JP2019090682A - 超音波探傷方法 - Google Patents

Abstract

【課題】未探傷領域が生じないように被探傷管を超音波探傷することが可能な超音波探傷方法を提供する。【解決手段】本発明は、検出対象きずに対する被探傷管Ｐの軸方向の第１有効ビーム幅Ｗ１及び被探傷管の周方向の第２有効ビーム幅Ｗ２を算出する有効ビーム幅算出工程Ｓ２と、第１有効ビーム幅に基づき、「相対移動ピッチ≦第１有効ビーム幅」を満足するように、被探傷管の軸方向の相対移動ピッチを決定し、第２有効ビーム幅に基づき、「相対周速度≦第２有効ビーム幅×超音波送信回数／単位時間」を満足するように、被探傷管の相対周速度を決定する相対移動条件決定工程Ｓ３と、決定した相対移動ピッチ及び相対周速度に従い、被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて前記被探傷管を超音波探傷する探傷工程Ｓ４と、を含む。【選択図】 図２

Description

本発明は、被探傷管に対向配置した超音波探触子に対して被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管を超音波探傷する方法に関する。特に、本発明は、未探傷領域が生じないように被探傷管を超音波探傷することが可能な超音波探傷方法に関する。

従来、鋼管等の管の超音波探傷を行う際には、超音波探触子から送信される超音波ビームをスパイラル状に走査して管の全面を探傷するために、管に対向配置した超音波探触子に対して管を軸方向及び周方向に相対移動させることが一般的である。
超音波探傷子に対して管を軸方向及び周方向に相対移動させる方法としては、例えば、超音波探触子の位置を固定する一方で、スキューローラ等によって管を周方向に回転させながら軸方向に搬送（スパイラル搬送）する方法が挙げられる。

ここで、例えば、非特許文献１には、「試験中、振動子の寸法に基づいて計算したカバー率で、振動子群が鋼管の全表面を探傷するように走査しなければならない」と記載されている（非特許文献１の第４頁第６．２項）。
すなわち、従来、超音波探傷子に対して管を軸方向及び周方向に相対移動させる場合、管の軸方向及び周方向の相対移動速度によって決まる管の軸方向の相対移動ピッチ（超音波探触子に対して管が相対的に１回転する間に、超音波探触子に対して管が軸方向に相対移動する長さ）は、超音波探触子（振動子）の寸法に基づいて決定されるのが一般的である。
具体的には、例えば、超音波探触子から送信される超音波ビームの音場強度のプロファイルを超音波探触子の寸法に基づいて計算し、この音場強度のプロファイルのうち所定値以上の音場強度を有する超音波ビームの部分が隙間無く管の表面でスパイラル状に走査されるように、管の軸方向の相対移動ピッチが決定される。

しかしながら、実際の超音波探傷は、超音波探触子がきずからのエコーを検出することで行われるため、管の全面を精度良く探傷するには、きずが管の何れの部位に存在していたとしても一定以上のエコー強度が得られるように、超音波探触子から送信される超音波ビームをスパイラル状に走査する必要がある。
前述のように、音場強度のプロファイルに基づき管の軸方向の相対移動ピッチを決定する方法では、きずからのエコー強度を何ら考慮していないため、所定値以上の音場強度を有する超音波ビームの部分が隙間無く管の表面でスパイラル状に走査されたとしても、きずからのエコー強度が十分に得られないおそれがある。換言すれば、従来の方法では、未探傷領域が生じるおそれがある。

ＪＩＳ Ｇ０５８２

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、被探傷管に対向配置した超音波探触子に対して被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管を超音波探傷する方法であって、未探傷領域が生じないように被探傷管を超音波探傷することが可能な超音波探傷方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は、被探傷管に対向配置した超音波探触子に対して前記被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて前記被探傷管を超音波探傷する方法であって、以下の各工程を含むことを特徴とする超音波探傷方法を提供する。
（１）有効ビーム幅算出工程：検出対象きずに対する前記被探傷管の軸方向の有効ビーム幅である第１有効ビーム幅及び前記被探傷管の周方向の有効ビーム幅である第２有効ビーム幅を算出する。
（２）相対移動条件決定工程：前記有効ビーム幅算出工程で算出した前記第１有効ビーム幅に基づき、以下の式（１）を満足するように、前記被探傷管の軸方向の相対移動ピッチを決定し、前記有効ビーム幅算出工程で算出した前記第２有効ビーム幅に基づき、以下の式（２）を満足するように、前記被探傷管の相対周速度を決定する。
相対移動ピッチ≦第１有効ビーム幅 ・・・（１）
相対周速度≦第２有効ビーム幅×超音波送信回数／単位時間・・・（２）
（３）探傷工程：前記相対移動条件決定工程で決定した前記相対移動ピッチ及び前記相対周速度に従い、前記被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて前記被探傷管を超音波探傷する。

本発明において、「検出対象きずに対する被探傷管の軸方向の有効ビーム幅である第１有効ビーム幅」とは、超音波探触子に対して検出対象きずを被探傷管の軸方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルにおいて、エコー強度が所定の強度（例えば、最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となる範囲の長さ（被探傷管の軸方向に沿った長さ）を意味する。
また、本発明において、「検出対象きずに対する被探傷管の周方向の有効ビーム幅である第２有効ビーム幅」とは、超音波探触子に対して検出対象きずを被探傷管の周方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルにおいて、エコー強度が所定の強度（例えば、最大強度を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となる範囲の長さ（被探傷管の周方向に沿った長さ）を意味する。
さらに、本発明において、「相対移動ピッチ」とは、超音波探触子に対して管が相対的に１回転する間に、超音波探触子に対して管が軸方向に相対移動する長さ（距離）を意味する。

本発明によれば、有効ビーム幅算出工程において、第１有効ビーム幅を算出し、相対移動条件決定工程において、算出した第１有効ビーム幅に基づき、式（１）を満足するように、被探傷管の軸方向の相対移動ピッチを決定し、探傷工程において、決定した相対移動ピッチに従い、被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管を超音波探傷する。これにより、被探傷管の軸方向について、超音波探触子から送信される超音波ビームが到達する被探傷管の何れの部位に検出対象きずが存在していたとしても、当該検出対象きずは第１有効ビーム幅の範囲内に位置することになる。したがって、当該検出対象きずからのエコー強度は、所定の強度（例えば、エコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となって検出可能である。
同様に、本発明によれば、有効ビーム幅算出工程において、第２有効ビーム幅を算出し、相対移動条件決定工程において、算出した第２有効ビーム幅に基づき、式（２）を満足するように、被探傷管の相対周速度を決定し、探傷工程において、決定した相対周速度に従い、被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管を超音波探傷する。これにより、被探傷管の周方向について、超音波探触子から送信される超音波ビームが到達する被探傷管の何れの部位に検出対象きずが存在していたとしても、当該検出対象きずは第２有効ビーム幅の範囲内に位置することになる。したがって、当該検出対象きずからのエコー強度は、所定の強度（例えば、エコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ）以上となって検出可能である。
したがい、本発明によれば、被探傷管の軸方向及び周方向の双方について、未探傷領域が生じないように被探傷管を超音波探傷することが可能である。

好ましくは、前記超音波探触子として、前記被探傷管の周方向に延びる周方向きずを検出するための第１超音波探触子と、前記被探傷管の軸方向に延びる軸方向きずを検出するための第２超音波探触子とを用い、前記有効ビーム幅算出工程において、前記被探傷管と材質及び断面寸法が同等で且つ前記検出対象きずとしての周方向きずを加工した管である第１試験用管を用いて前記第１超音波探触子に対して前記第１試験用管の前記周方向きずを軸方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルに基づき、前記第１有効ビーム幅を算出し、前記被探傷管と材質及び断面寸法が同等で且つ前記検出対象きずとしての軸方向きずを加工した管である第２試験用管を用いて前記第２超音波探触子に対して前記第２試験用管の前記軸方向きずを周方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルに基づき、前記第２有効ビーム幅を算出する。

被探傷管の周方向に延びる周方向きずは、被探傷管の周方向に長くて軸方向に短いため、被探傷管の軸方向に未探傷領域が生じ易い。一方、被探傷管の軸方向に延びる軸方向きずは、被探傷管の軸方向に長くて周方向に短いため、被探傷管の周方向に未探傷領域が生じ易い。
上記の好ましい方法によれば、周方向きずを検出するための第１超音波探触子に対して周方向きずを軸方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルに基づき、第１有効ビーム幅を算出し、軸方向きずを検出するための第２超音波探触子に対して軸方向きずを周方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルに基づき、第２有効ビーム幅を算出する。このため、被探傷管の軸方向及び周方向の何れについても、きずの種類に関わらず未探傷領域が生じ難い適切な有効ビーム幅を算出可能である。

また、被探傷管の材質や断面寸法に応じて超音波の伝搬挙動が変化するため、これに応じて有効ビーム幅も変化する可能性がある。
上記の好ましい方法によれば、第１有効ビーム幅を算出する際に、被探傷管と材質及び断面寸法が同等で且つ周方向きずを加工した管である第１試験用管を用い、第２有効ビーム幅を算出する際に、被探傷管と材質及び断面寸法が同等で且つ軸方向きずを加工した管である第２試験用管を用いる。このため、実際に超音波探傷する被探傷管に周方向きずや軸方向きずが存在する場合と同等の条件で、第１有効ビーム幅及び第２有効ビーム幅を算出可能である。

なお、上記の好ましい方法において、第１試験用管と第２試験用管とは、別の管にする場合に限らず、同じ管を用いることも可能である。すなわち、同じ管の別の部位に周方向きずと軸方向きずとを加工し、この管を第１試験用管及び第２試験用管として兼用することも可能である。

好ましくは、前記第１試験用管には、外面及び内面のそれぞれに前記周方向きずが加工され、前記第２試験用管には、外面及び内面のそれぞれに前記軸方向きずが加工され、前記有効ビーム幅算出工程において、前記第１超音波探触子に対して前記第１試験用管の前記外面及び内面の周方向きずをそれぞれ軸方向に相対移動させることで得られる前記外面及び内面の周方向きずについてのエコー強度のプロファイルに基づき、前記外面及び内面の周方向きず毎に前記第１有効ビーム幅を算出し、何れか小さい方の前記第１有効ビーム幅を最終的な前記第１有効ビーム幅の算出結果とし、前記第２超音波探触子に対して前記第２試験用管の前記外面及び内面の軸方向きずをそれぞれ周方向に相対移動させることで得られる前記外面及び内面の軸方向きずについてのエコー強度のプロファイルに基づき、前記外面及び内面の軸方向きず毎に前記第２有効ビーム幅を算出し、何れか小さい方の前記第２有効ビーム幅を最終的な前記第２有効ビーム幅の算出結果とする。

きずが被探傷管の外面及び内面のいずれに存在するかに応じて超音波の伝搬挙動が変化するため、これに応じて有効ビーム幅も変化する可能性がある。
上記の好ましい方法によれば、第１試験用管の外面及び内面のそれぞれに加工した周方向きずを用いて、外面及び内面の周方向きず毎に第１有効ビーム幅を算出し、何れか小さい方の第１有効ビーム幅を最終的な第１有効ビーム幅の算出結果とする。同様に、第２試験用管の外面及び内面のそれぞれに加工した軸方向きずを用いて、外面及び内面の軸方向きず毎に第２有効ビーム幅を算出し、何れか小さい方の第２有効ビーム幅を最終的な第２有効ビーム幅の算出結果とする。このため、きずの位置に関わらず未探傷領域が生じ難い適切な有効ビーム幅を算出可能である。

好ましくは、少なくとも前記被探傷管の材質又は断面寸法が変わる毎に、前記有効ビーム幅算出工程及び前記相対移動条件決定工程を実行する。

前述のように、被探傷管の材質や断面寸法に応じて超音波の伝搬挙動が変化するため、これに応じて有効ビーム幅も変化する可能性がある。
上記の好ましい方法によれば、被探傷管の製造ロットが変更された場合など、少なくとも被探傷管の材質又は断面寸法が変わる毎に、有効ビーム幅算出工程及び相対移動条件決定工程を実行するため、適切な有効ビーム幅を算出可能である。
なお、有効ビーム幅算出工程及び相対移動条件決定工程を実行する（有効ビーム幅及び相対移動条件を更新する）タイミングとしては、被探傷管の材質又は断面寸法が変わるタイミングに限られるものではなく、超音波探触子を新しいものに交換したり、超音波探触子と被探傷管との配置関係（超音波探触子と被探傷管との距離や、超音波の入射角など）を変更した場合にも、有効ビーム幅算出工程及び相対移動条件決定工程を実行することが好ましい。

好ましくは、前記探傷工程において前記被探傷管を超音波探傷している際に、前記被探傷管の軸方向の相対移動ピッチ及び相対周速度を測定する測定工程を更に含む。

上記の好ましい方法によれば、測定工程において、被探傷管の軸方向の相対移動ピッチ及び相対周速度を測定する（実測する）ことで、探傷工程において、相対移動条件決定工程で決定した相対移動ピッチ及び相対周速度に従い被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させているか否かを確認することが可能である。これにより、未探傷領域の発生を確実に防止可能である。例えば、測定工程において測定した被探傷管の軸方向の相対移動ピッチ及び相対周速度が、相対移動条件決定工程で決定した相対移動ピッチ及び相対周速度を超えている場合にはアラームを発するようにすることで、未探傷領域が発生していることを注意喚起可能である。

本発明によれば、未探傷領域が生じないように被探傷管を超音波探傷することが可能である。

本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法を実行するための装置の概略構成を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法の概略工程を示すフロー図である。 第１有効ビーム幅Ｗ１の算出手順を説明する説明図である。 第２有効ビーム幅Ｗ２の算出手順を説明する説明図である。 探傷工程Ｓ４の様子の一例を模式的に示す図である。 所定の条件で第２試験用管Ｐ２の軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂを回転させた場合に得られたエコー強度のプロファイルを示す。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法を実行するための装置の概略構成を模式的に示す図である。図１（ａ）は被探傷管Ｐの略側面から見た図を、図１（ｂ）は被探傷管Ｐの軸方向から見た図を示す。図１（ｂ）ではスキューローラの図示を省略している。
図１に示すように、本実施形態に係る超音波探傷方法は、被探傷管Ｐ（被探傷管Ｐの外面）に対向配置した超音波探触子１に対して被探傷管Ｐを軸方向（図１に示す矢符Ｘの方向）及び周方向（図１に示す矢符ωの方向）に相対移動させて被探傷管Ｐを超音波探傷する方法である。

図１に示すように、本実施形態では、超音波探触子１として、第１超音波探触子１ａと、第２超音波探触子１ｂとを用いる。
第１超音波探触子１ａは、送信された超音波ビームが被探傷管Ｐの軸方向に沿って伝搬するように配置されており、被探傷管Ｐの周方向に延びる周方向きずを検出可能である。一方、第２超音波探触子１ｂは、送信された超音波ビームが被探傷管Ｐの周方向に沿って伝搬するように配置されており、被探傷管Ｐの軸方向に延びる軸方向きずを検出可能である。

被探傷管Ｐは、スキューローラ２によって支持されており、スキューローラ２のスキュー角及び回転速度を所定の値に設定することで、周方向に回転しながら軸方向に搬送される。
本実施形態では、超音波探触子１の位置を固定する一方で、被探傷管Ｐを周方向に回転させながら軸方向に搬送（スパイラル搬送）する場合を例示したが、本発明はこれに限るものではなく、超音波探触子１に対して被探傷管Ｐを軸方向及び周方向に相対移動させる限りにおいて、種々の態様を採用可能である。例えば、超音波探触子１を被探傷管Ｐの周方向に回転させる駆動機構を設けて超音波探触子１を回転させる一方、被探傷管Ｐを軸方向に搬送する態様を採用することも可能である。また、超音波探触子１を被探傷管Ｐの軸方向に移動させる駆動機構を設けて超音波探触子１を移動させる一方、被探傷管Ｐを周方向に回転させる態様を採用することも可能である。さらに、被探傷管Ｐの位置を固定する一方、超音波探触子１を被探傷管Ｐの周方向に回転させる駆動機構を被探傷管Ｐの軸方向に移動させる態様を採用することも可能である。

以下、図１に示す装置を用いた本実施形態に係る超音波探傷方法について説明する。
図２は、本実施形態に係る超音波探傷方法の概略工程を示すフロー図である。
図２に示すように、本実施形態に係る超音波探傷方法は、有効ビーム幅算出工程Ｓ２、相対移動条件決定工程Ｓ３、探傷工程Ｓ４及び測定工程Ｓ５を含む。以下、各工程について具体的に説明する。

＜有効ビーム幅算出工程Ｓ２＞
有効ビーム幅算出工程Ｓ２は、被探傷管Ｐの製造ロットが変更された場合など、少なくとも被探傷管Ｐの材質又は断面寸法が変わる毎に（図２に示すＳ１で「Ｙｅｓ」の場合）、実行される。この他、超音波探触子１を新しいものに交換したり、超音波探触子１と被探傷管Ｐとの配置関係（超音波探触子１と被探傷管Ｐとの距離や、超音波の入射角など）を変更した場合にも、有効ビーム幅算出工程Ｓ２を実行することが好ましい。何れにも該当しない場合（図２に示すＳ１で「Ｎｏ」の場合）、本実施形態では、有効ビーム幅算出工程Ｓ２を実行することなく、探傷工程Ｓ４及び測定工程Ｓ５を実行する。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、上記のような被探傷管Ｐの製造ロットが変更された場合等ではなくても、適宜のタイミングで有効ビーム幅算出工程Ｓ２を実行することも可能である。

有効ビーム幅算出工程Ｓ２では、検出対象きずに対する被探傷管Ｐの軸方向の有効ビーム幅である第１有効ビーム幅Ｗ１及び被探傷管Ｐの周方向の有効ビーム幅である第２有効ビーム幅Ｗ２を算出する。
以下、図３を適宜参照しつつ、第１有効ビーム幅Ｗ１の算出手順を説明し、図４を適宜参照しつつ、第２有効ビーム幅Ｗ２の算出手順を説明する。

図３は、第１有効ビーム幅Ｗ１の算出手順を説明する説明図である。
図３（ａ）に示すように、第１有効ビーム幅Ｗ１を算出するに際し、被探傷管Ｐと材質及び断面寸法が同等で且つ検出対象きずとしての周方向きずＦ１ａ、Ｆ１ｂを加工（例えば、ノッチ加工）した管である第１試験用管Ｐ１を用意する。図３（ａ）に示す破線は、第１試験用管Ｐ１の内面である。本実施形態の第１試験用管Ｐ１には、外面に周方向きずＦ１ａが加工され、内面に周方向きずＦ１ｂが加工される。
次いで、図３（ａ）に示すように、第１超音波探触子１ａに対して被探傷管Ｐを探傷する場合と同等の配置関係で第１試験用管Ｐ１を配置し、第１超音波探触子１ａに対して第１試験用管Ｐ１を軸方向（Ｘ方向）に相対移動させることで（それに伴い、周方向きずＦ１ａ、Ｆ１ｂを軸方向に相対移動させることで）、図３（ｂ）に模式的に示すようなエコー強度のプロファイルを取得する。すなわち、第１超音波探触子１ａに対して第１試験用管Ｐ１の軸方向に相対移動する周方向きずＦ１ａ、Ｆ１ｂに向けて第１超音波探触子１ａから超音波ビームを送信し、第１超音波探触子１ａでエコーを受信することで、エコー強度のプロファイルを取得する。本実施形態では、外面の周方向きずＦ１ａ及び内面の周方向きずＦ１ｂ毎にエコー強度のプロファイルを取得する。

そして、取得したエコー強度のプロファイルに基づき、第１有効ビーム幅Ｗ１を算出する。
本実施形態では、図３（ｂ）に示すように、エコー強度のプロファイルにおいて、エコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ以上となる範囲の長さ（第１試験用管Ｐ１の軸方向に沿った長さ）を第１有効ビーム幅Ｗ１として算出する。ただし、本発明はこれ限るものではなく、きず以外のノイズのエコー強度と十分に識別可能である限りにおいて、第１有効ビーム幅Ｗ１を算出するためのしきい値（図３（ｂ）に示す例では−３ｄＢ）を種々の値に設定することが可能である。例えば、エコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−６ｄＢ以上となる範囲の長さを第１有効ビーム幅Ｗ１として算出することも可能である。
また、本実施形態では、外面の周方向きずＦ１ａ及び内面の周方向きずＦ１ｂ毎に第１有効ビーム幅Ｗ１を算出し、何れか小さい方の第１有効ビーム幅Ｗ１を有効ビーム幅算出工程Ｓ２における最終的な第１有効ビーム幅Ｗ１の算出結果とする。

図４は、第２有効ビーム幅Ｗ２の算出手順を説明する説明図である。
図４（ａ）に示すように、第２有効ビーム幅Ｗ２を算出するに際し、被探傷管Ｐと材質及び断面寸法が同等で且つ検出対象きずとしての軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂを加工（例えば、ノッチ加工）した管である第２試験用管Ｐ２を用意する。本実施形態の第２試験用管Ｐ２には、外面に軸方向きずＦ２ａが加工され、内面に軸方向きずＦ２ｂが加工される。
次いで、図４（ａ）に示すように、第２超音波探触子１ｂに対して被探傷管Ｐを探傷する場合と同等の配置関係で第２試験用管Ｐ２を配置し、第２超音波探触子１ｂに対して第２試験用管Ｐ２を周方向（ω方向）に相対移動させることで（それに伴い、軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂを周方向に相対移動させることで）、図４（ｂ）に模式的に示すようなエコー強度のプロファイルを取得する。すなわち、第２超音波探触子１ｂに対して第２試験用管Ｐ２の周方向に相対移動する軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂに向けて第２超音波探触子１ｂから超音波ビームを送信し、第２超音波探触子１ｂでエコーを受信することで、エコー強度のプロファイルを取得する。本実施形態では、外面の軸方向きずＦ２ａ及び内面の軸方向きずＦ２ｂ毎にエコー強度のプロファイルを取得する。

そして、取得したエコー強度のプロファイルに基づき、第２有効ビーム幅Ｗ２を算出する。
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、エコー強度のプロファイルにおいて、エコー強度の最大値を０ｄＢとしたときに−３ｄＢ以上となる範囲の長さ（第２試験用管Ｐ２の周方向に沿った長さ）を第２有効ビーム幅Ｗ２として算出する。ただし、本発明はこれ限るものではないことは、第１有効ビーム幅Ｗ１の場合と同様である。
また、本実施形態では、外面の軸方向きずＦ２ａ及び内面の軸方向きずＦ２ｂ毎に第２有効ビーム幅Ｗ２を算出し、何れか小さい方の第２有効ビーム幅Ｗ２を有効ビーム幅算出工程Ｓ２における最終的な第２有効ビーム幅Ｗ２の算出結果とする。

＜相対移動条件決定工程Ｓ３＞
相対移動条件決定工程Ｓ３も、有効ビーム幅算出工程Ｓ２と同様に、被探傷管Ｐの製造ロットが変更された場合など、少なくとも被探傷管Ｐの材質又は断面寸法が変わる毎に（図２に示すＳ１で「Ｙｅｓ」の場合）、実行される。この他、超音波探触子１を新しいものに交換したり、超音波探触子１と被探傷管Ｐとの配置関係を変更した場合にも、相対移動条件決定工程Ｓ３を実行することが好ましい。何れにも該当しない場合（図２に示すＳ１で「Ｎｏ」の場合）、本実施形態では、相対移動条件決定工程Ｓ３を実行することなく、探傷工程Ｓ４及び測定工程Ｓ５を実行する。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、有効ビーム幅算出工程Ｓ２と同様に、適宜のタイミングで相対移動条件決定工程Ｓ３を実行することも可能である。

相対移動条件決定工程Ｓ３では、有効ビーム幅算出工程Ｓ２で算出した第１有効ビーム幅Ｗ１（最終的な第１有効ビーム幅Ｗ１）に基づき、以下の式（１）を満足するように、被探傷管Ｐの軸方向の相対移動ピッチを決定し、有効ビーム幅算出工程Ｓ２で算出した第２有効ビーム幅Ｗ２（最終的な第２有効ビーム幅Ｗ２）に基づき、以下の式（２）を満足するように、被探傷管Ｐの相対周速度を決定する。
相対移動ピッチ≦第１有効ビーム幅Ｗ１ ・・・（１）
相対周速度≦第２有効ビーム幅Ｗ２×超音波送信回数／単位時間・・・（２）

＜探傷工程Ｓ４＞
探傷工程Ｓ４では、相対移動条件決定工程Ｓ３で決定した相対移動ピッチ及び相対周速度に従い、被探傷管Ｐを軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管Ｐを超音波探傷する。
相対移動ピッチは、スキューローラ２のスキュー角を調整することで変更可能である。したがい、探傷工程Ｓ４を実行する際には、相対移動条件決定工程Ｓ３で決定した相対移動ピッチが得られる様に、スキューローラ２のスキュー角を予め調整すればよい。
また、相対周速度は、スキューローラ２の回転速度を調整することで変更可能である。したがい、探傷工程Ｓ４を実行する際には、相対移動条件決定工程Ｓ３で決定した相対周速度が得られる様に、スキューローラ２の回転速度を設定すればよい。

図５は、探傷工程Ｓ４の様子の一例を模式的に示す図である。具体的には、図５は、相対移動ピッチが第１有効ビーム幅Ｗ１に等しくなる（式（１）の左辺＝右辺）ように相対移動ピッチを決定し、相対周速度／（超音波送信回数／単位時間）が第２有効ビーム幅Ｗ２に等しくなる（式（２）の左辺＝右辺）ように相対周速度を決定した場合における探傷工程Ｓ４の様子を模式的に示す平面図である。
図５に示すように、上記のようにして決定した相対移動ピッチ及び相対周速度に従い、被探傷管Ｐを軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管Ｐを超音波探傷すれば、被探傷管Ｐの軸方向については第１有効ビーム幅Ｗ１で、被探傷管Ｐの周方向については第２有効ビーム幅Ｗ２である探傷領域（図５においてハッチングを施した領域）が、隙間無く被探傷管Ｐの表面でスパイラル状に走査されることになる。

＜測定工程Ｓ５＞
測定工程Ｓ５では、探傷工程Ｓ４において被探傷管Ｐを超音波探傷している際に、被探傷管Ｐの軸方向の相対移動ピッチ及び相対周速度を測定する。
具体的には、例えば、ドップラー速度計等の速度計を用いて、被探傷管Ｐの軸方向の移動速度と、周方向の移動速度とを測定する。被探傷管Ｐの軸方向の相対移動ピッチは、被探傷管Ｐの外径（設計値等）と、測定した軸方向の移動速度と、測定した周方向の移動速度を用いて算出可能である。被探傷管Ｐの相対周速度は、測定した周方向の移動速度をそのまま用いることが可能である。

１本の被探傷管Ｐについて探傷工程Ｓ４及び測定工程Ｓ５が終了した後、探傷するべき次の被探傷管Ｐが存在する場合（図２に示すＳ６で「Ｙｅｓ」の場合）、Ｓ１に戻って繰り返し各工程が実行され、次の被探傷管Ｐが存在しない場合（図２に示すＳ６で「Ｎｏ」の場合）、超音波探傷を終了する。

以下、本実施形態に係る超音波探傷方法の有効ビーム幅算出工程Ｓ２を実行した結果（第２有効ビーム幅Ｗ２を算出した結果）の一例について説明する。
第２試験用管Ｐ２、第２超音波探触子１ｂ及び両者の配置関係等の条件は、以下の通りとした。
＜第２試験用管Ｐ２＞
（１）材質：ＳＵＳ３１０Ｊ１ＴＢ
（２）寸法：外径５３．９ｍｍ、肉厚１１．５ｍｍ
（３）軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂ：深さ０．５３ｍｍ、幅０．５ｍｍ、長さ２５ｍｍのノッチ
＜第２超音波探触子１ｂ＞
（１）振動子径：１５．８ｍｍφ
（２）周波数：１０ＭＨｚ
（３）フォーカス：２インチのラインフォーカス
＜配置関係等＞
（１）屈折角（図４（ａ）のθ）：４５°、５５°
（２）第２超音波探触子１ｂと第２試験用管Ｐ２との距離（水距離）：２０ｍｍ
（３）エコー強度取得ピッチ：０．２５ｍｍ

図６は、上記の条件で第２試験用管Ｐ２の軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂを回転させた場合に得られたエコー強度のプロファイルを示す。図６（ａ）は屈折角が４５°の場合のエコー強度のプロファイルを、図６（ｂ）は屈折角が５５°の場合のエコー強度のプロファイルを示す。
図６（ａ）に示す屈折角４５°の場合、外面の軸方向きずＦ２ａについてのエコー強度のプロファイルに基づき算出される第２有効ビーム幅Ｗ２は４．５ｍｍであり、内面の軸方向きずＦ２ｂについてのエコー強度のプロファイルに基づき算出される第２有効ビーム幅Ｗ２は６．０ｍｍであった。このため、有効ビーム幅算出工程Ｓ２で算出される第２有効ビーム幅Ｗ２（最終的な第２有効ビーム幅Ｗ２）は４．５ｍｍとなる。
また、図６（ｂ）に示す屈折角５５°の場合、外面の軸方向きずＦ２ａについてのエコー強度のプロファイルに基づき算出される第２有効ビーム幅Ｗ２は３．７ｍｍであり、内面の軸方向きずＦ２ｂについてのエコー強度のプロファイルに基づき算出される第２有効ビーム幅Ｗ２は３．５ｍｍであった。このため、有効ビーム幅算出工程Ｓ２で算出される第２有効ビーム幅Ｗ２（最終的な第２有効ビーム幅Ｗ２）は３．５ｍｍとなる。

以上に説明した本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、有効ビーム幅算出工程Ｓ２において、第１有効ビーム幅Ｗ１を算出し、相対移動条件決定工程Ｓ３において、算出した第１有効ビーム幅Ｗ１に基づき、式（１）を満足するように、被探傷管Ｐの軸方向の相対移動ピッチを決定し、探傷工程Ｓ４において、決定した相対移動ピッチに従い、被探傷管Ｐを軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管Ｐを超音波探傷する。これにより、被探傷管Ｐの軸方向について、第１超音波探触子１ａから送信される超音波ビームが到達する被探傷管Ｐの何れの部位に周方向きずが存在していたとしても、当該周方向きずは第１有効ビーム幅Ｗ１の範囲内に位置することになる。したがって、当該周方向きずからのエコー強度は、所定の強度以上となって検出可能である。
同様に、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、有効ビーム幅算出工程Ｓ２において、第２有効ビーム幅Ｗ２を算出し、相対移動条件決定工程Ｓ３において、算出した第２有効ビーム幅Ｗ２に基づき、式（２）を満足するように、被探傷管Ｐの相対周速度を決定し、探傷工程Ｓ４において、決定した相対周速度に従い、被探傷管Ｐを軸方向及び周方向に相対移動させて被探傷管Ｐを超音波探傷する。これにより、被探傷管Ｐの周方向について、第２超音波探触子１ｂから送信される超音波ビームが到達する被探傷管Ｐの何れの部位に軸方向きずが存在していたとしても、当該軸方向きずは第２有効ビーム幅Ｗ２の範囲内に位置することになる。したがって、当該軸方向きずからのエコー強度は、所定の強度以上となって検出可能である。
したがい、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、被探傷管Ｐの軸方向及び周方向の双方について、未探傷領域が生じないように被探傷管Ｐを超音波探傷することが可能である。

また、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、前述のように、第１試験用管Ｐ１の外面及び内面のそれぞれに加工した周方向きずＦ１ａ、Ｆ１ｂを用いて、外面及び内面の周方向きずＦ１ａ、Ｆ１ｂ毎に第１有効ビーム幅Ｗ１を算出し、何れか小さい方の第１有効ビーム幅Ｗ１を最終的な第１有効ビーム幅Ｗ１の算出結果とする。同様に、第２試験用管Ｐ２の外面及び内面のそれぞれに加工した軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂを用いて、外面及び内面の軸方向きずＦ２ａ、Ｆ２ｂ毎に第２有効ビーム幅Ｗ２を算出し、何れか小さい方の第２有効ビーム幅Ｗ２を最終的な第２有効ビーム幅Ｗ２の算出結果とする。このため、図６に示すように、きずが被探傷管の外面及び内面のいずれに存在するかに応じて有効ビーム幅が変化したとしても、きずの位置に関わらず未探傷領域が生じ難い適切な有効ビーム幅を算出可能である。

さらに、本実施形態に係る超音波探傷方法によれば、測定工程Ｓ５において、被探傷管Ｐの軸方向の相対移動ピッチ及び相対周速度を測定する（実測する）ことで、探傷工程Ｓ４において、相対移動条件決定工程Ｓ３で決定した相対移動ピッチ及び相対周速度に従い被探傷管Ｐを軸方向及び周方向に相対移動させているか否かを確認することが可能である。これにより、未探傷領域の発生を確実に防止可能である。例えば、測定工程Ｓ５において測定した被探傷管Ｐの軸方向の相対移動ピッチ及び相対周速度が、相対移動条件決定工程Ｓ３で決定した相対移動ピッチ及び相対周速度を超えている場合にはアラームを発するようにすることで、未探傷領域が発生していることを注意喚起可能である。

１・・・超音波探触子
１ａ・・・第１超音波探触子
１ｂ・・・第２超音波探触子
２・・・スキューローラ
Ｐ・・・被探傷管
Ｐ１・・・第１試験用管
Ｐ２・・・第２試験用管
Ｓ２・・・有効ビーム幅算出工程
Ｓ３・・・相対移動条件決定工程
Ｓ４・・・探傷工程
Ｓ５・・・測定工程
Ｗ１・・・第１有効ビーム幅
Ｗ２・・・第２有効ビーム幅

Claims (5)

1. 被探傷管に対向配置した超音波探触子に対して前記被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて前記被探傷管を超音波探傷する方法であって、
   検出対象きずに対する前記被探傷管の軸方向の有効ビーム幅である第１有効ビーム幅及び前記被探傷管の周方向の有効ビーム幅である第２有効ビーム幅を算出する有効ビーム幅算出工程と、
   前記有効ビーム幅算出工程で算出した前記第１有効ビーム幅に基づき、以下の式（１）を満足するように、前記被探傷管の軸方向の相対移動ピッチを決定し、前記有効ビーム幅算出工程で算出した前記第２有効ビーム幅に基づき、以下の式（２）を満足するように、前記被探傷管の相対周速度を決定する相対移動条件決定工程と、
   前記相対移動条件決定工程で決定した前記相対移動ピッチ及び前記相対周速度に従い、前記被探傷管を軸方向及び周方向に相対移動させて前記被探傷管を超音波探傷する探傷工程と、
   を含む超音波探傷方法。
   相対移動ピッチ≦第１有効ビーム幅 ・・・（１）
   相対周速度≦第２有効ビーム幅×超音波送信回数／単位時間・・・（２）
2. 前記超音波探触子として、前記被探傷管の周方向に延びる周方向きずを検出するための第１超音波探触子と、前記被探傷管の軸方向に延びる軸方向きずを検出するための第２超音波探触子とを用い、
   前記有効ビーム幅算出工程において、
   前記被探傷管と材質及び断面寸法が同等で且つ前記検出対象きずとしての周方向きずを加工した管である第１試験用管を用いて前記第１超音波探触子に対して前記第１試験用管の前記周方向きずを軸方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルに基づき、前記第１有効ビーム幅を算出し、
   前記被探傷管と材質及び断面寸法が同等で且つ前記検出対象きずとしての軸方向きずを加工した管である第２試験用管を用いて前記第２超音波探触子に対して前記第２試験用管の前記軸方向きずを周方向に相対移動させることで得られるエコー強度のプロファイルに基づき、前記第２有効ビーム幅を算出する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷方法。
3. 前記第１試験用管には、外面及び内面のそれぞれに前記周方向きずが加工され、
   前記第２試験用管には、外面及び内面のそれぞれに前記軸方向きずが加工され、
   前記有効ビーム幅算出工程において、
   前記第１超音波探触子に対して前記第１試験用管の前記外面及び内面の周方向きずをそれぞれ軸方向に相対移動させることで得られる前記外面及び内面の周方向きずについてのエコー強度のプロファイルに基づき、前記外面及び内面の周方向きず毎に前記第１有効ビーム幅を算出し、何れか小さい方の前記第１有効ビーム幅を最終的な前記第１有効ビーム幅の算出結果とし、
   前記第２超音波探触子に対して前記第２試験用管の前記外面及び内面の軸方向きずをそれぞれ周方向に相対移動させることで得られる前記外面及び内面の軸方向きずについてのエコー強度のプロファイルに基づき、前記外面及び内面の軸方向きず毎に前記第２有効ビーム幅を算出し、何れか小さい方の前記第２有効ビーム幅を最終的な前記第２有効ビーム幅の算出結果とする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の超音波探傷方法。
4. 少なくとも前記被探傷管の材質又は断面寸法が変わる毎に、前記有効ビーム幅算出工程及び前記相対移動条件決定工程を実行する、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超音波探傷方法。
5. 前記探傷工程において前記被探傷管を超音波探傷している際に、前記被探傷管の軸方向の相対移動ピッチ及び相対周速度を測定する測定工程を更に含む、
   ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の超音波探傷方法。

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