JP2502184B2 - レ―ザ―超音波探傷方法及び装置 - Google Patents
レ―ザ―超音波探傷方法及び装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新型転換炉、高速増殖炉、軽水炉、プラント
機器及び一般の機器の検査に係り、特に運転中の検査及
び監視試料の運転中の連続監視にも適用することのでき
るレーザー超音波探傷方法及びその装置に関する。
機器及び一般の機器の検査に係り、特に運転中の検査及
び監視試料の運転中の連続監視にも適用することのでき
るレーザー超音波探傷方法及びその装置に関する。
従来、レーザーを利用した超音波探傷検査では、超音
波発生用レーザー装置及び超音波検出用レーザー装置か
らのそれぞれのレーザー光を金属材料等の表面に直接照
射して疵等の欠陥の検査を行っている。
波発生用レーザー装置及び超音波検出用レーザー装置か
らのそれぞれのレーザー光を金属材料等の表面に直接照
射して疵等の欠陥の検査を行っている。
第４図は従来のレーザー超音波探傷方法を示す図であ
り、図中、１は超音波発生用レーザー装置、２は超音波
検出用レーザー装置、３は超音波発生レーザー光、４は
超音波検出用レーザー光、５は検査体、６は疵、７は超
音波である。
り、図中、１は超音波発生用レーザー装置、２は超音波
検出用レーザー装置、３は超音波発生レーザー光、４は
超音波検出用レーザー光、５は検査体、６は疵、７は超
音波である。
図において、超音波発生用レーザー装置１から数十mJ
乃至数百mJの高エネルギーのパルス状の超音波発生用レ
ーザー光３を検査体５の表面に照射し、表面を繰り返し
加熱させ、これによる熱ひずみによって超音波７を発生
させる。また、超音波検出用レーザー装置２からは数mJ
の低エネルギーの連続した超音波検出用レーザー光４を
検査体５表面に照射し、超音波発生用レーザー光３によ
って発生した超音波７が疵６等から反射して検査体５の
表面に達したときに生ずる検査体５表面の微振動を超音
波検出用レーザー光４によって検出する。
乃至数百mJの高エネルギーのパルス状の超音波発生用レ
ーザー光３を検査体５の表面に照射し、表面を繰り返し
加熱させ、これによる熱ひずみによって超音波７を発生
させる。また、超音波検出用レーザー装置２からは数mJ
の低エネルギーの連続した超音波検出用レーザー光４を
検査体５表面に照射し、超音波発生用レーザー光３によ
って発生した超音波７が疵６等から反射して検査体５の
表面に達したときに生ずる検査体５表面の微振動を超音
波検出用レーザー光４によって検出する。
このように従来のレーザー超音波探傷検査では超音波
発生用レーザー光及び超音波検出用レーザー光を検査体
表面に直接照射する方法であるため、実用化のために重
要な次の諸問題が生じ、実用化の障害となっていた。
発生用レーザー光及び超音波検出用レーザー光を検査体
表面に直接照射する方法であるため、実用化のために重
要な次の諸問題が生じ、実用化の障害となっていた。
超音波検出用レーザー装置で超音波を検出する際、殆
どの検査体がそうであるように検査体表面に凹凸があっ
たり、光の反射率が悪かったりすると、検査体からの反
射レーザー光が散乱又は減衰して、測定に必要な光量が
超音波検出用レーザー装置まで戻ってこないため、超音
波の検出が不可能となる。
どの検査体がそうであるように検査体表面に凹凸があっ
たり、光の反射率が悪かったりすると、検査体からの反
射レーザー光が散乱又は減衰して、測定に必要な光量が
超音波検出用レーザー装置まで戻ってこないため、超音
波の検出が不可能となる。
超音波発生用レーザー光で検査体中に強い超音波を発
生させる必要があるときには、超音波発生用レーザー光
のエネルギーも高くしなければならない。このとき検査
体の表面が焼損する恐れがある。
生させる必要があるときには、超音波発生用レーザー光
のエネルギーも高くしなければならない。このとき検査
体の表面が焼損する恐れがある。
超音波発生用レーザー光を検査体表面に対し、どのよ
うな角度で照射しても、検査体中に発生する超音波はそ
の大部分が表面に対して垂直の方向に進行する。このた
め垂直探傷が行えるが、超音波探傷にとって重要な鋭角
探傷が行えない。
うな角度で照射しても、検査体中に発生する超音波はそ
の大部分が表面に対して垂直の方向に進行する。このた
め垂直探傷が行えるが、超音波探傷にとって重要な鋭角
探傷が行えない。
さらに、検査体の表面にレーザー光を透過しない、例
えば溶融金属ナトリウム等の不透明液体が存在したり、
レーザー光による超音波が発生しにくい材料で作られた
検査体に対しては検査が行なえない。
えば溶融金属ナトリウム等の不透明液体が存在したり、
レーザー光による超音波が発生しにくい材料で作られた
検査体に対しては検査が行なえない。
本発明は上記問題点を解決するためのもので、表面に
凹凸があったり光の反射率が悪い検査体に対し、また、
レーザー光を通過しない不透明液体が表面に存在する検
査体、さらに、レーザー光による超音波の発生しにくい
材料で作られた検査体に対して、検査体表面の焼損を防
止することが可能な、さらに、鋭角超音波探傷検査を行
うことのできるレーザー超音波探傷方法及びその装置を
提供することを目的とする。
凹凸があったり光の反射率が悪い検査体に対し、また、
レーザー光を通過しない不透明液体が表面に存在する検
査体、さらに、レーザー光による超音波の発生しにくい
材料で作られた検査体に対して、検査体表面の焼損を防
止することが可能な、さらに、鋭角超音波探傷検査を行
うことのできるレーザー超音波探傷方法及びその装置を
提供することを目的とする。
本発明は、超音波発生用レーザー光を反射振動板に照
射して反射振動板に超音波を発生させ、発生した超音波
を検査体に伝え、検査体の疵等の欠陥場所から反射して
きた超音波を前記反射振動板で受け、このとき生ずる前
記反射振動板の振動を、反射振動板で反射させた超音波
検出用レーザー光で検出するレーザー超音波探傷方法、
および超音波検出用レーザー光を発射する超音波発生用
レーザー装置と、レーザー光の照射により超音波を発生
させるとともに、超音波を受けて振動する反射振動板
と、反射振動板にレーザ光を照射し、反射振動板の振動
により変調された反射レーザ光を検出する超音波検出用
レーザー装置とを備え、前記反射振動板の振動により生
ずる超音波を検査体に照射するとともに、検査体からの
反射超音波を前記振動板で受けるようにしたことを特徴
とするレーザー超音波探傷装置を特徴とする。
射して反射振動板に超音波を発生させ、発生した超音波
を検査体に伝え、検査体の疵等の欠陥場所から反射して
きた超音波を前記反射振動板で受け、このとき生ずる前
記反射振動板の振動を、反射振動板で反射させた超音波
検出用レーザー光で検出するレーザー超音波探傷方法、
および超音波検出用レーザー光を発射する超音波発生用
レーザー装置と、レーザー光の照射により超音波を発生
させるとともに、超音波を受けて振動する反射振動板
と、反射振動板にレーザ光を照射し、反射振動板の振動
により変調された反射レーザ光を検出する超音波検出用
レーザー装置とを備え、前記反射振動板の振動により生
ずる超音波を検査体に照射するとともに、検査体からの
反射超音波を前記振動板で受けるようにしたことを特徴
とするレーザー超音波探傷装置を特徴とする。
本発明は超音波発生用レーザー装置からのパルス状の
レーザー光を反射振動板に照射し、反射振動板に超音波
を発生させ、発生した超音波を検査体に伝え、疵等の欠
陥から反射してきた超音波を反射振動板で受け、このと
き生ずる振動を超音波検出用レーザー装置の連続したレ
ーザー光で検出することにより超音波探傷を行うことが
できる。
レーザー光を反射振動板に照射し、反射振動板に超音波
を発生させ、発生した超音波を検査体に伝え、疵等の欠
陥から反射してきた超音波を反射振動板で受け、このと
き生ずる振動を超音波検出用レーザー装置の連続したレ
ーザー光で検出することにより超音波探傷を行うことが
できる。
（実施例〕 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の原理を説明するための図で、第４図
と同一番号は同一内容を示し、８は反射振動板である。
と同一番号は同一内容を示し、８は反射振動板である。
図において、反射振動板８は超音波検出用レーザー光
４が照射される部分はレーザー光の反射を良くするため
研磨仕上げを施し、超音波発生用レーザー光３が照射さ
れる部分は表面をつや消し状態にして仕上げ、レーザー
光により熱ひずみを起こし超音波を発生する材料で作ら
れている。
４が照射される部分はレーザー光の反射を良くするため
研磨仕上げを施し、超音波発生用レーザー光３が照射さ
れる部分は表面をつや消し状態にして仕上げ、レーザー
光により熱ひずみを起こし超音波を発生する材料で作ら
れている。
超音波発生用レーザー装置１から高エネルギーのパル
ス状の超音波発生用レーザー光３を反射振動板８の表面
に照射し、表面を繰り返し加熱すると反射振動板８は熱
ひずみにより超音波７を発生する。発生した超音波７は
反射振動板８の表面に垂直の方向に進んで検査体５の中
に伝わり、検査体５に疵６の欠陥が存在すると反射して
反射振動板８に戻り、これをわずかに振動させる。この
振動を超音波検出用レーザー装置２からの超音波検出用
レーザー光４で検出することにより疵６の欠陥の存在を
検出することができる。
ス状の超音波発生用レーザー光３を反射振動板８の表面
に照射し、表面を繰り返し加熱すると反射振動板８は熱
ひずみにより超音波７を発生する。発生した超音波７は
反射振動板８の表面に垂直の方向に進んで検査体５の中
に伝わり、検査体５に疵６の欠陥が存在すると反射して
反射振動板８に戻り、これをわずかに振動させる。この
振動を超音波検出用レーザー装置２からの超音波検出用
レーザー光４で検出することにより疵６の欠陥の存在を
検出することができる。
第２図は本発明のレーザー超音波探傷装置を新型転換
炉の圧力管の検査に適用した場合の概念を示した図で、
第３図は第２図の２点鎖線で示した本発明に係る部分の
詳細図である。図中、第１図と同一番号は同一内容を示
している。なお、11はレーザー超音波探傷器、12は圧力
管、13及び14はミラー、15は密閉筒、16はスクリューね
じである。
炉の圧力管の検査に適用した場合の概念を示した図で、
第３図は第２図の２点鎖線で示した本発明に係る部分の
詳細図である。図中、第１図と同一番号は同一内容を示
している。なお、11はレーザー超音波探傷器、12は圧力
管、13及び14はミラー、15は密閉筒、16はスクリューね
じである。
図において、圧力管12は新型転換炉の運転中の検査を
行う状態を想定していて、内部には高温、高圧の水が下
部から上部へ流れている。
行う状態を想定していて、内部には高温、高圧の水が下
部から上部へ流れている。
超音波発生用レーザー装置１及び超音波検出用レーザ
ー装置２は水から隔離するために空気等のガスで充され
た密閉筒15の内部に収められ、反射振動板８が超音波の
送受信部材を構成している。この密閉筒15は圧力管12の
内部にあって、スクリューねじ16で上下することが可能
で、所定の位置に設定する。
ー装置２は水から隔離するために空気等のガスで充され
た密閉筒15の内部に収められ、反射振動板８が超音波の
送受信部材を構成している。この密閉筒15は圧力管12の
内部にあって、スクリューねじ16で上下することが可能
で、所定の位置に設定する。
いま、超音波発生用レーザー装置１から発射される超
音波発生用レーザー光３はミラー13で反射して、反射振
動板８を照射する。反射振動板８で反射する超音波発生
用レーザー光３はそのまま散乱し減衰するが、吸収され
る超音波発生用レーザー光３は反射振動板８を繰り返し
加熱し、これによる熱ひずみによって超音波７を発生す
る。反射振動板８で発生した超音波７は反射振動板８に
垂直の方向に水中を伝播して圧力管12の材料中に伝わ
り、圧力管12に疵等の欠陥が存在するとそこで反射し、
反射振動板８に戻り、これをわずかに振動させる。
音波発生用レーザー光３はミラー13で反射して、反射振
動板８を照射する。反射振動板８で反射する超音波発生
用レーザー光３はそのまま散乱し減衰するが、吸収され
る超音波発生用レーザー光３は反射振動板８を繰り返し
加熱し、これによる熱ひずみによって超音波７を発生す
る。反射振動板８で発生した超音波７は反射振動板８に
垂直の方向に水中を伝播して圧力管12の材料中に伝わ
り、圧力管12に疵等の欠陥が存在するとそこで反射し、
反射振動板８に戻り、これをわずかに振動させる。
一方、超音波検出用レーザー装置２から発射した超音
波検出用レーザー光４はミラー14で反射し反射振動板８
を照射する。反射振動板８で反射する超音波検出用レー
ザー光４は反射振動板８で変調されてミラー14を経由し
て超音波検出用レーザー装置２へ戻り、レーザー超音波
探傷器11で分析処理することにより超音波を検出し、探
傷検査を行うことができる。
波検出用レーザー光４はミラー14で反射し反射振動板８
を照射する。反射振動板８で反射する超音波検出用レー
ザー光４は反射振動板８で変調されてミラー14を経由し
て超音波検出用レーザー装置２へ戻り、レーザー超音波
探傷器11で分析処理することにより超音波を検出し、探
傷検査を行うことができる。
超音波発生用レーザー光３はエネルギー数十mJ乃至数
百mJのパルス状のもので、一般的にはYAG（イットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット）レーザーが使用され
る。また、超音波検出用レーザー光４はエネルギー数mJ
の連続波で一般的にはHe−Ne（ヘリウム・ネオン）レー
ザーが使用される。
百mJのパルス状のもので、一般的にはYAG（イットリウ
ム・アルミニウム・ガーネット）レーザーが使用され
る。また、超音波検出用レーザー光４はエネルギー数mJ
の連続波で一般的にはHe−Ne（ヘリウム・ネオン）レー
ザーが使用される。
反射振動板８は前述したように超音波検出用レーザー
光４が照射される表面部分はレーザー光の反射を良くす
るために表面粗さは１μｍ程度以内の鏡面に研磨仕上げ
を施し、超音波発生用レーザー光３が照射される部分は
熱エネルギーが吸収され易く反射しにくいようにつや消
し状態に仕上げてある。反射振動板８の材質はレーザー
光を反射し、かつ、レーザー光を照射する熱ひずみによ
り超音波を発生する材料で、入手の容易、価格、加工性
及び温度、圧力、放射線等の耐環境性等の点から、ステ
ンレンス鋼、鉄、銅合金及びクロム等の金属材料を使用
する。
光４が照射される表面部分はレーザー光の反射を良くす
るために表面粗さは１μｍ程度以内の鏡面に研磨仕上げ
を施し、超音波発生用レーザー光３が照射される部分は
熱エネルギーが吸収され易く反射しにくいようにつや消
し状態に仕上げてある。反射振動板８の材質はレーザー
光を反射し、かつ、レーザー光を照射する熱ひずみによ
り超音波を発生する材料で、入手の容易、価格、加工性
及び温度、圧力、放射線等の耐環境性等の点から、ステ
ンレンス鋼、鉄、銅合金及びクロム等の金属材料を使用
する。
本実施例では反射振動板８を圧力管12の表面に対して
斜めに設置して鋭角超音波探傷を行っているが、圧力管
12の表面に対して並行に設置すれば垂直超音波探傷が行
える。
斜めに設置して鋭角超音波探傷を行っているが、圧力管
12の表面に対して並行に設置すれば垂直超音波探傷が行
える。
また、超音波発生用レーザー装置１及び超音波検出用
レーザー装置２から反射振動板８までの間の超音波発生
用レーザー光３及び超音波検出用レーザー光４の伝送に
光ファイバーの伝送媒体を用いることができる。
レーザー装置２から反射振動板８までの間の超音波発生
用レーザー光３及び超音波検出用レーザー光４の伝送に
光ファイバーの伝送媒体を用いることができる。
本発明を適用する際には反射振動板と検査体との間に
超音波を伝播し易い水、油、溶融金属ナトリウム等の物
質が存在していることが望ましい。
超音波を伝播し易い水、油、溶融金属ナトリウム等の物
質が存在していることが望ましい。
以上のように本発明によれば次のような幾多の効果が
得られる。
得られる。
検査体中の疵等の欠陥から反射する超音波を反射振動
板に伝え、そこで生じる機械振動を超音波検出用レーザ
ー光で検出するので、従来不可能であった検査体表面に
凹凸があったり、超音波検出用レーザー光の反射が悪か
ったりする検査体に対してもレーザー超音波探傷が可能
となる。また、超音波検出用レーザー光の反射強度は十
分でも、検査場所によって反射反射率が異なる検査体の
場合は、超音波検出レベルが異なり安定した検査が行え
なかったが、本発明は反射振動板の同一場所に超音波検
出用レーザー光を照射する方法であるので安定したデー
タが得られる。
板に伝え、そこで生じる機械振動を超音波検出用レーザ
ー光で検出するので、従来不可能であった検査体表面に
凹凸があったり、超音波検出用レーザー光の反射が悪か
ったりする検査体に対してもレーザー超音波探傷が可能
となる。また、超音波検出用レーザー光の反射強度は十
分でも、検査場所によって反射反射率が異なる検査体の
場合は、超音波検出レベルが異なり安定した検査が行え
なかったが、本発明は反射振動板の同一場所に超音波検
出用レーザー光を照射する方法であるので安定したデー
タが得られる。
強力な超音波発生用レーザー光を使用しても、反射振
動板が焼損するだけで、検査体を焼損する恐れは解消さ
れる。この際、反射振動板が多少焼損するのは検査に支
障はなく、焼損が大きいときは交換すればよい。また、
従来の方法では一定エネルギーの超音波発生用レーザー
光を検査体に照射しても検査体の表面状態が変化しエネ
ルギー吸収率が変化すると発生する超音波の強度も変わ
るため、安定した検査が行えなかったが、検査体の表面
状態に係らず一定の強度の超音波が得られるようにな
り、安定した検査が行える。さらに、反射振動板の超音
波発生用レーザー光が照射される面の仕上げを反射が少
なくエネルギー吸収が良い超音波交換率が高くなる状態
にしておけば最小限のレーザーエネルギーで必要な強度
の超音波が発生できる。
動板が焼損するだけで、検査体を焼損する恐れは解消さ
れる。この際、反射振動板が多少焼損するのは検査に支
障はなく、焼損が大きいときは交換すればよい。また、
従来の方法では一定エネルギーの超音波発生用レーザー
光を検査体に照射しても検査体の表面状態が変化しエネ
ルギー吸収率が変化すると発生する超音波の強度も変わ
るため、安定した検査が行えなかったが、検査体の表面
状態に係らず一定の強度の超音波が得られるようにな
り、安定した検査が行える。さらに、反射振動板の超音
波発生用レーザー光が照射される面の仕上げを反射が少
なくエネルギー吸収が良い超音波交換率が高くなる状態
にしておけば最小限のレーザーエネルギーで必要な強度
の超音波が発生できる。
反射振動板を検査体表面に対し、斜めに設置するだけ
で、従来の方法で不可能であった超音波斜探傷が可能と
なる。
で、従来の方法で不可能であった超音波斜探傷が可能と
なる。
実施例の圧力管12の内部に水ではなく不透明な液体金
属ナトリウムが流れていることを想定すると従来の方法
では液体金属ナトリウムに超音波発生用レーザー光がさ
えぎられて検査ができなかったが、反射振動板を設ける
ことにより、超音波発生用レーザー光を透過しない液体
が表面に存在する検査体に対しても、レーザー超音波探
傷が可能となる。
属ナトリウムが流れていることを想定すると従来の方法
では液体金属ナトリウムに超音波発生用レーザー光がさ
えぎられて検査ができなかったが、反射振動板を設ける
ことにより、超音波発生用レーザー光を透過しない液体
が表面に存在する検査体に対しても、レーザー超音波探
傷が可能となる。
超音波発生用レーザー光により超音波が発生し易い材
料を反射振動板に選定することが可能となるので、超音
波発生用レーザー光で超音波を発生させにくい材料で作
られた検査体のレーザー超音波探傷が可能となる。
料を反射振動板に選定することが可能となるので、超音
波発生用レーザー光で超音波を発生させにくい材料で作
られた検査体のレーザー超音波探傷が可能となる。
以上のような効果により、極めて限られた検査体にし
か実用化できなかった、レーザー超音波探傷技術が広範
囲に実用化でき、汎用性が高まる。
か実用化できなかった、レーザー超音波探傷技術が広範
囲に実用化でき、汎用性が高まる。
特に従来の方法では適用が不可能であった原子炉の機
器、配管、監視用試料等の運転中連続監視や運転中検査
が可能となり、原子力発電の安全性向上に大きく寄与で
きる。
器、配管、監視用試料等の運転中連続監視や運転中検査
が可能となり、原子力発電の安全性向上に大きく寄与で
きる。
第１図は本発明の原理を説明するための図、第２図は本
発明のレーザー超音波探傷装置を新型転換炉の圧力管の
検査に適用した場合の概念を示した図、第３図は第２図
の２点鎖線で示した本発明に係る部分の詳細図、第４図
は従来の超音波探傷方法を説明するための図である。 １……超音波発生用レーザー装置、２……超音波検出用
レーザー装置、３……超音波発生用レーザー光、４……
超音波検出用レーザー光、５……検査体、６……疵、７
……超音波、８……反射振動板、11……レーザー超音波
探傷器、12……圧力管、13、14……ミラー、15……密閉
筒、16……スクリューねじ。
発明のレーザー超音波探傷装置を新型転換炉の圧力管の
検査に適用した場合の概念を示した図、第３図は第２図
の２点鎖線で示した本発明に係る部分の詳細図、第４図
は従来の超音波探傷方法を説明するための図である。 １……超音波発生用レーザー装置、２……超音波検出用
レーザー装置、３……超音波発生用レーザー光、４……
超音波検出用レーザー光、５……検査体、６……疵、７
……超音波、８……反射振動板、11……レーザー超音波
探傷器、12……圧力管、13、14……ミラー、15……密閉
筒、16……スクリューねじ。
Claims (7)
- 【請求項１】超音波発生用レーザー光を反射振動板に照
射して反射振動板に超音波を発生させ、発生した超音波
を検査体に伝え、検査体の疵等の欠陥場所から反射して
きた超音波を前記反射振動板で受け、このとき生ずる前
記反射振動板の振動を、反射振動板で反射させた超音波
検出用レーザー光で検出することを特徴とするレーザー
超音波探傷方法。 - 【請求項２】超音波発生用レーザー光を発射する超音波
発生用レーザー装置と、レーザー光の照射により超音波
を発生させるとともに、超音波を受けて振動する反射振
動板と、反射振動板にレーザ光を照射し、反射振動板の
振動により変調された反射レーザ光を検出する超音波検
出用レーザー装置とを備え、前記反射振動板の振動によ
り生ずる超音波を検査体に照射するとともに、検査体か
らの反射超音波を前記振動板で受けるようにしたことを
特徴とするレーザー超音波探傷装置。 - 【請求項３】前記超音波発生用レーザー光及び前記超音
波検出用レーザー光を反射ミラーを介して前記反射振動
板に伝送するようにしたことを特徴とする請求項２記載
のレーザー超音波探傷装置。 - 【請求項４】前記超音波発生用レーザー光及び前記超音
波検出用レーザー光を光ファイバーを通して前記反射振
動板に伝送するようにしたことを特徴とする請求項２記
載のレーザー超音波探傷装置。 - 【請求項５】前記反射振動板が金属、又はセラミック材
からなることを特徴とする請求項２記載のレーザー超音
波探傷装置。 - 【請求項６】前記反射振動板は、超音波発生用レーザー
光が照射される部分はつや消し仕上げするとともに、超
音波検出用レーザー光が照射される部分は鏡面仕上げし
たことを特徴とする請求項２記載のレーザー超音波探傷
装置。 - 【請求項７】前記検査体は圧力管であり、前記反射振動
板は圧力管内を上下動可能な密閉筒の超音波送受信部材
を構成しており、該超音波送受信部材にレーザ光を照射
することを特徴とする請求項２記載のレーザー超音波探
傷装置。
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|---|---|---|---|
| JP2270896A JP2502184B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | レ―ザ―超音波探傷方法及び装置 |
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| JP2270896A JP2502184B2 (ja) | 1990-10-09 | 1990-10-09 | レ―ザ―超音波探傷方法及び装置 |
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