JP2016191571A - 超音波検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管を速やかに検査することができる超音波検査装置を提供する。
【解決手段】並列に配置された多数の管９０に対して超音波により溶接部に探傷試験を順次行う超音波検査装置１であって、管９０に挿入されるフェーズドアレイ探触子を有する探傷部１３と、管９０に挿入されて固定される脚形治具３とを備える。脚形治具３が、膨張／縮小することで外径を管９０の内径よりも大きく／小さくする膨縮部３４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として多数の管を備える設備に対して、超音波により探傷試験を行うための超音波検査装置に関するものである。

各種プラントにおける熱交換器や反応器などには、一定の間隔で平行に配置された多数の管と、これら管に垂直な管板とが溶接されている。このような熱交換器や反応器での溶接の検査では、上記管の数が極めて多いので、一つ一つの管の検査を速やかに且つ楽な体勢で行うことが要求される。

多数の管での溶接の超音波による検査装置として、従来では、管の内部から超音波による探傷試験を行う探触子と、この探触子を固定するために上記管以外の管に挿入される４本の伸縮ロッドとを備えたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の検査装置では、４つの管にそれぞれ４本の伸縮ロッドが挿入されることにより、これら伸縮ロッドの先端に設けられたグリッパで探傷試験のための姿勢が保持される。そして、上記探触子が上記４つの管以外の管に挿入されて、当該管の内部から超音波による探傷試験が行われる。

特開平１１−１７４０３２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の検査装置では、超音波のパルス反射法を採用しているので、探触子の管に挿入する深さを変えるなど、機械的な走査が多く必要となる。このため、上記検査装置では、探傷試験に時間を要することになるので、速やかに検査することができない。

上記検査装置において、機械的な走査の大半を省略するために、フェーズドアレイ法を採用することが考えられる。フェーズドアレイ法では、リニアスキャンおよび様々な角度へのセクタスキャンのような電子的な走査が可能であるが、このためにも、探傷試験をする際の姿勢を安定させる必要がある。これに対して、上記検査装置では、グリッパが設けられた伸縮ロッドを管に挿入する程度により探傷試験のための姿勢を保持するので、その姿勢が安定しているとは言えない。したがって、上記検査装置では、フェーズドアレイ法を採用することができないので、速やかに検査することができないという問題がある。

そこで、本発明は、管を速やかに検査することができる超音波検査装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る超音波検査装置は、並列に配置された複数の管に対して超音波により溶接部の探傷試験を順次行う超音波検査装置であって、
上記管に挿入されるフェーズドアレイ探触子と、上記管に挿入されて固定される治具とを備え、
上記治具が、外径を上記管の内径よりも大きく／小さくする拡縮部を有するものである。

また、本発明の請求項２に係る超音波検査装置は、請求項１に記載の超音波検査装置における治具が、それぞれ管に挿入される複数本の固定用脚を有し、
上記複数本の固定用脚が、それぞれ挿入される管の異なる深さで拡縮部を設けるものである。

さらに、本発明の請求項３に係る超音波検査装置は、請求項２に記載の超音波検査装置における治具が、固定用脚を管端に固定する締込部を有するものである。
加えて、本発明の請求項４に係る超音波検査装置は、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波検査装置において、フェーズドアレイ探触子を管の中心軸回りに回転させる駆動機を備えるものである。

上記超音波検査装置によると、フェーズドアレイ法が採用可能であるとともに、管に挿入する深さの調整および位置決めが容易になるので、速やかに検査することができる。

本発明の実施の形態に係る超音波検査装置と管および管板とを示す縦斜視図である。 同超音波検査装置の側面図である。 同超音波検査装置の正面図である。 同超音波検査装置が管に挿入された状態を示す断面図である。 同超音波検査装置が管に位置決めされた状態を示す断面図である。 同超音波検査装置が管に確実に固定された状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る超音波検査装置について図面に基づき説明する。
この超音波検査装置は、図１に示すように、一定の間隔で平行（並列）に配置された多数の管９０と、これら管９０に垂直な管板９１とが溶接された設備に対して、溶接された部分（以下、溶接部９２という）の超音波によるフェーズドアレイ法の探傷試験を、上記管９０の内部から順次（次々に）行うための検査装置である。このため、上記超音波検査装置１は、探傷試験の対象とする管９０に挿入されて超音波により探傷試験を行う装置本体２と、この装置本体２による探傷試験の姿勢を保持する脚形治具（治具の一例である）３と、上記装置本体２による探傷試験に必要な機器を内蔵する付帯ボックス４とを備える。

［装置本体２］
上記装置本体２は、図１および図２に示すように、上記管９０に挿入される胴体部１０と、当該管９０に挿入されない頭部２１と、この頭部２１に上記脚形治具３を固定するフランジ２２と、上記頭部２１に上記付帯ボックス４を固定する固定具２３とからなる。上記胴体部１０は、上記管９０に挿入される先側から順に、当該管９０の内面をブラッシングし得るブラシ１１と、当該管９０および胴体部１０の中心軸を一致させたままにする中心軸保持部１２と、フェーズドアレイ法の探傷試験を行う探傷部１３とを有する。

上記胴体部１０の構成について図２に基づき詳細に説明する。上記ブラシ１１は、その外径が上記管９０の内径より若干大きくされるとともに、毛先が上記胴体部１０の中心軸から放射状に向けられたものである。上記中心軸保持部１２は、上記管９０および胴体部１０の中心軸を一致させたままにするために、ボールプランジャーを埋め込んだパイプで構成される。上記探傷部１３は、フェーズドアレイ探触子１４と、管９０の内面に面し得るウェッジ１５と、このウェッジ１５の周囲から超音波による探傷試験に必要な接触媒体を供給し得る媒体供給穴１６とを具備する。また、上記探傷部１３は、上記管９０の内面とウェッジ１５との間隔が数μｍ〜数百μｍとなる大きさにされることで、上記媒体供給穴１６から供給された接触媒体を毛細管現象により上記間隔に満たし得るものである。さらに、上記探傷部１３は、挿入される管９０の中心軸回りに回転可能にされることで、当該管９０の全周に探傷試験が可能なように構成される。

上記頭部２１は、上記探傷部１３を上記管９０の中心軸回りに回転させるモータ（駆動機の一例である）が内蔵される。上記フランジ２２は、上記探傷部１３が回転しても上記頭部２１側の管９０の端（以下、単に管端という）と上記フェーズドアレイ探触子１４との距離を一定にするために、管端との接触面が平滑にされる。なお、上記媒体供給穴１６から接触媒体を供給するために、上記探傷部１３および頭部２１に媒体供給路が形成されるとともに、この媒体供給路に外部から接触媒体を導く媒体用チューブ２９が上記頭部２１に接続される。

［脚形治具３］
上記脚形治具３は、図１および図３に示すように、２本（複数本であればよい）の固定用脚３１，３２からなる。これら２本の固定用脚は、上記装置本体２が挿入される管９０に隣接する２つの管９０にそれぞれ挿入された上で、これらの管９０に固定される。このため、これら固定用脚３１，３２および上記装置本体２の中心軸は、互い平行である。上記２本の固定用脚３１，３２は、第一固定用脚３１と第二固定用脚３２とからなる。

上記第一固定用脚３１は、図３に示すように、上記管９０に挿入される脚部３３と、この脚部３３の一端（管９０に挿入される先側）に設けられて当該脚部３３から供給／排出されるエアにより膨張／縮小する膨縮部３４（拡縮部の一例である）と、上記脚部３３の他端に設けられて管端に脚部３３を固定する締込部３５とを有する。上記脚部３３は、上記フランジ２２により上記装置本体２の頭部２１に固定される。上記膨縮部３４は、硬質ゴム製で内部が空洞にされており、エアが供給されない状態だと、外径が管９０の内径よりも小さく、エアが供給された状態だと、外径が管９０の内径よりも大きく（つまり管９０の内面を十分に押しつけるように）構成される。上記締込部３５は、例えば、管９０の中心軸と同心のねじ部と、このねじ部に螺合して管端から締込む栓部とを有する。なお、上記膨縮部３４にエアを供給／排出するために、上記脚部３３にエア供給路が形成されるとともに、このエア供給路に外部からエアを導くエア用チューブ３９が上記脚部３３の一端側に接続される。

上記第二固定用脚３２は、上記第一固定用脚３１と同様に、脚部３７、膨縮部３４および締込部３５を有する。しかしながら、上記第二固定用脚３２の脚部３７は上記第一固定用脚３１の脚部３３よりも短く、上記第二固定用脚３２の膨縮部３４および締込部３５は上記第一固定用脚３１の膨縮部３４および締込部３５と同一である。言い換えれば、上記第一固定用脚３１および上記第二固定用脚３２は、管９０に挿入される膨縮部３４の深さが異なり、つまり、管９０に挿入される先側で固定される深さが異なり、それ以外は同一の構成である。なお、上記装置本体２が全ての管９０を探傷試験の対象とするために、上記フランジ２２で固定される上記第一固定用脚３１および上記第二固定用脚３２は、互いに隣接する管９０に挿入される位置にあることが好ましい。

［付帯ボックス４］
上記付帯ボックス４は、上記モータに電力を供給するバッテリーと、上記探傷部１３が回転した角度を検出するエンコーダとを内蔵するケーシングである。上記超音波検査装置１をコンパクト化するために、上記固定具２３により上記頭部２１に固定される上記付帯ボックス４は、上記頭部２１の側部であって上記脚形治具３のエア用チューブ３９側に位置する。

以下、上記超音波検査装置１の使用方法について説明する。
まず、図４に示すように、上記多数の管９０のうち、探傷試験の対象とする管９０に装置本体２を挿入するとともに、この管９０に隣接する２つの管９０に第一固定用脚３１および第二固定用脚３２をそれぞれ挿入する。そして、探傷試験の対象とする部分、つまり管９０と管板９１との溶接部９２の裏側（管９０の内面側）にフェーズドアレイ探触子１４が最も接近するように、上記挿入する深さを調整する。第一固定用脚３１および第二固定用脚３２を管９０に挿入する際には、膨縮部３４の外径が管９０の内径よりも小さいので、挿入する深さの調整が容易である。

この調整が終わると、図５に示すように、膨縮部３４にエアを供給することにより、超音波検査装置１の位置決めをする。一旦深さの調整が終わると、膨縮部３４にエアを供給するだけで足りるので、位置決めが容易である。

次に、図６に示すように、管９０に対して超音波検査装置１の固定を確実にするために、第一固定用脚３１および第二固定用脚３２を、それぞれの締込部３５により、挿入した管９０の管端に固定する。これにより、超音波検査装置１が、管端の締込部３５と、挿入された深さが異なる２つの膨縮部３４とで固定される。

その後、モータにより探傷部１３を回転させることで、管９０の全周に探傷試験を行う。ここで、装置本体２はモータからの振動を受けるが、管９０に対して超音波検査装置１の固定が確実にされているので、探傷試験をする際の姿勢が安定し、フェーズドアレイ法を採用しても支障が生じない。

このように、上記超音波検査装置１によると、管９０に挿入する深さの調整および位置決めが容易になるので、速やかに検査することができる。また、超音波検査装置１による探傷試験をする際の姿勢が安定するので、モータを使用してもフェーズドアレイ法が採用可能となり、結果として、速やかに検査することができる。

ところで、上記実施の形態では、上記第一固定用脚３１および上記第二固定用脚３２が互いに隣接する管９０に挿入される位置にあるとして説明したが、互いに隣接しない管９０に挿入される位置にあってもよい。この場合、超音波検査装置１による探傷試験をする際の姿勢がより安定する。

また、上記実施の形態では、脚形治具３が２本の固定用脚３１，３２からなるとして説明したが、２本に限定されるものではなく、１本または３本以上であってもよい。
さらに、上記実施の形態では、装置本体２と脚形治具３とが別物として説明したが、装置本体２と脚形治具３とを一体化してものでもよい。この場合、装置本体２の胴体部１０が脚形治具３の脚部３３，３７を兼ね、この胴体部１０に膨縮部３４が設けられるとともに、頭部２１に締込部３５が設けられる。

加えて、上記実施の形態では、接触媒体について詳しく説明しなかったが、水またはグリセリン水溶液などが用いられる。接触媒体として水が用いられると、超音波検査装置１への接触媒体の供給が容易になるとともに、探傷試験の後における処理が不要になるので、より速やかに検査することができる。

また、上記実施の形態では、１本の脚部３３，３７に１つの膨縮部３４が設けられるとして説明したが、２つ以上設けられてもよい。また、装置本体２と脚形治具３とを一体化したもの場合、これに設けられる膨縮部３４は、１つでもよく、２つ以上でもよい。

さらに、上記実施の形態では、拡縮部の一例として膨縮部３４について説明したが、外径を上記管の内径よりも大きく／小さくするものであればよい。この拡縮部は、例えば、機械式のクランプなどを開閉させるものが挙げられる。

加えて、上記実施の形態では、中心軸保持部１２がボールプランジャーを埋め込んだパイプで構成されるとして説明したが、樹脂製プレートをバネ駆動などで抑えるようにするなど、抵抗なく管９０に挿入される機構であればよい。また、ブラシ１１に中心軸を保持させる機能を備えてもよい。

１ 超音波検査装置
２ 装置本体
３ 脚形治具
４ 付帯ボックス
１０ 胴体部
１１ ブラシ
１２ 中心軸保持部
１３ 探傷部
１４ フェーズドアレイ探触子
１５ ウェッジ
１６ 媒体供給穴
２１ 頭部
２２ フランジ
２３ 固定具
２９ 媒体用チューブ
３１ 第一固定用脚
３２ 第二固定用脚
３３ 脚部（第一固定用脚）
３４ 膨縮部
３５ 締込部
３７ 脚部（第二固定用脚）
３９ エア用チューブ

Claims (4)

1. 並列に配置された複数の管に対して超音波により溶接部の探傷試験を順次行う超音波検査装置であって、
   上記管に挿入されるフェーズドアレイ探触子と、上記管に挿入されて固定される治具とを備え、
   上記治具が、外径を上記管の内径よりも大きく／小さくする拡縮部を有することを特徴とする超音波検査装置。
2. 治具が、それぞれ管に挿入される複数本の固定用脚を有し、
   上記複数本の固定用脚が、それぞれ挿入される管の異なる深さで拡縮部を設けるものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波検査装置。
3. 治具が、固定用脚を管端に固定する締込部を有することを特徴とする請求項２に記載の超音波検査装置。
4. フェーズドアレイ探触子を管の中心軸回りに回転させる駆動機を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の超音波検査装置。

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