JP3791436B2 - 超音波探傷方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検査材の溶接部を探傷する超音波探傷方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
溶接鋼管等の溶接部には溶接方法及び条件により様々な疵が発生し、溶接部の品質低下の原因となっている。このため、Ｘ線及び超音波を用いた非破壊検査が行われている。Ｘ線はピンホール及びスラグ巻き込み等の点状疵を容易に検出することができ、検査実績も多いが、能率が低い、設備コストが高い等の問題点がある。
【０００３】
このため、サブマージドアーク溶接（ＳＡＷ）鋼管においては、超音波探傷を行い、疵有りと判定された部位及び両管端部のみにＸ線検査を実施している。
超音波探傷は、割れ疵及び融合不良等面状疵を検出するのに適した方法であり、検査能率、設備コストの面からＸ線検査より優れているので、両管端数１０ｍｍの部分を除き、溶接部全面の検査を担っている。
【０００４】
一例として、ＳＡＷ鋼管の製造工程におけるオンライン自動探傷方法の概略が文献１（「溶接鋼管の超音波探傷法」鉄鋼協会品質管理部会（ＮＤＩ部門）編、１９９９年２月２２日発行）の４．４．１〜４．４．３（ｐｐ６０〜６２）に記載されている。同技術は、縦方向疵、横方向疵それぞれについて内面疵、外面疵検出用の複数の探触子を配置し、溶接部に発生する様々な疵を見逃すことなく検出できるようにしたものである。
この場合、疵を見逃さないために、管の長手方向の各位置において前記探触子群で送受信する超音波ビームが溶接部全断面をカバーしている必要性がある。
【０００５】
超音波探触子で送受信される超音波ビームは、探傷周波数及び振動子径等によって規定される指向角で拡散しながら材料中を伝搬する。
図１１は、管軸方向疵検査用探触子のＫフォーム配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図であり、図中１は鋼管である。
鋼管１は溶接部２を有しており、鋼管１の外表面には、内面疵用探触子２３が溶接部２から０．５スキップの位置に、外面疵用探触子２４が１．０スキップの位置に配置されている。
この内面疵用探触子２３及び外面疵用探触子２４を用いた場合、溶接部２の中央部の超音波ビーム強度が弱くなり、疵検出能が低下する。すなわち、図１１に示したように、溶接部２の中央部に探傷感度不足域Ａが発生する。この傾向は厚肉材ほど顕著になる。
【０００６】
従って、前記文献１記載の技術では鋼管探傷における探触子設定例（文献１：表４．１１、ｐ６５）に記載されているように、厚肉材では溶接部２から１．０スキップ以上の距離に２個の探触子を設置するよう推奨している。
図１２は、前記推奨位置に配置された管軸方向疵検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図であり、図中１は鋼管である。
鋼管１の外表面には、内面疵用探触子２３が溶接部２から１．５スキップの位置に、外面疵用探触子２４が１．０スキップの位置に配置されている。図１２においては、探傷感度不足域が発生していない。
これは、伝搬距離が長くなるのに従い、超音波ビームが拡散することを利用したものであるが、伝搬距離が長くなるのに比例して単位面積当たりの超音波ビーム強度が低下するので、疵からの反射エコー強度も低下し、疵エコーがノイズ信号に埋没する虞がある。
【０００７】
前記課題を解決するために、本願発明者等は、特願２０００−２５６４１６号にて、探触子の数を低減しつつ、溶接部の全断面にわたって精度良く内在疵を検出することができる超音波探傷方法を提案した。これは、複数の超音波振動子を含むアレイ探触子を円弧曲面状のくさびを介して被検査材に配置し、複数の超音波振動子を１つのグループとする振動子群を順次切り替えることで超音波ビームの探傷屈折角度を変えて、被検査材を走査する方法である。
【０００８】
ところで、オンライン超音波探傷方法としては、特公昭５１−３９５５５号公報に記載されているように、鋼管の溶接部を常時監視し、溶接部の真上からのずれを検出して、探触子を常に溶接部から所定位置に配置できるようにしながら、鋼管を直線搬送しつつ探傷する方法が採用されている。ここで、溶接部位置の検出は、接触式の検出針を溶接部を挟む両側に接触させ、両者の変位量の差に基づくずれ量を検出することにより行っている。
【０００９】
しかし、この方法では、鋼管が真円でないと正確な検出ができないという問題があり、最近では渦電流が材質により変化する特性を利用して、溶接部材質変化を検出する渦電流式又は外削バイトによる光沢変化をＣＣＤカメラで検知する光学式の溶接部検出器等が用いられている。
このシーム検出及び倣いに関する詳細は前記文献１の４．５（ｐｐ６９〜７６）に記載されている。
【００１０】
また、オンラインにおける自動超音波探傷装置においては、前記文献１のｐｐ７６〜７７に記載されているように、探傷結果の信頼性を確保するために、カップリングチェック機能を有している。
図１３は、ＵＯＥ鋼管の溶接部に適用する超音波探傷装置を示す断面図である。
鋼管１は溶接部２を有しており、鋼管１の外表面にはくさび１７が配置されている。くさび１７は斜面と水平な上面とを有しており、斜面には斜角探触子１４が、上面にはカップリングチェックのための垂直探触子１５が配置されている。斜角探触子１４の上方には斜角探触子１４の動作チェックのための受信探触子１６が配置されている。斜角探触子１４及び垂直探触子１５が受信したエコー信号は夫々、検出器２１及び２２に与えられる。
この探傷装置においては、垂直振動子１５が受信した鋼管１の裏面のエコー強度の変化に基づき自動的に斜角探触子１４の探傷感度を補正すべくなしてある。
【００１１】
上述した超音波探傷方法は、以下の課題を有する。
まず、溶接部中心位置の検出方法において、渦電流式の場合、溶接部の材質変化以外に溶接部との距離変動（溶接部の形状変化）等により影響を受けるので、渦電流の最大変化点が溶接部上にあるとは限らないという問題がある。また、光学式の場合も同様に、外削バイトの光沢変化以外に表面光沢変化の影響も受けるという問題がある。
このように、溶接部中心位置の検出方法には夫々短所があり、検査員が手動介入してシーム倣いを補正する必要も生じる。
そして補正した場合でも、油圧及びサーボモータ等を使ったシーム倣い制御の反応遅れ等を考慮すると、シーム倣い精度は、±１〜５ｍｍ程度となる。
シーム倣い精度がどの程度要求されるかは、検出すべき疵の寸法、探触子及び溶接部間距離、屈折角度等によって変化するが、良好な探傷再現性を確保するには、一般的には±２ｍｍ以下の倣い精度が必要とされている。現状のシーム検出及び倣い制御においては、オンラインで常時、この要求性能を満たすのは困難であるという問題がある。
【００１２】
一方、カップリングチェック機能に関しては、探傷用の斜角探触子１４以外に感度補正用の垂直探触子１５を併設する必要があり、装置全体の寸法が大きくなるという問題がある。
装置の寸法が大きくなると、例えば斜角探触子１４が溶接ビードと接触するために、内面疵を０．５スキップでは検査できず、１．５スキップで検査することになる。斜角探触子１４が溶接部２から離れるに従い超音波ビームは拡散するので、肉厚方向に広い範囲をカバーすることができるが、微小疵については検出が困難になるという問題がある。
【００１３】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、所定の探傷屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する所定位置探傷過程と、前記探傷屈折角度をプラス方向に所定角度変角した屈折角度及び／又はマイナス方向に所定角度変角した屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する変角探傷過程とを含むことにより、シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えることが可能になり、探傷再現性が向上する超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は、複数の超音波振動子を並設してなるアレイ探触子を被検査材上に配置し、複数の超音波振動子からなる超音波送受信寄与振動子群を選択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷する場合に、超音波送受信寄与振動子群の一側の超音波振動子を所定数除き、他側に隣り合う前記所定数の超音波振動子を加えた超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷する過程を含むことにより、超音波送受信寄与振動子群の切り替えにより容易に探傷屈折角度を変角することができる超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【００１５】
そして、本発明は、複数の超音波振動子を並設してなるアレイ探触子を被検査材上に配置し、複数の超音波振動子からなる超音波送受信寄与振動子群を選択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に各別に遅延時間を与えて超音波ビームを溶接部の所定位置へ送信し、超音波送受信寄与振動子群が受信し、各別に遅延させて得られたエコー信号に基づき探傷する場合に、前記超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に与える遅延時間を各別に加減する過程を含むことにより、探傷屈折角度を容易に変角することができ、任意の変角ピッチが設定可能である超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【００１６】
また、本発明は、予め探触子から超音波ビームを屈折角度略０度で送信し、探触子が受信したエコー信号の強度に基づいて探傷の感度補正を行う過程を含むことにより、斜角探傷用の探触子がカップリングチェック機能も有することになり、探触子が１つで済むので超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、探触子を溶接部へより接近させて微小疵も探傷することができる超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【００１７】
そして、本発明は、溶接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍を特定して探傷することにより、疵が発生し易い位置を効率的に探傷することができる超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【００１８】
さらに、本発明は、複数の探触子を用い、溶接部の厚さ方向の複数の異なる位置を各別に探傷することにより、疵の検出感度が良好であり、さらに探傷再現性が良好になる超音波探傷方法を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
第１発明の超音波探傷方法は、複数の超音波振動子を扇形状に並設してなるアレイ探触子を被検査材上に配置し、該アレイ探触子から超音波ビームを被検査材の溶接部の厚さ方向の所定位置へ送信し、前記アレイ探触子が受信したエコー信号に基づいて前記所定位置を探傷する超音波探傷方法において、前記アレイ探触子を１／４円弧状のくさび上に配置し、該アレイ探触子の中から選択した超音波振動子それぞれに所定の遅延制御を施して、超音波ビームを屈折角度略０度で送信し、前記超音波振動子が受信したエコー信号の強度に基づいて探傷の感度補正を行う過程と、前記所定位置を探傷すべく所定の探傷屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する所定位置探傷過程と、前記探傷屈折角度をプラス方向に所定角度変角した屈折角度及び／又はマイナス方向に所定角度変角した屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する変角探傷過程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
ここで、探傷屈折角度をプラス方向及び／又はマイナス方向に変角する所定角度の大きさは、被検査材のシーム倣い誤差の大きさ、被検査材の厚さ及び超音波ビームの拡散の程度等を考慮して決定する。一般的には略８度以下の角度とすることができ、２〜６度が好ましい。
第１発明においては、１つの探触子で垂直探傷と斜角探傷とを行うことができ、垂直探傷時に得られた被検査材の裏面からのエコー強度に基づき斜角探傷を行う場合の感度補正を行うことができる。従って、斜角探傷用の探触子がカップリングチェック機能も有することになり、探触子が１つで済むので、超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、探触子を溶接部へより接近させて微小疵も検出することができる。
第１発明においては、探傷屈折角度を±数度（２〜６度）変角して探傷することになり、シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えることができ、探傷再現性が向上する。
【００２１】
第２発明の超音波探傷方法は、第１発明において、前記所定位置探傷過程は、複数の超音波振動子を超音波送受信寄与振動子群として選択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷し、前記変角探傷過程は、前記超音波送受信寄与振動子群の一側の超音波振動子を所定数除き、他側に前記所定数の超音波振動子を加えた超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷することを特徴とする。
【００２２】
第３発明の超音波探傷方法は、第２発明において、前記超音波送受信寄与振動子群は、隣り合う振動子からなることを特徴とする。
【００２３】
第２及び第３発明においては、超音波送受信寄与振動子群の切り替えにより、容易に探傷屈折角度を変角することができる。
【００２４】
第４発明の超音波探傷方法は、第１発明において、前記所定位置探傷過程は、複数の超音波振動子を超音波送受信寄与振動子群として選択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に各別に遅延時間を与えて超音波ビームを前記所定位置へ送信し、各超音波振動子が受信し、各別に遅延させて得られたエコー信号に基づき探傷し、前記変角探傷過程は、前記超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に与える送受信の遅延時間を各別に加減して超音波ビームを送受信し、探傷することを特徴とする。
【００２５】
第４発明においては、送受信の遅延時間の制御により、容易に探傷屈折角度を変角することができる。また、任意の変角ピッチが設定可能である。
【００２８】
第５発明の超音波探傷方法は、第１乃至第４発明のいずれかにおいて、前記被探傷位置は、前記溶接部の内面近傍及び外面近傍であることを特徴とする。
【００２９】
第６発明の超音波探傷方法は、第１乃至第４発明のいずれかにおいて、前記被探傷位置は、前記溶接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍であることを特徴とする。
【００３０】
第５及び第６発明においては、疵が発生し易い位置を特定することで効率的に探傷することができる。
【００３１】
第７発明の超音波探傷方法は、第１乃至第４発明のいずれかにおいて、複数の探触子により、前記溶接部の厚さ方向の複数の異なる被探傷位置を各別に探傷することを特徴とする。
第７発明においては、疵の検出感度が良好であり、さらに探傷再現性が良好になる。また、各探触子が斜角探傷と垂直探傷とを実施することができる。
【００３２】
第８発明の超音波探傷方法は、第７発明において、前記複数の異なる位置は、前記溶接部の内面近傍及び外面近傍であることを特徴とする。
第９発明の超音波探傷方法は、第７発明において、前記複数の異なる位置は、前記溶接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍であることを特徴とする。
第８及び第９発明においては、疵が発生し易い位置を特定することで効率的に探傷することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に適用する超音波探傷装置を示す模式図であり、図中１は鋼管である。
鋼管１は溶接部２を有しており、鋼管１の溶接部２側方の外表面には、アクリル、ポリスチロール樹脂等の樹脂製で扇形状のくさび３（曲率５０ｍｍ×幅１５ｍｍ円筒の１／４）が配置されており、くさび３の外周面上には複数個の超音波振動子４ａ（長さ１ｍｍ×幅１０ｍｍ）からなるアレイ探触子４が配設されている。
超音波振動子４ａとしては、ニオブ酸鉛系磁器、チタン酸鉛系磁器、及びニオブ酸リチウム系磁器等の圧電振動子、又は前記磁器系圧電振動子とエポキシ樹脂等の樹脂とを複合させたコンポジット圧電振動子を用いる。
この実施の形態においては、アレイ探触子４は６４ＣＨからなり、頂点側が第１ＣＨ、９０°側が第６４ＣＨである。
【００３４】
配設された各超音波振動子４ａには、それぞれパルサ５及び送信用遅延素子６、並びにレシーバ７及び受信用遅延素子８が接続されている。この実施の形態においては、受信用遅延素子８としてアナログ遅延線が使用されている。
超音波振動子４ａは、対応するパルサ５により駆動され、各パルサ５の動作タイミングは、送信用遅延素子６により決定されるようになしてある。
【００３５】
各送信用遅延素子６は屈折角度制御器９に接続されている。屈折角度制御器９は、予め設定された数の超音波振動子４ａを１つのグループとする超音波送受信寄与振動子群を選択する回路と、前記グループを切り替える回路と、グループの各超音波振動子４ａを駆動するタイミングを各パルサ５に与える回路と、送信用遅延素子６及び受信用遅延素子８に遅延時間を与える回路とを備えている。
屈折角度制御器９により、超音波送受信寄与振動子群が選択され、選択された各超音波振動子４ａに対し、対応する送信用遅延素子６によって、各超音波振動子４ａを駆動するタイミングに、屈折角度制御器９により制御された遅延時間を加算したタイミングが各パルサ５に与えられる。前記タイミングでパルサ５により送信電圧を印加することにより、振動子４ａから鋼管１中に超音波ビームが送信される。
【００３６】
疵エコー等の受信は以下のようにして実施される。
選択された超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子４ａに受信された信号は、レシーバ７に入力される。レシーバ７に入力された信号は、受信用遅延素子８が屈折角度制御器９により制御された遅延時間を与えられて、加算器１０へ出力される。
受信信号は、加算器１０により合成され、増幅器１１により評価に必要な信号レベルまで増幅される。増幅された信号値は、疵評価器１２により予め決められたしきい値と比較されて、疵の有無が評価される。
本実施の形態に係る超音波探傷装置においては、超音波ビーム形成に寄与する、例えば１６個の超音波送受信寄与振動子群を所定間隔で順次切り替えて走査することにより、鋼管１に入射する角度を変えて、溶接部２の内面、肉厚中央部及び外面を探傷することができる。
【００３７】
図１においては、内面側を０．５スキップで探傷し、外面側（アレイ探触子４設置側）を１．０スキップで探傷しているビームの状態を示しているが、鋼管１の肉厚方向の中央部も０．７５スキップでに探傷している。
【００３８】
本実施の形態においては、下記の遅延を与えた。なお、遅延時間の単位はいずれもｎｓである。
ＣＨ１ ：１７０、 ＣＨ２ ：１３０、
ＣＨ３ ： ９０、 ＣＨ４ ： ６０、
ＣＨ５ ： ３５、 ＣＨ６ ： ２０、
ＣＨ７ ： ５、 ＣＨ８ ： ０、
ＣＨ９ ： ０、 ＣＨ１０： ５、
ＣＨ１１： ２０、 ＣＨ１２： ３５、
ＣＨ１３： ６０、 ＣＨ１４： ９０、
ＣＨ１５：１３０、 ＣＨ１６：１７０
超音波送受信寄与振動子群を順次切り替えるときも、これらの送受信遅延時間は同一パターンで与える。すなわち、両端の超音波振動子４ａには常に中央部の超音波振動子４ａに対して１７０ｎｓ程度の遅延を与える。
【００３９】
本実施の形態においては、溶接部２の片側から１つの探触子（溶接部２の両側から２個）を用いて、溶接部２からアレイ探触子４までの距離を一定に保ちながら、溶接線方向に直線走査するだけで、溶接部２の全断面を高精度に探傷することができる。そして、比較的小さな送受信遅延を与えるだけで肉厚方向の各深さで超音波ビームを集束することができ、溶接部２の全断面で微小疵の検出が可能となる。
【００４０】
本実施の形態においては、内面、肉厚方向中央部及び外面と、３つの位置について探傷するが、各位置で探傷するための探傷屈折角度を±数度変角した屈折角度においても探傷を実施する。
この変角の範囲は、シーム倣い制御の誤差、鋼管１の外径及び肉厚等の情報に基づき屈折角度制御器９により算出され、この変角に必要とされる超音波送受信寄与振動子群の切り替え走査範囲が決定される。
【００４１】
本実施の形態においては、半径５０ｍｍの円弧状くさび３上に１ｍｍピッチで超音波振動子４ａが並設されているので、超音波振動子４ａを並設方向に１つずらすと略１．２度、入射角度が変角する。
図２は、探傷屈折角度を変角した場合の超音波伝搬挙動を示す図である。
屈折角度を６０度±４度で変角するためには、入射角度を４７度±２．５度変角すればよい。従って、屈折角度を６０度にする場合の超音波送受信寄与振動子群が２０ＣＨ〜３５ＣＨであるとすると、これから超音波振動子４ａをその並設方向に±２振動子ずつずらし超音波送受信寄与振動子群、すなわち１８ＣＨ〜３３ＣＨ、及び２２ＣＨ〜３７ＣＨの超音波送受信寄与振動子群も励振して探傷し、１つの探傷屈折角度につき計３回探傷する。なお、間に±１振動子ずつずらした探傷も加え、計５回探傷することにしてもよい。
【００４２】
他の探傷屈折角度についても、各探傷屈折角度に対応する超音波送受信寄与振動子群をその並設方向に±２振動子ずつずらした超音波送受信寄与振動子群も励振して探傷し、計３回探傷を実施する。
【００４３】
図３は、外径１０１６、肉厚１ｍｍのＵＯＥ鋼管１の溶接部２に加工した外径１．６ｍｍのドリルホールからのエコー強度がシーム倣い誤差によりどの程度変化するかを示したグラフである。
１０回の繰り返しテストにおいて、故意に計４回シーム倣い精度を悪化させた。
図３より屈折角度を変角させることにより、シーム倣い精度が悪化しても疵エコー強度の低下を抑制できることが判る。
【００４４】
以上のように、本実施の形態においては、シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えることができ、探傷再現性が向上する。
【００４５】
図４は、本実施の形態に適用する他の超音波探傷装置を示す模式図であり、図中、図１と同一部分は同一符号で示してある。
この超音波探傷装置においては、くさび３の形状は、曲率２００ｍｍＲの円柱の一部を切り取った形状をなしており、溶接部２側の端面（超音波ビーム進行側）をこれと反対側の端面より大きくしてある。その結果、送受信遅延時間を与えなくても、鋼管１中のビーム路程で略４５ｍｍの位置に集束するようになっている。
くさび３の溶接部２側の端面には、くさび３内部の乱反射を抑制するための吸音材１３が張り付けられている。
【００４６】
この超音波探傷装置においても、探傷屈折角度を変角させることにより、シーム倣い精度が悪化しても疵エコー強度の低下を抑制できることが確認された。
従って、シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えることができ、探傷再現性が向上する。
【００４７】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２に適用する超音波探傷装置を示す模式図であり、図中、図１と同一部分は同一符号を付してある。
この超音波探傷装置においては、くさび３は断面の形状が直角三角形状であり、溶接部２側の端面（超音波ビーム進行側）をこれと反対側の端面より大きくしてある。そして、くさび３の斜面上に、６４ＣＨからなるアレイ探触子４が配置されている。
くさび３の溶接部２側の端面には、くさび３内部の乱反射を抑制するための吸音材１３が張り付けられている。
【００４８】
実施の形態１においては、超音波送受信寄与振動子群を順次切り替えることにより探傷屈折角度を変角しているが、本実施の形態においては、選択した超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に与える超音波ビームの送受信の遅延時間を制御して探傷することにより、複数の探傷屈折角度で探傷を実施する。
従って、本実施の形態においては、超音波送受信寄与振動子群の切り替え走査をすることなく、鋼管１の内面、外面及び中央位置に発生する縦方向疵を１つのアレイ探触子４で検出することが可能である。
【００４９】
本実施の形態においては、選択した超音波送受信寄与振動子群に与える各遅延時間に所定量の時間を夫々加減して探傷することにより、探傷屈折角度を±数度の変角で探傷する。
図６は、基準入射角度を±１．２度及び２．５度変角させる場合夫々について、各超音波振動子４ａのＣＨ番号と該ＣＨ番号の超音波振動子４ａに与える送受信遅延時間とを示すグラフである。
各変角範囲につき、各超音波振動子４ａに、図６に示す送受信遅延時間を基準屈折角度の送受信遅延時間に加算して与え、励振して超音波ビームを送受信する。
【００５０】
本実施の形態においても、シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えることができ、探傷再現性が向上する。
実施の形態１の場合、屈折角度変角の範囲は、比較的広く設定することが可能であるが、屈折角度変角のピッチは、並設された超音波振動子４ａのピッチとくさび３の曲面の形状とにより決定されるので、任意には設定できない。
一方、本実施の形態の遅延時間制御による屈折角度変角においては、くさび３の形状を選ばず、任意の変角ピッチが設定可能であるが、広い屈折角度変角範囲を設定するのは、各屈折角度による感度ばらつき及びサイドローブ出現があるので困難である。
【００５１】
探傷屈折角度の変角を超音波送受信寄与振動子群の切り替え走査で行うか、遅延時間の制御で行うかは、くさび３及びアレイ探触子４の形状並びに屈折角度変角範囲等を考慮して判断する。
【００５２】
実施の形態３．
図７は、実施の形態３に適用する超音波探傷装置を示す模式図であり、図中、図１と同一部分は同一符号を付してある。
本実施の形態においては、まず、くさび３の最も頂点よりにある１６個の超音波振動子４ａからなる超音波送受信寄与振動子群により垂直探傷を実施する（図中、破線で示す）。この超音波送受信寄与振動子群を選択するのは、垂直探傷するための超音波ビームの強度を最大にするためである。本実施の形態においては、くさび３の形状が１／４円弧状であるので、選択した超音波送受信寄与振動子群には送受信遅延時間を与える必要がある。
【００５３】
図８は、外径１０１６、肉厚２１ｍｍのＵＯＥ鋼管１につき、上述の垂直探傷を実施した場合の裏面エコーの強度と時間との関係を示す波形図である。
図８より、本実施の形態の垂直探傷においては、非常に良好なＳＮ比で裏面エコーを検出することができることが判る。
得られた垂直探傷時の探傷ゲート内のエコー強度を予め設定した強度レベルに合致させ、内面、肉厚中央及び外面の斜角探傷の増幅度を調整する。
ＡＧＣ２０により調整された増幅度で内面、肉厚中央及び外面を斜角探傷した際に得られるエコー強度は疵評価器１２で所定のしきい値と比較され、しきい値以上であれば疵があると判断される。
【００５４】
以上のように、本実施の形態においては、１つの探触子４で垂直探傷と斜角探傷とを行うことができ、垂直探傷時に得られた被検査材の裏面からのエコー強度に基づき斜角探傷を行う場合の感度補正を行うことができる。
従って、斜角探傷用の探触子４がカップリングチェック機能も有することになり、探触子４が１つで済むので、超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、アレイ探触子４を溶接部２へより接近させて微小疵も検出することができる。
【００５５】
本実施の形態においては、くさび３の形状が１／４円弧状であるので、選択した超音波送受信寄与振動子群には送受信遅延時間を与える必要があるが、垂直探傷時に、探触子４が円弧頂点部を挟んで対称に１６個の超音波送受信寄与振動子群を選択できるように構成されている場合、及び頂点部近傍の数（１、２）個の超音波振動子を選択した場合には、送受信遅延時間を制御することなく、垂直探傷を行うことが可能である。
【００５６】
実施の形態４．
図９は、実施の形態４に適用する超音波探傷装置の探触子を鋼管１上に配置した状態を示す平面図、図１０はその断面図である。
この超音波探傷装置においては、アレイ探触子４１、４２及び４３が鋼管１の長手方向に順に配置されている。
アレイ探触子４１、４２及び４３は、夫々溶接部２の内面、肉厚中央部及び外面を探傷する。アレイ探触子４１、４２及び４３は複数の超音波振動子からなり、夫々隣り合う複数の超音波振動子からなる超音波送受信寄与振動子群を選択し、選択した超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子を励振し、溶接部２の各位置へ超音波を送信して、受信したエコー強度に基づき各位置の疵を検出する。
【００５７】
そして、本実施の形態においても、各探触子における探傷屈折角度を超音波送受信寄与振動子群の一側を所定数除き、他側に隣り合う所定数の超音波振動子を加えた超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子を励振し、超音波ビームを送受信することで、探傷屈折角度を±数度変角する。
【００５８】
本実施の形態においては疵の検出感度が良好であり、さらにシーム誤差が生じた場合の探傷再現性が良好になる。また、本実施の形態においては、屈折角度の変角範囲が狭くてよいので、探触子を構成する超音波振動子の数は実施の形態１の探触子の超音波振動子数より少なくてよい。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、探傷屈折角度の変角を超音波送受信寄与振動子群の切り替え走査により行う場合につき説明しているが、これに限定されるものではなく、送受信の遅延時間の制御により探傷屈折角度を変角することにしてもよい。
【００６０】
そして、各探触子につき屈折角度略０度で垂直探傷を行った場合のエコー強度に基づき、探傷の感度補正を行うことができる。各探触子は斜角探傷と同時に垂直探傷も行うことができ、各探触子は１つで済むので超音波探傷装置としての寸法が小さくなる。
【００６１】
また、くさび３の形状は、実施の形態１乃至３において説明した場合に限定されるものではなく、他の形状でもよい。
【００６２】
さらに、実施の形態１乃至４においては、異なる屈折角度で探傷し得る探触子として、複数の超音波振動子を備えるアレイ探触子４を用いた場合につき説明しているがこれに限定されるものではなく、例えばモータ等により機械的に屈折角度を変更できる探触子を用いることにしてもよい。
【００６３】
【発明の効果】
以上、詳述したように、第１発明による場合は、探触子から超音波ビームを屈折角度略０度で送信し、探触子が受信したエコー信号の強度に基づいて探傷の感度補正を行う過程と、所定の探傷屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する所定位置探傷過程と、前記探傷屈折角度をプラス方向に所定角度変角した屈折角度及び／又はマイナス方向に所定角度変角した屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する変角探傷過程とを含むので、１つの探触子で垂直探傷と斜角探傷とを行うことができ、垂直探傷時に得られた被検査材の裏面からのエコー強度に基づき斜角探傷を行う場合の感度補正を行うことができる。従って、斜角探傷用の探触子がカップリングチェック機能も有することになり、探触子が１つで済むので、超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、探触子を溶接部へより接近させて微小疵も検出することができる。そして、シーム倣い誤差が生じた場合でも、変角範囲のいずれかの屈折角度における探傷により検出すべき疵を捉えることが可能になり、探傷再現性が向上する。
【００６４】
第２及び第３発明による場合は、超音波送受信寄与振動子群の一側の超音波振動子を所定数除き、他側に隣り合う前記所定数の超音波振動子を加えた超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷する過程を含むので、超音波送受信寄与振動子群の切り替えにより探傷屈折角度を容易に変角することができる。
【００６５】
第４発明による場合は、超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に与える遅延時間を各別に加減する過程を含むので、探傷屈折角度を容易に変角することができ、任意の変角ピッチが設定可能である。
【００６７】
第５及び第６発明による場合は、溶接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍を特定して探傷するので、疵が発生し易い位置を効率的に探傷することができる。
【００６８】
第７発明による場合は、予め探触子から超音波ビームを屈折角度略０度で送信し、探触子が受信したエコー信号の強度に基づいて探傷の感度補正を行う過程を含むので、斜角探傷用の探触子がカップリングチェック機能も有することになり、探触子が１つで済むので超音波探傷装置としての寸法が小さくなり、探触子を溶接部へより接近させて微小疵も探傷することができる。
【００６９】
第８及び第９発明においては、疵が発生し易い位置を特定することで効率的に探傷することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に適用する超音波探傷装置を示す模式図である。
【図２】探傷屈折角度を変角した場合の超音波伝搬挙動を示す図である。
【図３】ＵＯＥ鋼管の溶接部に加工したドリルホールからのエコー強度がシーム倣い誤差によりどの程度変化するかを示したグラフである。
【図４】本発明の実施の形態１に適用する他の超音波探傷装置を示す模式図である。
【図５】本発明の実施の形態２に適用する超音波探傷装置を示す模式図である。
【図６】基準入射角度を±１．２度及び２．５度変角させる場合夫々について、各超音波振動子のＣＨ番号と該ＣＨ番号の超音波振動子に与える送受信遅延時間とを示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態３に適用する超音波探傷装置を示す模式図である。
【図８】外径１０１６、肉厚２１ｍｍのＵＯＥ鋼管につき、垂直探傷を実施した場合の裏面エコーの強度と時間との関係を示す波形図である。
【図９】本発明の実施の形態４に適用する超音波探傷装置の探触子を鋼管上に配置した状態を示す平面図である。
【図１０】本発明の実施の形態４に適用する超音波探傷装置の探触子を鋼管上に配置した状態を示す断面図である。
【図１１】従来の管軸方向疵検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図である。
【図１２】従来の管軸方向疵検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図である。
【図１３】ＵＯＥ鋼管の溶接部に適用する超音波探傷装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 鋼管
２ 溶接部
３ くさび
４ アレイ探触子
４ａ 超音波振動子
５ パルサ
６ 送信用遅延素子
７ レシーバ
８ 受信用遅延素子
９ 屈折角度制御器
１２ 疵評価器

Claims (9)

1. 複数の超音波振動子を扇形状に並設してなるアレイ探触子を被検査材上に配置し、該アレイ探触子から超音波ビームを被検査材の溶接部の厚さ方向の所定位置へ送信し、前記アレイ探触子が受信したエコー信号に基づいて前記所定位置を探傷する超音波探傷方法において、
   前記アレイ探触子を１／４円弧状のくさび上に配置し、該アレイ探触子の中から選択した超音波振動子それぞれに所定の遅延制御を施して、超音波ビームを屈折角度略０度で送信し、前記超音波振動子が受信したエコー信号の強度に基づいて探傷の感度補正を行う過程と、
   前記所定位置を探傷すべく所定の探傷屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する所定位置探傷過程と、
   前記探傷屈折角度をプラス方向に所定角度変角した屈折角度及び／又はマイナス方向に所定角度変角した屈折角度で超音波ビームを送受信して探傷する変角探傷過程と
   を含むことを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記所定位置探傷過程は、複数の超音波振動子を超音波送受信寄与振動子群として選択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷し、
   前記変角探傷過程は、前記超音波送受信寄与振動子群の一側の超音波振動子を所定数除き、他側に前記所定数の超音波振動子を加えた超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子により超音波ビームを送受信して探傷する請求項１記載の超音波探傷方法。
3. 前記超音波送受信寄与振動子群は、隣り合う超音波振動子からなる請求項２記載の超音波探傷方法。
4. 前記所定位置探傷過程は、複数の超音波振動子を超音波送受信寄与振動子群として選択し、該超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に各別に遅延時間を与えて超音波ビームを前記所定位置へ送信し、各超音波振動子が受信し、各別に遅延させて得られたエコー信号に基づき探傷し、
   前記変角探傷過程は、前記超音波送受信寄与振動子群の各超音波振動子に与える送受信の遅延時間を各別に加減して超音波ビームを送受信し、探傷する請求項１記載の超音波探傷方法。
5. 前記所定位置は、前記溶接部の内面近傍及び外面近傍である請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波探傷方法。
6. 前記所定位置は、前記溶接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍である請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波探傷方法。
7. 複数の探触子により、前記溶接部の厚さ方向の複数の異なる位置を各別に探傷する請求項１乃至４のいずれかに記載の超音波探傷方法。
8. 前記複数の異なる位置は、前記溶接部の内面近傍及び外面近傍である請求項７記載の超音波探傷方法。
9. 前記複数の異なる位置は、前記溶接部の内面近傍、厚さ方向中央部及び外面近傍である請求項７記載の超音波探傷方法。

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