JP4429810B2 - 超音波探傷方法 - Google Patents

Description

この発明は、超音波探傷方法および材質変化部厚さ測定方法に関し、特に、精度良く浸炭層の検出ができる超音波探傷方法および材質変化部厚さ測定方法に関する。

超音波探傷装置を用いた試験体の浸炭層の検出方法が、たとえば、特開２０００−３２１０４１号公報（特許文献１）に記載されている。

特許文献１によれば、金属管の外面に間隔をおいて超音波斜角探傷試験用の送信側探触子と受信側探触子とを設け、超音波Ｖ透過法の試験により、浸炭層の厚さ等を測定している。
特開２０００−３２１０４１号公報（段落番号００１６等）

従来の超音波探傷装置を用いた試験体の浸炭層の検出方法においては、横波４５度等を主ビームとした超音波Ｖ透過法を用いている。この方法では、探傷感度を高めて探傷した場合、浸炭層がない場合でも探傷表面を伝播する縦波、横波、表面波などの妨害パルスが、表示器上で底面反射パルスの前に出現する。そのため、浸炭層の判別が困難になり、浸炭層の判別には相当の熟練が必要であるとともに、浸炭層の厚さの測定も困難であった。また、試験体自身の厚さの測定も困難であった。

この発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、試験体の浸炭層のような、材質の変化した部分を、容易に判別できるとともに、試験体や、浸炭層のような材質の変化した部分の厚さを容易に測定できる、超音波探傷方法および材質変化部厚さ測定方法を提供することを目的とする。

この発明にかかる、送信側探触子と、受信側探触子とを、試験体の表面に当接して試験体を探傷する超音波探傷方法は、送信側探触子を用いて、試験体の表面から、横波縦波モード変換を起こしやすいパルスを出射するステップと、受信側探触子を用いて、試験体の底面から、モード変換した底面モード変換パルスを入射するステップと、受信側探触子に入射したモード変換パルスに基づいて、試験体の厚さを検出する検出ステップとを含む。
試験体の表面から、横波縦波モード変換を起こしやすいパルスを出射し、試験体の底面から入射した、モード変換した底面モード変換パルスに基づいて試験体の厚さを検出する。測定用の底面モード変換パルスを他の妨害パルスと分離できるため、測定パルスの判別が容易となる。

その結果、試験体の厚さを容易に測定できる、超音波探傷方法が提供できる。

好ましくは、底面モード変換パルスは、ＳＳ変換パルス、ＳＬ／ＬＳ変換パルスおよびＬＬ変換パルスを含み、検出ステップは、複数の変換パルスの中から、ＳＬ／ＬＳ底面パルスを検出するステップと、送信側探触子と、受信側探触子間の距離を検出するステップと、ＳＬ／ＬＳ底面パルスのビーム路程を検出するステップと、送信側と受信側探触子間の距離およびＳＬ／ＬＳ底面パルスの路程を基に、試験体の厚さを検出する。

さらに好ましくは、試験体は、その内部に材質の変化する境界面を有し、受信側探触子は、材質の変化する境界面からのモード変換された境界面変換パルスを入射し、検出ステップは、境界面変換パルスに基づいて、材質の変化する境界面の位置を検出する。

内部に材質の変化する境界面が存在する場合においても、その境界面測定用の底面モード変換パルスを妨害パルスと有効に分離できるため、浸炭層のような材質の変化した部分の厚さを容易に検出できる、超音波探傷方法を提供できる。

なお、材質の変化する境界面は、試験体の底面側に存在してもよいし、試験体の表面側に存在してもよい。

また、横波縦波モード変換を起こしやすいパルスは、試験体直下方向に対して横波屈折角で０°から縦波臨界角である３３．２°の角度で出射される横波パルスである。

なお、横波縦波モード変換を起こしやすいパルスは、試験体直下方向に対して３０°の角度で出射される横波パルスがより好ましい。
この発明の他の局面によれば、材質変化部厚さ測定方法は、内部に材質の変化する部分を有する試験体に、その一方側から、横波から縦波へのモード変換を行なうパルスを出射するステップと、試験体の他方側端面からの、モード変換されたパルスを試験体の一方側で入射するステップと、入射されたパルスを利用して、試験体の、内部の材質の変化した部分の厚さを求める。

以下、図面を参照して、この発明の一実施の形態について説明する。図１は、この発明の一実施の形態にかかる超音波探傷器１５の要部を示すブロック図である。図１を参照して、超音波探傷器１５は、超音波探傷器１５全体を制御するＣＰＵ１５１と、ＣＰＵ１５１にインターフェイス１５２を介して接続された超音波探傷器１５のオンオフを行うスイッチ１５３、送信部１５４、同期部１５５、時間軸部１５６、受信部１５７、メモリ部１５９、増幅部１６０および表示部１６1とを含む。

送信部１５４は、後に説明する送信側探触子Ｔに接続され、パルス信号を出力する。同期部１５５は、送信部１５４の発信信号と時間軸部１５６を同期させる。時間軸部１５６は、送信から受信までの時間を測定し、距離に換算する。受信部１５７は、受信側探触子Ｒに接続され、受信側探触子Ｒで伝播してきた信号を受信する。なお、受信部１５７は、受信したアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１５８を有する。メモリ部１５９は、Ａ／Ｄ変換された受信信号を格納する。増幅部１６０は、受信した信号を増幅する。表示部１６１は、後に説明するように、受信信号を探傷図形として表示する。

図２は、この発明にかかる超音波探傷方法の測定原理を説明するための模式図である。この発明においては、超音波探傷方法は、従来のような横波４５°等を主ビームとしたＶ透過法ではなく、横波縦波モード変換パルスを利用したＶ透過法を採用する。横波縦波モード変換パルスにおいては、横波（Ｓ）入射／縦波（Ｌ）反射、および縦波（Ｌ）入射／横波（Ｓ）反射が存在するため、以下の説明においては、これらを統合して、「ＳＬ／ＬＳパルスＶ透過法」という。

図２を参照して、ＳＬ／ＬＳパルスＶ透過法を用いた超音波探傷装置１０においては、送信側探触子Ｔと、受信側探触子Ｒとが、試験体２０の表面１１上に所定の探触子間距離２Ｙを開けて配置される。

ここでは、まず、試験体２０に浸炭層のような、材質の変化した部分がなく健全な場合について説明する。この場合は、試験体２０を表面１１から底面１３までの全厚さを測定することになる。

ＳＬ／ＬＳパルスＶ透過法においては、送信側探触子Ｔから、最もモード変換が起こりやすい横波３０°（図３においてθＳで示す）を主ビームとした超音波１６ａを、試験体２０に入射したとき、底面１３または境界面で反射した、縦波１７ａにモード変換したパルスが、受信側探触子Ｒで受信される。

なお、モード変換が起こりやすい横波の角度は、３０°が好ましいが、これに限らず、鋼の場合、横波屈折角で、０°から縦波臨界角である、３３．２°の範囲であれば、モード変換がおこる。

図２に示すように、このとき、同時に縦波６６°（図３においてθＬで示す）を主ビームとした超音波１７ｂも出射され、横波１６ｂが受信側探触子Ｒに入射する。なお、図２には、図に示す位置に送信側および受信側探触子Ｔ、Ｒを配置したとき、超音波ビームの拡がりによって受信側探触子Ｒに受信（入射）される他の横波と縦波の経路も示している。超音波ビームの拡がりによる横波１８は、底面で反射し、横波１８と同じ経路を通る縦波も底面で反射して伝播する。すなわち、図に示す送信側および受信側探触子Ｔ，Ｒの配置では、表示部１６１上に底面パルスとして、ＳＬ／ＬＳパルスの他、超音波ビームの拡がりによって、縦波入射縦波反射（ＬＬ）パルス、および横波入射、横波反射（ＳＳ）パルスが現れる。

図２で斜線１９で示したように、送信側探触子Ｔから主ビームが横波３０°、縦波６６°の超音指向性はいずれも鈍く、超音波ビームは、拡がって伝播する。

なお、図において、横波は、太線で、縦波は、細線で示している。

図３は、図２に示した各ビームの経路を説明する図である。図３に示すように、３種類のビームの経路が存在する。図３を参照して、位置２１は、横波１６ａで出射し、試験体２０の底面１３上の点２７で反射した横波の底面パルスの入射する位置である。以下、この入射パルスをＳＳ底面パルスという（以下、単に、「ＳＳ」と表示する場合がある）。

位置２２は、横波１６ａで出射し、試験体２０の底面１３上の点２７で反射した縦波１７ｂの底面パルスの入射する位置、または、縦波１７ａで出射し、試験体２０の底面１３上の点２８で反射した横波１６ｂの底面パルスの入射する位置である。以下、この入射パルスをＳＬ／ＬＳ底面パルスという（以下、単に、「ＳＬ／ＬＳ」と表示する場合がある）。

位置２３は、縦波１７ａで出射し、試験体２０の底面１３上の点２８で反射した縦波１７ｃの底面パルスの入射する位置である。以下、この入射パルスをＬＬ底面パルスという（以下、単に、「ＬＬ」と表示する場合がある）。

ＳＬ／ＬＳパルスＶ透過法では、底面反射パルスそれぞれのビーム路程と送受信探触子間距離の幾何学的配置から試験体の厚さを算出できる。以下、具体的に説明する。

図４は、表示部１６１に表示される、ビーム路程とエコー高さとの表示例を示す図である。図４（Ａ）は、探傷感度として、ＳＬ／ＬＳ底面パルスを８０％のエコー高さに設定した場合のＳＳ、ＳＬ／ＬＳ、およびＬＬのそれぞれの底面パルスの波形を示し、図４（Ｂ）は、図４（Ａ）のデータを基に、探傷感度を高めた場合の表示例を示す。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）からわかるように、ある探触子間距離において、表示部１６１には、ビーム路程の短い順にＬＬ底面パルス、ＳＬ／ＬＳ底面パルス、ＳＳ底面パルスが現れる。なお、図４（Ｂ）において、ＬＬ底面パルスよりも路程の短い位置にピーク値が現れているが、これは、試験体２０の表面１１を伝播する妨害パルスである。

なお、これらのパルスは超音波ビームが拡がり、探傷感度を高めているため、探触子間距離２Ｙが変化しても広範囲にわたって表示部１６１上に現れる。

図５は、図４のデータを基に、同一の板厚の試験体２０における探触子間距離２Ｙとビーム路程の関係を計算した結果を示す図である。なお、図５では、浸炭層２５が試験体２０の底面１３側に設けられている場合についても、一部説明している。したがって、図５には、ＳＳ底面パルス３１、ＳＬ／ＬＳ底面パルス３４、ＬＬ底面パルス３７以外に、表面波パルス３２、表面横波パルス３３、ＳＬ／ＬＳ境界面反射パルス３５、ＳＬ／ＬＳ境界屈折パルス３６および表面縦波パルス３８のデータも表示している。

ここで、ＳＬ／ＬＳ境界面反射パルス３５とは、試験体２０の内部に浸炭層２５のような境界層が形成されている場合に、その境界面で反射するするパルスをいい、ＳＬ／ＬＳ境界屈折パルス３６とは、浸炭層のような境界面で屈折してその端面（底面１３）に入り、底面１３で反射したパルスをいう。
また、図５において、○印は、主ビームによるピーク位置を示す。図５には、探触子接近限界内距離も合わせて示しているが、図から明らかなように、ＳＳ底面パルスのピーク位置は、探触子接近限界内に存在するため、実際には測定できない。

図５を参照して、ある探触子間距離２Ｙにおいて表示部１６１上では、ビーム路程の短い順にＬＬ底面パルス、ＳＬ／ＬＳ底面パルス、ＳＳ底面パルスが現れ、この関係は探触子間距離２Ｙにかかわらず、不変である。また、その他に表面１１を伝播する妨害パルスが現れる。これらの妨害パルスのうち、上記したように、表面１１を伝播する縦波は最もビーム路程の短い位置に現れ、探触子間距離によって位置関係が変化することはない。表面１１を伝播する横波、表面波は、探触子間距離が短い位置では表示部１６１上でビーム路程がＳＬ／ＬＳ底面パルスよりも短い位置に現れるが、ＳＬ／ＬＳ底面パルスがピークとなる位置付近より探触子間距離が長くなると、これらの妨害パルスはＳＬ／ＬＳ底面パルスよりもビーム路程が長い位置に現れるようになる。

これは、ＳＬ／ＬＳ底面パルスがピークとなる位置付近より探触子間距離が大きくなれば、ＳＬ／ＬＳ底面パルスや浸炭層などの境界パルスが、妨害パルスである表面１１を伝播する横波や表面波に干渉されないで評価できることを意味している。したがって、ＳＮ比の高い探傷が可能で、出現パルスの識別が容易である。

ＳＬ／ＬＳ底面パルスは、これら出現パルス相互のビーム路程と探触子間距離２Ｙから識別し、底面１３までの全厚をＳＬ／ＬＳ底面パルスのビーム路程と探触子間距離との幾何学的配置から算出する。次に、この計算方法について説明する。

まず、探触子Ｔ、Ｒの幾何学的配置、ＳＳ底面パルス、ＳＬ／ＬＳ底面パルス、ＬＬ底面パルスの３種類のパルス相互のビーム路程から、ＳＬ／ＬＳ底面パルスを識別する。

次いで、送信側および受信側探触子Ｔ、Ｒ間の距離、ＳＬ／ＬＳ底面パルスのビーム路程を読取り、次の式（１）または（２）に基づいて厚さを計算する。

厚さｔ＝｛（Ｗ）／（１／ｃｏｓθＳ−１／ｃｏｓθＬ）｝×（ＣＬ／ＣＳ）・（１）
ｔ＝（２Ｙ）／（ｔａｎθＳ＋ｔａｎθＬ）・・・・・・・・・（２）
ここで、Ｗ ＝ビーム路程
ＣＳ＝横波音速（３２３０ｍ/ｓ）
ＣＬ＝縦波音速（５９００ｍ/ｓ）
（２）浸炭層がある場合
次に、試験体２０に浸炭層が存在する場合について説明する。図６は、試験体２０に浸炭層２５が存在する場合の各種パルスの経路を示す図である。ここでは、浸炭層２５は、試験体２０の内部側（探触子に対して、反対方向の底面１３側）に存在する場合を示す。この場合に、ＳＬ／ＬＳパルスＶ透過法を用いると、その境界でモード変換による反射や屈折が生じ、底面反射パルスとビーム路程の異なるパルス（境界面反射パルス、境界屈折パルス、底面境界面反射パルス、表面境界面反射パルスという）が表示部１６１上に現れる。

図６を参照して、送信側探触子Ｔから出射されたＳＬ／ＬＳパルス４１ａは、境界面４５の点５１で反射して境界面反射パルス４３ａとなり、受信側探触子Ｒ１で受信される。パルス４１ａの一部は、そのまま浸炭層２５を直進し、底面１３で反射して、底面反射パルス４２ｂとして反射し、受信側探触子Ｒ２でＳＬ／ＬＳ底面パルスの底面ピーク位置として、受信される。ＳＬ／ＬＳパルス４１ａの一部は、境界面４５の点５１で屈折し、境界屈折パルス４４ａとして底面１３で反射し、受信側探触子Ｒ３で受信される。

送信側探触子Ｔから送信されたＳＬ／ＬＳパルスである縦波４２ａの一部は、境界面４５の境界反射位置５２で反射し、横波４１ｂとして受信側探触子Ｒ１に入射する。すなわち、ＳＬ／ＬＳ境界面反射パルス４１ａ、４１ｂは、点５１、５２の２箇所で反射し受信側探触子Ｒ１に「境界面反射パルス」として入射する。

縦波４２ａの残りは、そのまま浸炭層２５を通過し、底面１３で反射され、ＳＬ／ＬＳ底面パルスとして、先の底面反射パルス４２ｂと同様に、横波４１ｃとして、受信側探触子Ｒ２に、「底面パルス」として、入射される。

浸炭層２５を通過した縦波４２ａの一部は、底面１３で縦波４２ｃとして反射し、境界面４５の点５３で屈折し、受信側探触子Ｒ３に入射する。すなわち、ＳＬ／ＬＳパルス４１ａ、４２ａは、境界面４５上の点５１、５３で屈折して、受信側探触子Ｒ３に、「境界屈折パルス」として入射する。

なお、図６においても、図２と同様に、横波は、太線で、縦波は、細線で示している
図７は、上記した各パルスの、表示部１６１に表示される、ビーム路程とエコー高さとの表示例を示す図である。図７（Ａ）は、境界面反射パルスを示し、図７（Ｂ）は、底面パルスを示し、図７（Ｃ）は、境界屈折パルスを示す。図７（Ｂ）は、図４（Ｂ）に対応し、図４（Ｂ）と同様に、ＳＬ／ＬＳ底面パルスがピークとなる探触子位置において、表示部１６１上でＳＬ／ＬＳパルスを８０％にゲイン調整した後、同位置で探傷感度を高めて、図７（Ａ）および（Ｃ）を得ている。
図７（Ａ）および（Ｃ）を参照して、境界面反射パルス６２および境界屈折パルス６３は底面パルス６１よりビーム路程の短い位置に現れていることがわかる。このことから、浸炭層２５の有無は、ＳＬ／ＬＳ底面パルスのピーク位置で判断が可能である。

また、浸炭層２５の厚さも上記した式（１）または（２）を用いて、同様に計算できる。

次に、試験体２０の外面側（探触子の載置される表面１１側）に浸炭層がある場合について説明する。

図６で用いた試験体２０を反転して、図７と同様のデータを得た例を、図８および図９に示す。図８を参照して、この例では、浸炭層２５は、探触子Ｔ，Ｒの設けられる側に設けられている。送信側探触子ＴからのＳＬ／ＬＳパルス（横波７１ａ、縦波７２ａ）が、境界面４５上の点７５、７６および底面１３で屈折や反射が発生して、それを受信側の探触子Ｒ４、Ｒ５で受信する。なお、ここでも、横波は太線で、縦波は細線で表している。

図９を参照して、外面側に浸炭層がある場合は、境界面反射パルスは表示部１６１上には現れず、ＳＬ／ＬＳ底面パルスがピークとなる探触子間距離より離れた位置に探触子を配置したとき、浸炭層の境界でモード変換した境界屈折パルスが、表示部１６１上でＳＬ／ＬＳ底面パルスの前に現れる。

図１０は、浸炭層２５が外面側に存在する場合の、図５に対応する図である。基本的に図５と同じ特性を有するが、送信側と受信側の探触子の接近限界が存在するため、ＳＬ／ＬＳ境界面反射パルスは、計測できない。したがって、データとしては存在しない。

次に、上記のデータから、浸炭層２５の厚さの算出方法について、説明する。浸炭層２５の浸炭厚さの算出は、妨害パルスに干渉されない探触子間距離２Ｙにおいて、ＳＬ／ＬＳパルスが最大となるように探触子間距離２Ｙを変化させ、表示部１６１上で得られた底面パルスのビーム路程と浸炭層２５等の境界によるパルスのビーム路程およびそのときの探触子間距離２Ｙから、上記した式（１）、（２）と同様の方法で算出する。

すなわち、ビームの拡がりのために、ピーク位置以外の探触子間距離２Ｙでは、屈折角が変化する。縦波、横波、それぞれの屈折角を順次変化させたときの、探触子間距離２Ｙごとのビーム路程と試験体２０の板厚の関係を計算によって求め、テーブルを作成する。探触子間距離２Ｙとビーム路程を読取り、テーブルから算出する。

具体的な、試験体の板厚の算出例を図１１を参照して説明する。図１１は、探触子間距離２Ｙを一定に保った状態（この例では、１７ｍｍ）における、板厚とビーム路程との関係を示す図である。

図１１には、ＳＳ底面パルス３１、表面波パルス３２、ＳＬ／ＬＳ底面パルス３４、表面横波パルス３９、ＬＬ底面パルス３７、表面縦波パルス３８のデータとともに、表面側に浸炭層２５が存在する場合に、その厚さごとに異なるパルス入射データ８１〜８６が示されている。ここで、入射データ８１は浸炭層厚さが０．５ｍｍの場合のデータであり、入射データ８２は浸炭層厚さが１．０ｍｍの場合のデータであり、入射データ８３は浸炭層厚さが1.５ｍｍの場合のデータであり、入射データ８４は浸炭層厚さが２．０ｍｍの場合のデータであり、入射データ８５は、浸炭層厚さが２．５ｍｍの場合のデータであり、入射データ８６は浸炭層厚さが３．０ｍｍの場合のデータである。

図１１を参照して、底面１３側に浸炭層２５が設けられている場合は、図６においてｔ２の位置でＳＬ／ＬＳ底面パルスが反射していると考えられる。したがって、検出されたビーム路程を読取って、その値のＸ方向の線と、ＳＬ／ＬＳ底面パルス３４の線の交点を求めて、板厚を求める。この板厚を全板厚ｔ１から引くと、浸炭層２５の厚さが得られる。すなわち、内面厚さ（底面１３側に浸炭層がある場合のその厚さ）ｄ１は、Ｘ軸方向のデータを読むことによって求める。

一方、表面１１側に浸炭層２５が設けられている場合は、図８において、縦波７２ａでｔ４進み、境界面４５でモード変換した横波７３ａでｔ３進み、底面１３で反射して、ｔ３＋ｔ４進む。すなわち、ｔ３だけ、横波で進み、ｔ３＋２×ｔ４だけ、縦波で進む。

このときの表面１１側の浸炭層２５の厚さは、以下の手順で求める。底面パルスから求めた全厚を板厚値としてＸ軸の値とし、その値と直交する軸を設定する。その軸上において、ＳＬ／ＬＳ底面パルスの線の交点をゼロとして、それぞれの浸炭厚さごとの線との交点が浸炭層２５の厚さとして示されている。浸炭層２５の厚さは、設定したＹ軸方向の軸上において、検出された浸炭層２５によるパルスのビーム路程の値との交点から求める。

すなわち、外面厚さ（表面１１側に浸炭層２５がある場合のその厚さ）は、求めた全厚のＸ軸の値に直交する軸上において、浸炭層２５の厚さごとに示された線を目盛りとしたデータを読むことによって求める。

次に、この発明にかかる、ＳＬ／ＬＳパルスＶ透過法の特徴について総括する。以上示したように、ＳＬ／ＬＳパルスＶ透過法による浸炭層等の材質変化部の測定方法は、従来法に比べて以下の利点がある。
（１）底面パルスのパルス高さがピークとなる探触子間距離が長いため、板厚が薄い試験体（５ｍｍ程度）に対しても、探触子接近限界距離に制限されないで探触子間距離に主ビームの反射が起こる。したがって、主ビームで探傷することが可能である。

これを、試験体の板厚ｔ＝５ｍｍで探触子接近限界距離が１２ｍｍのときを例にあげて説明する。従来であれば、横波４５°を主ビームとしたときの、ＳＳパルスピーク位置は、式（１）から、２Ｙ＝（ｔ×ｔａｎ４５°）×２＝１０．０ｍｍとなり、１２ｍｍよりも小さい。したがって、この寸法であれば、送信側と受信側の探触子接近限界内となり、主ビームのピークパルスを検出できない。

これに対して、この実施の形態によれば、横波３０°ＳＬ／ＬＳパルスピーク位置は、２Ｙ＝（ｔ×ｔａｎ３０°）＋（ｔ×ｔａｎ６６°）＝１４．１ｍｍ
となり、１２ｍｍより大きい。

したがって、探触子接近限界内に入ることなく、板厚が薄い試験体（５ｍｍ程度）に対しても、主ビームで探傷することが可能である。
（２）従来法では妨害パルスと考えていたＳＬ／ＬＳパルスを利用することにより妨害パルスの種類を減じ、かつ探触子間距離が主ビームのパルス高さのピークとなる位置より長い範囲では、その他の妨害パルスである表面１１を伝播する縦波、横波、表面波パルス（表面縦波、表面横波、表面波パルスという）と底面１３および境界面パルスが分離できるため、境界面パルスの判別が容易となる。
（３）従来法に比べると低い探傷感度で境界面反射パルスの検出が可能。

これは、図７や図９で示すように、境界面上の２箇所で反射、屈折が２箇所で起こるためや、境界面に入射する角度が適切であるためである。

なお、上記実施の形態においては、浸炭層の厚さの検出を表を作成して、それを参照する例について説明したが、これに限らず、この部分の処理をソフトウエア、またはハードウエア化してもよい。

この場合のソフトウエアにおける処理内容の具体的なフローチャートを図１２に示す。このフローチャートは、たとえば、超音波探傷器１５のＣＰＵ１５１または、別置きのパーソナルコンピュータで行ってもよい。

図１２を参照して、まず試験体２０の全厚さを測定する（ステップＳ１１、以下、ステップを省略する）、このときは、上記したように、送信探触子Ｔでモード変換パルスを出射し、受信探触子Ｒで、底面モード変換パルスを入射する（Ｓ１２）。次いで、ＳＬ／ＬＳ底面パルスを検出し（Ｓ１３）、ＳＬ／ＬＳ底面パルスピーク位置を検出し（Ｓ１４）、探触子間距離２Ｙおよび、ビーム路程Ｗを読取る（Ｓ１５）。以上のデータから試験体２０の厚さを算出する（Ｓ１６）。

次いで、受信したデータを増幅器１６０で増幅し、浸炭層２５の厚さ測定をするか否かを問い合せる。浸炭層２５の測定をしないときは、ここで処理を終了する。

浸炭層２５の厚さを測定するときは、試験体２０の表面側を測定するのか、底面側を測定するのかを表示部１６１で問い合せる。表面１１側の浸炭層２５を測定するときは、底面モード変換パルス、境界面反射パルスおよび境界面屈折パルスを受信側探触子Ｒで受信し（Ｓ２０）、探触子間距離を変化させ（Ｓ２１）、探触子間距離２Ｙおよびビーム路程Ｗを読取り、底面１３側の浸炭層２５の厚さを算出する（Ｓ２３）。

底面１３側の浸炭層２５の厚さを測定するときも、表面１１側と同様の処理を行なって、表面１１側の浸炭層２５の厚さを算出する（Ｓ２４〜Ｓ２７）。

なお、探触子間距離２Ｙの検出等には、それに適したセンサ等を用いるものとする。

なお、上記実施の形態においては、試験体の表面側と底面側において、別々に浸炭層のような、材質の変化した部分が存在する場合を例にあげて説明したが、これに限らず、材質変化層が表面側と底面側の両方に存在する場合も同様に検出可能であるのは、いうまでもない。

また、上記実施の形態においては、試験体において、材質の変化した部分として浸炭層を例にあげて説明したが、これに限らず、窒化層やクラッド層等、さまざまな材質変化層も検出可能である。

上記実施の形態においては、浸炭層の有無、内外面の判別、厚さの算出をＳＬ／ＬＳパルスに係わる境界面反射パルスや境界面屈折パルスを用いて行なう例について説明したが、これに限らず、ＬＬパルスやＳＳパルスに係わる境界面反射パルスや境界面屈折パルスを用いて、単独、または併用して行なうことが可能である。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明にかかる超音波探傷装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明にかかる超音波探傷装置の測定原理を説明するための模式図である。 図２に示した各ビームの経路を説明する図である。 ビーム路程とエコー高さとの表示例を示す図である。 同一の板厚の試験体における探触子間距離とビーム路程の関係を計算した結果を示す図である。 試験体に浸炭層が存在する場合の、各種パルスの経路を示す図である。 試験体に浸炭層が存在する場合の、ビーム路程とエコー高さとの表示例を示す図である。 試験体に浸炭層が存在する場合の、各ビームの経路を説明する図である。 試験体に浸炭層が存在する場合の、ビーム路程とエコー高さとの表示例を示す図である。 試験体に浸炭層が存在する場合の、同一の板厚の試験体における探触子間距離とビーム路程の関係を計算した結果を示す図である。 探触子間距離を一定に保った状態における、板厚とビーム路程との関係を示す図である。 この発明の一実施の形態を自動化した場合の処理手順の内容を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ 超音波探傷装置、１１ 表面、１３ 底面、１５ 超音波探傷器、１６ 横波、１７ 縦波、１９ 入射波の分布範囲、２０ 試験体、２５ 浸炭層、４５ 境界面、１５１ ＣＰＵ、１５４、送信部、１５５ 同期部、１５６ 時間軸部、１５７ 受信部、１６０ 増幅部、１６１表示部、Ｔ 送信側探触子、Ｒ 受信側探触子。

Claims (7)

1. 送信側探触子と、受信側探触子とを、試験体の表面に当接して試験体を探傷する超音波探傷方法であって、
   前記試験体は内部に材質の変化する境界面を有し、
   前記送信側探触子を用いて、前記試験体の表面から、横波縦波モード変換を起こしやすいパルスを出射するステップと、
   前記受信側探触子を用いて、前記試験体の底面から、前記モード変換した底面モード変換パルスを入射するステップと、
   前記受信側探触子を用いて、前記材質の変化する境界面からの前記モード変換された境界面変換パルスを入射するステップと、
   前記底面モード変換パルスおよび前記境界面変換パルスを用いて前記試験体の材質の変化する境界面の位置を検出するステップとを含み、
   前記境界面変換パルスは、前記境界面で反射して前記試験体の表面に向かう境界面反射パルスと前記境界面で屈折し、且つ、前記底面で反射して前記試験体の表面に向かう境界面屈折パルスとを含み、
   前記送信側探触子から出射され、前記受信側探触子に入射されたパルスは前記送信側探触子と前記受信側探触子との間でそれぞれのビーム路程を形成し、
   前記底面モード変換パルスと、前記境界面反射パルスと、前記境界面屈折パルスとは、前記送信側探触子と前記受信側探触子との間隔および前記試験体の厚さに応じて、それぞれのパルスのビーム路程が決まっており、
   前記探触子間の距離と前記パルスのビーム路程とから前記パルスを識別するステップを含み、
   前記試験体の材質の変化する境界面の位置を検出するステップは、前記それぞれのパルスのビーム路程と、前記送信側探触子が出射するパルスの出射角度と、前記受信側探触子へ入射するパルスの入射角度とから、前記試験体の材質の変化する境界面の位置を検出する、超音波探傷方法。
2. 前記境界面反射パルスと前記境界面屈折パルスとは、前記底面モード変換パルスよりも短いビーム路程を有し、
   前記境界面反射パルスと、前記境界面屈折パルスと、前記底面モード変換パルスとの、それぞれのビーム路程の位置を比較して、前記試験体の内部に材質の変化する境界面があるか否かを検出する、請求項１に記載の超音波探傷方法。
3. 前記パルスは、前記送信側探触子が横波を出射し前記受信側探触子が横波を受信するＳＳ変換パルスと、前記送信側探触子が横波を出射し前記受信側探触子が縦波を受信するか、または、前記送信側探触子が縦波を出射し前記受信側探触子が横波を受信するＳＬ／ＬＳ変換パルスと、前記送信側探触子が縦波を出射し前記受信側探触子も縦波を受信するＬＬ変換パルスとを含み、
   前記検出ステップは、
   前記複数の変換パルスの中から、前記ＳＬ／ＬＳ底面パルスを検出するステップと、
   前記送信側探触子と、前記受信側探触子間の距離を検出するステップと、
   前記ＳＬ／ＬＳ底面パルスのビーム路程を検出するステップと、
   送信側と受信側探触子間の距離およびＳＬ／ＬＳ底面パルスの路程を基に、前記試験体の厚さを検出する、請求項１または２に記載の超音波探傷方法。
4. 前記材質の変化する境界面は、前記試験体の底面側に存在し、前記境界面の位置を検出するステップは、前記試験体の底面から、前記境界面までの厚さを測定する、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探傷方法。
5. 前記材質の変化する境界面は、前記試験体の表面側に存在し、前記境界面の位置を検出するステップは、前記試験体の表面から、前記境界面までの厚さを測定する、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探傷方法。
6. 前記横波縦波モード変換を起こしやすいパルスは、前記試験体直下方向に対して横波屈折角で０°から縦波臨界角である３３．２°の角度で出射される横波パルスである、請求項１から５のいずれかに記載の超音波探傷方法。
7. 前記横波縦波モード変換を起こしやすいパルスは、前記試験体直下方向に対して３０°の角度で出射される横波パルスである、請求項１から５のいずれかに記載の超音波探傷方法。

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