JP2014106130A - 超音波検査方法及び超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波検査が困難な箇所、部位においても、精度よく且つ効率よく欠陥等を検出することの可能な超音波検査方法及び超音波検査装置を提供すること。
【解決手段】 超音波は、横波である。予め、健全試験体において、フェーズドアレイ探触子２を健全溶接部の片側に配置し、任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して健全部データを作成すると共に反射信号の最大値を規準値として求めておく。被検査体１００において、フェーズドアレイ探触子２を溶接部１０１の片側に配置すると共に任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して検査部データを作成する。検査部データを規準値で除算して信号強度比を求める。信号強度比が所定値以上である場合に欠陥と判定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。さらに詳しくは、被検査体の検査対象部にフェーズドアレイ探触子から超音波を送信すると共に前記検査対象部で反射した前記超音波の反射波を受信し、受信した反射波の反射信号により前記検査対象部の欠陥を検出する超音波検査方法及び超音波検査装置に関する。

従来から、被検査体の検査対象部としての溶接部の検査方法として、超音波探傷が行われている。係る場合、例えば、図１７に示す如き波形Ｅを検出して、反射源の位置解析から波形Ｅに表れたエコーｅ１が欠陥（きず）に起因する信号か否かを判断する。しかし、振幅での評価では、波形Ｅに表れたエコーｅ１が、溶接部形状等による正常な反射信号であるか欠陥からの反射信号であるかの判別が困難であった。さらに、ニッケル含有やアルミニウム合金等の被検査体の材質によって、欠陥の検出精度が低下するという問題があった。

他方、超音波探傷の一手法として、例えば特許文献１，２に示す如きフェーズドアレイ法による検査方法も知られている。しかし、これら文献において、溶接部の態様や材質についての上記問題は何ら示されていない。

特開２００４−１９１１１１号公報 特開２００１−３４３３７０号公報

かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、超音波検査が困難な箇所、部位においても、精度よく且つ効率よく欠陥等を検出することの可能な超音波検査方法及び超音波検査装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る超音波検査方法の特徴は、被検査体の検査対象部にフェーズドアレイ探触子から超音波を送信すると共に前記検査対象部で反射した前記超音波の反射波を受信し、受信した反射波の反射信号により前記検査対象部の欠陥を検出する方法において、前記被検査体は、超音波の高減衰材料よりなる母材を有する液化天然ガスを貯蔵するタンクであり、前記検査対象部は、前記母材を超音波の高減衰材料よりなる溶接金属により溶接した溶接部であり、前記超音波は、横波であり、予め、健全試験体において、前記フェーズドアレイ探触子を健全溶接部の片側に配置し、任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して健全部データを作成すると共に前記反射信号の最大値を規準値として求めておき、前記被検査体において、前記フェーズドアレイ探触子を前記溶接部の片側に配置すると共に任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して検査部データを作成し、前記検査部データを前記規準値で除算して信号強度比を求め、前記信号強度比が所定値以上である場合に前記欠陥と判定することにある。

上記構成によれば、検査対象となる被検査体の検査対象部は、超音波の高減衰材料よりなる母材を超音波の高減衰材料よりなる溶接金属で溶接した液化天然ガスを貯蔵するタンクの溶接部であり、超音波の減衰が大きい部位である。本発明は、このような検査対象部に対し横波を使用する。発明者らの実験によれば、ステンレス鋼溶接部等の溶接部検査で従来用いられる縦波ではなく、横波を用いることで、後述の信号強度比において、より高精度に欠陥を検出できることを見出した。そして、フェーズドアレイ探触子により任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信するので、横波を任意の点に集中させて送信することで、超音波の減衰や音の曲がりを抑制し、検出精度を向上させることができる。また、その集束させた横波を屈折角を異ならせて複数送信させるので、１度の走査で広範囲を検査することができる。しかも、検査対象部と同等で且つ欠陥の存在しない健全試験体での健全部データを予め作成すると共に健全試験体における反射信号の最大値を規準値として求めておき、検査対象部での検査部データを規準値で除算して信号強度比を求めるので、正常な反射信号と欠陥に起因する反射信号とを明瞭に区別でき、検査精度がさらに向上する。従って、従来では検査の困難であった超音波の減衰が大きい検査対象部であっても、精度よく且つ効率よく欠陥を検出することができる。

前記健全部データ及び前記検査部データに対し溶接部の少なくとも一部を含む部分からの信号を含む解析エリアをそれぞれ設定し、前記健全部データの解析エリア内における最大振幅値を前記規準値として求め、前記検査部データの解析エリア内の所定の区画毎に前記反射信号の最大振幅値を求めると共に前記規準値で除算することにより前記区画毎に前記信号強度比を求めるとよい。解析エリア内の信号を用いるので、検査対象部において特に欠陥の発生が予測される溶接金属内や溶接部と母材部との境界部（止端部）等の箇所に限定して検査ができるので、より効率よく欠陥を検出することができる。しかも、健全部データの解析エリア内における最大振幅値を用いて信号強度比を求めるので、さらに高精度に欠陥を検出することができる。

前記フェーズドアレイ探触子を少なくとも前記被検査体上で前記溶接部の溶接線に沿う方向に移動させて走査すると共に、前記検査部データの前記信号強度比をＣスコープ画像として表示するとよい。検査対象部となる溶接部に沿って走査するので、広範囲をより迅速且つ効率よく検査することができる。しかも、Ｃスコープ画像として表示することで、欠陥の位置等も容易に推定可能となる。

係る場合、前記信号強度比が所定値以上となる信号のみを前記Ｃスコープ画像として表示することが望ましい。これにより、欠陥信号のみが表示され、誤判定が防止される。

また、前記解析エリアを前記溶接部の厚さ方向に複数設けるとよい。これにより、欠陥の被検査体の深さ（板厚）方向における位置も推定することができ、より精度よく欠陥を検出することができる。

前記フェーズドアレイ探触子は、少なくとも３２個以上の振動子を有するとよく、より好ましくは６４個以上の振動子を有するとよい。同時に励起する振動子数を増加させることで、送信する超音波のエネルギーを増加させると共に集束性も向上するので、欠陥からの反射信号も大きくなり、さらに精度が向上する。

ここで、超音波の高減衰材料より構成される検査対象部としての溶接部は、前記母材がニッケルを６％以上１０％以下含有し、前記溶接金属がニッケルを５５％以上含有するものであってもよく、前記母材がアルミニウム合金よりなり、前記溶接金属がアルミニウム合金よりなるものであっても構わない。これらの材料はいずれも超音波の高減衰材料であり、このような材料より構成される検査対象部であっても精度よく且つ効率よく欠陥等を検出することができる。また、前記溶接部は、突合せ溶接、重ね溶接又は隅肉溶接のいずれかであり、前記突合せ溶接は、例えば、裏板付き突合せ溶接である。

前記母材の板厚は、５ｍｍ以上７０ｍｍ以下である。また、前記横波を前記母材内で１回以上反射させても構わない。例えば、母材の板厚が５ｍｍ以上２０ｍｍ未満の薄板材の場合や、フェーズドアレイ探触子を溶接部に近接できない場合等であっても、横波を一回以上反射させることで、同様に溶接部の欠陥を検出することができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る超音波検査装置の特徴は、被検査体の検査対象部にフェーズドアレイ探触子から超音波を送信すると共に前記検査対象部で反射した前記超音波の反射波を受信し、受信した反射波の反射信号により前記検査対象部の欠陥を検出する構成において、前記被検査体は、超音波の高減衰材料よりなる母材を有する液化天然ガスを貯蔵するタンクであり、前記検査対象部は、前記母材を超音波の高減衰材料よりなる溶接金属により溶接した溶接部であり、前記超音波は、横波であり、予め、健全試験体において、前記フェーズドアレイ探触子を健全溶接部の片側に配置し、任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して健全部データを作成すると共に前記反射信号の最大値を規準値として求めておき、前記被検査体において、前記フェーズドアレイ探触子を前記溶接部の片側に配置すると共に任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して検査部データを作成し、前記検査部データを前記規準値で除算して信号強度比を求め、前記信号強度比が所定値以上である場合に前記欠陥と判定することにある。

上記本発明に係る超音波検査方法及び超音波検査装置の特徴によれば、超音波検査が困難な箇所、部位においても、精度よく且つ効率よく欠陥等を検出することが可能となった。

本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。

本発明に係る超音波検査装置の構成図である。 検査対象部近傍の拡大断面図である。 フェーズドアレイ探傷器の構成図である。 フェーズドアレイ探触子における超音波の送受信を説明する図である。 フォーカシング及びステアリングを説明する図である。 模擬試験片における探傷結果の一例を示し、（ａ）は縦波、（ｂ）は横波の場合を示す。 図６の模擬試験片を示す図である。 模擬試験片における探傷結果の一例を示し、（ａ）は３２個の振動子を同時に励起した場合、（ｂ）は６４個の振動子を同時に励起した場合を示す。 図８の模擬試験片を示す図である。 欠陥評価手順を示すフロー図である。 解析エリアの設定を説明する説明図である。 健全部データの取得を説明する説明図である。 模擬試験片における解析エリア内の探傷結果の一例を示す検査部データのＣスコープ画像である。 検査部データを規準値で規準化しＣスコープ画像とした図である。 閾値以上の信号のみを表示した図１４相当図である。 本発明の他の実施形態における検査対象部を示す図であり、（ａ）は裏板金付突合せ溶接、（ｂ）は重ね溶接、（ｃ）は隅肉溶接を示す。 従来の超音波探傷の受信信号の一例を示す図である。

次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明に係る超音波検査方法の検査対象となる被検査体１００の検査対象部１０１は、液化天然ガスを貯蔵するタンク（以下、「ＬＮＧタンク」と称する。）の溶接部である。被検査体としてのＬＮＧタンク１００は、母材として金属材料よりなる板状の鋼材１０２より構成されている。また、検査対象部としての溶接部１０１は、例えば、図１，２に示す如き突合せ溶接部であり、鋼材１０２，１０２を突き合わせて、溶接金属により溶接したものである。そして、溶接金属部１０１ａ内の欠陥Ｄ１や、溶接金属部１０１ａと鋼材１０２との境界部（止端部）１０１ｂの欠陥Ｄ２を検出する。

本実施形態において、鋼材１０２には、ニッケルを９％含有するニッケル鋼が用いられる。このニッケル鋼は、超音波の高減衰材料である。また、ニッケル鋼１０２を溶接する溶接金属には、例えばニッケルを５５％以上含有するものが用いられ、この溶接金属も超音波の高減衰材料である。本実施形態では、溶接部１０１の溶接金属部１０１ａにニッケルが７０％程度含有している。なお、溶接金属には、ニッケルを５５％以上含有するものであればよく、ニッケルを１００％含有する材料（ニッケル単独）であってもよい。このように、本発明の検査対象となる被検査体１００の検査対象部１０１は、各部材の材質により超音波の減衰が大きく、通常の超音波検査では高精度の検査が困難な部位である。

さらに、このニッケル鋼１０２の板厚Ｔは、例えば、５ｍｍ以上７０ｍｍ以下であり、本実施形態では２０ｍｍである。なお、地上式ＬＮＧタンクでは、上部より下部程肉厚に形成されており、部位によって板厚は異なる。板厚が大きくなるに従い、超音波の減衰や歪みや音の曲がりが生じやすい。

図１に示すように、本発明に係る超音波検査装置１は、大略、フェーズドアレイ探触子２とフェーズドアレイ探傷器３からなる。フェーズドアレイ探触子２は、移動手段５によって溶接部１０１の溶接線Ｌ方向に沿うように移動する。フェーズドアレイ探傷器３は、後述のＣスコープ画像等を表示する表示手段としてのモニタ４と、キーボードやマウス等の入力手段６を備えている。また、移動手段５は、走査位置を検出する位置検出器５１を有し、フェーズドアレイ探傷器３に接続している。

図２に示すように、フェーズドアレイ探触子２は、複数の振動子２１を有する振動子群２０を備えている。各振動子２１は、後述のフェーズドアレイ探傷器３によって励振するタイミングが電子的に制御される。これにより、同図に示すように、超音波の屈折角θを屈折角θ１以上θ２以下の角度範囲内で変更しながら超音波を送受信することで、溶接部１０１を扇状に走査（セクタスキャン）することができる。なお、本実施形態において、振動子２１は矩形を呈し、移動方向（溶接線Ｌ方向）に略直交する方向に１列に配列されている。

図３に示すように、フェーズドアレイ探傷器３は、大略、計測制御部３１と、複数のパルサ・レシーバ３２と、マルチプレクサ３３よりなる。計測制御部３１は、超音波の送受信を制御する制御部３１ａと、受信した反射信号からＣスコープ画像等の走査画像を生成する画像生成部３１ｂと、受信した反射信号や走査画像等の各種データを記憶する記憶部３１ｃと、後述の解析エリアの設定や反射信号の最大値等を処理、演算する演算部３１ｄとを有する。また、パルサ・レシーバ３２は、マルチプレクサ３３を介してフェーズドアレイ探触子２の振動子２１に接続されている。

次に、フェーズドアレイ探触子２における超音波の送受信について説明する。
図４（ａ）に示すように、送信時においては、まず、制御計測部３１がトリガー信号ＴＳをパルサ・レシーバ３２に送信すると共に、超音波ビーム生成に必要となる遅延パターンのシーケンスを同時に行う。そして、遅延パターンに従ったパルス列ＰＳが、マルチプレクサ３３を介してフェーズドアレイ探触子２の振動子２１にそれぞれ入力される。よって、振動子２１ａ〜２１ｅは、それぞれのパルス信号によるタイミングで励振する。

同図の例では、フェーズドアレイ探触子２の端部側に位置する符号２１ａ及び２１ｅで示す振動子が最初に励振し、次に、振動子２１ａ，２１ｅより中央側に位置する符号２１ｂ及び２１ｄで示す振動子が励振する。そして、さらに中央側に位置する振動子２１ｃが最後に励振する。これにより、各振動子２１ａ〜２１ｅによって、波面Ｓａ〜Ｓｅがそれぞれ生成される。これら波面Ｓａ〜Ｓｅが合成し形成される合成波面Ｓが、入射波Ｗｅとして被検査体１００で任意に定める焦点Ｆに向けて伝搬する。

ここで、図５（ａ）に示す如きフォーカシングの場合、制御計測部３１からのトリガー信号ＴＳがパルサ・レシーバ３２に入力されると、同図に示す如き遅延パターンｄｅ１を生成する。この遅延パターンｄｅ１は、端部側に位置する振動子２１ａ，２１ｅほど遅延時間ｔを短く設定している。これにより、各振動子２１ａ〜２１ｅから発生する波面は、焦点Ｆに集束する合成波面を形成する。これにより、フェーズドアレイ探触子２から送信される超音波をある地点（焦点Ｆ）に集束させる超音波ビームとすることができる。

また、図５（ｂ）に示す如きステアリングの場合、遅延パターンｄｅ２は、片側の振動子２１ｅほど遅延時間ｔを長くしている。これにより、超音波の屈折角θを任意の角度と設定することが可能となる。このように、フォーカシング及びステアリングを組み合わせて行うことで、上述の溶接部１０１の如き超音波検査が困難な部位においても、欠陥を広範囲で高精度に検出でき、検出感度も向上する。特に、ニッケル含有量の多い溶接金属部１０１ａ内の欠陥であっても、明瞭に検出可能となる。

図４（ｂ）に示すように、反射波Ｗｒの受信時は、各振動子２１で受信された反射エコーＥＳは、パルサ・レシーバ３２で受信された後、制御計測部３１においてデジタル化されると共に遅延処理及び積算処理によって１つのＲＦ波形信号として計測される。そして、ＲＦ波形信号に基づいて、例えばＣスコープ画像等の画像が生成されモニタ４に出力される。

ここで、本発明における超音波には、横波を使用する。図６は、図７に示す模擬試験片２００の溶接部２０１における探傷結果であり、図６（ａ）は縦波、（ｂ）は横波での結果を示す。図７に示す模擬試験片２００は、９％ニッケルが含有する板厚２０ｍｍのニッケル鋼２０２をニッケルが５５％以上含有する溶接金属で溶接し溶接部２０１を形成してある。また、溶接金属部２０１ａの裏面側略中央に深さ２ｍｍの模擬欠陥（スリット）ｄ１を形成した。

従来、ステンレス鋼溶接部等の溶接部検査では、一般的に縦波が用いられる。しかし、発明者らの実験によれば、図６に示すように、縦波（同図（ａ））よりも横波（同図（ｂ））で模擬欠陥ｄ１からの信号が明瞭となり、後述する信号強度比でも明瞭に欠陥を検出できることが判明した。よって、縦波ではなく横波を使用することで、検査精度をさらに向上させることが可能となる。

さらに、本実施形態では、６４個の振動子を有するフェーズドアレイ探触子２を用いる。図８は、図９に示す模擬試験片３００の溶接部３０１における探傷結果であり、図８（ａ）は３２個の振動子を同時に励起した場合、図８（ｂ）は６４個の振動子を同時に励起した場合を示す。なお、図９に示す模擬試験片３００は、上述の模擬試験片２００と同様の構成である。模擬欠陥ｄ２〜４は、溶接線Ｌ方向に幅１０ｍｍで模擬試験片３００の表面３００ａ側に形成されている。模擬欠陥ｄ２〜ｄ４の深さは０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍである。そして、この模擬試験片３００上でフェーズドアレイ探触子２を溶接部３０１の溶接線Ｌ方向に沿って走査し、図８のＣスコープ画像を得た。なお、本例において、横波は母材３０２の裏面３０２ｂで一回反射させてある。

図８に示すように、３２個の振動子の場合（同図（ａ））に比べ、６４個の振動子の場合（同図（ｂ））の方が、より鮮明に欠陥を検出していることが分かる。これは、同時に励起させる振動子数が多ければ、焦点に対する超音波強度及び集束性がより向上し、欠陥からの反射信号も大きくなるためである。よって、例えば、溶接金属部１０１ａ等のより超音波の減衰が大きい箇所に対して、より多くの振動子を同時励起されることが望ましく、これによりさらに検査精度が向上する。なお、図８の横軸「入射点からの距離（ｍｍ）」とは、図１２（ａ）に示すように、フェーズドアレイ探触子２と載置位置を基準（０）とし、溶接部に対し近接する側をマイナス（−）、離隔する側をプラス（＋）としたフェーズドアレイ探触子２と溶接部３０１との距離である。

次に、溶接部１０１の欠陥検出手順について、図９の模擬試験片３００を例に図１０〜１５を参照しながら説明する。なお、図１１，１３〜１５の「入射点からの距離（ｍｍ）」とは、図８と同様である。
まず、入力手段６を介してセクタスキャンの開始角度θ１、終了角度θ２、角度ピッチ等の試験条件をフェーズドアレイ探傷器３に設定する（ステップＳ１：試験条件設定）。開始角度θ１から終了角度θ２までの角度となる屈折角θは、対象となる検査対象部１０１内の評価すべき部分に合わせて設定される。また、検査対象部１０１に応じて焦点距離、感度、音速等も設定する。本例では、図９，１１，１２に示す如く、セクタスキャンの範囲Ｑ（屈折角）を溶接部３０１の両側の母材３０２との境界部（止端部）が含まれるように設定する。また、母材３０２の裏面３０２ｂで１回反射させて溶接部３０１上部に横波が集束するように焦点距離を設定する。なお、図１１中の破線で示す表面３００ａ，裏面３００ｂ，溶接部３０１は、反射信号と模擬試験片３００の各部分との位置関係を示すために、模式的に付したものである。

次に、後述の健全部データ及び検査部データにおける反射信号を解析する解析エリアＡを設定する（ステップＳ２：解析エリア設定）。この解析エリアＡは、所定の走査位置における検査対象部１０１の評価すべき部分の反射信号が含まれるように設定される。解析エリアＡは、検査対象部１０１の態様や評価すべき部分に応じて適宜設定される。本例では、図９，１１，１２に示す如く、図面上左の母材３０２と溶接部３０１との境界部（止端部）から右側境界部（止端部）を超えた幅Ａｗで、且つ試験片３００上面から厚さ方向に母材３０２の板厚の半分程度の高さＡｈにて設定する。

次に、健全試験体において、移動手段５の位置検出器５１を取り付けたフェーズドアレイ探触子２を健全試験体の溶接部の片側に配置し、その健全溶接部の溶接線Ｌ方向へ移動する。そして、所定の各走査位置において、任意の点に集束するようにフォーカシングを行うと共に開始角度θ１〜終了角度θ２の角度範囲内で角度ピッチ毎にステアリングを行って横波を送信する。受信した反射信号により制御計測部３１にて健全部データが作成される（ステップＳ３：健全部データ作成）。そして、健全部データは、例えば図１１に示す如き断面画像（セクタスキャン）やＣスコープ画像として得られる。Ｃスコープ画像の場合、各走査位置のセクタスキャンに対し、設定した解析エリアＡの高さＡｈ（深さ）の範囲で解析ゲートを設け、当該範囲内の反射信号のみを用いて作成される。

そして、上述の健全部データにおいて、健全部Ｋにおける解析エリアＡ内の反射信号の最大振幅値を規準値として求める。図１２に示すように、解析エリアＡの健全部Ｋでの各走査位置の各区画ａ内で反射信号の最大振幅値を求めると共に、それらの最大値を規準値して設定する（ステップＳ４：規準値算出）。健全部データや規準値は、フェーズドアレイ探傷器３の記憶部３１ｃに記憶される。この規準値は、健全溶接部における最大反射信号である。すなわち、この規準値を用いることで欠陥と健全との差異が明瞭となる。

なお、健全試験体は被検査体における既知の健全部としてもよく、別途製作したものでも構わない。例えば、図１２に示すように、模擬欠陥ｄ２，ｄ３間を健全部Ｋ（健全溶接部）とみなし、当該部分のみを走査して健全部データを作成する。また、健全部データの作成は、必ずしも健全溶接部の溶接線方向に沿って移動させる必要はなく、後述の検査部データ作成時と同一の移動距離とする必要もない。例えば、健全部Ｋ（健全溶接部）における所定の位置のみでセクタスキャンした走査データを健全部データとすることも可能である。

次に、移動手段５の位置検出器５１を取り付けたフェーズドアレイ探触子２を被検査体１００の溶接部１０１の溶接線Ｌ方向へ移動する。そして、所定の各走査位置において、移動方向に略直交する方向において任意の点に集束するようにフォーカシングを行うと共に開始角度θ１〜終了角度θ２の角度範囲内で角度ピッチ毎にステアリングを行って横波を送信する。受信した反射信号により制御計測部３１にて検査部データが作成される（ステップＳ５：検査部データ作成）。この検査部データも健全部データと同様に、設定した解析エリアＡの深さＡｈの範囲内の反射信号のみを用いて、例えば図１３に示す如きＣスコープ画像として作成される。

そして、図１２に示すように、検査部データにおいて、溶接部１０１（走査範囲）における解析エリアＡの各走査位置の各区画内で反射信号の最大振幅値をそれぞれ求める（ステップＳ６：最大値算出）。求めた各最大振幅値を先の規準値算出ステップＳ４で予め求めておいた規準値で除算して区画毎に信号強度比を算出する（ステップＳ７：信号強度比算出）。そして、この信号強度比が所定の閾値以上の場合に欠陥と判定する。判定に際し、例えば、図１４に示す如く、検査部データを規準値で除した信号強度比をＣスコープ画像として表示し判定することも可能であるが、図１５に示す如く、信号強度比が所定の閾値以上となる反射信号のみをＣスコープ画像として表示することも可能である。これにより、欠陥をより明瞭に判定することができる。

最後に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。なお、以下の実施形態において、上記実施形態と同様の部材等には同様の符号を付してある。
上記実施形態において、被検査体１００を構成する鋼材１０２は、ニッケルを９％含有するニッケル鋼を用いた。しかし、この材料に限られるものではなく、例えばニッケルを７％含有するニッケル鋼であっても構わない。また、母材は、ステンレス鋼等の金属材料よりなり、ニッケルを６％以上１０％以下含有するものであってもよい。さらに、例えば、被検査体１００として、板厚が５ｍｍ以上７０ｍｍ以下のアルミニウム合金よりなる母材１０２をアルミニウム合金で溶接した溶接部１０１にも適用可能である。なお、ニッケル鋼やアルミニウム合金と同等の超音波の高減衰材料にも適用可能である。

上記実施形態において、被検査体１００の検査対象部１０１として突合せ溶接部を例に説明したが、これに限られるものではなく、図１６（ａ）〜（ｃ）に示す如き裏板付突合せ溶接、重ね溶接や隅肉溶接の各溶接部にも適用することが可能である。

また、上記実施形態において、フェーズドアレイ探触子２は、６４個の振動子２１が一列に配列されたリニアアレイ探触子を用いた。しかし、これに限られるものではなく、少なくとも３２個以上の振動子を有し同時に励起可能なものであればよく、好ましくは６４個以上の振動子を有しているとよい。同時に励起する振動子が多ければ横波の出力及び集束性がより向上し、さらに精度よく欠陥を検出することができる。また、リニアアレイ探触子に限らず、マトリクス状に配列された探触子であっても構わない。リニアアレイ探触子では線集束となるがマトリクスアレイ探触子では点集束となり、さらに集束性が向上する。また、マトリクス状に配置されているので、溶接部１０１に対する近接限界距離を短くでき、溶接部１０１に近接させて横波を集束させることも可能である。さらに、振動子を湾曲させても構わない。

また、上記実施形態において、横波を母材１０２で１回反射させた。しかし、反射は１回に限らず、超音波の減衰を考慮し反射信号が明瞭に検出可能であれば、複数回反射させても構わない。もちろん、母材１０２内で横波を反射させることなく、図７の如く検査対象部１０１に直接伝搬（直射）させるようにしてもよい。反射の有無及び反射回数は、例えば、母材１０２の板厚やフェーズドアレイ探触子２の近接限界距離、評価すべき箇所等に応じて適宜設定すればよい。

上記実施形態において、解析エリアＡは１カ所のみ設定したが、複数設定してもよい。例えば、解析エリアＡを被検査体１００の板厚Ｔ方向に複数設定することで、欠陥の板厚Ｔ方向における位置推定が可能となる。また、解析エリアＡの大きさも上記実施形態に限られるものではなく、評価すべき箇所に応じて適宜設定するとよい。例えば、溶接金属部１０１ａと止端部１０１ｂとを異なる解析エリアをそれぞれ設定してもよい。さらに、健全部データに対する解析エリアと検査部データに対する解析エリアの範囲を異ならせても構わない。係る場合、検査部データの解析エリアを評価すべき部位近傍にさらに限定して、健全部データの解析エリアよりも小さくするとよい。これにより、さらに効率よく検査できる。

また、横波の周波数は、溶接部１０１及び母材１０２の材質や評価すべき箇所に応じて適宜設定するとよい。例えば、上記実施形態では、溶接金属部１０１ａのニッケル含有量は母材１０２よりも多い。そのため、溶接金属部１０１ａ内の欠陥Ｄ１を検出する場合、止端部１０１ｂの場合より低周波の横波を用いて検査するとよい。アルミニウム合金の場合は、母材１０２の板厚に応じて周波数を調整すればよい。また、フェーズドアレイ探触子２の屈折角θも同様に溶接部１０１及び母材１０２の材質や評価すべき箇所に応じて適宜設定するとよい。

上記実施形態において、フェーズドアレイ探触子２を被検査体１００の溶接部１０１の溶接線Ｌ方向へ移動して走査した。しかし、溶接線Ｌに略直交する方向へ走査しても構わない。但し、検査効率の点で、上記実施形態が優れている。

なお、本発明において、上記実施形態の如く、検査部データを規準値で除算して信号強度比を求める場合の他、実質的に「検査部データを規準値で除算して信号強度比を求め、信号強度比が所定値以上である場合に欠陥と判定する」態様のものを含まれる。例えば、規準値を検査部データで除算して信号強度比を求め、信号強度比が所定値以下となる場合に欠陥と判定する態様も含まれる。

本発明は、例えば、ＬＮＧタンクの溶接部等を検査対象とする超音波検査方法及び超音波検査装置として利用することができる。

１：超音波検査装置、２：フェーズドアレイ探触子、３：フェーズドアレイ探傷器、４：モニタ（表示手段）、５：移動手段、６：入力手段、２０：振動子群、２１：振動子、３１：制御手段、３１ａ：制御部、３１ｂ：画像生成部、３１ｃ：記憶部、３１ｄ：演算部、３２：パルサ・レシーバ、３３：マルチプレクサ、５１：位置検出器、１００：被検査体（ＬＮＧタンク）、１００ａ：表面、１００ｂ：裏面、１０１：検査対象部（突合せ溶接部）、１０１ａ：溶接金属部、１０１ｂ：止端部、１０２：母材（ニッケル鋼）、１０３：裏板金、２００：模擬試験片、２００ａ：表面、２００ｂ：裏面、２０１：溶接部、２０２：母材、２０２ａ：表面、２０２ｂ：裏面、３００：模擬試験片、３００ａ：表面、３００ｂ：裏面、３０１：溶接部、３０２：母材、３０２ａ：表面、３０２ｂ：裏面、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２：欠陥、ｄ１〜４：模擬欠陥、ｄｅ：遅延パターン、Ｅ、波形、ｅ１：エコー、ＥＳ：反射エコー、Ｆ：焦点、Ｋ：健全部、Ｌ：溶接線（移動方向）、Ｐ：入射点、ＰＳ：パルス列、Ｑ：セクタスキャン範囲、Ｓ：合成波面、Ｔ：板厚、ｔ：遅延時間、ＴＳ：トリガー信号、Ｓａ〜Ｓｅ：波面、Ｗｅ：入射波、Ｗｒ：反射波、θ：屈折角

Claims (14)

1. 被検査体の検査対象部にフェーズドアレイ探触子から超音波を送信すると共に前記検査対象部で反射した前記超音波の反射波を受信し、受信した反射波の反射信号により前記検査対象部の欠陥を検出する超音波検査方法であって、
   前記被検査体は、超音波の高減衰材料よりなる母材を有する液化天然ガスを貯蔵するタンクであり、
   前記検査対象部は、前記母材を超音波の高減衰材料よりなる溶接金属により溶接した溶接部であり、
   前記超音波は、横波であり、
   予め、健全試験体において、前記フェーズドアレイ探触子を健全溶接部の片側に配置し、任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して健全部データを作成すると共に前記反射信号の最大値を規準値として求めておき、
   前記被検査体において、前記フェーズドアレイ探触子を前記溶接部の片側に配置すると共に任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して検査部データを作成し、
   前記検査部データを前記規準値で除算して信号強度比を求め、
   前記信号強度比が所定値以上である場合に前記欠陥と判定する超音波検査方法。
2. 前記健全部データ及び前記検査部データに対し溶接部の少なくとも一部を含む部分からの信号を含む解析エリアをそれぞれ設定し、前記健全部データの解析エリア内における最大振幅値を前記規準値として求め、前記検査部データの解析エリア内の所定の区画毎に前記反射信号の最大振幅値を求めると共に前記規準値で除算することにより前記区画毎に前記信号強度比を求める請求項１記載の超音波検査方法。
3. 前記フェーズドアレイ探触子を少なくとも前記被検査体上で前記溶接部の溶接線に沿う方向に移動させて走査すると共に、前記検査部データの前記信号強度比をＣスコープ画像として表示する請求項１又は２記載の超音波検査方法。
4. 前記信号強度比が所定値以上となる信号のみを前記Ｃスコープ画像として表示する請求項４記載の超音波検査方法。
5. 前記解析エリアを前記溶接部の厚さ方向に複数設ける請求項２〜４のいずれかに記載の超音波検査方法。
6. 前記フェーズドアレイ探触子は、少なくとも３２個以上の振動子を有する請求項１〜５のいずれかに記載の超音波検査方法。
7. 前記フェーズドアレイ探触子は、６４個以上の振動子を有する請求項６記載の超音波検査方法。
8. 前記母材はニッケルを６％以上１０％以下含有し、前記溶接金属はニッケルを５５％以上含有する請求項１〜７のいずれかに記載の超音波検査方法。
9. 前記母材はアルミニウム合金よりなり、前記溶接金属はアルミニウム合金よりなる請求項１〜７のいずれかに記載の超音波検査方法。
10. 前記溶接部は、突合せ溶接、重ね溶接又は隅肉溶接のいずれかである請求項１〜９のいずれかに記載の超音波検査方法。
11. 前記突合せ溶接は、裏板付き突合せ溶接である請求項１０記載の超音波検査方法。
12. 前記母材の板厚は、５ｍｍ以上７０ｍｍ以下である請求項１〜１１のいずれかに記載の超音波検査方法。
13. 前記横波を前記母材内で１回以上反射させる請求項１〜１２のいずれかに記載の超音波検査方法。
14. 被検査体の検査対象部にフェーズドアレイ探触子から超音波を送信すると共に前記検査対象部で反射した前記超音波の反射波を受信し、受信した反射波の反射信号により前記検査対象部の欠陥を検出する超音波検査装置であって、
    前記被検査体は、超音波の高減衰材料よりなる母材を有する液化天然ガスを貯蔵するタンクであり、
    前記検査対象部は、前記母材を超音波の高減衰材料よりなる溶接金属により溶接した溶接部であり、
    前記超音波は、横波であり、
    予め、健全試験体において、前記フェーズドアレイ探触子を健全溶接部の片側に配置し、任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して健全部データを作成すると共に前記反射信号の最大値を規準値として求めておき、
    前記被検査体において、前記フェーズドアレイ探触子を前記溶接部の片側に配置すると共に任意の点に集束する横波を屈折角を異ならせて複数送信して検査部データを作成し、
    前記検査部データを前記規準値で除算して信号強度比を求め、
    前記信号強度比が所定値以上である場合に前記欠陥と判定する超音波検査装置。