交換器に設けられたボイラチューブ等の配管は、内部に高温高圧の蒸気を通すので、管体の傷や割れ、減肉等を検査する必要がある。超音波探傷検査装置は、被検査部位に超音波を照射し、被検査部位から反射又は回析したエコー波を受信し、受信したエコー信号を分析することで、被検査部位の傷の有無や減肉状態を検査するものである。

水平方向に配置された被検査管においては、結露水が被検査管の下側面に溜まり、この結露水に硫黄分等の腐食性物質が溶け込むので、主として被検査管の下側面に孔食が発生する。図８（Ａ）に示すように、従来、かかる孔食の検査は、１個の探傷子１００を用い、オペレータが被検査管１の外周面に探傷子１００を手で当て、探傷子１００を移動させながら、探傷子１００から超音波を発振し、そのエコー波を受信し、分析することで、孔食部ｃの有無を検査していた。そのため、非効率であり、検査に時間を要していた。

先に、本出願人は、被検査管の内部に探傷子を挿入し、探傷子を水流圧で移動させ、被検査管の内部から管壁の傷や減肉状態を検査する管内挿入式超音波探傷検査装置を提案している（特許文献１及び特許文献２）。この検査装置は、探傷子への電源供給や信号の送受のためのケーブルを不要とし、これによって、探傷子のハンドリングを容易にでき、検査効率を向上できる。

特開２００９−２２９４５１号公報 特開２０１１−７５３８４号公報

しかし、図８（Ｂ）に示すように、被検査管１の内部に挿入された探傷子１０２から超音波ｕを照射すると、孔食部ｅでエコー波ｅが散乱し、探傷子１０２が受信するエコー波ｅの減衰が起こる。そのため、被検査管１の肉厚測定が正確にできないという問題がある。従って、孔食部ｃの検査は、被検査管の外部からの非効率な手動による検査に頼らざるを得ない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、配管、タンク等、被検査壁の内側面に発生した孔食部の有無を、外部から短時間で効率良く検査可能な超音波探傷検査装置を実現することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の超音波探傷検査装置は、被検査壁の壁面に配置され、被検査壁に対し対向して配置される基台と、基台に装着され、基台を被検査壁上で移動可能にし、かつ磁気力を有して基台を被検査壁に吸着させる車輪と、基台の移動方向と交差する方向で異なる位置となるように基台に装着され、被検査壁に向かって超音波を発振し、かつエコー波を受信する複数の超音波発振受信部と、車輪の走行距離を計測する計測装置とを備えている。

そのため、磁気力付き車輪で、超音波発振受信部を搭載する基台を被検査壁に容易に装着できると共に、任意の被検査領域への移動が容易である。また、車輪の走行距離を計測する計測装置を備えているので、基台の位置を計測でき、検査結果に対応した基台の位置を特定できる。また、複数の超音波発振受信部を基台の移動方向に対して交差した方向へずらして配置しているため、被検査壁の広い領域を一度の移動で検査でき、検査効率を向上できる。

また、複数の超音波発振受信部は、基台の移動方向及び移動方向と交差する方向に複数列に配置され、かつすべての超音波発振受信部が基台の移動方向と交差する方向にずらした位置に配置されている。これによって、複数の超音波発振受信部を基台に四角形状にコンパクトに配置でき、基台をコンパクト化できる。また、基台を移動させるだけで、基台の移動方向と交差する方向の広い領域を一度の移動で検査でき、検査効率を向上できる。

本発明において、超音波発振受信部はバネ部材を介して基台に装着され、バネ部材のバネ力で被検査壁の外面に押圧されているとよい。これによって、超音波発振受信部を常に被検査壁に密着させることができるので、検査精度を向上できる。この場合、超音波発振受信部の先端に耐摩耗性の材質からなるキャップが着脱可能に装着されているとよい。これによって、超音波発振受信部が直接被検査壁に接触せずに済むので、超音波発振受信部の摩耗を防止でき、超音波発振受信部の性能を長期に持続できる。また、耐摩耗性のキャップが摩耗したら、新しいものと交換すればよい。

また、基台に車輪を駆動する駆動モータを取り付け、自走式とすれば、作業員が逐一検査装置を移動させる必要がなくなると共に、検査を自動化できる。

本発明において、基台は、複数の超音波発振受信部にパルス信号を送出し、超音波発振受信部からエコー信号を受信するパルス発生受信部と、パルス発生受信部で受信したエコー信号を記憶する記憶部と、パルス発生受信部におけるパルス信号の送出タイミング及び記憶部へのエコー信号の書き込みを制御する制御部と、パルス発生受信部に電力を供給する電力供給部とを備えているとよい。これによって、基台と外部処理装置との間に、電源供給や信号送受のためのケーブルが不要となり、基台の走行性及びハンドリングが容易になる。

本発明において、被検査壁が円筒形の断面を有する配管であり、基台が半円筒形に構成され、基台は配管の外周面に外周面の半周領域を覆うように装着されるものであるとよい。これによって、基台を配管の外周面に装着し、基台を配管の軸方向に走行させることで、配管の半周領域を一度に検査できる。

本発明によれば、基台を被検査壁に磁石により吸着させ、その状態で基台を走行させるだけで、広い領域を一度の移動で検査でき、検査効率を向上できる。また、基台の走行距離から基台の位置を特定し、検査位置と検査結果とをリンクさせた検査情報を得ることができる。また、複数の超音波発振受信部は、基台の移動方向及び移動方向と交差する方向に複数列に配置され、かつすべての超音波発振受信部が基台の移動方向と交差する方向にずらした位置に配置されているので、複数の超音波発振受信部を基台に四角形状にコンパクトに配置でき、基台をコンパクト化できる。

本発明装置の一実施形態の全体構成を示す断面図（図２中のＤ―Ｄ断面図）である。 図１中のＡ矢視図である。 図１中のＢ―Ｂ断面図である。 図１中のＣ部拡大図である。 前記実施形態の基台を内周側から見た展開図である。 図１中のＡ方向から視た超音波発振受信部の配置図である。 前記実施形態のエコー信号処理手段のブロック線図である。 （Ａ）は従来の手動による超音波探傷検査方法を示し、（Ｂ）は管内挿入式超音波探傷検査装置による検査方法を示す説明図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。

本発明を火力プラントにおけるボイラの伝熱管の検査に適用した一実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る超音波探傷検査装置１０の全体構成を示す。図１〜図３において、本実施形態の被検査管１は水平方向に配置されているものとする。超音波探傷検査装置１０は、上下面が四角形状をなす扁平な基台１２を備えている。被検査管１の外周面に対向して配置される基台１２の対向面１２ａは、その全域が被検査管１の外周面と等間隔となるように、被検査管１の外周面とほほ同一の曲率半径をもつ半円形の円弧形状に形成されている。

基台１２の相対する端面１２ｂ及び１２ｃには、夫々２個ずつブラケット１４及び１８が取り付けられ、これらブラケットに夫々車輪１６及び２０が回動可能に支持されている。即ち、基台１２には前後２個ずつ合計４個の車輪が設けられている。車輪１６，２０の中央側領域は磁石２２で構成され、鋼製の被検査管１の外周面に超音波探傷検査装置１０を当てたとき、超音波探傷検査装置１０は磁石２２の磁力によって被検査管１に吸着可能なっている。

端面１２ｃに駆動モータ２３が装着され、駆動モータ２３の出力軸は一方の車輪２０の回転軸に接続されている。端面１２ｂの中央にはブラケット２４及びエンコーダ記憶装置２５が設けられ、ブラケット２４には車輪状部材２６が回動可能に装着されている。超音波探傷検査装置１０が被検査管１の外周面上を走行するとき、車輪状部材２６が被検査管１の外周面に接して回転する。エンコーダ記憶装置２５で車輪状部材２６の回転速度から距離を算出し、その算出結果を後述する記憶部４６に記憶させる。これによって、超音波探傷検査装置１０の測定位置特定できる。

基台１２には、被検査管１の外周面に対向する面に開口する２０個の円筒形状の凹部２８が分散して設けられている。図４に示すように、円筒形状の探傷子３０はスリーブ３４と一体に密嵌され、凹部２８に凹部２８の軸方向に摺動可能に挿入されている。スリーブ３４の外側にはスリーブ３２が配設されている。探傷子３０の先端には、円筒形状を有し耐摩耗性をもつアクリル製キャップ３６が嵌合固定されている。スリーブ３２とスリーブ３４との間にコイルバネ３８が介装されている。スリーブ３４の端面３４ａがキャップ３６の端面に当接しており、コイルバネ３８のバネ力はスリーブ３４を介してキャップ３６に伝達される。そのため、超音波探傷検査装置１０が被検査管１の外周面に吸引されたとき、キャップ３６はコイルバネ３８のバネ力で被検査管１の外周面に押圧される。

図５は、基台１２を内周側から見た展開図である。図５に示すように、超音波探傷検査装置１０が被検査管１の外周面に吸引されたとき、探傷子３０は、被検査管１の軸方向（矢印ａ方向）に４列に配置され、被検査管１の軸方向と直角な周方向（矢印ｂ方向）に５列に配置されている。さらに、被検査管１の軸方向に４列に配置された探傷子３０は、列毎に少しずつ周方向にずれて配置されている。そのため、図６に示すように、被検査管１の軸方向から視たとき、各探傷子３０は、互いに周方向に異なる位置に等間隔に配置されている。探傷子３０間の間隔は、各探傷子３０から発振する超音波ｕが重なりながら発振されるように設定されている。そして、各探傷子３０から発振される超音波ｕは被検査管１の中心Ｏに向かうように配置されている。

前述のように、被検査管１のように水平方向に配置された伝熱管は、伝熱管の内部で結露水が下側面に溜まり、この結露水に硫黄分等の腐食性物質が溶け込むので、主として下側面に孔食が発生する。そのため、主として被検査管１の下側壁を検査する。即ち、図示のように、超音波探傷検査装置１０を被検査管１の下側外周面に当て、磁石２２の吸引力で超音波探傷検査装置１０を被検査管１の下側外周面に吸着させる。そして、駆動モータ２３を稼働し、超音波探傷検査装置１０を被検査管１の軸方向へ走行させ、走行させながら各探傷子３０から超音波を発振させる。こうして、被検査管１の下側壁の減肉状態を検査し、孔食の有無を検査する。

次に、超音波探傷検査手段の構成を図７により説明する。センサー部４０は、探傷子３０に内蔵され、振動子を備え、この振動子によって超音波を発振すると共に、エコー波を受信する。パルス発生受信部４２は、センサー部４０に対しパルス波形の電圧を印加してパルス状の超音波を発振させると共に、センサー部４０で受信したエコー波によってセンサー部４０が発信したエコー信号を受信する。パルス発生受信部４２で受信したエコー信号は、Ａ／Ｄ変換部４４でデジタル信号に変換され、記憶部４６に記憶される。

パルス発生受信部４２で行うパルス信号の送出タイミングの制御及び記憶部４６への受信したエコー信号の書き込みの制御は、制御部４８で行う。制御部４８は、さらにＡ／Ｄ変換部４４によるアナログ／デジタル変換等の制御を行ってもよい。制御部４８は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）回路を備えている。ＦＰＧＡ回路は、多数の論理回路を一つの半導体チップに集約し、アレイ状にした集積回路であり、複数の制御を同時に行うことができる。

電源供給部５０は、昇圧回路５２とバッテリー５４とを備えている。昇圧回路５２はパルス発生受信部４２、Ａ／Ｄ変換部４４及び記憶部４６にバッテリー５４の電力を分配する。前記各機器を探傷子３０及び基台１２に内蔵させたことで、基台１２と後述する管外機器６０との間で、電源供給や信号送受のためのケーブルを備える必要がなくなり、ケーブルレス化できる。

かかる構成において、パルス発生受信部４２は、各センサー部４０に対し時分割でパルス信号を送出する。各センサー部４０の振動子は被検査管１の管壁に超音波ｕを発振し、管壁で反射又は回析したエコー波を各センサー部４０の振動子で受信する。各振動子で受信したエコー信号は、パルス発生受信部４２で順番に受信され増幅される。増幅されたエコー信号はＡ／Ｄ変換部４４でデジタル信号に変換され、対応するセンサー部４０の情報と共に、記憶部４６に記憶される。

超音波検査が終了した後、記憶部４６に蓄積されたデータは管外機器６０に移される。管外機器６０は、インターフェイス装置６２と外部処理装置６４とからなる。インターフェイス装置６２は、記憶部４６に記憶されたデータを回収し、回収したデータを外部処理装置６４に送る。記憶部４６からのデータ回収は、有線又は無線により行われる。具体的には、超音波探傷検査装置１０が記憶部４６に対してデータ通信可能に接続されたコネクタを有している。インターフェイス装置６２にこのコネクタが接続され、記憶部４６にデータを回収する。

外部処理装置６４は、記憶部６６、出力部６８、信号処理部７０及びノイズ処理部７２を備えている。外部処理装置６４は、中央処理装置（ＣＰＵ），読み出し専用メモリ（ＲＯＭ），ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ），入出力インターフェイス（Ｉ／Ｏ）及び表示画面等を有するマイクロコンピュータで構成される。前記各部はこれらにより実行される機能を示したものである。

記憶部６４は、探傷子３０内の記憶部４６から回収したデータを記憶する。さらに、信号処理部７０やノイズ処理部７２で演算された結果を記憶してもよい。出力部６８は、探傷子３０内の記憶部４６からインターフェイス装置６２を介して回収したデータに基づいて、信号処理部７０で演算処理されて得られた被検査管１の管壁の肉厚分布を画像出力する。信号処理部７０は、記憶部６６に記憶されたデータをもとに各種演算処理を行い、被検査管１の管壁の肉厚分布を演算する。

例えば、信号処理部７０では、被検査管１の外面及び内面で反射したエコー波の受信時間の時間差を算出し、被検査管１の管壁の肉厚に換算する。換算した肉厚は、車輪状部材２６で計測した被検査管１の軸方向位置に対応させて出力部６８に出力する。また、管壁の周方向に配置された複数のセンサー部４０に対応して計測された、管壁の周方向の複数点における肉厚の最小値（減肉最大値）を選択し、この最小値を被検査管１の軸方向位置に関連付けて出力部６８に出力する。ノイズ処理部７２は受信したエコー信号からノイズを除去する。

本実施形態によれば、基台１２を被検査管１に磁石２２により吸着させ、その状態で基台１２を被検査管１の軸方向へ走行させるだけで、被検査管１の下側半周領域を一度に検査でき、検査効率を向上できる。また、車輪状部材２６及びエンコーダ記憶装置２５により、基台１２の走行距離から基台１２の位置を特定し、検査位置と検査結果とをリンクさせた検査情報を得ることができる。

また、探傷子３０はコイルバネ３８のバネ力で被検査管１の外周面に押圧されているので、探傷子３０を被検査管１の外周面に常に密着させた状態に保持できる。これによって、検査精度を向上できる。また、探傷子３０の先端に耐摩耗性のキャップ３６が着脱可能に装着されているので、探傷子３０が直接被検査管１に接触せずに済む。そのため、探傷子３０の摩耗を防止でき、超音波探傷検査装置１０の性能を長期に持続できる。また、キャップ３６が摩耗したら、新しいものと交換すればよい。

また、複数の探傷子３０は、基台１２の移動方向（被検査管１の軸方向）及び移動方向と直角方向（被検査管１の周方向）に複数列に配置されているので、探傷子３０を基台１２に四角形状にコンパクトに配置できる。そのため、基台１２をコンパクト化できる。また、すべての探傷子３０は被検査管１の周方向に少しずつ等間隔にずらした位置に配置され、かつ各探傷子３０から発振する超音波ｕが重なりながら発振されるように配置されているので、基台１２を一度移動させるだけで、被検査管１の半周領域を検査でき、検査効率を向上できる。

さらに、基台１２は、センサー部４０、パルス発生受信部４２、Ａ／Ｄ変換部４４、記憶部４６、制御部４８及び電源供給部５０を内蔵しているので、管外機器６０との間で電源供給や信号送受のためのケーブルが不要である。そのため、基台１２の走行性及びハンドリングが容易になる。

なお、前記実施形態において、キャップ３６を探傷子３０に対して、相対移動可能に遊嵌させ、キャップ３６のみにコイルバネ３８のバネ力を付与し、これによって、キャップ３６を被検査管１の外周面に押圧するようにしてもよい。

本発明によれば、配管、タンク等、被検査壁の内側面に発生した孔食部の有無を、外部から短時間で効率良く検査可能な超音波探傷検査装置を実現できる。

１０ 超音波探傷検査装置
１２ 基台
１４，１８，２４ ブラケット
１６，２０ 車輪
２２ 磁石
２３ 駆動モータ
２５ エンコーダ記憶装置
２６ 車輪状部材
２８ 凹部
３０ 探傷子
３２，３４ スリーブ
３６ キャップ
３８ コイルバネ
４０ センサー部
４２ パルス発生受信部
４４，６６ Ａ／Ｄ変換部
４６ 記憶部
４８ 制御部
５０ 電源供給部
５２ 昇圧回路
５４ バッテリー
６０ 管外機器
６２ インターフェイス装置
６４ 外部処理装置
６８ 出力部
７０ 信号処理部
７２ ノイズ処理部
ｃ 孔食部
ｅ エコー波
ｕ 超音波

Claims (6)

1. 被検査壁の壁面に配置され、被検査壁に対し対向して配置される基台と、
   前記基台に装着され、該基台を被検査壁上で移動可能にし、かつ磁気力を有して該基台を被検査壁に吸着させる車輪と、
   前記基台の移動方向及び該移動方向と交差する方向に複数列に配置され、かつ夫々が該移動方向と交差する方向にずらした位置に配置され、被検査壁に向かって超音波を発振し、かつエコー波を受信する複数の超音波発振受信部と、
   該車輪の走行距離を計測する計測装置とを備えていることを特徴とする超音波探傷検査装置。
2. 前記超音波発振受信部はバネ部材を介して前記基台に装着され、該バネ部材のバネ力で被検査壁の外面に押圧されていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷検査装置。
3. 前記超音波発振受信部の先端に耐摩耗性の材質からなるキャップが着脱可能に装着されていることを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷検査装置。
4. 前記基台に前記車輪を駆動する駆動モータを備え、自走式であることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷検査装置。
5. 前記基台は、
   前記複数の超音波発振受信部にパルス信号を送出し、該超音波発振受信部からエコー信号を受信するパルス発生受信部と、
   該パルス発生受信部で受信したエコー信号を記憶する記憶部と、
   該パルス発生受信部における前記パルス信号の送出タイミング及び該記憶部への前記エコー信号の書き込みを制御する制御部と、
   該パルス発生受信部に電力を供給する電力供給部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷検査装置。
6. 前記被検査壁が円筒形の断面を有する配管であり、前記基台が半円筒形に構成され、基台は該配管の外周面に該外周面の半周領域を覆うように装着されるものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷検査装置。

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