JP4339159B2 - 管体の超音波探傷検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、超音波であるせん断水平波を用いて管体の減肉欠陥を診断する管体の超音波探傷検査方法に関する。

管体の１種である鋼管は、気密性および液密性と強度とに優れるので、気体または液体の搬送管路として多用されている。鋼管の長さは有限であるので、鋼管は溶接接合または管継手などによって接続されて配管され、管路を形成する。配管施工時において、管継手であれば接続部の漏洩検査が行われ、溶接接合であれば接続部の探傷検査が行われる。このように配管施工途中であり、探傷検査部位が露出している場合、たとえば溶接部に発生する欠陥については、表面欠陥であれば浸透探傷検査、内部欠陥であれば放射線探傷検査などによって検査することができ、検査によってその健全性を確保することが可能である。

しかしながら、配管施工後、特に隠蔽されてしまう部位に発生する欠陥、たとえば腐食欠陥などについては、その探傷検査を行うことは容易ではない。図１１は、河川に対する架管の１例を示す図である。河川１を跨いで配管されるとき、管体２は橋台３によって支持されて架管部を構成し、橋台３に関して架管部と反対側の管体２は、たとえば堤を構成する土中４に埋設される。土中４に埋設される管体２のうち、特に屈曲部を形成するエルボ５が溶接接合された接続部６（溶接線）を含む管体部分などは、さや管７と呼ばれる保護管に挿通された後、埋設されることが多い。

さや管７の開口部９付近においてさや管７と管体２との間に形成される隙間には、シール部材８が設けられ、シール部材８によって前記隙間に対する異物の侵入を防止している。このように設けられるシール部材８と管体２の外周とによって形成されるわずかな隙間に大気中の水分や雨水が侵入することによって、いわゆる気水状態が形成されて隙間腐食などの欠陥１０が発生することがある。また溶接接合された接続部６には、溶接後わずかに残留したスラグなどと管体２外周面をなす溶接金属部とによって形成されるわずかの隙間に空気中の微量水分が侵入し、隙間腐食または孔食などの欠陥１０の発生することがある。

隙間腐食のような欠陥１０は、配管施工直後に発生するのではなく、ある程度時間が経過した後に発生し、その発生個所は、往々にして橋台３を形成するコンクリートを貫通する部分または土中といった隠蔽部であることが多い。したがって、腐食欠陥１０を前述のような浸透探傷検査または放射線探傷検査によって検出しようとすれば、コンクリートをはつりまたは埋設部の土を除去して検査対象部位を露出させなければならず、多大な労力と費用とを要する。さらに露出させた検査対象部位と腐食欠陥１０の発生している位置とが、一致するとは限らないという問題がある。

また管体は、前述のように気体または液体の搬送管路として用いられるので、たとえば腐食欠陥などが管体の厚みを貫通し、管体内部の気体または液体の漏洩することを厳に防止しなければならない。したがって、管体の探傷検査では、管体の厚みを減少させるいわゆる減肉欠陥を高い精度で検出することが、配管施工された管体の保守管理上における重要な課題となっている。

管体に生じる欠陥を探傷する従来技術に、超音波を用いる斜角探傷検査方法があるけれども、超音波の路程がたとえば１０ｃｍを超えて長くなると、欠陥の検出能が低下するので、探傷操作が可能な位置と、欠陥の存在が想定される位置との距離が大きい場合には適用することができないという問題がある。

探傷操作が可能な位置と、欠陥の存在が想定される位置との距離が大きい場合に適用可能な探傷方法として、たとえばガイド波（円筒波）と呼ばれる超音波を用いて管体を探傷検査するものがある。このガイド波を用いる探傷方法は、管体の管軸方向に比較的長い距離離隔して存在し、また隠蔽部に存在する欠陥の探傷検査をすることができるけれども、装置の容積が大きいので、一般的な配管の探傷検査が行われるような狭い作業容積では装置を収容することができず適用不能であり、また配管に存在する欠陥の断面欠損率が３％以上でないと検出することができないという特性を有するので、たとえば腐食発生初期のような微細欠陥の検出が不能であるという問題がある。

このような問題に対処する従来技術として、横波超音波の１種であって被検査体の表面層のみを伝播するせん断水平（Shear Horizontal：略称ＳＨ）波を用いて、管体の隠蔽部に存在する欠陥を探傷検査する方法が提案されている（特許文献１参照）。

ＳＨ波は、反射に伴うモード変換がないので、モードが互いに異なる波同士の干渉による減衰が防止される。したがって、管体のように探傷距離が長い被検査体においても、ＳＨ波の強度減少が抑制されるので、高い欠陥検出感度を得ることができるという利点がある。

しかしながら、本発明者らによるさらなる調査によれば、ＳＨ波を用いて管体の探傷検査を行う場合、管体に生じる減肉欠陥と管体に付着する付着物との判別精度にさらなる解決課題がある。以下、そのような課題について説明する。

図１２は管体に形成した擬似減肉欠陥の探傷検査を説明する図であり、図１３は管体に付着した付着物の探傷検査を説明する図である。被検査体である管体１１は、日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ３４５２に規定される１５０Ａの配管用炭素鋼鋼管である。管体１１の外周面側に形成した擬似減肉欠陥１２は、直径：２０ｍｍ、深さ：２ｍｍの凹所である。また管体１１の外周面に付着する付着物１３は、管体１１の外周に施された塗覆装皮膜１４に巻込まれた略円柱形状のコンクリート片である。コンクリート片１３の寸法は、円柱の直径が約５ｍｍである。なお、擬似減肉欠陥１２およびコンクリート片１３の寸法と、管体１１の寸法とは、図示の便宜上若干の変形を伴う（以降の図においても同様）。

超音波探傷装置は、振動子寸法：２０×２０ｍｍ、屈折角：９０度でＳＨ波を出射する超音波探触子（ジャパンプローブ社製）１５と、超音波探触子１５が接続される不図示の探傷器（ＥＰＯＣＨ４：パナメトリクス社製）とを含んで構成される。

擬似減肉欠陥１２の探傷検査結果を図１２（ｂ）に、コンクリート片１３の探傷検査結果を図１３（ｂ）に、それぞれＡスコープ表示する。図１２（ｂ）中に示すゲート１６部分に含まれるエコー１７が、擬似減肉欠陥１２による信号であり、図１３（ｂ）中に示すゲート１８部分に含まれるエコー１９が、コンクリート片１３による信号である。

図１２（ｂ）と図１３（ｂ）とに示すように、探傷検査によって得られる信号をＡスコープ表示した場合、擬似減肉欠陥１２と付着物であるコンクリート片１３との間に、検出結果の差異が認められず、減肉欠陥１２と付着物１３との判別ができないという問題がある。

このような問題は、コンクリート片１３のような明瞭な異物である付着物１３にとどまらず、管体１１に対して施される塗覆装皮膜を、欠陥として誤検出してしまうこともある。図１４は、管体１１に施された塗覆装皮膜２０の探傷検査を説明する図である。図１４に示す探傷検査では、塗覆装皮膜２０を全く形成していない管体１１、周方向長さの１／４長さだけ塗覆装皮膜２０を形成した管体１１、周方向長さの全長にわたって塗覆装皮膜２０を形成した管体１１について、それぞれ行った。塗覆装皮膜２０の素材には、アスファルトとポリエチレンとを用いた。なお、管体１１および超音波探傷装置には、前述と同一のものを用い、探傷距離（探触子距離）を３００ｍｍと４００ｍｍとの２水準とした。

図１４（ｂ）では、Ａスコープ表示におけるエコー高さを、縦軸強度８０％にするために必要なゲインで表す。図１４（ｂ）中に「□」印および「×」印で示す塗覆装皮膜２０の素材がポリエチレンであるとき、管体１１の全周に塗覆装皮膜２０が施されても、付着物として検出されることがない。しかしながら、図１４（ｂ）中に「○」印および「△」印で示す塗覆装皮膜２０の素材がアスファルトであるとき、管体１１のわずか１／４周に塗覆装皮膜２０が施されるだけで、付着物であるにも関わらず欠陥としてエコーが検出される。

このように、ＳＨ波は、表面感度が高く、微細な減肉欠陥を検出することができるけれども、微細な付着物および素材の種類によっては塗覆装皮膜をも検出するので、管体隠蔽部の探傷検査のように、欠陥であるか付着物であるかを肉眼で識別することのできない場合、反射信号による判別が困難であるという問題がある。

特開２００４−３９９６号公報

本発明の目的は、ＳＨ波を用いる管体の超音波探傷検査において、高い精度で減肉欠陥と付着物との判別を可能にする管体の超音波探傷検査方法を提供することである。

本発明は、超音波であるせん断水平波を用いて管体の減肉欠陥を診断する管体の超音波探傷検査方法において、
せん断水平波を発振することのできる超音波探触子を準備し、
超音波探触子と管体との接触部からせん断水平波を管体に入射し、
超音波探触子によって反射信号を検出し、
反射信号の１番目の波形におけるピーク値の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別することを特徴とする管体の超音波探傷検査方法である。

また本発明は、超音波であるせん断水平波を用いて管体の減肉欠陥を診断する管体の超音波探傷検査方法において、
せん断水平波を発振することのできる超音波探触子を準備し、
超音波探触子と管体との接触部からせん断水平波を管体に入射し、
超音波探触子によって反射信号を検出し、
反射信号の最大ピーク値の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別することを特徴とする管体の超音波探傷検査方法である。

また本発明は、超音波であるせん断水平波を用いて管体の減肉欠陥を診断する管体の超音波探傷検査方法において、
せん断水平波を発振することのできる超音波探触子を準備し、
超音波探触子と管体との接触部からせん断水平波を管体に入射し、
超音波探触子によって反射信号を検出し、
反射信号における判別基準強度値を予め選定し、
反射信号の波形が判別基準強度値を最初に通過する点の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別することを特徴とする管体の超音波探傷検査方法である。

また本発明は、超音波探触子によって反射信号を検出するに際し、
反射信号の検出を同一箇所において複数回行い、
複数回検出した反射信号の強度値を加算し、
加算した強度値を反射信号の検出回数で除算する平均化処理を行うことを特徴とする。

また本発明は、超音波探触子によって反射信号を検出するに際し、
管体の周方向に、探傷に用いるせん断水平波の波長以上、かつ周長の１／８以下の距離を検出間隔として超音波探触子をずらせながら反射信号の検出を複数回行い、
複数回検出した反射信号の強度値を加算し、
加算した強度値を反射信号の検出回数で除算する平均化処理を行うことを特徴とする。

また本発明は、複数回検出した反射信号の強度値を加算するに際し、
それぞれ検出した反射信号に共通する基準位置を設定し、該基準位置の時間軸上における位置を一致させる補正処理を行うことを特徴とする。

また本発明は、管体に入射するせん断水平波として、チャープ波を用いることを特徴とする。

本発明によれば、超音波探触子から管体にせん断水平波を入射し、検出される反射信号の１番目の波形におけるピーク値の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別する。このことによって、減肉欠陥と付着物との判別を、高い精度で行うことが可能になる。したがって、減肉欠陥であるたとえば腐食欠陥などが発生している配管を高い精度で特定できるので、腐食欠陥が発生している配管のみを選択的に補修することが可能になる。また、腐食欠陥が無いにも関わらず、腐食欠陥有りとの誤判定をすることが無くなるので、腐食欠陥が存在しない配管の補修を行うような無駄を無くすことができる。

また本発明によれば、超音波探触子から管体にせん断水平波を入射し、検出される反射信号の最大ピーク値の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別する。このことによって、上記の発明と同様の効果を奏することができる。

また本発明によれば、超音波探触子から管体にせん断水平波を入射し、検出される反射信号における判別基準強度値を予め選定し、反射信号の波形が判別基準強度値を最初に通過する点の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別する。このことによって、前述の発明と同様の効果を奏することができる。

また本発明によれば、超音波探触子によって反射信号を検出するに際し、反射信号の検出を同一箇所において複数回行い、複数回検出した反射信号の強度値を加算し、加算した強度値を反射信号の検出回数で除算して平均化する。このことによって、ノイズの影響を低減することができるので、小さい減肉欠陥および小さい付着物からの反射信号であっても、反射信号のＳＮ比を向上し、減肉欠陥であるか付着物であるかを、高い精度で判別することが可能になる。

また本発明によれば、超音波探触子によって反射信号を検出するに際し、管体の周方向に、探傷に用いるせん断水平波の波長以上、かつ周長の１／８以下の距離を検出間隔として超音波探触子をずらせながら反射信号の検出を複数回行い、複数回検出した反射信号の強度値を加算し、加算した強度値を反射信号の検出回数で除算して平均化する。このように、異なる方向から得られる反射信号に基づいて平均化処理を行う。したがって、平均化処理をするに際し、減肉欠陥または付着物の検出に好適な方向から得られる反射信号が含まれるので、さらなるノイズの低減が可能であり、減肉欠陥であるか付着物であるかを、一層高い精度で判別することが可能になる。

また本発明によれば、複数回検出した反射信号の強度値を加算するに際し、それぞれ検出した反射信号に共通する基準位置を設定し、該基準位置の時間軸上における位置を一致させる補正処理を行うので、反射信号のＳＮ比を一層向上することができる。

また本発明によれば、管体に入射するせん断水平波としてチャープ波を用いるので、ノイズを低減して反射信号のＳＮ比を向上することができる。

図１は本発明の実施の態様である管体の超音波探傷検査方法の概要を説明する図であり、図２は減肉欠陥と付着物とを判別する方法を説明する図である。

本発明の超音波探傷検査方法は、超音波であるＳＨ波を用いて管体の減肉欠陥を診断する。図１（ａ）では、管体３１の外周面側に存在する減肉欠陥３２の探傷検査方法を示し、図１（ｂ）では、管体３３の外周面に付着する付着物３４の探傷検査方法を示す。

まず、ＳＨ波を発振することのできる超音波探触子３５を準備する。この超音波探触子３５には、たとえば前述したジャパンプローブ社製の振動子寸法：２０×２０ｍｍ、屈折角：９０度のものなどを用いることができる。この超音波探触子３５は、不図示のたとえば探傷器：ＥＰＯＣＨ４（パナメトリクス社製）に接続され、探傷器から電力供給を受け、探傷器からの発振制御信号に応じてＳＨ波を発振する。この超音波探触子３５を被検査体である管体３１または管体３３の外周面に接触させ、該接触部からＳＨ波を管体３１または管体３３に入射する。

図１（ａ）に示す管体３１には、管体３１の外周面側に円柱状の凹所３２を形成し、これを減肉欠陥に模している。本明細書において、管体の外周に接して設けられる、たとえば塗覆装皮膜、コンクリート被覆、埋設された管体周囲の土などの管体３１の軸線に対して垂直な断面積を実質的に増大させるような付加物の存在を拘束と呼ぶことにすれば、減肉欠陥３２が存在する場合、付加物が存在するのとは逆に、断面積が減少しているので、拘束が小さいと言うことができる。このような、拘束が小さい減肉欠陥３２部分は自由端として作用するので、ＳＨ波が自由端における反射挙動を示す。

一方、図１（ｂ）に示す管体３３には、管体３３の外周面側に付着物３４が存在する。このような付着物３４が存在する場合、この付着物３４を小さな付加物と考えることができ、付着物３４が存在する部分では、管体３３の断面積が増大したのと同様であり、拘束が大きいと言うことができる。このような、拘束が大きい付着物３４の部分は固定端として作用するので、ＳＨ波が固定端における反射挙動を示す。したがって、ＳＨ波が減肉欠陥３２において反射するときの位相と、ＳＨ波が付着物３４において反射するときの位相とは、１８０度ずれることになる。

図２では、管体３１に形成された模擬減肉欠陥３２によって反射されて超音波探触子３５で検出されるＳＨ波（以後、欠陥および付着物で反射され超音波探触子で検出されるＳＨ波の信号を反射信号と呼ぶ）の波形を模式的に示す。本発明では、反射信号として、強度の絶対値を表示するＡスコープ表示ではなく、絶対値処理前の波形をそのまま用いることを特徴とする。

前述のように減肉欠陥３２部分は自由端として作用するので、減肉欠陥３２からの反射信号の１番目の波形におけるピーク値３６の位相は、本実施の形態の入射波の条件（前述の探傷器および超音波探触子）では進み位相として現れる。一方、図示を省くけれども、付着物３４の部分は固定端として作用するので、付着物３４からの反射信号の１番目の波形におけるピーク値の位相は、減肉欠陥３２の場合の比べて１８０度ずれて遅れ位相として現れる。したがって、超音波探触子３５によって減肉欠陥３２または付着物３４からの反射信号を検出し、反射信号の１番目の波形におけるピーク値の位相が、進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥３２であるか付着物３４であるかを、確実に判別することができる。

なお、反射信号による減肉欠陥３２であるか付着物３４であるかの判別は、反射信号の１番目の波形におけるピーク値の位相によるだけでなく、以下の方法によってもよい。

超音波探触子３５によって検出される反射信号の最大ピーク値（Ｐｍａｘ）３７の位相が進み位相であるとき、減肉欠陥３２と判別し、図示を省くけれども、反射信号の最大ピーク値の位相が遅れ位相であるとき、付着物３４と判別することができる。

また、本実施の態様では、最大ピーク値の１／２の値（Ｐｍａｘ／２）を反射信号における判別基準強度値として予め選定し、超音波探触子３５によって検出される反射信号の波形が判別基準強度値を最初に通過する点３８の位相が進み位相であるとき、減肉欠陥と判別する。なお、図示を省くけれども、反射信号の波形が判別基準強度値を最初に通過する点の位相が遅れ位相であるときには、付着物と判別する。

なお本実施の形態では、反射信号の１番目の波形におけるピーク値、反射信号の最大ピーク値、反射信号の波形が判別基準強度値を最初に通過する点を、欠陥診断に用い、これらが進み位相であるときに減肉欠陥と判別し、遅れ位相であるときに管体に対する付着物と判別する。しかしながら、位相の状態と、減肉欠陥または付着物のいずれであるかの判別とは、上記に限定されるものではなく、入射波の条件によっては進み位相と遅れ位相とが逆の場合もある。このような、入射波の条件と、位相に基づく減肉欠陥または付着物の判別基準との関係は、予め試験しておくことによって得ることができる。

減肉欠陥３２と付着物３４とを判別するいずれの方法によっても、高い精度で判別することが可能になる。したがって、減肉欠陥であるたとえば腐食欠陥が発生している配管を高い精度で特定できるので、腐食欠陥が発生している配管のみを選択的に補修することが可能になり、腐食欠陥が無いにも関わらず、腐食欠陥有りとの誤判定をして腐食欠陥が存在しない配管の補修を行うような無駄を無くすことができる。

以下、減肉欠陥と付着物とを判別する事例について説明する。図３は減肉欠陥の検出事例を示す図であり、図４は付着物の検出事例を示す図である。

管体には、いずれもＪＩＳ−Ｇ３４５２に規定される１５０Ａを用いた。第１の管体４１には、管壁に直径：２０ｍｍの貫通孔４２を形成し、これを減肉欠陥とした。第２の管体４３には、全周に肉盛溶接を施し、余盛部４４を付着物とした。超音波探傷装置として、超音波探触子３５（振動子寸法：２０×２０ｍｍ、屈折角：９０度：ジャパンプローブ社製）と、探傷器：ＥＰＯＣＨ４（パナメトリクス社製）とを用いた。なお、本明細書中に示す事例については、特に断らない限り、上記の探触子と探傷器とを用いた。

図３（ｂ）に貫通孔４２からの反射信号を示し、図４（ｂ）に余盛部４４からの反射信号を示す。図３（ｂ）に示すように、減肉欠陥である貫通孔４２からの反射信号の１番目の波形におけるピーク値４５は、進み位相として検出され、図４（ｂ）に示すように、付着物である余盛部４４からの反射信号の１番目の波形におけるピーク値４６は、遅れ位相として検出される。

図５は、塗覆装皮膜からなる付着物の検出事例を示す図である。第３の管体４７として、ＪＩＳ−Ｇ３４５２に規定される１５０Ａを用いた。第３の管体４７の全周にアスファルトを厚さ：約１０ｍｍで塗覆装して塗覆装皮膜４８を形成し、これを付着物とした。

付着物である塗覆装皮膜４８の厚さが薄く拘束がさ程大きくない場合、また図示を省くけれども、管体に形成される減肉欠陥が微細である場合、図５（ｂ）の反射信号４９の波形に示すように、反射信号４９にノイズが重畳し、減肉欠陥であるか付着物であるかの判別に苦慮することがある。このような場合、以下に説明するノイズ低減処理を行うことによって、明確な判別が可能になる。

図６は、ノイズ低減処理の事例を説明する図である。ノイズ低減処理には、第４の管体５１として、ＪＩＳ−Ｇ３４５２に規定される１５０Ａを用いた。第４の管体５１には、外周面側に減肉欠陥として直径：２０ｍｍ、深さ：３ｍｍのドリル孔５２が形成される。

第４の管体５１の外周面上で、超音波探触子３５をドリル孔５２から所定の距離離反した位置（所定の距離には、通常、最も高い強度の反射信号が得られる配置を選定する）で第４の管体５１に当接させてＳＨ波を入射する。

まずノイズを低減する第１の方法は、超音波探触子３５によって反射信号を検出するに際し、反射信号の検出を、第４の管体５１の外周上における同一箇所、たとえば図６（ｂ）に示すＡ位置において複数回行い、複数回検出した反射信号の強度値を加算し、加算した強度値を反射信号の検出回数で除算する平均化処理を行うことである。

この平均化処理を行うことによって、ノイズに対して反射信号を強調し、ＳＮ比を向上することができるので、減肉欠陥と付着物との判別を明確に行うことが可能になる。なお、検出回数で除算することなく、加算したまま、すなわち積算処理を行った状態の反射信号の波形によって、減肉欠陥と付着物とを判別してもよい。

また、ノイズを低減する第２の方法は、反射信号の検出を、第４の管体５１の外周上における同一箇所にとどまらず、超音波探触子３５を第４の管体５１の周方向にずらせながら行うことである。すなわち、超音波探触子３５によって反射信号を検出するに際し、超音波探触子３５を、第４の管体５１の周方向に予め定める距離Ｌｃだけずらせながら、反射信号の検出を複数回行い、複数回検出した反射信号の強度値を加算し、加算した強度値を反射信号の検出回数で除算する平均化処理を行う。

ここで、超音波探触子３５を、第４の管体５１の周方向にずらせる、すなわちＡ位置からＢおよび／またはＣ位置へ移動させる予め定める距離Ｌｃは、探傷に用いるＳＨ波の波長以上、かつ周長の１／８以下の距離に選定される。予め定める距離Ｌｃが、ＳＨ波の波長未満では、超音波探触子３５をずらせて、減肉欠陥または付着物を多元的に検出するという効果を充分に得ることができない。また周長の１／８を超えると、管体の周方向にずらせて反射信号を検出することのできる回数が８回未満になるので、平均化処理によるノイズ低減効果を充分に得ることができない。したがって、距離Ｌｃを、ＳＨ波の波長以上、かつ周長の１／８以下とした。

図６に示す事例では、距離Ｌｃを２ｃｍに選定し、Ａ位置からＢ位置へ向う矢符５３方向（便宜上＋方向と呼ぶ）へ２ｃｍずつずらせながら５箇所、Ａ位置からＣ位置へ向う矢符５４方向（便宜上−方向と呼ぶ）へ２ｃｍずつずらせながら４箇所の、合計９箇所において、ドリル孔５２からの反射信号を検出し、反射信号強度の加算および平均化を行った。

図７は＋方向へ２ｃｍずつずらせながら各位置で検出した反射信号を示す図であり、図８は−方向へ２ｃｍずつずらせながら各位置で検出した反射信号を示す図であり、図９は平均化処理後の反射信号を示す図である。

図７に示す各位置で検出した反射信号と図８に示す各位置で検出した反射信号との強度値を加算するに際し、それぞれ検出した反射信号に共通する基準位置を設定し、該基準位置の時間軸上における位置を一致させる補正処理を行う。これは、超音波探触子３５を第４の管体５１の周方向にずらせながら反射信号を検出するので、検出位置に応じて超音波探触子３５とドリル孔５２とのビーム路程がわずかに異なることを補正して、時間軸を一致させるものである。本事例では、基準位置として、各位置で検出される反射信号の最大ピーク値の時間軸位置を用いる。最大ピーク値の時間軸位置を基準位置とし、各位置で検出される反射信号の最大ピーク値の時間軸位置を一致させて加算することによって、反射信号を加算する精度を向上させることができるので、一層ノイズを低減することができる。

図９は、＋方向に２ｃｍ〜１０ｃｍまで２ｃｍずつずらせて検出した各反射信号の強度と、−方向に−２ｃｍ〜−８ｃｍまで２ｃｍずつずらせて検出した各反射信号の強度とを、加算し、検出回数９回で除算して平均化した反射信号を示す。図９に示すように平均化処理によって、ノイズの影響が低減され、反射信号の１番目の波形におけるピーク値５５の位相が進み位相であり、減肉欠陥であるドリル孔５２の検出されることが明瞭に認められる。

減肉欠陥であることの判別には、上記のように反射信号の１番目の波形におけるピーク値５５の位相を用いてもよく、また反射信号の最大ピーク値（Ｐｍａｘ）５６の位相を用いてもよく、さらにＰｍａｘ／２値を反射信号の波形が最初に通過する点５７の位相を用いてもよい。

なお、超音波探触子３５を管体の周方向にずらせながら複数の位置で反射信号を検出する場合においても、反射信号の強度の加算値を検出回数で除算することなく、加算したまま、すなわち積算処理を行った状態の反射信号の波形によって、減肉欠陥と付着物とを判別してもよい。

前述の図６〜図９に示すノイズ低減処理は、ノイズ源が、管体の結晶粒界などからの散乱波およびホワイトノイズのいずれの場合にも有効である。ところで、主たるノイズ源が、ホワイトノイズである場合には、平均化処理を用いるまでもなく、被検査体である管体に入射するＳＨ波として、チャープ波を用いることによってノイズを低減することができる。チャープ波は、ＦＭ（Frequency Modulated）変調波の一種であり、瞬時周波数が時間に比例して増大（あるいは減少）する特徴を有する。

図１０は、チャープ波の送受信結果を示す図である。チャープ波の送受信に際しては、送信に７０７５ウェーブフォームジェネレータ（ＨＩＯＫＩ社製）、受信に８８５５メモリハイコーダ（ＨＩＯＫＩ社製）を用いた。また本実施の形態のチャープ波を用いた検査方法によれば、減肉欠陥が反射信号の１番目の波形における遅れ位相として現れ、付着物が反射信号の１番目の波形における進み位相として現れることを、予備試験によって確認している。

図１０では、先の図６に示す減肉欠陥を模したドリル孔５２からの反射信号を示す。図１０（ａ）では、超音波探触子から管体へ入射するチャープ波の信号波形を示す。図１０（ｂ）では、減肉欠陥からの反射信号の受信波形を示す。チャープ波の受信信号の解析には、整合フィルタを通してパルス圧縮することが必要である。チャープ波を、ホワイトノイズが重畳するような条件下で探傷に用いることの利点は、このパルス圧縮処理によって、ＳＮ比が圧縮率だけ改善されるので、ホワイトノイズを低減して反射信号のＳＮ比を向上できることにある。

図１０（ｃ）は、整合フィルタによってパルス圧縮された反射信号であり、ノイズが著しく低減されている。図１０（ｄ）は、パルス圧縮処理後のパルス波形部分の時間軸を拡大した図である。反射信号の１番目の波形におけるピーク値５８，５９の位相が遅れ位相であることが明瞭に識別され、減肉欠陥であると判別できる。

以上に述べたように、本実施の形態では、探傷検査方法に用いる超音波は、ＳＨ波であるけれども、本発明技術に、ＳＨ波以外の縦波、ＳＶ（Shear Vertical）波、レーリー波、クリーピング波などを用いることも可能である。

本発明の実施の態様である管体の超音波探傷検査方法の概要を説明する図である。 減肉欠陥と付着物とを判別する方法を説明する図である。 減肉欠陥の検出事例を示す図である。 付着物の検出事例を示す図である。 塗覆装皮膜からなる付着物の検出事例を示す図である。 ノイズ低減処理の事例を説明する図である。 ＋方向へ２ｃｍずらせながら各位置で検出した反射信号を示す図である。 −方向へ２ｃｍずらせながら各位置で検出した反射信号を示す図である。 平均化処理後の反射信号を示す図である。 チャープ波の送受信結果を示す図である。 河川に対する架管の１例を示す図である。 管体に形成した擬似減肉欠陥の探傷検査を説明する図である。 管体に付着した付着物の探傷検査を説明する図である。 管体１１に施された塗覆装皮膜２０の探傷検査を説明する図である。

符号の説明

３１，３３，４１，４３，４７，５１ 管体
３２，４２，５２ 減肉欠陥
３４，４４，４８ 付着物
３５ 超音波探触子

Claims (7)

1. 超音波であるせん断水平波を用いて管体の減肉欠陥を診断する管体の超音波探傷検査方法において、
   せん断水平波を発振することのできる超音波探触子を準備し、
   超音波探触子と管体との接触部からせん断水平波を管体に入射し、
   超音波探触子によって反射信号を検出し、
   反射信号の１番目の波形におけるピーク値の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別することを特徴とする管体の超音波探傷検査方法。
2. 超音波であるせん断水平波を用いて管体の減肉欠陥を診断する管体の超音波探傷検査方法において、
   せん断水平波を発振することのできる超音波探触子を準備し、
   超音波探触子と管体との接触部からせん断水平波を管体に入射し、
   超音波探触子によって反射信号を検出し、
   反射信号の最大ピーク値の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別することを特徴とする管体の超音波探傷検査方法。
3. 超音波であるせん断水平波を用いて管体の減肉欠陥を診断する管体の超音波探傷検査方法において、
   せん断水平波を発振することのできる超音波探触子を準備し、
   超音波探触子と管体との接触部からせん断水平波を管体に入射し、
   超音波探触子によって反射信号を検出し、
   反射信号における判別基準強度値を予め選定し、
   反射信号の波形が判別基準強度値を最初に通過する点の位相が進み位相であるか遅れ位相であるかによって、減肉欠陥または管体に対する付着物のいずれであるかを判別することを特徴とする管体の超音波探傷検査方法。
4. 超音波探触子によって反射信号を検出するに際し、
   反射信号の検出を同一箇所において複数回行い、
   複数回検出した反射信号の強度値を加算し、
   加算した強度値を反射信号の検出回数で除算する平均化処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の管体の超音波探傷検査方法。
5. 超音波探触子によって反射信号を検出するに際し、
   管体の周方向に、探傷に用いるせん断水平波の波長以上、かつ周長の１／８以下の距離を検出間隔として超音波探触子をずらせながら反射信号の検出を複数回行い、
   複数回検出した反射信号の強度値を加算し、
   加算した強度値を反射信号の検出回数で除算する平均化処理を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の管体の超音波探傷検査方法。
6. 複数回検出した反射信号の強度値を加算するに際し、
   それぞれ検出した反射信号に共通する基準位置を設定し、該基準位置の時間軸上における位置を一致させる補正処理を行うことを特徴とする請求項５記載の管体の超音波探傷検査方法。
7. 管体に入射するせん断水平波として、チャープ波を用いることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の管体の超音波探傷検査方法。

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