JP2720351B2 - 超音波探触子ホルダー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は超音波探触子ホルダーに関し、特に例えば
鋼管や丸棒鋼などの超音波斜角探傷法において使用する
超音波探触子ホルダーに関するものである。

［従来の技術］ 従来例えば鋼管など製品の超音波探傷は非破壊検査の
代表的なものとして古くから採用されているが、被検査
体の探傷目的、寸法、処理量などによって、それぞれに
適した各種の方式のものが実用に供されている。その中
で、被検査体を回転しながら直進させるスパイラル搬送
方式やターニングローラ上で回転させながら全周、全長
探傷する場合の超音波探傷においてはシューコンタクト
式超音波探触子ホルダーが使用されている。このシュー
コンタクト方式は外径組み替えやその調整が比較的簡便
にでき、被検査体への追従が容易であるなどの理由から
広く適用されている。

第４図は従来のスパイラル搬送方式による被検査体の
全周、全長探傷を例として超音波探傷器を模式的に示す
説明図である。被検査体、例えば鋼管１はスキューロー
ラコンベア２の上で回転しながら前進して搬送される。
この鋼管１の外面に鋼管１側に取り付けたシュー3aを介
して図示しない超音波探触子が内蔵された超音波探触子
ホルダー３（図では４個の場合を示す）が鋼管１と圧接
して固定位置に設置されている。超音波探触子ホルダー
（以下ホルダーと略称する）３内の探触子は超音波の送
受信を行い鋼管１の管厚内の探傷情報を時々刻々入出力
する。この場合、超音波探触子の送受信信号は４チャネ
ルユニットの超音波探傷器４の指令によって入出力され
る。そして、超音波探傷器４の出力は警報装置５を介し
て記録装置６又は自動マーキング部７に送られ、それぞ
れの探傷データを提供する。

第５図は従来のシューコンタクト式超音波探触子ホル
ダーの概要を示す模式要部断面図である。シュー3aの片
側面には被検査体の一例である鋼管１の外周面に隙間な
く接触する円弧面3bが鋼管１の長さ方向に形成してあ
り、円弧面3bに対して圧接状態で摺動されるようになっ
ている。また、シュー3aはホルダー３の骨組を形成する
枠10の下側に取りはずし可能なように固着される。この
ように取りはずし可能な構成としてあるのは鋼管１の外
径に一致する円弧面3bを有するシュー3aと交換できるよ
うにしたためである。円弧面3bの頂点に対応するシュー
3aの面位置が０点と呼ばれる偏心量基準点８となってい
て超音波探触子（以下探触子と略称する）９の音束軸の
基準中心となるように位置決めされる。通常は偏心量基
準点８に探触子９内の振動子9aからの音束軸が位置する
ように配設される。11は探触子９の図示しない外枠に刻
印された偏心量である。

また、接触子９は枠10に取付けた探触子押えネジ12と
探触子押えボルト13によりシュー3aに押圧状態でセット
される。14は偏心調整用スクリューで、これを用いて左
右に調整することにより探触子押えボルト13に接続する
探触子９がシュー3aとスライドできるようになっていて
偏心を行っている。なお、15は探触子固定ボルトであ
る。16は局部水浸のために用いる水で、鋼管１の下側が
水浸されるように配置され、鋼管１の回転にしたがって
円弧面3bと鋼管１の間に供給され、いわゆる接触媒質の
役目を果すものである。17は探触子押えボルトを含むホ
ルダー３を固定する固定ネジで、18はホルダー３全体を
鋼管１に円弧面3bで押圧するためのスプリングである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の超音波探触子ホルダーでは、特に
シューコンタクト式の場合探触子がシューの上面でスラ
イドできるようになっており、その管軸中心と探触子の
超音波入射点を可変とすることにより若干の屈折角の変
更調整ができるようになっているが、なお、下記のよう
な課題がある。

１） 屈折角を変えると入射点が変るので、被検査体の
寸法、例えば外径を変えた場合、屈折角（入射角）が直
続できないため探傷の標準化がしにくくなる。

２） 従来方式のホルダー及び探触子ではシューと探触
子が接触しているから音響結合監視（カップリングモニ
タといわれている）が構造上困難である。

３） また、特に被検物の寸法が小さい場合、例えば小
径の材料の場合、音響レンズ等を用いて音速を絞る（ラ
インフォーカス、ポイントフォーカスなど）ことができ
ない。

この発明は上述のような課題を解決するとともに、さ
らに新機能を付加することのできる探触子ホルダーを提
供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超音波探触子ホルダーは、鋼管などの
被検査体スパイラル搬送する方式やターニングローラで
回転させながら全周全長の超音波探傷を行うようなシュ
ーコンタクト式局部水浸超音波探傷において、２個の垂
直探触子の超音波入・反射音束軸を交叉させその交点と
シューの被検査管状体と接する面上の一点となるように
配置した構成を有し、上記の交点を中心に各探触子の位
置を変えられるようにスライドさせることができるよう
なありみぞ付きスライド溝と、各探触子を任意の位置で
固定する固定治具及びそのセットボルトと、スライド溝
とシューの間に水溜り用の空間を設けたものである。こ
の構成によって、次項で説明するような融通性の大きい
各種探傷方法が可能としたものである。

［作用］ この発明においては、２個の垂直探触子が、その超音
波入・反射音束軸が交叉し、かつこの交叉点がシューの
被検査管状体と接する面上の一点となるように配設させ
る構成となっているので、屈折角（入射角）の異なる２
つの音束を被検物に入射させることができる。このよう
に２個の探触子からの音束をそれぞれ別個に可変とし、
かつ音束軸を同一場所に交叉させるが、各垂直探触子が
水中の入射角で０゜〜27゜まで連続可変できるようにな
っているので通常屈折各35゜〜80゜の横波斜角探傷、縦
波→横波モード変換による斜角探傷、縦波斜角探傷又は
垂直探傷（入射角０゜）の各組合せによる超音波探傷が
可能となるという具合に探傷法の融通性が拡大する。

第２図の（ａ），（ｂ），（ｃ）はこの発明による探
触子ホルダーを用いた探傷の考え方と態様の一例を示す
説明図である。各図に共通して、例えば被検査体として
鋼管を、，は２個の探触子の超音波入射方向を示
し、実線は超音波の縦波、点線は横波を表わしている。
第２図の（ａ）は例えば管厚の比較的小さい場合に対す
る横波斜角探傷を示す。第２図の（ｂ）は管厚の比較的
大きい場合に適用できる縦波→横波モード変換による斜
角探傷の例である。また、第２図の（ｃ）は中間の管厚
に対する垂直・斜角探傷の例を示すものである。

また、この発明においては、２つの垂直探触子で斜角
探傷を行うようになっているから、同時に音響結合監視
（カップリングモニター）が実施できる。その作用例を
第３図の概念図に示す。図に示す要領で、第２図の
（ａ）に示す接触子Ａによる超音波ビームと探触子Ｂの
超音波ビームの動作タイミングで、時計廻り（CW）探傷
と反時計廻り（CCW）探傷及びカップリングモニターを
行なわしめる例である。最上段に示す波形はパルスの原
振であり、各段に示す波形の横軸は時間である。タイミ
ング１では探触子Ａが送受信探傷、タイミング２では探
触子Ａのカップリングモニターを探触子Ｂで行ない、タ
イミング３では探触子Ｂが送受信探傷、タイミング４で
は探触子Ｂのカップリングモニターを探触子Ａで行な
う。この動作の繰返しで探傷が行なわれる。

又、局部水浸法であるため、垂直探触子に音響レンズ
を付加することによりポイントフォーカスやラインフォ
ーカス等の音束ビームを絞ることにより探傷分解能を上
げて探傷を行なうことが可能となる。

［実施例］ 第１図はこの発明による超音波探触子ホルダーの一実
施例を示す模式説明図である。図において、第１図の
（ａ）はその正面要部断面図、第１図の（ｂ）は（ａ）
に示したＡ−Ａ線に沿う断面図（鋼管の部分を除く）、
第１図の（ｃ）は平面図である。

図において、30は被検査体の一例である鋼管であり、
31は片面（下側）に鋼管30の外周面とほぼすき間なく当
接する円弧面32を有するシューである。シュー31は上面
でホルダー本体33と接続して必要とするとき取りはずし
可能のように一体構成される。ホルダー本体33は水溜り
部34の空間を形成するように中空加工され上面は円弧状
に形成される。35はホルダー本体33の円弧側に設けられ
たあり溝付探触子保持台で、弧状スライド溝37によって
嵌合され、円弧面上を円弧に沿って摺動できるようにな
っている。さらに、探触子A39と探触子B40はそれぞれあ
り溝付探触子保持台35に取り付けられ、各探触子フラン
ジ38はネジ41によってあり溝付探触子保持台35に固着さ
れている。このように探触子A39,探触子B40はあり溝付
探触子保持台35で保持され、セットボルト43で任意の位
置で固定されるようになっている。また、44はホルダー
本体33の中空部内側に取付けられた吸音材である。ま
た、45は水溜り部34へ水を供給するための水供給口で外
側に設けた図示しないパイプと給水ホースに接続されて
いる。水給水口45から供給された水は超音波探傷検査の
実施中は水溜り部34を充満するとともにシュー31に設け
たざぐり部46から鋼管30との接触面を介して主として排
出されるようになっている。さらに、ホルダー全体は図
示しない追従装置に保持され、第５図の従来例と同様に
して図示しないスプリングを介してシュー31の円弧面32
で鋼管を押圧するように構成されている。

以上のように構成された探触子ホルダーにおいて、探
触子A39及び探触子B40から送信されたそれぞれの超音波
（イ），（ロ）は弧状スライド溝37がシュー31の円弧中
心50を中心とした弧で形成されているので、シュー31の
円弧上の中心50で音束が交叉されるようになっている。
そして、２つの探触子39,40は任意の位置であり溝付探
触子保持台35とセットボルト43で固定されて使用され
る。また、ホルダー本体33は水溜り部34,シュー31,吸音
材44などからなり、作用の項で前述したように入射角の
任意の設定が行われいくつかの異った探傷方法が自由な
選択ができるようになっている。

なお、以上のような構成の採用によって、第１図の
（ｃ）に示したように入射角の目盛51を設けることがで
きて、入射角を直読することが可能となる利点がある。

以上の実施例は被検査物を鋼管とした場合について説
明したが、これに限定されず、他の金属からなる管状体
であっても同様に適用できることはいうまでもない。

なお、本件では被検査体が管状体に限定されてはいる
が、丸棒鋼にも当然適用可能である。また、フラット面
を有する（例えば方形断面のもの）被検査体にも適用で
き、この場合、あり溝形状も適宜変更する。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、１個の探触子ホルダ
ーで２個の探触子（２チャンネル分）を装備できるの
で、多チャンネル構成の場合に経済性よく使用できる。
また、屈折角の選択が探触子の入射方向（入射角）によ
り任意に設定できるので、入射点の変動がなく、そのた
め精度良くかつ簡単にセットでき、入射角の目盛を設け
ることも容易である。さらに、入射角を２個の探触子を
それぞれ別個に任意にセットできるので各種探傷法やカ
ップリングモニター、フォーカス探傷法等の融通性に富
んだ使用法が容易であり、かつ精度よく実現できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の超音波探触子ホルダーの一実施例を
示す模式説明図、第２図はこの発明の探触子ホルダーに
よる超音波探傷の考え方と態様例を示す説明図、第３図
はこの発明の探触子ホルダーによる探傷タイミングの例
を示す作用波形図、第４図は従来の超音波探傷における
スパイラル搬送方式を示す模式図、第５図は従来のシュ
ーコンタクト式探触子ホルダーの例を示す模式断面図で
ある。 図において、30は鋼管、31はシュー、32は円弧面（シュ
ー）、33はホルダー本体、34は水溜り部、35はあり溝付
探触子保持台、37は弧状スライド溝、39は探触子Ａ、40
は探触子Ｂ、43はセットボルト、50は超音波入射点であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝又 武繁 東京都千代田区丸の内１丁目１番２号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 佐藤 義信 神奈川県横浜市金沢区福浦２―６―13 鈴幸精密工業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−155245（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−40853（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−92949（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−209355（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−149749（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−62960（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−129657（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転しながら移動する被検査体が、超音波
   探触子ホルダーに接続するシューに接触する構成からな
   るシューコンタクト式局部水浸超音波探傷用の超音波探
   触子ホルダーにおいて、 前記シューと対向して設置された２個の垂直超音波探触
   子の超音波入・反射の音束軸の交点が前記シューの被検
   査管状体と接する面上の一点となるように前記超音波探
   触子をスライドさせるありみぞ付きスライド溝と、 前記スライド溝に沿って前記２個の超音波探触子をそれ
   ぞれ所定の範囲内の任意の位置で固定する固定治具及び
   セットボルトと、 前記スライド溝とシューとの間の空間が形成する水溜り
   部とを有することを特徴とする超音波探触子ホルダー。