JP3702129B2 - 超音波探傷装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探傷装置に関し、水中においてボルトの首下部に発生した亀裂を検出する場合などに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
放射性物質を取り扱う施設の構成部材の超音波探傷検査は、放射線被曝を防止する目的から水を満たし或いは水を張ったピット中に構成部材をおいて行われることが多い。例えば、加圧水型原子力プラントの冷却材ポンプに設けられている吸い込みアダプタ取付け用ボルトなども水中で探傷検査される。図９には前記冷却材ポンプの構成を示し、図１０には前記冷却材ポンプの超音波探傷検査時の状態を示す。
【０００３】
図９に示すように、ケーシング５１は吸い込み通路５３及び吐出通路５５を有し、内部にインペラ５７を回転自在に支持している。インペラ５７は図示しない上方のモータに連結した主軸５９の下端に取り付けられており、この主軸５９は水中軸受６１に支持されている。インペラ５７の周囲はディフューザ６３に囲まれている。ディフューザ６３はケーシング５１の上面から垂下支持されており、ディフューザ６３の内側にはサーマルバリア６５が設けられている。このサーマルバリア６５は、３００℃前後の高温冷却材から軸受やシール等を保護するために設けられている。
【０００４】
そして、この冷却材ポンプ５０には、ケーシング５１とインペラ５７との隙間量を好適に保つために環状の吸い込みアダプタ６７が、円周上に配置された複数の六角穴付きボルト６９により、吸い込み通路５３の出口側でケーシング５１に固定されている。吸い込みアダプタ６７はポンプ特性に重要な影響を与える部品であり、しかも、これを固定するボルト６９は流体振動や熱荷重を受ける厳しい使用条件下にある。そのため、ボルト６９に対しては定期的な検査が推奨されており、次のようにして超音波探傷試験が行われる。
【０００５】
即ち、図１０に示すように、インペラ５７、ディフューザ６３、サーマルバリア６５等がケーシング５１から取り出された後、ケーシング５１内に放射線遮蔽体７１、放射線遮蔽プラグ７３が取り付けられる。このときケーシング５１内には原子炉冷却水と同様な水が必要な高さまで張られ、検査時にも所定の水位レベルに保持される。被検査部材であるボルト６９は環状の吸い込みアダプタ６７に沿って円周上に複数取り付けられているので、これらのボルト６９の検査を順次効率的に行うためのターンテーブル７５及びその貫通穴に配置されたハンドリング装置７７が図示のようにセットされる。ハンドリング装置７７はケーシング５１の外に置かれる制御盤７９にケーブル８２で接続され、また、後述する超音波探触子はケーシング５１の外に置かれる超音波探傷器８１にケーブル８３で接続される。
【０００６】
ハンドリング装置７７には、超音波探触子を保持し且つ被検査部材まで案内する超音波探触子保持体（詳細後述）が取り付けられる。そして、ターンテーブル７５により、ハンドリング装置７７を検査対象のボルト６９の上方に移動させた後、このハンドリング装置７７により、超音波探触子保持体をハンドリングして同保持体のガイド部を当該ボルト６９の六角穴に挿入し、超音波探傷検査を行う。
【０００７】
水中超音波探傷装置の超音波探触子保持体には、頭部入射式のものと側面入射式のものとがある。図１１（ａ），（ｂ）は従来の頭部入射式超音波探触子保持体（案内軸）の断面図であり、ボルトの六角穴に挿入前の状態と挿入後の状態とを示している。図１２は従来の側面入射式超音波探触子保持体（案内軸）の断面図であり、ボルトの六角穴に挿入後の状態を示している。
【０００８】
図１１（ａ）に示すように、頭部入射式の超音波探触子保持体である案内軸１００は、ハンドリング装置７７（図１０参照）によって図１１（ａ）中に矢印で示すように下降させると、案内軸先端側のガイド部１０３がボルト６９の六角穴６９ａに挿入され、ピストン１０１の延長棒１０２の先端が六角穴６９ａの底面に当接する。案内軸１００を更に下降させると、本体１０４の肩面１０５がボルト６９の頭部上面に当接して止まり、図１１（ｂ）に示す状態となる。その過程でピストン１０１がコイルばね１０６に抗して図１１（ｂ）中に矢印で示すように相対的に上方へ変位し、シリンダ空間１０７の圧力室１０７ａの水をジェット孔１０８から吹き出す。この吹き出された水は超音波探触子１０９の先端部に付着していた気泡を吹き飛ばして除去する。このとき、ピストン１０１よりも下方のシリンダ空間２１には、離脱防止ナット１１１に設けた通水孔１１０から外部の水が流入するようになっている。
【０００９】
この状態で超音波探触子１０９から探傷用の超音波を発信すると、この超音波が、ボルト６９の頭部上面から入射し、図１１（ｂ）中に点線で示す経路を進行してボルト６９の首下部に生じた亀裂Ｋに達し、ここで反射して同経路を逆に進行し、超音波探触子１０９へと戻る。かくして、亀裂Ｋからの反射波（欠陥エコー）が受信され、亀裂Ｋが検出される。
【００１０】
上記の頭部入射式の案内軸１００ではボルト６９の頭部上面から超音波を入射したが、ボルト６９の形状や亀裂Ｋの向き等によっては、図１２に示すような側面入射式の超音波探触子保持体（案内軸１００）を用いて、六角穴６９ａの側面から超音波を入射させたほうがよい場合もある。
【００１１】
この図１２に示す側面入射式の案内軸１００の作用も、上記の頭部入射式の案内軸１００と同様であるが、超音波探触子１０９から発信された超音波は、ボルト６９の六角穴６９ａの側面から入射し、図１２中に点線で示す経路を進行してボルト６９の首下部に生じた亀裂Ｋに達し、ここで反射して同経路を逆に進行し、超音波探触子１０９へと戻る。かくして、亀裂Ｋからの反射波（欠陥エコー）が受信され、亀裂Ｋが検出される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水中超音波探傷装置によって実機の探傷検査を行った結果、頭部入射式、側面入射式の何れの案内軸１００を用いた場合にも疑似エコーが発生した。疑似エコーが発生すると、Ｓ／Ｎ比が低下して亀裂Ｋ（欠陥エコー）の検出が難しくなってしまう。
【００１３】
疑似エコーの発生要因としては、側面入射式の案内軸を用いて調査した結果から、次のようなことが考えられる。
【００１４】
▲１▼ 六角穴６９ａへの挿入時に案内軸１００が傾く（超音波探触子１０９が傾く）ことによって、疑似エコーが発生したと考えられる。即ち、ハンドリング装置７７によって案内軸１００のガイド部１０３をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際、ガイド部１０３が六角穴６９ａの深さ方向に沿って真直ぐに挿入されずに多少傾くことが考えられる。このとき、案内軸１００（超音波探触子１０９）の傾斜方向によっては、超音波探触子１０９から発信された超音波が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーの発生が考えられる。
▲２▼ また、超音波探触子１０９は案内軸１００の先端（下端）のコーナ近くで且つ案内軸表面に設けられているため、超音波探触子１０９から発信される超音波の一部（散乱波）が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーが発生すると考えられる。即ち、超音波探触子１０９の近傍で発生する近距離音場等により、超音波の一部が六角穴６９ａの底面に回り込んで疑似エコーが発生すると考えられる。
【００１５】
また、ガイド部１０３は横断面が六角形状であるため、六角穴６９ａに対して決まった位置にしか挿入することができない。即ち、ボルト６９の周方向に対して点探傷となる。従って、疑似エコーが発生した場合、欠陥エコーと疑似エコーの評価が非常に困難となる。
【００１６】
従って本発明は上記の問題点に鑑み、疑似エコーの発生又は影響の防止を図って、亀裂の検出性能を向上させることができる超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の超音波探傷装置は、超音波探触子を保持し且つ被検査部材まで案内する超音波探触子保持体を備えた超音波探傷装置において、
前記保持体には、前記被検査部材の亀裂に対して横波超音波を発信し且つ前記亀裂からの横波反射波を受信するか、前記亀裂に対して縦波超音波を発信し且つ前記亀裂からの縦波反射波を受信するかのいずれかである第１超音波探触子と、
前記亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下では、側面入射式の超音波探触子保持体と、頭部入射式の超音波探触子保持体とについて説明する。
【００２４】
＜側面入射式の超音波探触子保持体の場合＞
図１は本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の側面入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図、図２は図１のＡ方向矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ線矢視断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線矢視断面図、図５は図１のＤ部拡大図である。
【００２５】
図１，図２，図３に示すように、側面入射式の超音波探触子保持体である案内軸１は、振動子である第１超音波探触子２と第２超音波探触子３とを保持し、且つ、被検査部材であるボルト６９まで案内するものである。そして、案内軸１の本体４は、基端部４ａと先端部４ｃとの間に可撓性部材であるクッション４ｂを介設してなるものである。かかる可撓性部材としては、例えば硬質のウレタンゴム又は蛇腹やベローズ等を用いることができる。クッション４ｂ以外の部材にはステンレス等の高剛性材料が用いられている。
【００２６】
即ち、本体４は、ハンドリング装置（図１０参照）により案内軸１をハンドリングして、先端部４ｃに設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際、その挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成されている。
【００２７】
なお、基端部４ａとクッション４ｂと先端部４ｃは複数の取付ボルト５によって一体的に締結されている。詳述すると、基端部４ａ及びクッション４ｂの周縁部には上下方向に貫通する穴４ａ−１，４ｂ−１がそれぞれ形成され、先端部４ｃの周縁部にはネジ穴４ｃ−１が形成されている。取付ボルト５は頭部が基端部４ａの肩面に当接し、軸部が穴４ａ−１，４ｂ−１を貫通してネジ穴４ｃ−１に螺合している。そして、上記のように挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いたときにクッション４ｂが撓むことができるようするため、取付ボルト５の軸部と貫通穴４ａ−１，４ｂ−２とは密着しておらず、多少の隙間を有している。
【００２８】
また、基端部４ａ、クッション４ｂ、先端部４ｃの中心部にも穴４ａ−２，４ｂ−２，４ｃ−２が形成されており、これらの穴４ａ−２，４ｂ−２，４ｃ−２には案内ガイド６が挿入されている。案内ガイド６の貫通穴６ａには複数のケーブル７が挿通されている。このケーブル７の基端側は基端部４ａに形成された穴４ａ−３を通ってコネクタ８に接続されている。コネクタ８は図示しない超音波探傷器のコネクタに接続される。一方、ケーブル７の先端側は先端部４ｃ及びガイド部１０に形成された穴４ｃ−３，１０ａを通って第１超音波探触子２と第２超音波探触子３とにそれぞれ接続されている。
【００２９】
また、先端部４ｃの先端面には凹部４ｃ−４が形成されており、この凹部４ｃ−４にはガイド部１０がボルト１１によって固定されている。そして、ガイド部１０は、図４に示すように横断面形状がボルト６９の六角穴６９ａに内接する円形となっている。
【００３０】
基端部４ａにはネジ部４ａ−４が設けられており、このネジ部４ａ−４をハンドリング装置の取り付け部２０に螺合することによって、案内軸１をハンドリング装置に取り付けるようになっている。
【００３１】
また、ガイド部１０の側面には穴１０ｂが斜めに形成されおり、この穴１０ｂの奥に第１超音波探触子２が埋め込まれている。この第１超音波探触子２は、例えば図５に示すようにボルト６９の首下部に発生した亀裂Ｋに対して、探傷用の超音波を発信し、且つ、この亀裂Ｋからの横波反射波（欠陥エコー）を受信するものである。なお、第１超音波探触子２の角度は、第１超音波探触子２から発信する超音波が、想定される亀裂に対して垂直に入射するように調節される。
【００３２】
一方、第２超音波探触子３は受信専用のものであり、先端部４ｃの下面に設けられた穴４ｃ−５内に下方に向けて取り付けられてれている。この第２超音波探触子３の角度は、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波（欠陥エコー）を受信することができるように調節されている。なお、亀裂Ｋはその性状及び進展（深さ）等により傾きが異なってくる。そして、この亀裂Ｋの傾き、即ち、亀裂Ｋに対する超音波の入射角に応じて、第１超音波探触子２で受信する欠陥エコー（横波反射波）の高さと第２超音波探触子３で受信する欠陥エコー（縦波反射波）の高さが変化する。
【００３３】
つまり、本側面入射式の案内軸１は、亀裂Ｋに対して横波超音波を発信し且つ亀裂Ｋからの横波反射波を受信する第１超音波探触子２と、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子３とを備えることによって、１探法と２探法の併用方式となっている。
【００３４】
従って、上記構成の側面入射式の案内軸１によれば、次のような作用・効果が得られる。
【００３５】
即ち、案内軸１の本体４は、基端部４ａと超音波探触子２，３を保持する先端部４ｃとの間にクッション４ｂを介設し、先端部４ｃに設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際に挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成したため、超音波探触子２，３の傾きを防止することができる。このため、超音波探触子２から発信された超音波が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーが発生するのを防止することができる。
【００３６】
つまり、図６（ａ）に示すように、ハンドリング装置の精度などにより、ガイド部１０の挿入方向Ｄ1 が六角穴６９ａの深さ方向Ｄ2 に対して多少（例えば傾斜角度θだけ）傾いたとき、クッション４ｂを設けない場合にはガイド部１０がそのまま傾いた状態で六角穴６９ａに挿入されてしまう。その結果、超音波探触子２，３も傾いてしまう。これに対して、図６（ｂ）に示すように、クッション４ｂを設けた場合には、ハンドリング装置によるガイド部１０の挿入方向Ｄ1 が六角穴６９ａの深さ方向Ｄ2 に対して多少傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０（先端部４ｃ）は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入される。このため、上記のように超音波探触子２，３の傾きを防止して疑似エコーの発生を防止することができる。
【００３７】
また、超音波を発信する超音波探触子２は案内軸１の内部に埋め込み式としたため、超音波の散乱を防止することができ、従来のように超音波探触子の近傍で発生する近距離音場等により、超音波の一部が六角穴６９ａの底面に回り込んで疑似エコーが発生するのを防止することができる。
【００３８】
また、六角穴６９ａに挿入されるガイド部１０の横断面形状を、六角穴６９ａに内接する円形としたため、ガイド部１０を六角穴６９ａに挿入した状態のままで第１，第２超音波探触子２，３を案内軸１とともに周方向に回転させて連続的に探傷検査を行うことができる。即ち、全周探傷が可能となる。このため、探傷検査の情報量が増加し、欠陥エコーと疑似エコーの評価も容易となり、検査結果の信頼性が向上する。つまり、ボルト６９の全周探傷が可能となるため、従来の点探傷の場合に比べて、検査精度が高く（亀裂Ｋを発見し損なう可能性が非常に低く）、しかも、亀裂Ｋが周方向のどの位置にあるのか、また、亀裂Ｋの周方向長さはどれだけか（亀裂Ｋが周方向にどれだけ進展しているのか）を容易に知ることができる。
【００３９】
また、亀裂Ｋに対して超音波を発信し且つ亀裂Ｋからの横波反射波を受信する第１超音波探触子２と、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子３とを備えることによって、１探法と２探法の併用方式としたことにより、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。
【００４０】
つまり、図５に示すように、第１超音波探触子２から超音波を発信すると、この超音波は図中に点線で示す経路を進行してボルト６９の首下部に生じた亀裂Ｋに達し、ここで反射して同経路を逆に進行し、第１超音波探触子２へと戻る。かくして、亀裂Ｋからの横波反射波（欠陥エコー）が検出される。しかし、このときに疑似エコーが発生すると、第１超音波探触子２では、この疑似エコーも受信してしまう。一方、第２超音波探触子３では、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波は受信するが、疑似エコーは受信しない。従って、疑似エコーの影響を無くすことができ、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。
【００４１】
また、この１探法と２探法の併用方式の場合、第１超音波探触子２と第２超音波探触子３の何れにおいてもエコーが検出されたときには、このエコーは欠陥エコーである（亀裂Ｋが生じている）と判断することができ、第１超音波探触子２だけがエコーを検出し、第２超音波探触子３ではエコーが検出されければ、このエコーは疑似エコーであると判断することができ、探傷検査の信頼性が格段に向上する。
【００４２】
なお、疑似エコーの影響を無くすという観点からは、必ずしも１探法と２探法の併用方式に限定するものではなく、２探法としてもよい。即ち、第１超音波探触子２は発信専用（パルサー）とし、第２超音波探触子３は上記と同様に受信専用（レシーバ）とすることにより、２探法の構成としてもよい。この場合にも、第２超音波探触子３では、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波は受信するが、疑似エコーは受信しないため、疑似エコーの影響を無くすことができる。
【００４３】
また、上記では第１，第２超音波探触子２，３の角度が固定となっているが、この第１，第２超音波探触子２，３の角度を可変としてもよい。即ち、超音波探触子２，３を回動自在に設けるとともに、この超音波探触子２，３を回動させる回動手段を備えるようにしてもよい。この場合には、亀裂Ｋを確実に検出することができ、且つ、亀裂Ｋの大きさ（深さ）を知ることもできる。
【００４４】
つまり、ボルト６９の探傷を行う場合、先ず、どんな小さな亀裂でも検出したいため、第１，第２超音波探触子２，３の角度は、超音波を亀裂Ｋの基端部（なるべくボルト６９の表面に近い位置）に入射させ、且つ、当該位置からの欠陥エコーを受信することができる角度に設定する必要がある。そして、亀裂Ｋが検出されたら、次には、この亀裂Ｋがどれくらいの大きさかを知りたいが、そのためには超音波を亀裂Ｋの先端部に入射させ、且つ、当該位置からの欠陥エコーを受信することができるように、第１，第２超音波探触子２，３の角度を変更する必要がある。
【００４５】
ところが、第１，第２超音波探触子２，３の角度が固定の場合には、亀裂Ｋを確実に検出することを優先して角度を設定せざるを得ない。これに対して、上記のように超音波探触子２，３を回動自在に設けるとともに、この超音波探触子２，３を回動させる回動手段を備えることによって、第１，第２超音波探触子２，３の角度を可変とした場合には、浅い亀裂でも確実に検出することができ、且つ、亀裂Ｋの大きさを知ることもできる。
【００４６】
なお、回動手段としては、被検査部材（ボルト等）の大きさに応じた案内軸の大きさなどによって、適宜の構成のものを用いることができる。例えば、図７に示すような構成のものでもよい。なお、図７（ａ），（ｂ）は回動手段の概略構成を示す側面図及び正面図である。
【００４７】
また、上記では、横波超音波を発信して、横波反射波やモード変換した縦波反射波を受信するようにしているが、必ずしもこれに限定するものではなく、縦波超音波を発信して、縦波反射波やモード変換した横波反射波を受信するようにしてもよい。
【００４８】
図７に示すように、第１超音波探触子２は回動軸２１を回動中心として回動自在に設けられ、回動軸２１はベベルギア２４，２５を介してモータ３０の回転軸２８に連結されている。同様に、第２超音波探触子３は回動軸２２を回動中心として回動自在に設けられ、回動軸２２はベベルギア２６，２７を介してモータ３１の回転軸２９に連結されている。そして、角度制御装置３４では、モータ３０，３１の回転角検出器（ロータリエンコーダ等）３２，３３の検出信号に基づいてモータ３０，３１の回転角を制御することにより、第１超音波探触子２と第２超音波探触子３の回動角をそれぞれ調整する。
【００４９】
この場合の検査手順としては、例えば、第１，第２超音波探触子２，３をある角度に設定して全周検査を行ない、続いて、第１，第２超音波探触子２，３を別の角度に設定して再度全周検査（又は前回の全周検査で亀裂を発見した部分近傍の検査）を行うようにする。
【００５０】
＜頭部入射式の超音波探触子保持体の場合＞
図８は本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の頭部入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図である。
【００５１】
図８に示すように、頭部入射式の超音波探触子保持体である案内軸１も、上記の側面入射式の案内軸１と同様に（図１参照）、その本体４は、基端部４ａと先端部４ｃとの間に可撓性部材（硬質ウレタンゴム、蛇腹、ベローズ等）であるクッション４ｂを介設してなるものであり、クッション４ｂ以外の部材には高剛性材料（ステンレス等）が用いられている。
【００５２】
即ち、本体４は、先端部４ｃに設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際に挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成されている。なお、基端部４ａとクッション４ｂと先端部４ｃは複数の取付ボルト５によって一体的に締結されているが、その詳細な説明については、ここでは省略する（上記の側面入射式超音波探触子保持体の説明を参照）。
【００５３】
また、基端部４ａ、クッション４ｂ、先端部４ｃの中心部に形成された穴４ａ−２，４ｂ−２には案内ガイド６が挿入されており、この案内ガイド６の貫通穴６ａにはケーブル７が挿通されている。このケーブル７の基端側は基端部４ａに形成された穴４ａ−３を通ってコネクタ８に接続されている。コネクタ８は図示しない超音波探傷器のコネクタに接続される。一方、ケーブル７の先端側は先端部４ｃに形成された穴４ｃ−３を通って超音波探触子３５に接続されている。
【００５４】
先端部４ｃの先端側にはガイド部１０が形成されている。そして、このガイド部１０は、図示は省略するが、横断面形状がボルト６９の六角穴６９ａに内接する円形となっている。
【００５５】
基端部４ａにはネジ部４ａ−４が設けられており、このネジ部４ａ−４をハンドリング装置の取り付け部２０に螺合することによって、案内軸１をハンドリング装置に取り付けるようになっている。
【００５６】
また、先端部４ｃの下面には穴４ｃ−６が斜めに形成されおり、この穴４ｃ−６の奥に超音波探触子３５が埋め込まれている。この超音波探触子３５は、例えば図８に示すようにボルト６９の首下部に発生した亀裂Ｋに対して、探傷用の超音波を発信し、且つ、この亀裂Ｋからの反射波（欠陥エコー）を受信するものである。つまり、本頭部入射式の案内軸１では、１探法の構成となっている。なお、超音波探触子３５の角度は、超音波探触子３５から発信する超音波が、想定される亀裂に対して垂直に入射するように調節される。
【００５７】
なお、この頭部入射式の案内軸１には気泡除去機構も備えている。この気泡除去機構の概要について説明すると、ハンドリング装置により案内軸１を下降させると、ピストン３６の延長棒３７がボルト６９の六角穴６９ａの底面に当接してピストン３６が上昇し、圧力室３８から加圧水がジェット孔３９を通って吹き出され、超音波探触子３５の先端部に付着した気泡を吹き飛ばして除去する。そして、図８に示す状態から、案内軸１を上方に動かし、延長棒３７をボルト６９から離せば、自重及びコイルばね４０の力によってピストン３６が相対的に下降しようとする。このとき、圧力室３８に流入する水の経路はジェット孔３９であり流れ抵抗が大きいため、圧力室３８内が低圧になるが、このことにより鋼球４１がばね４２に抗して上方へ動き、導水通路４３が開くため、この導水通路４３、導水通路４４及び導水孔４５を通って水が圧力室３８に流入し、ピストン３６に働く流体圧力がバランスを取り戻す。その結果、ピストン３６は迅速に下降する。
【００５８】
上記構成の頭部入射式の案内軸１によれば、上記側面入射式の案内軸１と同様の作用・効果が得られる。
【００５９】
即ち、案内軸１の本体４は、基端部４ａと超音波探触子３５を保持する先端部４ｃとの間にクッション４ｂを介設し、先端部４ｃ側に設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際に挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成したため、超音波探触子３５の傾きを防止することができる。このため、超音波探触子３５から発信された超音波が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーの発生を防止するのを防止することができる。
【００６０】
また、超音波探触子３５は案内軸１の内部に埋め込み式としたため、超音波の散乱を防止することができ、従来のように超音波探触子先端の下面に設けた穴の一部が開口しているため（図１１参照）超音波探触子の近傍で発生する近距離音場等により、超音波の一部が乱反射することにより疑似エコーが発生するのを防止することができる。
【００６１】
また、六角穴６９ａに挿入されるガイド部１０の横断面形状は、六角穴６９ａに内接する円形であるため、ガイド部１０を六角穴６９ａに挿入した状態のままで超音波探触子３５を案内軸１とともに周方向に回転させて全周探傷を行うことができる。このため、探傷検査の情報量が多く、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易であり、検査結果の信頼性が高い。つまり、ボルト６９の全周探傷が可能であるため、検査精度が高く（亀裂Ｋを発見し損なう可能性が非常に低い）、しかも、亀裂Ｋが周方向のどの位置にあるのか、また、亀裂Ｋの周方向長さはどれだけか（亀裂Ｋが周方向にどれだけ進展しているのか）を容易に知ることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明の超音波探傷装置は、超音波探触子を保持し且つ被検査部材まで案内する超音波探触子保持体を備えた超音波探傷装置において、
前記保持体には、前記被検査部材の亀裂に対して横波超音波を発信し且つ前記亀裂からの横波反射波を受信するか、前記亀裂に対して縦波超音波を発信し且つ前記亀裂からの縦波反射波を受信するかのいずれかである第１超音波探触子と、
前記亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子とを備えたことを特徴とする。
【００７１】
従って、本発明の超音波探傷装置によれば、被検査部材の亀裂に対して横波超音波を発信し且つ前記亀裂からの横波反射波を受信するか、亀裂に対して縦波超音波を発信し且つ前記亀裂からの縦波反射波を受信するかのいずれかである第１超音波探触子と、亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子とを備えることによって１探法と２探法の併用方式としたことにより、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。つまり、第２超音波探触子では、亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波は受信するが、疑似エコーは受信しないため、疑似エコーの影響を無くすことができ、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。
【００７２】
また、この１探法と２探法の併用方式の場合、第１超音波探触子と第２超音波探触子の何れにおいてもエコーが検出されたときには、このエコーは欠陥エコーである（亀裂が生じている）と判断することができ、第１超音波探触子だけがエコーを検出し、第２超音波探触子ではエコーが検出されければ、このエコーは疑似エコーであると判断することができ、探傷検査の信頼性が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の側面入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図である。
【図２】図１のＡ方向矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図５】図１のＤ部拡大図である。
【図６】クッションの作用・効果を示す説明図である。
【図７】回動手段の一例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の頭部入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図である。
【図９】冷却材ポンプの構成図である。
【図１０】冷却材ポンプの超音波探傷検査時の状態を示す説明図である。
【図１１】従来の頭部入射式超音波探触子保持体の断面図である。
【図１２】従来の側面入射式超音波探触子保持体の断面図である。
【符号の説明】
１ 案内軸
２ 第１超音波探触子
３ 第２超音波探触子
４ 本体
４ａ 基端部
４ａ−１，４ａ−２，４ａ−３ 穴
４ａ−４ ネジ部
４ｂ クッション
４ｂ−１，４ｂ−２ 穴
４ｃ 先端部
４ｃ−１ ネジ穴
４ｃ−２，４ｃ−３ 穴
４ｃ−４ 凹部
４ｃ−５，４ｃ−６ 穴
５ 取付ボルト
６ 案内ガイド
６ａ 穴
７ ケーブル
８ コネクタ
１０ ガイド部
１０ａ，１０ｂ 穴
１１ ボルト
２０ 取り付け部
２１，２２ 回動軸
２４，２５，２６，２７ ベベルギア
２８，２９ 回転軸
３０，３１ モータ
３２，３３ 回転角検出器
３４ 角度制御装置
３５ 超音波探触子
３６ ピストン
３７ 延長棒
３８ 圧力室
３９ ジェット孔
４０ コイルばね
４１ 鋼球
４２ ばね
４３，４４ 導水通路
４５ 導水孔
６９ ボルト
６９ａ 六角穴
Ｋ 亀裂
【発明の属する技術分野】
本発明は超音波探傷装置に関し、水中においてボルトの首下部に発生した亀裂を検出する場合などに適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
放射性物質を取り扱う施設の構成部材の超音波探傷検査は、放射線被曝を防止する目的から水を満たし或いは水を張ったピット中に構成部材をおいて行われることが多い。例えば、加圧水型原子力プラントの冷却材ポンプに設けられている吸い込みアダプタ取付け用ボルトなども水中で探傷検査される。図９には前記冷却材ポンプの構成を示し、図１０には前記冷却材ポンプの超音波探傷検査時の状態を示す。
【０００３】
図９に示すように、ケーシング５１は吸い込み通路５３及び吐出通路５５を有し、内部にインペラ５７を回転自在に支持している。インペラ５７は図示しない上方のモータに連結した主軸５９の下端に取り付けられており、この主軸５９は水中軸受６１に支持されている。インペラ５７の周囲はディフューザ６３に囲まれている。ディフューザ６３はケーシング５１の上面から垂下支持されており、ディフューザ６３の内側にはサーマルバリア６５が設けられている。このサーマルバリア６５は、３００℃前後の高温冷却材から軸受やシール等を保護するために設けられている。
【０００４】
そして、この冷却材ポンプ５０には、ケーシング５１とインペラ５７との隙間量を好適に保つために環状の吸い込みアダプタ６７が、円周上に配置された複数の六角穴付きボルト６９により、吸い込み通路５３の出口側でケーシング５１に固定されている。吸い込みアダプタ６７はポンプ特性に重要な影響を与える部品であり、しかも、これを固定するボルト６９は流体振動や熱荷重を受ける厳しい使用条件下にある。そのため、ボルト６９に対しては定期的な検査が推奨されており、次のようにして超音波探傷試験が行われる。
【０００５】
即ち、図１０に示すように、インペラ５７、ディフューザ６３、サーマルバリア６５等がケーシング５１から取り出された後、ケーシング５１内に放射線遮蔽体７１、放射線遮蔽プラグ７３が取り付けられる。このときケーシング５１内には原子炉冷却水と同様な水が必要な高さまで張られ、検査時にも所定の水位レベルに保持される。被検査部材であるボルト６９は環状の吸い込みアダプタ６７に沿って円周上に複数取り付けられているので、これらのボルト６９の検査を順次効率的に行うためのターンテーブル７５及びその貫通穴に配置されたハンドリング装置７７が図示のようにセットされる。ハンドリング装置７７はケーシング５１の外に置かれる制御盤７９にケーブル８２で接続され、また、後述する超音波探触子はケーシング５１の外に置かれる超音波探傷器８１にケーブル８３で接続される。
【０００６】
ハンドリング装置７７には、超音波探触子を保持し且つ被検査部材まで案内する超音波探触子保持体（詳細後述）が取り付けられる。そして、ターンテーブル７５により、ハンドリング装置７７を検査対象のボルト６９の上方に移動させた後、このハンドリング装置７７により、超音波探触子保持体をハンドリングして同保持体のガイド部を当該ボルト６９の六角穴に挿入し、超音波探傷検査を行う。
【０００７】
水中超音波探傷装置の超音波探触子保持体には、頭部入射式のものと側面入射式のものとがある。図１１（ａ），（ｂ）は従来の頭部入射式超音波探触子保持体（案内軸）の断面図であり、ボルトの六角穴に挿入前の状態と挿入後の状態とを示している。図１２は従来の側面入射式超音波探触子保持体（案内軸）の断面図であり、ボルトの六角穴に挿入後の状態を示している。
【０００８】
図１１（ａ）に示すように、頭部入射式の超音波探触子保持体である案内軸１００は、ハンドリング装置７７（図１０参照）によって図１１（ａ）中に矢印で示すように下降させると、案内軸先端側のガイド部１０３がボルト６９の六角穴６９ａに挿入され、ピストン１０１の延長棒１０２の先端が六角穴６９ａの底面に当接する。案内軸１００を更に下降させると、本体１０４の肩面１０５がボルト６９の頭部上面に当接して止まり、図１１（ｂ）に示す状態となる。その過程でピストン１０１がコイルばね１０６に抗して図１１（ｂ）中に矢印で示すように相対的に上方へ変位し、シリンダ空間１０７の圧力室１０７ａの水をジェット孔１０８から吹き出す。この吹き出された水は超音波探触子１０９の先端部に付着していた気泡を吹き飛ばして除去する。このとき、ピストン１０１よりも下方のシリンダ空間２１には、離脱防止ナット１１１に設けた通水孔１１０から外部の水が流入するようになっている。
【０００９】
この状態で超音波探触子１０９から探傷用の超音波を発信すると、この超音波が、ボルト６９の頭部上面から入射し、図１１（ｂ）中に点線で示す経路を進行してボルト６９の首下部に生じた亀裂Ｋに達し、ここで反射して同経路を逆に進行し、超音波探触子１０９へと戻る。かくして、亀裂Ｋからの反射波（欠陥エコー）が受信され、亀裂Ｋが検出される。
【００１０】
上記の頭部入射式の案内軸１００ではボルト６９の頭部上面から超音波を入射したが、ボルト６９の形状や亀裂Ｋの向き等によっては、図１２に示すような側面入射式の超音波探触子保持体（案内軸１００）を用いて、六角穴６９ａの側面から超音波を入射させたほうがよい場合もある。
【００１１】
この図１２に示す側面入射式の案内軸１００の作用も、上記の頭部入射式の案内軸１００と同様であるが、超音波探触子１０９から発信された超音波は、ボルト６９の六角穴６９ａの側面から入射し、図１２中に点線で示す経路を進行してボルト６９の首下部に生じた亀裂Ｋに達し、ここで反射して同経路を逆に進行し、超音波探触子１０９へと戻る。かくして、亀裂Ｋからの反射波（欠陥エコー）が受信され、亀裂Ｋが検出される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の水中超音波探傷装置によって実機の探傷検査を行った結果、頭部入射式、側面入射式の何れの案内軸１００を用いた場合にも疑似エコーが発生した。疑似エコーが発生すると、Ｓ／Ｎ比が低下して亀裂Ｋ（欠陥エコー）の検出が難しくなってしまう。
【００１３】
疑似エコーの発生要因としては、側面入射式の案内軸を用いて調査した結果から、次のようなことが考えられる。
【００１４】
▲１▼ 六角穴６９ａへの挿入時に案内軸１００が傾く（超音波探触子１０９が傾く）ことによって、疑似エコーが発生したと考えられる。即ち、ハンドリング装置７７によって案内軸１００のガイド部１０３をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際、ガイド部１０３が六角穴６９ａの深さ方向に沿って真直ぐに挿入されずに多少傾くことが考えられる。このとき、案内軸１００（超音波探触子１０９）の傾斜方向によっては、超音波探触子１０９から発信された超音波が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーの発生が考えられる。
▲２▼ また、超音波探触子１０９は案内軸１００の先端（下端）のコーナ近くで且つ案内軸表面に設けられているため、超音波探触子１０９から発信される超音波の一部（散乱波）が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーが発生すると考えられる。即ち、超音波探触子１０９の近傍で発生する近距離音場等により、超音波の一部が六角穴６９ａの底面に回り込んで疑似エコーが発生すると考えられる。
【００１５】
また、ガイド部１０３は横断面が六角形状であるため、六角穴６９ａに対して決まった位置にしか挿入することができない。即ち、ボルト６９の周方向に対して点探傷となる。従って、疑似エコーが発生した場合、欠陥エコーと疑似エコーの評価が非常に困難となる。
【００１６】
従って本発明は上記の問題点に鑑み、疑似エコーの発生又は影響の防止を図って、亀裂の検出性能を向上させることができる超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の超音波探傷装置は、超音波探触子を保持し且つ被検査部材まで案内する超音波探触子保持体を備えた超音波探傷装置において、
前記保持体には、前記被検査部材の亀裂に対して横波超音波を発信し且つ前記亀裂からの横波反射波を受信するか、前記亀裂に対して縦波超音波を発信し且つ前記亀裂からの縦波反射波を受信するかのいずれかである第１超音波探触子と、
前記亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子とを備えたことを特徴とする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、以下では、側面入射式の超音波探触子保持体と、頭部入射式の超音波探触子保持体とについて説明する。
【００２４】
＜側面入射式の超音波探触子保持体の場合＞
図１は本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の側面入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図、図２は図１のＡ方向矢視図、図３は図１のＢ−Ｂ線矢視断面図、図４は図１のＣ−Ｃ線矢視断面図、図５は図１のＤ部拡大図である。
【００２５】
図１，図２，図３に示すように、側面入射式の超音波探触子保持体である案内軸１は、振動子である第１超音波探触子２と第２超音波探触子３とを保持し、且つ、被検査部材であるボルト６９まで案内するものである。そして、案内軸１の本体４は、基端部４ａと先端部４ｃとの間に可撓性部材であるクッション４ｂを介設してなるものである。かかる可撓性部材としては、例えば硬質のウレタンゴム又は蛇腹やベローズ等を用いることができる。クッション４ｂ以外の部材にはステンレス等の高剛性材料が用いられている。
【００２６】
即ち、本体４は、ハンドリング装置（図１０参照）により案内軸１をハンドリングして、先端部４ｃに設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際、その挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成されている。
【００２７】
なお、基端部４ａとクッション４ｂと先端部４ｃは複数の取付ボルト５によって一体的に締結されている。詳述すると、基端部４ａ及びクッション４ｂの周縁部には上下方向に貫通する穴４ａ−１，４ｂ−１がそれぞれ形成され、先端部４ｃの周縁部にはネジ穴４ｃ−１が形成されている。取付ボルト５は頭部が基端部４ａの肩面に当接し、軸部が穴４ａ−１，４ｂ−１を貫通してネジ穴４ｃ−１に螺合している。そして、上記のように挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いたときにクッション４ｂが撓むことができるようするため、取付ボルト５の軸部と貫通穴４ａ−１，４ｂ−２とは密着しておらず、多少の隙間を有している。
【００２８】
また、基端部４ａ、クッション４ｂ、先端部４ｃの中心部にも穴４ａ−２，４ｂ−２，４ｃ−２が形成されており、これらの穴４ａ−２，４ｂ−２，４ｃ−２には案内ガイド６が挿入されている。案内ガイド６の貫通穴６ａには複数のケーブル７が挿通されている。このケーブル７の基端側は基端部４ａに形成された穴４ａ−３を通ってコネクタ８に接続されている。コネクタ８は図示しない超音波探傷器のコネクタに接続される。一方、ケーブル７の先端側は先端部４ｃ及びガイド部１０に形成された穴４ｃ−３，１０ａを通って第１超音波探触子２と第２超音波探触子３とにそれぞれ接続されている。
【００２９】
また、先端部４ｃの先端面には凹部４ｃ−４が形成されており、この凹部４ｃ−４にはガイド部１０がボルト１１によって固定されている。そして、ガイド部１０は、図４に示すように横断面形状がボルト６９の六角穴６９ａに内接する円形となっている。
【００３０】
基端部４ａにはネジ部４ａ−４が設けられており、このネジ部４ａ−４をハンドリング装置の取り付け部２０に螺合することによって、案内軸１をハンドリング装置に取り付けるようになっている。
【００３１】
また、ガイド部１０の側面には穴１０ｂが斜めに形成されおり、この穴１０ｂの奥に第１超音波探触子２が埋め込まれている。この第１超音波探触子２は、例えば図５に示すようにボルト６９の首下部に発生した亀裂Ｋに対して、探傷用の超音波を発信し、且つ、この亀裂Ｋからの横波反射波（欠陥エコー）を受信するものである。なお、第１超音波探触子２の角度は、第１超音波探触子２から発信する超音波が、想定される亀裂に対して垂直に入射するように調節される。
【００３２】
一方、第２超音波探触子３は受信専用のものであり、先端部４ｃの下面に設けられた穴４ｃ−５内に下方に向けて取り付けられてれている。この第２超音波探触子３の角度は、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波（欠陥エコー）を受信することができるように調節されている。なお、亀裂Ｋはその性状及び進展（深さ）等により傾きが異なってくる。そして、この亀裂Ｋの傾き、即ち、亀裂Ｋに対する超音波の入射角に応じて、第１超音波探触子２で受信する欠陥エコー（横波反射波）の高さと第２超音波探触子３で受信する欠陥エコー（縦波反射波）の高さが変化する。
【００３３】
つまり、本側面入射式の案内軸１は、亀裂Ｋに対して横波超音波を発信し且つ亀裂Ｋからの横波反射波を受信する第１超音波探触子２と、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子３とを備えることによって、１探法と２探法の併用方式となっている。
【００３４】
従って、上記構成の側面入射式の案内軸１によれば、次のような作用・効果が得られる。
【００３５】
即ち、案内軸１の本体４は、基端部４ａと超音波探触子２，３を保持する先端部４ｃとの間にクッション４ｂを介設し、先端部４ｃに設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際に挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成したため、超音波探触子２，３の傾きを防止することができる。このため、超音波探触子２から発信された超音波が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーが発生するのを防止することができる。
【００３６】
つまり、図６（ａ）に示すように、ハンドリング装置の精度などにより、ガイド部１０の挿入方向Ｄ1 が六角穴６９ａの深さ方向Ｄ2 に対して多少（例えば傾斜角度θだけ）傾いたとき、クッション４ｂを設けない場合にはガイド部１０がそのまま傾いた状態で六角穴６９ａに挿入されてしまう。その結果、超音波探触子２，３も傾いてしまう。これに対して、図６（ｂ）に示すように、クッション４ｂを設けた場合には、ハンドリング装置によるガイド部１０の挿入方向Ｄ1 が六角穴６９ａの深さ方向Ｄ2 に対して多少傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０（先端部４ｃ）は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入される。このため、上記のように超音波探触子２，３の傾きを防止して疑似エコーの発生を防止することができる。
【００３７】
また、超音波を発信する超音波探触子２は案内軸１の内部に埋め込み式としたため、超音波の散乱を防止することができ、従来のように超音波探触子の近傍で発生する近距離音場等により、超音波の一部が六角穴６９ａの底面に回り込んで疑似エコーが発生するのを防止することができる。
【００３８】
また、六角穴６９ａに挿入されるガイド部１０の横断面形状を、六角穴６９ａに内接する円形としたため、ガイド部１０を六角穴６９ａに挿入した状態のままで第１，第２超音波探触子２，３を案内軸１とともに周方向に回転させて連続的に探傷検査を行うことができる。即ち、全周探傷が可能となる。このため、探傷検査の情報量が増加し、欠陥エコーと疑似エコーの評価も容易となり、検査結果の信頼性が向上する。つまり、ボルト６９の全周探傷が可能となるため、従来の点探傷の場合に比べて、検査精度が高く（亀裂Ｋを発見し損なう可能性が非常に低く）、しかも、亀裂Ｋが周方向のどの位置にあるのか、また、亀裂Ｋの周方向長さはどれだけか（亀裂Ｋが周方向にどれだけ進展しているのか）を容易に知ることができる。
【００３９】
また、亀裂Ｋに対して超音波を発信し且つ亀裂Ｋからの横波反射波を受信する第１超音波探触子２と、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子３とを備えることによって、１探法と２探法の併用方式としたことにより、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。
【００４０】
つまり、図５に示すように、第１超音波探触子２から超音波を発信すると、この超音波は図中に点線で示す経路を進行してボルト６９の首下部に生じた亀裂Ｋに達し、ここで反射して同経路を逆に進行し、第１超音波探触子２へと戻る。かくして、亀裂Ｋからの横波反射波（欠陥エコー）が検出される。しかし、このときに疑似エコーが発生すると、第１超音波探触子２では、この疑似エコーも受信してしまう。一方、第２超音波探触子３では、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波は受信するが、疑似エコーは受信しない。従って、疑似エコーの影響を無くすことができ、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。
【００４１】
また、この１探法と２探法の併用方式の場合、第１超音波探触子２と第２超音波探触子３の何れにおいてもエコーが検出されたときには、このエコーは欠陥エコーである（亀裂Ｋが生じている）と判断することができ、第１超音波探触子２だけがエコーを検出し、第２超音波探触子３ではエコーが検出されければ、このエコーは疑似エコーであると判断することができ、探傷検査の信頼性が格段に向上する。
【００４２】
なお、疑似エコーの影響を無くすという観点からは、必ずしも１探法と２探法の併用方式に限定するものではなく、２探法としてもよい。即ち、第１超音波探触子２は発信専用（パルサー）とし、第２超音波探触子３は上記と同様に受信専用（レシーバ）とすることにより、２探法の構成としてもよい。この場合にも、第２超音波探触子３では、亀裂Ｋでモード変換した縦波反射波は受信するが、疑似エコーは受信しないため、疑似エコーの影響を無くすことができる。
【００４３】
また、上記では第１，第２超音波探触子２，３の角度が固定となっているが、この第１，第２超音波探触子２，３の角度を可変としてもよい。即ち、超音波探触子２，３を回動自在に設けるとともに、この超音波探触子２，３を回動させる回動手段を備えるようにしてもよい。この場合には、亀裂Ｋを確実に検出することができ、且つ、亀裂Ｋの大きさ（深さ）を知ることもできる。
【００４４】
つまり、ボルト６９の探傷を行う場合、先ず、どんな小さな亀裂でも検出したいため、第１，第２超音波探触子２，３の角度は、超音波を亀裂Ｋの基端部（なるべくボルト６９の表面に近い位置）に入射させ、且つ、当該位置からの欠陥エコーを受信することができる角度に設定する必要がある。そして、亀裂Ｋが検出されたら、次には、この亀裂Ｋがどれくらいの大きさかを知りたいが、そのためには超音波を亀裂Ｋの先端部に入射させ、且つ、当該位置からの欠陥エコーを受信することができるように、第１，第２超音波探触子２，３の角度を変更する必要がある。
【００４５】
ところが、第１，第２超音波探触子２，３の角度が固定の場合には、亀裂Ｋを確実に検出することを優先して角度を設定せざるを得ない。これに対して、上記のように超音波探触子２，３を回動自在に設けるとともに、この超音波探触子２，３を回動させる回動手段を備えることによって、第１，第２超音波探触子２，３の角度を可変とした場合には、浅い亀裂でも確実に検出することができ、且つ、亀裂Ｋの大きさを知ることもできる。
【００４６】
なお、回動手段としては、被検査部材（ボルト等）の大きさに応じた案内軸の大きさなどによって、適宜の構成のものを用いることができる。例えば、図７に示すような構成のものでもよい。なお、図７（ａ），（ｂ）は回動手段の概略構成を示す側面図及び正面図である。
【００４７】
また、上記では、横波超音波を発信して、横波反射波やモード変換した縦波反射波を受信するようにしているが、必ずしもこれに限定するものではなく、縦波超音波を発信して、縦波反射波やモード変換した横波反射波を受信するようにしてもよい。
【００４８】
図７に示すように、第１超音波探触子２は回動軸２１を回動中心として回動自在に設けられ、回動軸２１はベベルギア２４，２５を介してモータ３０の回転軸２８に連結されている。同様に、第２超音波探触子３は回動軸２２を回動中心として回動自在に設けられ、回動軸２２はベベルギア２６，２７を介してモータ３１の回転軸２９に連結されている。そして、角度制御装置３４では、モータ３０，３１の回転角検出器（ロータリエンコーダ等）３２，３３の検出信号に基づいてモータ３０，３１の回転角を制御することにより、第１超音波探触子２と第２超音波探触子３の回動角をそれぞれ調整する。
【００４９】
この場合の検査手順としては、例えば、第１，第２超音波探触子２，３をある角度に設定して全周検査を行ない、続いて、第１，第２超音波探触子２，３を別の角度に設定して再度全周検査（又は前回の全周検査で亀裂を発見した部分近傍の検査）を行うようにする。
【００５０】
＜頭部入射式の超音波探触子保持体の場合＞
図８は本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の頭部入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図である。
【００５１】
図８に示すように、頭部入射式の超音波探触子保持体である案内軸１も、上記の側面入射式の案内軸１と同様に（図１参照）、その本体４は、基端部４ａと先端部４ｃとの間に可撓性部材（硬質ウレタンゴム、蛇腹、ベローズ等）であるクッション４ｂを介設してなるものであり、クッション４ｂ以外の部材には高剛性材料（ステンレス等）が用いられている。
【００５２】
即ち、本体４は、先端部４ｃに設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際に挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成されている。なお、基端部４ａとクッション４ｂと先端部４ｃは複数の取付ボルト５によって一体的に締結されているが、その詳細な説明については、ここでは省略する（上記の側面入射式超音波探触子保持体の説明を参照）。
【００５３】
また、基端部４ａ、クッション４ｂ、先端部４ｃの中心部に形成された穴４ａ−２，４ｂ−２には案内ガイド６が挿入されており、この案内ガイド６の貫通穴６ａにはケーブル７が挿通されている。このケーブル７の基端側は基端部４ａに形成された穴４ａ−３を通ってコネクタ８に接続されている。コネクタ８は図示しない超音波探傷器のコネクタに接続される。一方、ケーブル７の先端側は先端部４ｃに形成された穴４ｃ−３を通って超音波探触子３５に接続されている。
【００５４】
先端部４ｃの先端側にはガイド部１０が形成されている。そして、このガイド部１０は、図示は省略するが、横断面形状がボルト６９の六角穴６９ａに内接する円形となっている。
【００５５】
基端部４ａにはネジ部４ａ−４が設けられており、このネジ部４ａ−４をハンドリング装置の取り付け部２０に螺合することによって、案内軸１をハンドリング装置に取り付けるようになっている。
【００５６】
また、先端部４ｃの下面には穴４ｃ−６が斜めに形成されおり、この穴４ｃ−６の奥に超音波探触子３５が埋め込まれている。この超音波探触子３５は、例えば図８に示すようにボルト６９の首下部に発生した亀裂Ｋに対して、探傷用の超音波を発信し、且つ、この亀裂Ｋからの反射波（欠陥エコー）を受信するものである。つまり、本頭部入射式の案内軸１では、１探法の構成となっている。なお、超音波探触子３５の角度は、超音波探触子３５から発信する超音波が、想定される亀裂に対して垂直に入射するように調節される。
【００５７】
なお、この頭部入射式の案内軸１には気泡除去機構も備えている。この気泡除去機構の概要について説明すると、ハンドリング装置により案内軸１を下降させると、ピストン３６の延長棒３７がボルト６９の六角穴６９ａの底面に当接してピストン３６が上昇し、圧力室３８から加圧水がジェット孔３９を通って吹き出され、超音波探触子３５の先端部に付着した気泡を吹き飛ばして除去する。そして、図８に示す状態から、案内軸１を上方に動かし、延長棒３７をボルト６９から離せば、自重及びコイルばね４０の力によってピストン３６が相対的に下降しようとする。このとき、圧力室３８に流入する水の経路はジェット孔３９であり流れ抵抗が大きいため、圧力室３８内が低圧になるが、このことにより鋼球４１がばね４２に抗して上方へ動き、導水通路４３が開くため、この導水通路４３、導水通路４４及び導水孔４５を通って水が圧力室３８に流入し、ピストン３６に働く流体圧力がバランスを取り戻す。その結果、ピストン３６は迅速に下降する。
【００５８】
上記構成の頭部入射式の案内軸１によれば、上記側面入射式の案内軸１と同様の作用・効果が得られる。
【００５９】
即ち、案内軸１の本体４は、基端部４ａと超音波探触子３５を保持する先端部４ｃとの間にクッション４ｂを介設し、先端部４ｃ側に設けたガイド部１０をボルト６９の六角穴６９ａに挿入する際に挿入方向が六角穴６９ａの深さ方向に対して傾いても、クッション４ｂが撓むことにより、ガイド部１０は六角穴６９ａの深さ方向に沿って挿入されるように構成したため、超音波探触子３５の傾きを防止することができる。このため、超音波探触子３５から発信された超音波が六角穴６９ａの底面に入射されて疑似エコーの発生を防止するのを防止することができる。
【００６０】
また、超音波探触子３５は案内軸１の内部に埋め込み式としたため、超音波の散乱を防止することができ、従来のように超音波探触子先端の下面に設けた穴の一部が開口しているため（図１１参照）超音波探触子の近傍で発生する近距離音場等により、超音波の一部が乱反射することにより疑似エコーが発生するのを防止することができる。
【００６１】
また、六角穴６９ａに挿入されるガイド部１０の横断面形状は、六角穴６９ａに内接する円形であるため、ガイド部１０を六角穴６９ａに挿入した状態のままで超音波探触子３５を案内軸１とともに周方向に回転させて全周探傷を行うことができる。このため、探傷検査の情報量が多く、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易であり、検査結果の信頼性が高い。つまり、ボルト６９の全周探傷が可能であるため、検査精度が高く（亀裂Ｋを発見し損なう可能性が非常に低い）、しかも、亀裂Ｋが周方向のどの位置にあるのか、また、亀裂Ｋの周方向長さはどれだけか（亀裂Ｋが周方向にどれだけ進展しているのか）を容易に知ることができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上、発明の実施の形態と共に具体的に説明したように、本発明の超音波探傷装置は、超音波探触子を保持し且つ被検査部材まで案内する超音波探触子保持体を備えた超音波探傷装置において、
前記保持体には、前記被検査部材の亀裂に対して横波超音波を発信し且つ前記亀裂からの横波反射波を受信するか、前記亀裂に対して縦波超音波を発信し且つ前記亀裂からの縦波反射波を受信するかのいずれかである第１超音波探触子と、
前記亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子とを備えたことを特徴とする。
【００７１】
従って、本発明の超音波探傷装置によれば、被検査部材の亀裂に対して横波超音波を発信し且つ前記亀裂からの横波反射波を受信するか、亀裂に対して縦波超音波を発信し且つ前記亀裂からの縦波反射波を受信するかのいずれかである第１超音波探触子と、亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子とを備えることによって１探法と２探法の併用方式としたことにより、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。つまり、第２超音波探触子では、亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波は受信するが、疑似エコーは受信しないため、疑似エコーの影響を無くすことができ、欠陥エコーと疑似エコーの評価が容易となる。
【００７２】
また、この１探法と２探法の併用方式の場合、第１超音波探触子と第２超音波探触子の何れにおいてもエコーが検出されたときには、このエコーは欠陥エコーである（亀裂が生じている）と判断することができ、第１超音波探触子だけがエコーを検出し、第２超音波探触子ではエコーが検出されければ、このエコーは疑似エコーであると判断することができ、探傷検査の信頼性が格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の側面入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図である。
【図２】図１のＡ方向矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線矢視断面図である。
【図５】図１のＤ部拡大図である。
【図６】クッションの作用・効果を示す説明図である。
【図７】回動手段の一例を示す概略構成図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る水中超音波探傷装置の頭部入射式超音波探触子保持体（案内軸）の縦断面図である。
【図９】冷却材ポンプの構成図である。
【図１０】冷却材ポンプの超音波探傷検査時の状態を示す説明図である。
【図１１】従来の頭部入射式超音波探触子保持体の断面図である。
【図１２】従来の側面入射式超音波探触子保持体の断面図である。
【符号の説明】
１ 案内軸
２ 第１超音波探触子
３ 第２超音波探触子
４ 本体
４ａ 基端部
４ａ−１，４ａ−２，４ａ−３ 穴
４ａ−４ ネジ部
４ｂ クッション
４ｂ−１，４ｂ−２ 穴
４ｃ 先端部
４ｃ−１ ネジ穴
４ｃ−２，４ｃ−３ 穴
４ｃ−４ 凹部
４ｃ−５，４ｃ−６ 穴
５ 取付ボルト
６ 案内ガイド
６ａ 穴
７ ケーブル
８ コネクタ
１０ ガイド部
１０ａ，１０ｂ 穴
１１ ボルト
２０ 取り付け部
２１，２２ 回動軸
２４，２５，２６，２７ ベベルギア
２８，２９ 回転軸
３０，３１ モータ
３２，３３ 回転角検出器
３４ 角度制御装置
３５ 超音波探触子
３６ ピストン
３７ 延長棒
３８ 圧力室
３９ ジェット孔
４０ コイルばね
４１ 鋼球
４２ ばね
４３，４４ 導水通路
４５ 導水孔
６９ ボルト
６９ａ 六角穴
Ｋ 亀裂
Claims (1)
- 超音波探触子を保持し且つ被検査部材まで案内する超音波探触子保持体を備えた超音波探傷装置において、
前記保持体には、前記被検査部材の亀裂に対して横波超音波を発信し且つ前記亀裂からの横波反射波を受信するか、前記亀裂に対して縦波超音波を発信し且つ前記亀裂からの縦波反射波を受信するかのいずれかである第１超音波探触子と、
前記亀裂でモード変換した縦波反射波又は横波反射波を受信する受信専用の第２超音波探触子とを備えたことを特徴とする超音波探傷装置。
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