JP2016191572A - Ultrasonic inspection device - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus for performing a flaw detection test using ultrasonic waves mainly on equipment having a large number of tubes.
各種プラントにおける熱交換器や反応器などには、図5に示すように、一定の間隔で平行に配置された多数の管30と、これら管30に垂直な管板20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された部分(溶接部10)の検査では、上記管30の数が極めて多いので、一つ一つの管30に対しての上記検査を速やかに行うことが要求される。
As shown in FIG. 5, a large number of
上記検査を超音波により速やかに行うには、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、探触子において、電気的な走査を行い得るので、時間を要する機械的な走査を短縮または省略することが可能である。 In order to quickly perform the above inspection using ultrasonic waves, it is conceivable to employ a phased array method. In the phased array method, electrical scanning can be performed in the probe, so that time-consuming mechanical scanning can be shortened or omitted.
フェーズドアレイ法を採用した超音波検査装置として、溶接部に対して斜角リニアスキャンをし得るフェーズドアレイ探触子と、母材の深さを検出するシングルアレイ探触子とを備える装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この特許文献1に記載された超音波検査装置によると、フェーズドアレイ探触子からの超音波が溶接部を透過することにより屈折しても、屈折した分をシングルアレイ探触子により得られる母材の深さから適切に補正が可能なので、裏波エコーと欠陥エコーとを確実に区別することができる。 Proposal of an ultrasonic inspection system that employs the phased array method includes a phased array probe that can perform oblique linear scanning on the weld and a single array probe that detects the depth of the base material. (For example, refer to Patent Document 1). According to the ultrasonic inspection apparatus described in Patent Document 1, even if the ultrasonic wave from the phased array probe is refracted by passing through the welded portion, the refracted portion is obtained by the single array probe. Since the correction can be appropriately made from the depth of the material, it is possible to reliably distinguish the back echo from the defect echo.
しかしながら、上記特許文献1に記載の超音波検査装置では、フェーズドアレイ探触子による一方向の探傷方向によってのみ溶接部の欠陥を検出するので、その探傷方向に沿った面状の欠陥を検出できないおそれがある。特に、図6に示すように、検査の対象となる溶接部10が管30と管板20とを溶接した部分の場合、このような溶接部10は複数層のビード11,12からなり様々な方向の欠陥1〜4が生じ得るので、上記特許文献1に記載の超音波検査装置140では、全ての欠陥1〜4を検出できないおそれがある。また、図5に示すように、このような溶接部10は管30の外周囲に位置するので、上記超音波検査装置140では、全ての周囲に対して管30の内面から探傷試験を行う必要があり、結果として欠陥1〜4を速やかに検出することができない。
However, since the ultrasonic inspection apparatus described in Patent Document 1 detects a defect in a welded part only in one flaw detection direction by the phased array probe, it cannot detect a planar defect along the flaw detection direction. There is a fear. In particular, as shown in FIG. 6, when the
そこで、本発明は、複数層のビードからなり管の周囲に位置する溶接部の欠陥を確実に且つ速やかに検出し得る超音波検査装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an ultrasonic inspection apparatus that can reliably and quickly detect defects in a welded portion formed of a plurality of layers of beads and positioned around a pipe.
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、管の周囲に位置して複数層のビードからなる溶接部を超音波による探傷試験で検査する超音波検査装置であって、
上記管の深さ方向に所定数のアレイ素子が配列されてなるとともにフェーズドアレイ法により超音波を発信するフェーズドアレイ探触子と、
このフェーズドアレイ探触子を上記管の内面に沿わせながら当該管の中心軸回りに回転させる駆動機と、
上記フェーズドアレイ探触子の探傷方向を複数方向で且つ上記溶接部に向くように設定する複数超音波ビーム設定部とを備えるものである。
In order to solve the above-described problems, an ultrasonic inspection apparatus according to claim 1 of the present invention is an ultrasonic inspection apparatus that inspects a welded portion formed of a plurality of layers of beads located around a pipe by an ultrasonic flaw detection test. There,
A phased array probe in which a predetermined number of array elements are arranged in the depth direction of the tube and emits ultrasonic waves by a phased array method;
A drive device that rotates the phased array probe around the central axis of the tube while being along the inner surface of the tube;
A plurality of ultrasonic beam setting units for setting the phased array probe to have a plurality of flaw detection directions toward the welded portion.
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いて、探傷方向が、管の中心軸に垂直な方向から一方に傾斜させた方向と、管の中心軸に垂直な方向と、管の中心軸に垂直な方向から他方に傾斜させた方向との三方向であるものである。 An ultrasonic inspection apparatus according to a second aspect of the present invention is the ultrasonic inspection apparatus according to the first aspect, wherein the flaw detection direction is inclined in one direction from a direction perpendicular to the central axis of the pipe, There are three directions: a direction perpendicular to the central axis of the tube and a direction inclined from the direction perpendicular to the central axis of the tube to the other.
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1または2に記載の超音波検査装置における探傷試験が、リニアスキャンによるものである。
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2に記載の超音波検査装置において、管の中心軸に垂直な方向から一方に傾斜させた探傷方向の探傷試験と、管の中心軸に垂直な方向から他方に傾斜させた探傷方向の探傷試験とが、セクタスキャンによるものである。
Furthermore, in the ultrasonic inspection apparatus according to claim 3 of the present invention, the flaw detection test in the ultrasonic inspection apparatus according to
In addition, an ultrasonic inspection apparatus according to
また、本発明の請求項5に係る超音波検査装置は、請求項1乃至4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が管の中心軸回りに回転した角度を検知する回転角検知部と、
上記回転角検知部に検知された角度、および上記フェーズドアレイ探触子に発信された超音波の反響から、探傷試験の結果である画像を探傷方向ごとに作成する画像作成部とを備えるものである。
An ultrasonic inspection apparatus according to claim 5 of the present invention is the ultrasonic inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the phased array probe is rotated about the central axis of the tube. A rotation angle detector for detecting
An image creation unit that creates an image as a result of the flaw detection test for each flaw detection direction from the angle detected by the rotation angle detection unit and the echo of the ultrasonic wave transmitted to the phased array probe. is there.
さらに、本発明の請求項6に係る超音波検査装置は、請求項5に記載の超音波検査装置において、画像作成部に作成された探傷方向ごとの画像を足し合わせる画像処理部を備えるものである。 Furthermore, an ultrasonic inspection apparatus according to a sixth aspect of the present invention is the ultrasonic inspection apparatus according to the fifth aspect, further comprising an image processing unit that adds the images for each flaw detection direction created in the image creating unit. is there.
上記超音波検査装置によると、探傷方向が管の深さ方向に異なる複数方向となるので、溶接部の欠陥を確実に検出することができる。また、管の中心軸回りを回転しながら探傷試験を行うので、溶接部の欠陥を速やかに検出することができる。 According to the ultrasonic inspection apparatus, since the flaw detection direction is a plurality of directions different from the depth direction of the pipe, it is possible to reliably detect defects in the welded portion. Further, since the flaw detection test is performed while rotating around the central axis of the tube, it is possible to quickly detect defects in the welded portion.
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。
まず、上記超音波検査装置に係る技術的思想の概略について説明する。
上記超音波検査装置における検査(超音波による探傷試験)の対象は、図5に示すように、一定の間隔で平行に配置された多数の管30と、これら管30に垂直な管板20とが溶接された部分(以下、溶接部10という)である。このような溶接部10は、確実な溶接の強度を確保するために、複数回のパスが施されており、その結果として複数層(本実施の形態では一例として2層)のビード11,12からなる。このような溶接部10には、図6に示すように、欠陥1〜4が、ビード11,12と管30および管板20との境界だけでなく、ビード11,12同士の境界にも生じ得る。このため、これら欠陥1〜4は様々な方向の面状となるので、探傷方向が一方向である従来の超音波検査装置140では、その探傷方向に沿う方向の欠陥3を検出できないおそれがある。
Hereinafter, an ultrasonic inspection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an outline of the technical idea related to the ultrasonic inspection apparatus will be described.
As shown in FIG. 5, an object of inspection (ultrasonic flaw detection test) in the ultrasonic inspection apparatus is a large number of
そこで、本発明の超音波による探傷試験では、図1〜3に示すように、フェーズドアレイ法により探傷方向を管30の深さ方向に異なる三方向(複数方向であればよい)にすることで、上記溶接部10に生じ得るような様々な方向の欠陥1〜4でも、確実に検出できる。勿論、上記三方向は、いずれも上記溶接部10に向くようにされる。また、探傷試験の際に、フェーズドアレイ法のための探触子であるフェーズドアレイ探触子(詳しくは後述する)55を管30の中心軸31回りに回転51させることで、管30の外周囲に位置する溶接部10(図5参照)の欠陥1〜4を速やかに検出することができる。
Therefore, in the flaw detection test using ultrasonic waves according to the present invention, as shown in FIGS. 1 to 3, the flaw detection direction is set to three different directions in the depth direction of the tube 30 (a plurality of directions may be used) by the phased array method. The defects 1 to 4 in various directions that can occur in the
以下、本発明の実施の形態に係る超音波検査装置40について図1〜図4に基づき詳細に説明する。
この超音波検査装置40は、図4に示すように、管30に挿入されて当該管30の中心軸31回りに回転51しつつ当該管30の内面から溶接部10にフェーズドアレイ法の探傷試験を行う回転探傷部50と、この回転探傷部50の回転51および探傷試験を制御する制御部60とを有する。なお、以下では、上記管30において、回転探傷部50が挿入される元を管手前といい、回転探傷部50が挿入される先を管奥という。
Hereinafter, an
As shown in FIG. 4, this
[回転探傷部50]
回転探傷部50は、管30の深さ方向に配列された所定数(フェーズドアレイ法に必要な数)のアレイ素子56からなるフェーズドアレイ探触子55と、図示しないバッテリーからの電力により駆動して回転探傷部50を管30の中心軸31回りに回転51させるモータ(駆動機の一例である)52と、管30の中心軸31回りに回転51した回転探傷部50の角度の信号を発するエンコーダ53とを有する。上記フェーズドアレイ探触子55は、その各アレイ素子56の発振時54を調整することで、超音波による探傷方向および探傷範囲を自在に変更可能である。また、図示しないが、上記回転探傷部50は、上記フェーズドアレイ探触子55を覆うとともに管30の内面に面し得るウェッジと、このウェッジの周囲から超音波による探傷試験に必要な接触媒体(水またはグリセリンなど)を供給し得る媒体供給穴とを有する。さらに、上記回転探傷部50は、上記管30の内面とウェッジとの間隔が数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。
[Rotating flaw detector 50]
The rotating
[制御部60]
上記制御部60は、上記回転探傷部50の回転51に関する構成として、上記回転探傷部50を作動させる指示部61と、この指示部61からの指示によりモータ52を駆動させる駆動部62と、上記エンコーダ53からの信号により回転探傷部50の回転51した角度を検知する回転角検知部63とを有する。また、上記制御部60は、上記回転探傷部50の超音波による探傷試験に関する構成として、上記指示部61からの指示によりフェーズドアレイ探触子55の探傷方向が三方向になるように設定する複数超音波ビーム設定部67と、この複数超音波ビーム設定部67の設定に基づいてフェーズドアレイ探触子55に超音波を発信させる発信部64と、この発信部64によりフェーズドアレイ探触子55から発信された超音波の反射(以下では反射エコーという)を受信する受信部65と、この受信部65に受信された反射エコーから欠陥1〜4の有無を判別するための画像を作成する画像作成部66と、この画像作成部66により作成された画像を処理する画像処理部68とを有する。
[Control unit 60]
The
上記指示部61は、図示しないスタートボタンに接続されて、このスタートボタンが押されることにより、または、上記回転角検知部63で検知された角度に基づいて、上記駆動部62および複数超音波ビーム設定部67に指示する。上記駆動部62は、上記指示部61からの指示により、上記モータ52とバッテリーとの電気的な接続をON/OFFに切り替える。上記回転角検知部63は、検知した回転探傷部50の角度を、モータ52を停止させる判断のために指示部61に知らせるとともに、検出された欠陥1〜4の位置を特定させるために画像作成部66に知らせる。
The instructing
上記複数超音波ビーム設定部67は、上記フェーズドアレイ探触子55の探傷方向を管30の中心軸31に垂直な方向から管奥側(図1参照)にする第一斜角スキャン部71と、上記フェーズドアレイ探触子55の探傷方向を管30の中心軸31に垂直な方向(図2参照)にする垂直スキャン部72と、上記フェーズドアレイ探触子55の探傷方向を管30の中心軸31に垂直な方向から管手前側(図3参照)にする第二斜角スキャン部73とからなる。上記第一斜角スキャン部71は、図1に示すように、上記フェーズドアレイ探触子55の探傷方向が管30の中心軸31に垂直な方向から管奥側になるよう、すなわちアレイ素子56の発振時54を管手前側から管奥側につれて遅延させるように設定する。上記垂直スキャン部72は、図2に示すように、上記フェーズドアレイ探触子55の探傷方向が管30の中心軸31に垂直な方向になるよう、すなわちアレイ素子56の発振時54を同時として設定する。上記第二斜角スキャン部73は、図3に示すように、上記フェーズドアレイ探触子55の探傷方向が管30の中心軸31に垂直な方向から管手前側になるよう、すなわちアレイ素子56の発振時54を管奥側から管手前側につれて遅延させるように設定する。また、上記複数超音波ビーム設定部67は、その第一斜角スキャン部71、垂直スキャン部72および第二斜角スキャン部73を介して、それぞれ発信部64によりフェーズドアレイ探触子55から超音波を発信させるタイミングは、略同時または僅かに遅れたものとされる。ここで、略同時とは、上記フェーズドアレイ探触子55が上記三種類の超音波を可能な限り遅れることなく発信する時間をいう。また、僅かに遅れたとは、その遅れを人が自然に体感できない程度、例えば、1/30秒〜1/90秒程度をいう。
The multiple ultrasonic
上記画像作成部66は、上記受信部65に受信された反射エコーと、回転角検知部63により知らされた回転探傷部50の回転51した角度とから、上記三種類の超音波ごとに(上記三方向の探傷方向ごとに)三種類の画像を作成する。それぞれの画像は、例えば、縦軸を上記管30の内面から外方に向かう方向、横軸を管手前から管奥に向かう方向、および、色彩を上記反射エコー強度、とするコンター図である。上記画像処理部68は、上記三種類の画像を足し合わせることで、1枚の画像にする。この1枚の画像は、上記三種類の反射エコー強度の情報を全て含むことになる。
The
以下、上記超音波検査装置40を使用する超音波検査方法について説明する。
まず、回転探傷部50を管30に挿入することで、溶接部10に管30の内面から超音波による探傷試験のための準備を行う。次に、スタートボタンを押すことにより、指示部61から駆動部62および複数超音波ビーム設定部67に指示される。すると、回転探傷部50は、モータ52により管30の中心軸31回りに回転51するとともに、フェーズドアレイ探触子55から溶接部10に向けて超音波が発信される。フェーズドアレイ探触子55から発信される超音波は、探傷方向が管30の中心軸31に垂直な方向から管奥側になるようなもの(図1参照)と、探傷方向が管30の中心軸31に垂直な方向になるようなもの(図2参照)と、探傷方向が管30の中心軸31に垂直な方向から管手前側になるようなもの(図3参照)との三種類である。すなわち、上記超音波検査方法における探傷試験では、探傷方向が三方向となる。これら三種類の超音波が発信されるタイミングは、略同時または僅かに遅れる。
Hereinafter, an ultrasonic inspection method using the
First, the
これら超音波の反射、つまり反射エコーが、フェーズドアレイ探触子55を通じて受信部65により受信される。この受信部65に受信された超音波の反響と、回転角検知部63により知らされた回転探傷部50の回転51した角度とから、上記三種類の超音波ごとに三種類の画像が画像作成部66により作成される。これら三種類の画像は、画像処理部68により足し合わされて1つの画像にされる。
These ultrasonic reflections, that is, reflected echoes are received by the receiving
このように、上記超音波検査装置40によると、探傷方向が管30の深さ方向に異なる三方向(複数方向)となるので、上記溶接部10の欠陥1〜4を確実に検出することができる。また、フェーズドアレイ探触子55が管30の中心軸31回りを回転51しながら探傷試験を行うので、上記溶接部10の欠陥1〜4を速やかに検出することができる。
Thus, according to the
さらに、上記探傷方向が、管30の中心軸31に垂直な方向から管奥側(一方)に傾斜させた方向と、管30の中心軸31に垂直な方向と、管30の中心軸31に垂直な方向から管手前側(他方)に傾斜させた方向であるから、これら探傷方向は様々な方向であるといえる。このため、上記溶接部10の欠陥1〜4が様々な方向を向くものであっても、これら全ての探傷方向の探傷試験で検出されない欠陥1〜4の確率を下げることにつながり、結果として上記溶接部10の欠陥1〜4をより確実に検出することができる。
Further, the flaw detection direction is inclined from the direction perpendicular to the
加えて、上記画像作成部66により作成される画像により、探傷試験の結果が可視化されるので、視覚的に欠陥1〜4の有無を判別しやすくすることにつながり、結果として上記溶接部10の欠陥1〜4をより確実に検出することができる。
In addition, since the result of the flaw detection test is visualized by the image created by the
また、上記画像処理部68により、画像作成部66の画像が足し合わされて1枚の画像にされることで、管30ごとの探傷試験の結果が1枚の画像として可視化されるので、視覚的に欠陥1〜4の有無を一層判別しやすくすることにつながり、結果として上記溶接部10の欠陥1〜4を一層確実に検出することができる。
Further, the
ところで、上記実施の形態での探傷試験は、図1〜図3における各アレイ素子56の発振時54から全ての探傷方向でリニアスキャンによるものとして図示したが、これに限定されるものではない。例えば、管30の中心軸31に垂直な方向から管奥側(一方)に傾斜させた探傷方向の探傷試験と、管30の中心軸31に垂直な方向から管手前側(他方)に傾斜させた探傷方向の探傷試験とが、セクタスキャンによるものであってもよい。これにより、探傷範囲が広がることになり、様々な方向の欠陥を検出する確率が高まるので、上記溶接部10の欠陥1〜4を一層確実に検出することができる。なお、探傷試験が全ての探傷方向でリニアスキャンによるものとすると、上記三方向の探傷試験で条件が同一になるので、探傷試験の精度を高めることができる。
By the way, although the flaw detection test in the above-described embodiment is illustrated as being performed by linear scanning in all flaw detection directions from the
また、上記実施の形態では、溶接部10が管30と管板20との溶接された部分として説明したが、管30の周囲に位置するものであればよい。
In the above-described embodiment, the welded
1〜4 欠陥
10 溶接部
11 ビード(1層目)
12 ビード(2層目)
20 管板
30 管
31 中心軸
40 超音波検査装置
50 回転探触部
51 回転
52 モータ
53 エンコーダ
54 発振時
55 フェーズドアレイ探触子
56 アレイ素子
60 制御部
62 駆動部
67 複数超音波ビーム設定部
1-4
12 beads (2nd layer)
20
Claims (6)
上記管の深さ方向に所定数のアレイ素子が配列されてなるとともにフェーズドアレイ法により超音波を発信するフェーズドアレイ探触子と、
このフェーズドアレイ探触子を上記管の内面に沿わせながら当該管の中心軸回りに回転させる駆動機と、
上記フェーズドアレイ探触子の探傷方向を複数方向で且つ上記溶接部に向くように設定する複数超音波ビーム設定部とを備えることを特徴とする超音波検査装置。 An ultrasonic inspection apparatus for inspecting a welded portion consisting of multiple layers of beads positioned around a pipe by an ultrasonic flaw detection test,
A phased array probe in which a predetermined number of array elements are arranged in the depth direction of the tube and emits ultrasonic waves by a phased array method;
A drive device that rotates the phased array probe around the central axis of the tube while being along the inner surface of the tube;
An ultrasonic inspection apparatus comprising: a plurality of ultrasonic beam setting units configured to set a flaw detection direction of the phased array probe in a plurality of directions and toward the welded portion.
上記回転角検知部に検知された角度、および上記フェーズドアレイ探触子に発信された超音波の反響から、探傷試験の結果である画像を探傷方向ごとに作成する画像作成部とを備えることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の超音波検査装置。 A rotation angle detector that detects the angle at which the phased array probe rotates about the central axis of the tube;
An image creation unit for creating an image as a result of the flaw detection test for each flaw detection direction from the angle detected by the rotation angle detection unit and the echo of the ultrasonic wave transmitted to the phased array probe. The ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the ultrasonic inspection apparatus is characterized.
The ultrasonic inspection apparatus according to claim 5, further comprising an image processing unit that adds the images for each flaw detection direction created in the image creation unit.
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