JP2016045157A - 超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

【課題】照射プローブ及び入射プローブをその間隔も含めて変更することなく浅層部分から深層部分にわたり試験することができる超音波探傷技術を提供する。【解決手段】超音波探傷装置１０は、互いが対向する方向に向かうに従い超音波照射面１１及び超音波入射面１２それぞれの傾斜が増すように形成されている一対の照射プローブ１３及び入射プローブ１４を備えている。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、欠陥等を検出するための超音波探傷装置に関する。

溶接個所には、溶接作業時の不具合等に起因して、溶接領域に欠陥が発生する場合がある。このような欠陥が存在すると、構造物が強度不足により破断する危険性がある。
このため、溶接個所に欠陥が発生していないことを確認するため超音波探傷による非破壊検査が行われている。

溶接個所に対する超音波探傷試験として、ＴＯＦＤ法（Time of Flight Diffraction）が広く知られている。
ＴＯＦＤとは、被検査体の表面に超音波の照射プローブと入射プローブを一定の間隔で対向させ、これらプローブ間の表面を伝わるラテラル波と欠陥先端からの反射波との伝搬時間の相違を利用して、欠陥検出又は欠陥寸法測定を行う技術である。

特開２０１１−１４９８８８号公報

厚肉鋼板を突き合わせて溶接した被検査体のＴＯＦＤ探傷試験は、超音波の照射プローブ及び入射プローブの間隔を狭めて浅層部分の欠陥検出を行い、さらにその間隔を広げて深層部分の欠陥検出を行う必要がある。

このため厚肉鋼板の深層部分のＴＯＦＤ探傷試験を行う場合、照射プローブ及び入射プローブの間隔を確保するスペースが、被検査体の表面に十分に存在していなければならない課題があった。
もしくは、浅層部分と深層部分とで、それぞれ屈折角の異なる別々のプローブを、使い分けなければならない課題があった。
前記特許文献１は、このような課題を解決することを目的としてなされた発明であるが、さらに肉厚な鋼板に適用可能であることが求められている。

本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、照射プローブ及び入射プローブをその間隔も含めて変更することなく浅層部分から深層部分にわたり試験することができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係る超音波探傷装置において、互いが対向する方向に向かうに従い超音波照射面及び超音波入射面それぞれが傾斜を有する一対の照射プローブ及び入射プローブを備え、前記超音波照射面及び超音波入射面は、それぞれ、互いに遠い部分よりも互いに近い部分の傾斜が大きいことを特徴とする。

本発明の実施形態の超音波探傷装置によれば、従来に比して、照射プローブ及び入射プローブとその間隔を変更しない場合に、深さ方向に広い範囲の探傷をすることができる。

本発明に係る超音波探傷装置の第１実施形態を示す構成図。 本発明に係る超音波探傷装置の第２実施形態を示す構成図。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
第１実施形態に係る超音波探傷装置１０は、互いが対向する方向に向かうに従い超音波照射面１１及び超音波入射面１２それぞれの傾斜が増すように形成されている一対の照射プローブ１３及び入射プローブ１４と、制御部２０と、を備えている。
超音波照射面１１及び超音波入射面１２は、それぞれ、互いに遠い部分よりも互いに近い部分の傾斜が大きくなるように形成されている。
この超音波探傷装置１０により、ＴＯＦＤ探傷法が実施される。

例示される被検査体３０は、肉厚の鋼材等を突合せ接合した溶接部３１を含んでいる。
溶接部３１は、鋼材との接合面が局部的に加熱され局部的な膨張が周囲の部材を拘束してその周辺に生じた熱応力が残留した残留応力を、含んでいる。
この残留応力は、応力腐食割れを生じさせ、経年的に、き裂を進展させることになる。

照射プローブ１３には、入射プローブ１４の方向に向かうに従い傾斜が増す超音波照射面１１が形成されている。
入射プローブ１４には、照射プローブ１３の方向に向かうに従い傾斜が増す超音波入射面１２が形成されている。
これら超音波照射面１１及び超音波入射面１２は、超音波と電気信号とを可逆的に変換する振動素子（圧電素子）から構成され、単一の振動素子から形成される場合もあるし、分割された複数の振動素子が配列して形成される場合もある。

超音波照射面１１は、振動素子の反対側に位置する焦点１５を中心とした円弧面を形成し、超音波入射面１２は、振動素子の反対側に位置する焦点１６を中心とした円弧面を形成している。
そして、超音波照射面１１からその焦点１５までの距離（曲率半径）と、超音波入射面１２からその焦点１６までの距離（曲率半径）とは、同一である。

制御部２０は、超音波照射面１１から超音波を照射させるパルス状の電圧信号を送信する送信部２２と、この電圧信号のパルス高さを設定して照射される超音波の強度を調整する電圧設定部２１と、超音波入射面１２に入射した超音波により発生した電圧信号を受信する受信部２３と、この受信した電圧信号を増幅する増幅部２４と、この増幅された電圧信号を測定者に欠陥位置が識別できるように処理する信号処理部２５と、から構成されている。
なお、超音波照射面１１が分割された複数の振動素子から形成される場合、送信部２２は、電圧信号がそれぞれの振動素子に同期送信されるように、これら複数の振動素子に接続する。

照射プローブ１３及び入射プローブ１４は、溶接部３１が中心となるように一定の間隔で対向配置され、溶接部３１の長手方向（図面垂直方向）に向かって、被検査体３０の表面を移動走査される。
照射プローブ１３から照射された超音波は、被検査体３０の表面を伝搬するラテラル波、被検査体３０の内部に存在するき裂の上下端で発生する回折波、被検査体３０の底面を反射する反射波として、入射プローブ１４に入射する。

超音波照射面１１から照射された超音波は、焦点１５を基準位置として屈折角θ1からθ2の広がりを持って被検査体３０の内部を伝搬する。
そして、き裂等の欠陥で発生する回折波も、焦点１６を基準位置として屈折角θ1からθ2の広がりを持って超音波入射面１２に入射する。

ここで、超音波照射面１１と超音波入射面１２が溶接部３１を中心として線対称な関係を有すれば、照射される超音波の伝搬距離と入射する回折波の伝搬距離とが、等しくなる。これにより、一回の超音波の伝搬による、被検査体３０の深さ方向における探傷範囲を、広範囲にすることができる。

（第２実施形態）
次に図２に基づいて本発明における第２実施形態を説明する。
図２に示すように第２実施形態に係る超音波探傷装置１０において、超音波照射面１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）及び超音波入射面１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）はそれぞれ分割して形成されている。
そして、制御部２０は、素子選択部２６をさらに備えている。なお、図２において図１と共通の構成又は機能を有する部分は、同一符号で示し、重複する説明を省略する。

この素子選択部２６は、超音波照射面１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を構成する複数の中からいずれか一つの振動素子を選択し、送信部２２から電圧信号を送信させる。
さらに素子選択部２６は、これと同時に超音波入射面１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を構成する複数の中から配列の対応する振動素子を選択し、その電圧信号を受信部２３に受信させる。

このように、それぞれ分割された超音波照射面１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）及び超音波入射面１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を選択して超音波を送受信させることにより、特定範囲の深さのみ探傷試験を実施することができる。
つまり、深層位置を検査するには超音波照射面１１ａ及び超音波入射面１２ａで超音波の送受信を行い、中層位置を検査するには超音波照射面１１ｂ及び超音波入射面１２ｂで超音波の送受信を行い、浅層位置を検査するには超音波照射面１１ｃ及び超音波入射面１２ｃで超音波の送受信を行えばよい。

そして、第２実施形態の電圧設定部２１は、超音波照射面１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）を構成するそれぞれの振動素子に送信する電圧信号の強度を、この振動素子の配列位置に対応させて、送信部２２に設定してもよい。

つまり、深層位置は、浅層位置に比べて、超音波の伝搬距離が長くなることによる信号減衰により、欠陥の検出感度が相対的に低下することが懸念される。
そこで、深層位置を検査する場合は、超音波照射面１１ａに送信する電圧信号の強度を大きくすることにより、信号減衰による欠陥の検出感度の低下を抑制することができる。

そして、第２実施形態の増幅部２４は、超音波入射面１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を構成するそれぞれの振動素子から受信した電圧信号を、この振動素子の配列位置に対応して増幅させでもよい。
これにより、深層位置を検査する場合は、超音波入射面１２ａから受信した電圧信号の増幅度を大きくすることにより、信号減衰による欠陥の検出感度の低下を抑制することができる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の超音波探傷装置によれば、超音波照射面及び超音波入射面が、それぞれ対向する方向に傾斜が増すように形成されていることにより、照射プローブ及び入射プローブをその間隔も含めて変更することなく浅層部分から深層部分にわたり探傷試験を実施することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…超音波探傷装置、１１（１１ａ，１１ｂ，１１ｃ）…超音波照射面、１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）…超音波入射面、１３…照射プローブ、１４…入射プローブ、１５，１６…焦点、２０…制御部、２１…電圧設定部、２２…送信部、２３…受信部、２４…増幅部、２５…信号処理部、２６…素子選択部、３０…被検査体、３１…溶接部。

Claims (5)

1. 互いが対向する方向に向かうに従い超音波照射面及び超音波入射面それぞれが傾斜を有する一対の照射プローブ及び入射プローブを備え、
   前記超音波照射面及び超音波入射面は、それぞれ、互いに遠い部分よりも互いに近い部分の傾斜が大きいことを特徴とする超音波探傷装置。
2. 請求項１に記載の超音波探傷装置において、
   前記超音波照射面からその焦点までの距離と、前記超音波入射面からその焦点までの距離とは、同一であることを特徴とする超音波探傷装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の超音波探傷装置において、
   前記超音波照射面及び前記超音波入射面のそれぞれは、分割された複数の振動素子から構成されていることを特徴とする超音波探傷装置。
4. 請求項３に記載の超音波探傷装置において、
   前記超音波照射面を構成する複数の中からいずれか一つの前記振動素子を選択し、前記超音波入射面を構成する複数の中から配列の対応する前記振動素子を選択して、信号を送受信させる素子選択部を備えることを特徴とする超音波探傷装置。
5. 請求項３又は請求項４に記載の超音波探傷装置において、
   超音波照射面を構成するそれぞれの振動素子に送信する電圧信号の強度をこの振動素子の配列位置に対応させて設定する電圧設定部を備えることを特徴とする超音波探傷装置。

Images