JP2018205055A

JP2018205055A - 欠陥評価方法

Info

Publication number: JP2018205055A
Application number: JP2017109110A
Authority: JP
Inventors: 弘行高枩; Hiroyuki Takamoku; 利英福井; Toshihide Fukui; 智紀池上; Tomonori Ikegami
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2018-12-27
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: JP6761780B2

Abstract

【課題】被検査体に存在する欠陥を効率的に評価することが可能な欠陥評価方法を提供すること。【解決手段】被検査体に存在する欠陥の評価方法であって、被検査体（１）に向けてバースト波を送信するバースト波送信工程と、バースト波が被検査体（１）で反射することにより生成される反射超音波である第１反射超音波のうちバースト波の周波数よりも高い周波数を有する高調波を受信するとともに、その高調波に基づいて欠陥の存在位置を特定する欠陥位置特定工程と、欠陥の存在位置に対してパルス波を送信するパルス波送信工程と、パルス波が欠陥で反射することにより生成される反射超音波である第２反射超音波を受信するとともに、その第２反射超音波に基づいて欠陥を評価する評価工程と、を含むこと。【選択図】図１

Description

本発明は、被検査体に存在する欠陥を評価する方法に関するものである。

従来、非破壊で被検査体の欠陥を検査する方法として、超音波を利用する方法が知られている。例えば、特許文献１には、所定の位置に焦点位置が合わされた収束パルス波を被検査体に送信する送信工程と、前記収束パルス波が被検査体で反射することにより生成される反射超音波に基づいて欠陥を評価する評価工程と、を含む超音波探傷方法が開示されている。送信工程では、多数のアレイ送信子をそれぞれ独立して制御することにより、パルス波の収束位置が調整されている。

特開２００１−１５３８４７号公報

特許文献１に記載される方法では、収束パルス波が用いられるため、被検査体に存在する欠陥を高精度に評価することが可能であるものの、収束パルス波は、被検査体を探傷可能な領域が小さいため、特に被検査体を３次元的に広範囲に検査する場合には多くの時間を要する。また、多数のアレイ送信子を備えており、それらを独立して制御するため、装置の構成が複雑である。

本発明の目的は、被検査体に存在する欠陥を効率的に評価することが可能な欠陥評価方法を提供することである。

前記課題を解決する手段として、本発明は、被検査体に存在する欠陥の評価方法であって、前記被検査体に向けてバースト波を送信するバースト波送信工程と、前記バースト波が前記被検査体で反射することにより生成される反射超音波である第１反射超音波のうち前記バースト波の周波数よりも高い周波数を有する高調波を受信するとともに、その高調波に基づいて前記欠陥の存在位置を特定する欠陥位置特定工程と、前記欠陥の存在位置に対してパルス波を送信するパルス波送信工程と、前記パルス波が前記欠陥で反射することにより生成される反射超音波である第２反射超音波を受信するとともに、その第２反射超音波に基づいて前記欠陥を評価する評価工程と、を含む、欠陥評価方法を提供する。

本欠陥評価方法では、バースト波の送信によって被検査体の広範囲について欠陥の存在位置を検出することができるので、効率的に欠陥を評価することができる。具体的に、被検査体にバースト波を送信すると、欠陥において非線形効果が生じることにより、バースト波の反射超音波として当該バースト波の周波数よりも高い周波数を有する高調波が生成される。この高調波は、バースト波（入射波）の周波数とは異なる周波数を有する反射超音波であるので、つまり、組織反乱ノイズ（入射波の周波数と同じ周波数の反射超音波）をほとんど含まないので、この高調波に基づいて被検査体における欠陥の存在位置を特定することが可能となる。よって、その欠陥の存在位置に対してパルス波を送信することにより、このパルス波の反射超音波である第２反射超音波に基づいて高精度に欠陥を評価することができる。

この場合において、前記パルス波送信工程では、前記パルス波として、前記欠陥の存在位置に焦点位置が合された収束パルス波を送信することが好ましい。

このようにすれば、第２反射超音波のＳＮ比が高まるので、より高精度な欠陥の評価が可能となる。

また、前記パルス波送信工程では、前記パルス波として、前記バースト波送信工程で送信する前記バースト波の周波数よりも高い周波数を有するものを送信することが好ましい。

このようにすれば、比較的低い周波数を有するバースト波によって被検査体の広範囲について欠陥の存在位置を検出することができ、かつ、評価工程では、バースト波の周波数よりも高い周波数を有する第２反射超音波に基づいてより高精度に欠陥を評価することが可能となる。

また、前記欠陥位置特定工程では、前記第１反射超音波のうち前記高調波以外の反射超音波を除去しつつ前記高調波のみを受信することが好ましい。

このようにすれば、欠陥の存在位置をより高い精度で特定することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、被検査体に存在する欠陥を効率的に評価することが可能な欠陥評価方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の欠陥評価方法に用いられる探傷装置の概要を示す図である。第１反射超音波の高調波の受信信号を示す図である。被検査体における欠陥の存在位置を示す図である。第２反射超音波の受信信号を示す図である。被検査体における欠陥の存在位置を示す図である。焦点位置が被検査体の表面から１．２ｍｍに設定された収束パルス波の反射超音波の受信信号を示す図である。焦点位置が被検査体の表面から１．４ｍｍに設定された収束パルス波の反射超音波の受信信号を示す図である。焦点位置が被検査体の表面から１．６ｍｍに設定された収束パルス波の反射超音波の受信信号を示す図である。焦点位置が被検査体の表面から１．２ｍｍに設定された収束バースト波の反射超音波の受信信号を示す図である。焦点位置が被検査体の表面から１．４ｍｍに設定された収束バースト波の反射超音波の受信信号を示す図である。焦点位置が被検査体の表面から１．６ｍｍに設定された収束バースト波の反射超音波の受信信号を示す図である。焦点位置と人工欠陥からの反射超音波の強度変化（正規化振幅）との関係を示すグラフである。

本発明の一実施形態の欠陥評価方法について、図１を参照しながら説明する。本欠陥評価方法は、バースト波とパルス波と用いることによって効率的にかつ３次元的に被検査体１の欠陥を評価する方法である。なお、パルス波は、正弦波１波分を意味し、バースト波は、連続するパルス波（正弦波２波分以上）を意味する。

欠陥評価方法では、図１に示される探傷装置が用いられる。この探傷装置は、超音波探触子３と、探傷器５と、を備えている。超音波探触子３は、探傷器５から受ける送信信号に基づいて超音波（バースト波又はパルス波）４を送信するとともに、バースト波又はパルス波が被検査体１で反射することにより生成される反射超音波に基づく受信信号を探傷器５に送る。この超音波探触子３は、３次元的に走査される。探傷器５は、超音波探触子３に送信させる超音波（バースト波又はパルス波）４に応じた送信信号を当該超音波探触子３に送信するとともに、超音波探触子３から受け取る受信信号を処理する。

具体的に、欠陥評価方法は、バースト波送信工程と、欠陥位置特定工程と、パルス波送信工程と、評価工程と、を含む。本実施形態では、超音波探触子３は、接触媒質としての水２を介して被検査体１と音響的に結合するように配置される。

バースト波送信工程では、超音波探触子３から被検査体１に向けてバースト波が送信される。このバースト波は、水中を経て被検査体１内に入射する。

欠陥位置特定工程では、バースト波が被検査体１で反射することにより生成される反射超音波である第１反射超音波が超音波探触子３で受信されるとともに、その受信信号が探傷器５に送られる。具体的に、被検査体１にバースト波を送信すると、被検査体１に存在する欠陥において非線形効果が生じることにより、バースト波の反射超音波として当該バースト波の周波数よりも高い周波数を有する高調波が生成される。このため、第１反射超音波には、バースト波（入射波）の周波数と同じ周波数を有する基本波に加え、前記高調波が含まれる。本実施形態の欠陥位置特定工程では、第１反射超音波のうち前記高調波以外の反射超音波（基本波等）を除去しつつ前記高調波のみを受信する。なお、第１反射超音波のうちの前記高調波以外の反射超音波は、探傷器５においてフィルタにより除去される。前記高調波は、バースト波の周波数とは異なる周波数を有する反射超音波であるので、つまり、組織反乱ノイズ（入射波の周波数と同じ周波数を有する基本波）をほとんど含まないので、この高調波に基づいて被検査体１における欠陥の存在位置を明確に特定することが可能となる。すなわち、この欠陥位置特定工程では、バースト波が被検査体１で反射することにより生成される第１反射超音波のうち高調波を受信するとともに、その高調波に基づいて欠陥の存在位置を特定する。なお、この工程では、探傷器５においてバースト波（入射波）の周波数とは異なる周波数成分を有する反射超音波を受信するので、その受信信号に基づく欠陥の評価はできない。

パルス波送信工程では、欠陥位置特定工程において特定された欠陥の存在位置に向けて超音波探触子３からパルス波を送信する。本実施形態のパルス波送信工程では、前記パルス波として、欠陥の存在位置に焦点位置が合された収束パルス波を送信する。また、パルス波送信工程では、前記パルス波として、バースト波送信工程で送信するバースト波の周波数（例えば２０ＭＨｚ）よりも高い周波数（例えば５０ＭＨｚ）を有するものを送信する。

評価工程では、パルス波が欠陥で反射することにより生成される反射超音波である第２反射超音波を超音波探触子３で受信するとともに、その第２反射超音波に基づいて欠陥を評価する。欠陥の評価は、探傷器５で受信される反射信号の大きさ等に基づいて行われる。

以上に説明したように、本実施形態の欠陥評価方法では、まずバースト波の送信によって被検査体１の広範囲について欠陥の存在位置を検出することができるので、その欠陥の存在位置に向けてパルス波を送信することにより、このパルス波の反射超音波である第２反射超音波に基づいて効率的にかつ高精度に欠陥を評価することができる。

また、パルス波送信工程では、パルス波として、欠陥の存在位置に焦点位置が合された収束パルス波が送信されるので、第２反射超音波のＳＮ比が高まる。よって、より高精度な欠陥の評価が可能となる。

さらに、パルス波送信工程では、パルス波として、バースト波送信工程で送信するバースト波の周波数よりも高い周波数を有するものが送信される。このため、比較的低い周波数（例えば２０ＭＨｚ）を有するバースト波によって被検査体１の広範囲について欠陥の存在位置を検出することができ、かつ、評価工程では、バースト波の周波数よりも高い周波数（例えば５０ＭＨｚ）を有する第２反射超音波に基づいてより高精度に欠陥を評価することが可能となる。

また、欠陥位置特定工程では、第１反射超音波のうち高調波以外の反射超音波を除去しつつ高調波のみが受信されるので、欠陥の存在位置をより高い精度で特定することが可能となる。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、超音波探触子３として、バースト波の送信及び第１反射超音波の受信が可能な探触子と、パルス波の送信及び第２反射超音波の受信が可能な探触子と、が別体で構成されたものが用いられてもよい。ただし、上記実施形態のように、バースト波送信工程及びパルス波送信工程において、共通の超音波探触子３が用いられることにより、各工程における探触子の交換作業が不要となるので、各工程において互いに異なる探触子が用いられる場合に比べて測定時間が短縮される。

上記実施形態の欠陥評価方法の実施例について説明する。この実施例のバースト波送信工程では、被検査体１（この実施例では鋼材）に対して超音波探触子３から２０ＭＨｚのバースト波を送信した。図２は、欠陥位置特定工程において探傷器５で受信された受信信号の例を示している。図２の横軸は時間を表しており、欠陥の存在位置の深さに対応している。この図２に示されるように、第１反射超音波のうち高調波（この実施例では４０ＭＨｚ以上）以外の反射超音波が除去されており（組織反乱ノイズが有効に抑制されており）、欠陥の存在位置が明確に特定される。このことは、バースト波の送信パワーや第１反射超音波の増幅度を向上させることにより、より顕著となる。図３は、被検査体１の特定の面内（この実施例では１０ｍｍ×１０ｍｍの領域）における欠陥の存在位置の例を示している。

一方、図４は、被検査体１にパルス波を送信した場合の比較例を示している。具体的に、図４は、被検査体１に対して超音波探触子３から送信したパルス波が被検査体１で反射することにより生成された反射超音波の受信信号の例を示しており、図５は、被検査体１の特定の面内における欠陥の存在位置の例を示している。特に図２及び図４より、被検査体１にバースト波を送信することにより生成される第１反射超音波のうち高調波のみを受信することにより、被検査体１にパルス波を送信することにより生成される反射超音波を受信する場合に比べて欠陥の存在位置を明確に特定できることが確認された。

次に、表面から深さ１．８ｍｍの位置に直径０．１ｍｍの人工欠陥を有する被検査体１に対し、超音波探触子３から収束パルス波を送信した。図６〜図８は、被検査体１に収束パルス波が送信されたときの第２反射超音波の受信信号を示している。図６は、焦点位置が被検査体１の表面から１．２ｍｍに設定された収束パルス波の反射超音波の受信信号であり、図７は、焦点位置が被検査体１の表面から１．４ｍｍに設定された収束パルス波の反射超音波の受信信号であり、図８は、焦点位置が被検査体１の表面から１．６ｍｍに設定された収束パルス波の反射超音波の受信信号である。図６〜図９より、パルス波の焦点位置が人工欠陥の存在位置に近づくにしたがって第２反射超音波の受信信号の振幅が大きくなること、つまり、パルス波の焦点位置が前記欠陥位置特定工程で特定された欠陥の存在位置に設定されることにより、高精度な欠陥の評価が可能となることが確認された。

一方、図９〜図１１は、被検査体１に収束バースト波が送信されたときの第１反射超音波の受信信号を示している。図９は、焦点位置が被検査体１の表面から１．２ｍｍに設定された収束バースト波の反射超音波の受信信号であり、図１０は、焦点位置が被検査体１の表面から１．４ｍｍに設定された収束バースト波の反射超音波の受信信号であり、図１１は、焦点位置が被検査体１の表面から１．６ｍｍに設定された収束パルス波の反射超音波の受信信号である。これらの図９〜図１１に見られるように、収束バースト波の焦点位置が人工欠陥の存在位置からある程度離間したとしても、欠陥の存在位置を比較的明確に特定可能であることが分かる。

図１２は、送信波（２０ＭＨｚのバースト波又は５０ＭＨｚのパルス波）の焦点位置と人工欠陥からの反射超音波の強度変化（正規化振幅）との関係を示すグラフである。この図１２には、２０ＭＨｚのバースト波が被検査体１に送信された場合に生成される第１反射超音波のうちの高調波の受信信号と、５０ＭＨｚのパルス波が被検査体１に送信された場合に生成される第２反射超音波の基本波の受信信号と、が示されている。なお、縦軸の値は、焦点位置が１．８ｍｍである場合の受信信号の値に対する割合を示す。この図１２から、第１反射超音波の高調波を受信することにより、比較的低い周波数であったとしても微小な人工欠陥の存在位置を明確に特定可能であること、すなわち、被検査体１の広範囲において明確に欠陥の存在位置を検出可能であることが確認された。なお、これは、周波数が低い程、収束域（焦点探度）が広くなるためと考えられる。

１被検査体
２水
３超音波探触子
４超音波（バースト波、パルス波）
５探傷器

Claims

被検査体に存在する欠陥の評価方法であって、
前記被検査体に向けてバースト波を送信するバースト波送信工程と、
前記バースト波が前記被検査体で反射することにより生成される反射超音波である第１反射超音波のうち前記バースト波の周波数よりも高い周波数を有する高調波を受信するとともに、その高調波に基づいて前記欠陥の存在位置を特定する欠陥位置特定工程と、
前記欠陥の存在位置に対してパルス波を送信するパルス波送信工程と、
前記パルス波が前記欠陥で反射することにより生成される反射超音波である第２反射超音波を受信するとともに、その第２反射超音波に基づいて前記欠陥を評価する評価工程と、を含む、欠陥評価方法。
請求項１に記載の欠陥評価方法において、
前記パルス波送信工程では、前記パルス波として、前記欠陥の存在位置に焦点位置が合された収束パルス波を送信する、欠陥評価方法。
請求項１又は２に記載の欠陥評価方法において、
前記パルス波送信工程では、前記パルス波として、前記バースト波送信工程で送信する前記バースト波の周波数よりも高い周波数を有するものを送信する、欠陥評価方法。
請求項１ないし３のいずれかに記載の欠陥評価方法において、
前記欠陥位置特定工程では、前記第１反射超音波のうち前記高調波以外の反射超音波を除去しつつ前記高調波のみを受信する、欠陥評価方法。