JP2020193878A - 超音波フェーズドアレイ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】管の内径が変化しても、高精度に探傷試験を行うことが可能な超音波フェーズドアレイ検査装置を提供する。【解決手段】並列に配置された複数の管９に対して超音波によるフェーズドアレイ法で溶接部９２の探傷試験を順次行う超音波フェーズドアレイ検査装置１である。超音波フェーズドアレイ検査装置１は、管９のうち探傷試験の対象となる対象管９４に挿入されて溶接部９２に対して探傷試験を行う探傷試験体４と、対象管９４の軸回りに探傷試験体を回転させる駆動機構２と、対象管９４とは異なる管９６に挿入されて固定される治具６とを備える。探傷試験体４は、超音波によるフェーズドアレイ法を行うフェーズドアレイ探触子４２が内蔵された探傷部４１と、探傷部４１を対象管９４の内面に押圧する押圧機構４５とを有する。【選択図】図２

Description

本発明は、主として多数の管を備える設備に対して、超音波によるフェーズドアレイ法の探傷試験を行うための超音波フェーズドアレイ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高精度に行うことが要求される。

多数の管での溶接の超音波フェーズドアレイ検査装置として、管に挿入する深さの調整および位置決めが容易になる装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載の超音波フェーズドアレイ検査装置では、管に挿入されて固定される治具が、当該管の内径よりも大きく／小さくなる拡縮部を有する。この拡縮部を管の内部で拡張／縮小することで、管への治具の固定／解除が容易に行える。

特開２０１６−１９１５７１号公報

しかしながら、前記特許文献１に記載の超音波フェーズドアレイ検査装置は、特定の内径を有する管に対する専用の装置である。このため、当該特定の内径から外れる管に対しては、前記超音波フェーズドアレイ検査装置による探傷試験の精度が低下することになる。また、特定の内径を有する管であっても、当該管の内径が腐食などによる減肉で不均一になれば、前記超音波フェーズドアレイ検査装置による探傷試験の精度が低下することになる。

そこで、本発明は、管の内径が変化しても、高精度に探傷試験を行うことが可能な超音波フェーズドアレイ検査装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、第１の発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置は、並列に配置された複数の管に対して超音波によるフェーズドアレイ法で溶接部の探傷試験を順次行う超音波フェーズドアレイ検査装置であって、
前記管のうち探傷試験の対象となる対象管に挿入されて当該対象管の溶接部に対して探傷試験を行う探傷試験体と、
前記対象管の軸回りに探傷試験体を回転させる駆動機構と、
前記対象管とは異なる管に挿入されて固定される治具とを備え、
前記探傷試験体が、
超音波によるフェーズドアレイ法を行うフェーズドアレイ探触子が内蔵された探傷部と、
前記探傷部を対象管の内面に押圧する押圧機構とを有するものである。

また、第２の発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置は、第１の発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置における探傷試験体の押圧機構が、探傷部に対して、対象管の奥側および手前側に配置されたものである。

さらに、第３の発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置は、第１または第２の発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置における探傷試験体の押圧機構が、
弾性力により探傷部を対象管の内面に向けて移動させ得る押圧動力部と、
前記探傷部を対象管の内面に案内する案内部材とを有するものである。

加えて、第４の発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置は、第１乃至第３のいずれかの発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置において、駆動機構と探傷試験体との各軸心のずれを許容して接続する偏心許容継手を備えるものである。

また、第５の発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置は、第１乃至第４のいずれかの発明に係る超音波フェーズドアレイ検査装置において、
治具および探傷試験体を保持する本体を備え、
前記本体が、探傷部の対象管における深さを調整する調整具を有するものである。

前記超音波フェーズドアレイ検査装置によると、対象管の腐食による減肉などにより内径が変化しても、探傷試験を行っているフェーズドアレイ探触子と対象管の内面との近接した状態が維持されるので、高精度に探傷試験を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る超音波フェーズドアレイ検査装置の管に固定される前の状態を示す概略斜視図である。 同超音波フェーズドアレイ検査装置の管に固定された状態を示す概略断面図である。 同超音波フェーズドアレイ検査装置の変形例を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２に係る超音波フェーズドアレイ検査装置の管に固定された状態を示す概略断面図である。 同超音波フェーズドアレイ検査装置の変形例を示す概略断面図である。 本発明の実施例に係る超音波フェーズドアレイ検査装置の管に固定される前の状態を示す斜視図である。 同超音波フェーズドアレイ検査装置の管に固定される前の状態を示す断面図である。 同超音波フェーズドアレイ検査装置の管に固定される前の状態を示す正面図である。 同超音波フェーズドアレイ検査装置の管に固定された状態を示す断面図である。

［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態に係る超音波フェーズドアレイ検査装置について図面に基づき説明する。

図１に示すように、この超音波フェーズドアレイ検査装置１は、一定の間隔で平行（並列）に配置された多数の管９と、これら管９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、前記管９の内部から順次（次々に）行うための検査装置である。前記多数の管９のうち、探傷試験が行われている管９４、または、探傷試験が行われようとされている管９４を、探傷試験の対象となる管９４として、以下では対象管９４と称する。所定の管９に探傷試験を行う場合、当該所定の管９は対象管９４であるが、当該探傷試験が終われば当該所定の管９は対象管９４でなくなり、次の探傷試験の対象となる管９が対象管９４となる。

前記超音波フェーズドアレイ検査装置１は、図１および図２に示すように、対象管９４に挿入されて当該対象管９４の溶接部９２に対して探傷試験を行う探傷試験体４と、前記対象管９４の軸９０回りに探傷試験体４を回転させる駆動機構２と、前記対象管９４とは異なる管９６に挿入されて固定される治具６とを備える。前記探傷試験体４は、超音波によるフェーズドアレイ法を行うフェーズドアレイ探触子４２が内蔵された探傷部４１と、この探傷部４１を対象管９４の内面に押圧する押圧機構４５とを有する。

前記探傷試験体４は、その全体が対象管９４に挿入される必要がなく、少なくとも探傷部４１が対象管９４の内部から溶接部９２の探傷試験を行える深さまで当該対象管９４に挿入されるものであればよい。なお、以下では、対象管９４において探傷試験体４が挿入される先側および元側を、それぞれ対象管９４の奥側および手前側と称する。

前記押圧機構４５は、前記探傷部４１を対象管９４の内面に押圧するものであれば特に限定されないが、例えば、圧縮ばね４６、引張ばね若しくはブラシなど弾性力で押圧するもの（弾性部材）、磁力で押圧するもの、または、気圧若しくは液圧で押圧するものなどである。また、前記押圧機構４５は、対象管９４の内面に接触する場合、当該接触する部分にローラ４８を有することが好ましい。このようなローラ４８により、押圧機構４５と対象管９４の内面との摩擦が低減されるからである。さらに、前記押圧機構４５は、その押圧する力が駆動機構２による探傷試験体４の回転を妨げない（回転の速度を極端に低下させない）程度に設定される。前記押圧機構４５は、図３に示すように、前記探傷試験体４を構成する長手部材４０と前記探傷部４１との間に設けられた押圧動力部（例えば、圧縮ばね４６またはブラシなどの弾性部材）と、前記探傷部４１を対象管９４の内面に案内する案内部材４９とを有するものでもよい。当該案内部材９４は、前記探傷部４１を対象管９４の内面に対して垂直に案内するものであることが好ましい。

前記駆動機構２は、前記対象管９４の軸９０回りに探傷試験体４を回転させるものであれば特に限定されないが、例えば、モータである。

前記治具６は、対象管９４とは異なる管９６に挿入された状態で当該管９６に固定されるものであれば特に限定されないが、例えば、当該管９６の内部で膨張および収縮し得る膨縮部を先端に有する脚部でもよく、当該管９６の内部で機械的に拡張および縮小し得る拡縮部を先端に有する脚部でもよい。

以下、前記超音波フェーズドアレイ検査装置１の使用方法について説明する。

まず、図１に示すように、対象管９４に探傷試験体４を挿入する一方で、当該対象管９４とは異なる管９６に治具６を挿入し、当該管９６に治具６を固定する。そして、図２に示すように、対象管９４の内部では、押圧機構４５により対象管９４の内面に探傷部４１が押圧される。

次に、駆動機構２により、探傷試験体４を対象管９４の軸９０回りに回転させる。探傷試験体４は、回転しながらフェーズドアレイ探触子４２の超音波によるフェーズドアレイ法で探傷試験を行っていく。この際に、探傷部４１は押圧機構４５により対象管９４の内面に押圧されているので、フェーズドアレイ探触子４２と対象管９４の内面との近接した状態が維持される。

このように、前記超音波フェーズドアレイ検査装置１によると、対象管９４の腐食による減肉などにより内径が変化しても、探傷試験を行っているフェーズドアレイ探触子４２と対象管９４の内面との近接した状態が維持されるので、高精度に探傷試験を行うことができる。
［実施の形態２］

以下、前記実施の形態１に係る超音波フェーズドアレイ検査装置１よりも高精度に対象試験を行うことが可能な実施の形態２に係る超音波フェーズドアレイ検査装置１について、図面に基づき説明する。本実施の形態２では、前記実施の形態１とは異なる構成に着目して説明するとともに、前記実施の形態１と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図４に示すように、本実施の形態２に係る超音波フェーズドアレイ検査装置１は、治具６および探傷試験体４を保持する本体５を備える。

駆動機構２は、前記本体５に固定された電動モータ２１と、この電動モータ２１の出力軸に接続されたピニオン２２と、このピニオン２２に噛み合うギヤ２３とを有する。

前記超音波フェーズドアレイ検査装置１は、駆動機構２と探傷試験体４とを接続する偏心許容継手３を備える。この偏心許容継手３は、駆動機構２の軸心（以下、駆動軸心３１と称する）と探傷試験体４の軸心（以下、従動軸心３２と称する）とのずれを許容する。前記偏心許容継手３は、駆動軸心３１回りの駆動機構２の回転を、従動軸心３２回りの探傷試験体４の回転に伝達する（自転に伝達する）ものでもよく、または、駆動軸心３１回りの駆動機構２の回転を、駆動軸心３１回りの探傷試験体４の回転に伝達する（公転に伝達する）ものでもよい。

前記本体５は、探傷部４１の対象管９４における深さを調整する調整具７を有する。この調整具７は、一端につまみ７１が設けられたボルト７２であり、前記本体５に駆動軸心３１に沿って形成された雌ネジ孔５７に螺合して、当該一端が本体５の外部に位置するとともに、他端が本体５の内部でギヤ２３に軸受け２４などを介して接続されたものである。

前記探傷試験体４の押圧機構４５は、例えば、複数であり、図４では２つの場合を示す。これら複数の押圧機構４５のうち、一方は対象管９４の奥側に配置され、他方は対象管９４の手前側に配置される。すなわち、前記押圧機構４５は、探傷部４１に対して、対象管９４の奥側および手前側に配置されたものである。これら複数の押圧機構４５のうち、前記対象管９４の手前側に配置されたものは、図４に示すように当該対象管９４の内部でもよく、図５に示すように前記本体５の内部でもよい。図４に示す構成は、対象管９４のより奥側に溶接部９２がある場合の探傷試験に適し、図５に示す構成は、対象管９４のより手前側に溶接部９２がある場合の探傷試験に適する。

以下、前記超音波フェーズドアレイ検査装置１の使用方法について説明する。

まず、図４および図５に示すように、対象管９４に探傷試験体４を挿入する一方で、当該対象管９４とは異なる管９６に治具６を挿入し、当該管９６に治具６を固定する。そして、対象管９４の内部では、押圧機構４５により対象管９４の内面に探傷部４１が押圧される。この押圧は、探傷部４１に対して対象管９４の奥側および手前側の両方からなので、前記実施の形態１に比べて安定している。

対象管９４とは異なる管９６に治具６を固定した後、探傷部４１の対象管９４における深さが適切でないことに気付く場合もある。この場合、調整具７のつまみ７１を回すことにより、当該深さを調整する。

次に、駆動機構２により、探傷試験体４を対象管９４の軸９０回りに回転させる。この際に、対象管９４の内径によって、駆動機構２の軸心である駆動軸心３１と探傷試験体４の軸心である従動軸心３２とをずらす必要が生ずる。しかしながら、このずれは偏心許容継手３により許容されるので、駆動機構２から探傷試験体４に回転が適切に伝達される。そして、探傷試験体４は、回転しながらフェーズドアレイ探触子４２の超音波によるフェーズドアレイ法で探傷試験を行っていく。この際に、探傷部４１は押圧機構４５により対象管９４の内面に押圧されているので、フェーズドアレイ探触子４２と対象管９４の内面との近接した状態が維持される。

このように、前記超音波フェーズドアレイ検査装置１によると、対象管９４の腐食による減肉などにより内径が変化しても、探傷試験を行っているフェーズドアレイ探触子４２と対象管９４の内面との近接した状態が安定して維持されるので、より高精度に探傷試験を行うことができる。

また、偏心許容継手３により駆動機構２と探傷試験体４との各軸心３１，３２のずれが許容されるので、探傷試験体４が対象管９４に対して適切に回転し、その結果、より高精度に探傷試験を行うことができる。

さらに、調整具７により探傷部４１の対象管９４における深さが調整されるので、対象管９４の溶接部９２と探傷部４１との位置関係がより適切になり、その結果、より高精度に探傷試験を行うことができる。

以下、前記実施の形態１および２をより具体的に示した実施例に係る超音波フェーズドアレイ検査装置１について、図６〜図９に基づき説明する。本実施例では、前記実施の形態１および２とは異なる構成に着目して説明するとともに、前記実施の形態と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。

図６および図７に示すように、本実施例に係る超音波フェーズドアレイ検査装置１の本体５は、２つの略直方体５２，５３を各先端部で連結した二股形状である。これら２つの略直方体５２，５３のうち、以下では、探傷試験体４を突出させた方を試験体側直方体５３と称し、他方の直方体をモータ側直方体５２と称し、前記試験体側直方体５３とモータ側直方体５２とをそれらの先端部で連結している部分を連結部５５と称する。

本実施例に係る超音波フェーズドアレイ検査装置１の治具６は、図６および図８に示すように、駆動軸心３１に直交する向きで前記試験体側直方体５３に取り付けられた長穴保持部材６５と、この長穴保持部材６５の任意の位置で固定されて探傷試験体４に対して平行な２本の脚部６１と、これら２本の脚部６１の先端にそれぞれ設けられて膨張および収縮し得る膨縮部６２と、これら膨縮部６２を膨張および収縮させるためのエアを供給および排出するエアチューブ６３とを有する。また、前記脚部６１は、それらの長さを調整可能に且つ、長穴保持部材６５に形成された長穴の任意の位置で締結可能に構成される。さらに、前記脚部６１は、対象管９４に隣接する２本の管９６にそれぞれ挿入された際に探傷試験体４が前記対象管９４に挿入される位置で、前記長穴保持部材６５に固定される。

次に、前記超音波フェーズドアレイ検査装置１の前記治具６が対象管９４に隣接する管９６に挿入されて固定された状態について、図９に基づき説明する。

電動モータ２１は、モータ側直方体５２に収容されるとともに、当該モータ側直方体５２に固定される。前記電動モータ２１の出力軸に接続されたピニオン２２は、前記モータ側直方体５２の先端部に収容される。前記ピニオン２２に噛み合うギヤ２３は、連結部５５および試験体側直方体５３の先端部に亘って収容される。ギヤ２３の軸受け２４は、前記試験体側直方体５３の先端部に収容されるとともに、調整具７により駆動軸心３１に沿って移動可能に構成される。調整具７のボルト７２が螺合する雌ネジ孔５７は、試験体側直方体５３における駆動軸心３１の延長上に形成される。

前記ギヤ２３に接続された偏心許容継手３は、試験体側直方体５３に収容されるとともに、次の部材３３〜３６を有する。すなわち、前記偏心許容継手３は、前記ギヤ２３の軸が駆動側で接続されたフレキシブルカップリング３３と、このフレキシブルカップリング３３に従動側で接続された従動部材３４と、この従動部材３４に取り付けられて駆動軸心３１に直交する案内ピン３５と、この案内ピン３５に沿って摺動する摺動部材３６とを有する。前記フレキシブルカップリング３３が駆動軸心３１回りのギヤ２３の回転を自転に伝達するものであり、前記従動部材３４、案内ピン３５および摺動部材３６が駆動軸心３１回りのギヤ２３の回転を公転に伝達するものである。

前記探傷試験体４は、従動軸心３２に沿った長手部材４０と、この長手部材４０を案内ピン３５に平行な方向で押圧する押圧機構４５と、長手部材４０に設けられた探傷部４１とを有する。前記長手部材４０は、一端部が試験体側直方体５３の内部で摺動部材３６に取り付けられ、中央部および他端部が試験体側直方体５３から突出する。前記押圧機構４５は、前記試験体側直方体５３の内部および外部にそれぞれ配置される。各押圧機構４５は、前記長手部材４０に一端が接続された圧縮ばね４６と、当該圧縮ばね４６の他端に接続されたローラ部材４７とを有する。このローラ部材４７は、従動軸心３２に平行な軸心回りに回転するローラ４８を有する。前記探傷部４１は、長手部材４０の表面近傍に配置されたフェーズドアレイ探触子４２と、当該フェーズドアレイ探触子４２を覆って対象管９４の内面に面し得るウェッジ４３と、このウェッジ４３の周囲から探傷試験に必要な接触媒体を供給し得る媒体供給穴４４とを有する。

以下、前記超音波フェーズドアレイ検査装置１の使用方法について説明する。

まず、図６に示すように、対象管９４に探傷試験体４を挿入する一方で、当該対象管９４に隣接する管９６に治具６の収縮させた膨縮部６２を挿入する。次いで、図９に示すように、前記管９６の内部で膨縮部６２を膨張させることで、当該管９６に治具６を固定する。そして、対象管９４の内部では、押圧機構４５により対象管９４の内面に探傷部４１が押圧される。

対象管９４に隣接する管９６に治具６を固定した後、探傷部４１の対象管９４における深さが適切でないことに気付く場合もある。例えば、探傷部４１に電気的に接続されたモニタ（図示省略）で探傷試験の状況を確認した場合などである。この場合、調整具７のつまみ７１を回すことにより、当該深さを調整する。

次に、駆動機構２により、探傷試験体４を対象管９４の軸９０回りに回転させる。この際に、対象管９４の内径によって、駆動機構２の軸心である駆動軸心３１と探傷試験体４の軸心である従動軸心３２とをずらす必要が生ずる。しかしながら、このずれは偏心許容継手３により許容されるので、駆動機構２から探傷試験体４に回転が適切に伝達される。特に、この偏心許容継手３は、駆動機構２の回転を自転および公転に伝達するものであるから、前記ずれが大きくても、駆動機構２から探傷試験体４に回転が適切に伝達される。そして、探傷試験体４は、回転しながらフェーズドアレイ探触子４２の超音波によるフェーズドアレイ法で探傷試験を行っていく。この際に、探傷部４１は押圧機構４５により対象管９４の内面に押圧されているので、フェーズドアレイ探触子４２と対象管９４の内面との近接した状態が維持される。対象管９４の内面とウェッジ４３との間隔が数μｍ〜数百μｍ生ずるが、この間隔には媒体供給穴４４から供給された接触媒体が毛細管現象により満たされる。そして、探傷試験がより適切に行われる。

このように、前記超音波フェーズドアレイ検査装置１によると、前記実施の形態１および２で奏する効果に加えて、次の効果も奏する。すなわち、駆動機構２の回転を自転および公転に伝達する偏心許容継手３により、各軸心３１，３２のずれが一層適切に許容されるので、探傷試験体４が対象管９４に対して一層適切に回転し、その結果、一層高精度に探傷試験を行うことができる。

ところで、前記実施の形態１および２並びに実施例では、管板９１から管９が手前側に突出している設備に使用するものとして図示したが、管板９１から管９が手前側に突出していない設備に使用するものであってもよい。

また、前記実施の形態２および実施例では、探傷部４１に対して対象管９４の奥側および手前側に配置された押圧機構４５が同一のものとして図示したが、異なるものであってもよい。これら押圧機構４５は、探傷部４１を対象管９４の内面に深さ方向で均一に押圧するものであることが好ましい。探傷部４１が深さ方向で均一に押圧されることで、一層高精度に探傷試験を行うことができるからである。なお、前記試験体側直方体５３の内部に配置された押圧機構４５であれば、押圧機構４５の弾性部材が引張ばねであっても、当該引張ばねにより探傷部４１が長手部材４０を介して対象管９４の内面に引っ張られるので、探傷部４１を対象管９４の内面に押圧することが可能である。

また、前記実施の形態１および２並びに実施例は、押圧機構４５が１つまたは２つの場合について説明したが、３つ以上であってもよい。なお、押圧機構４５が小型化可能な場合は、図３に示すように、対象管９４の内面を押圧しない構成であることが好ましい。図３で圧縮ばね４６として示した押圧動力部は、圧縮ばね４６などの弾性部材に限られず、探傷部４１を対象管９４の内面に向けて移動させ得るものであればよい。

加えて、前記実施の形態１および２並びに実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は、前述した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。前記実施の形態１および２並びに実施例で説明した構成のうち「課題を解決するための手段」での第１の発明として記載した構成以外については、任意の構成であり、適宜削除および変更することが可能である。

１ 超音波フェーズドアレイ検査装置
２ 駆動機構
３ 偏心許容継手
４ 探傷試験体
６ 治具
９ 管
４１ 探傷部
４２ フェーズドアレイ探触子
４５ 押圧機構
４６ 圧縮ばね
４８ ローラ
９１ 管板
９２ 溶接部
９４ 対象管

Claims (5)

1. 並列に配置された複数の管に対して超音波によるフェーズドアレイ法で溶接部の探傷試験を順次行う超音波フェーズドアレイ検査装置であって、
   前記管のうち探傷試験の対象となる対象管に挿入されて当該対象管の溶接部に対して探傷試験を行う探傷試験体と、
   前記対象管の軸回りに探傷試験体を回転させる駆動機構と、
   前記対象管とは異なる管に挿入されて固定される治具とを備え、
   前記探傷試験体が、
   超音波によるフェーズドアレイ法を行うフェーズドアレイ探触子が内蔵された探傷部と、
   前記探傷部を対象管の内面に押圧する押圧機構とを有することを特徴とする超音波フェーズドアレイ検査装置。
2. 探傷試験体の押圧機構が、探傷部に対して、対象管の奥側および手前側に配置されたものであることを特徴とする請求項１に記載の超音波フェーズドアレイ検査装置。
3. 探傷試験体の押圧機構が、
   弾性力により探傷部を対象管の内面に向けて移動させ得る押圧動力部と、
   前記探傷部を対象管の内面に案内する案内部材とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の超音波フェーズドアレイ検査装置。
4. 駆動機構と探傷試験体との各軸心のずれを許容して接続する偏心許容継手を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の超音波フェーズドアレイ検査装置。
5. 治具および探傷試験体を保持する本体を備え、
   前記本体が、探傷部の対象管における深さを調整する調整具を有す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フェーズドアレイ検査装置。
   

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