JP4527216B2

JP4527216B2 - Ultrasonic flaw detection method and ultrasonic flaw detection apparatus

Info

Publication number: JP4527216B2
Application number: JP22231099A
Authority: JP
Inventors: 正明岡
Original assignee: Olympus Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Olympus Corp; Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 1999-08-05
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2010-08-18
Anticipated expiration: 2019-08-05
Also published as: JP2001050938A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クラッド鋼製圧力容器、及びステンレス／インコネル等の内面肉盛り溶接仕様の圧力容器の溶接継ぎ手部の超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧力容器の設計、製作、検査を規定するＡＳＭＥコード、その他国内外の法規／コードは、放射線検査（ＲＴ）を前提とするものであった。しかし、原子力用機器に超音波検査（ＵＴ）が広く用いられるにおよんで、１９９４年頃より放射線検査（ＲＴ）の代替として、自動超音波検査（ＡＵＴ）を使用してもよいとする例外規定を制定しようとする動きがでてきた。
【０００３】
その後、ＡＳＭＥ規格委員会の審議を経て、１９９６年１２月２３日、ＡＳＭＥＣＯＤＥＣＡＳＥ２２３５として例外規定が承認され、自動超音波探傷装置による板厚４インチ以上の圧力容器の合否判定検査が可能となった。
【０００４】
ＡＳＭＥＣＯＤＥＣＡＳＥ２２３５の基本要求事項として下記が挙げられる。
【０００５】
１．板厚４インチまたはそれ以上に適用する。
２．溶接線の両側２インチ範囲を探傷する。
３．コンピュータによる自動データ処理を行う。
４．検査結果は原始データをもファイル保存する。
５．０．０６ｔを越えない大きさの傷を含む傷を内在した認定用試験体を準備する。
６．検査員の認定
７．検査手法のデモンストレーションによる評価承認
８．傷寸法（Ｓ：深さ位置、Ｌ：長さ、Ａあるいは２Ａ：高さ）の測定
９．検査記録の提出
１０．合否判定基準
なお、ＡＳＭＥＣＯＤＥＣＡＳＥ２２３５の合否判定基準は、傷の深さ（Ａあるいは２Ａ）と長さ（Ｌ）を測定してアスペクト比を求め、アスペクト比に応じて決められた許容傷長さ（Ｌ）により合否を判定する。従って、ＡＳＭＥＣＯＤＥＣＡＳＥ２２３５適用のためには、傷の深さ位置、長さ、高さの正確な測定が要求される。
【０００６】
このような要求に対して、超音波探傷法のなかでも、特に、傷の高さを他の超音波による非破壊検査法と比べてより正確に測定できるＴＯＦＤ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔＤｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：飛行時間回析）法が採用されている。
【０００７】
ＴＯＦＤ法を圧力容器の製作中、検査、据え付け、保全の全般にわたり適用することにより、圧力容器の健全性を監視・維持することに役立てることができる。ＲｉｓｋＢａｓｅｄＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎの普及と共に、ＴＯＦＤ法による使用期間中検査と余寿命診断も行われている。
【０００８】
ＴＯＦＤ法は、例えば、「溶接技術」平成１０年９月号別冊に、『ＴＯＦＤ新しい超音波探傷法とその活用』と題して開示されている。ＴＯＦＤ法は、簡単に言えば、送信探触子と受信探触子を向かい合わせて配置し、送信探触子から縦波を伝播させ、内在する傷の上端、及び下端で発生した回析波を受信探触子で受信して解析を行う方法である。
【０００９】
探傷面に沿ってラテラル波、傷からの回析波、及び底面エコーの受信探触子への到着時間差と音速の関係により、傷の深さと高さを正確に測定できる。走査方法は、初期の粗探傷においては、溶接線を中心に２個の探触子を配置し、溶接線に平行に走査（Ｄ−スキャンと呼ばれる）する。そして、傷検出箇所のみ、傷検出箇所を中心に２個の探触子を配置し、溶接線に直角に走査（Ｂ−スキャンと呼ばれる）する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、次のような要求が提起されている。
【００１１】
１．圧力容器の溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）後のステージにおいて、溶接継ぎ手部の放射線検査（ＲＴ）、又はその代替の自動超音波検査（ＡＵＴ）実施要という要求が非常に多くなってきている。そうした場合、クラッド鋼製圧力容器、及びステンレス／インコネル等の内面肉盛り溶接仕様の圧力容器においては、溶接継ぎ手部の肉盛り溶接部を含めて合否判定検査を行わなければならない。
【００１２】
２．クラッド材（母材）部、肉盛り溶接部を強度部材に含んで板厚決定されたクラッド鋼製圧力容器、及びステンレス／インコネル等の内面肉盛り溶接仕様の圧力容器においても、溶接継ぎ手部の肉盛り溶接部を含めて合否判定検査を行わなければならない。
【００１３】
しかしながら、肉盛り溶接部に内在する傷は、ＴＯＦＤ法では検出が非常に困難であり、合否判定が不可能である。ＴＯＦＤ法による傷検出／合否判定は、母材溶接部に限って行われているのが現状である。
【００１４】
本発明は、上記のような問題点を鑑み、母材溶接部と肉盛り溶接部の同時探傷を可能とする超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【００１５】
本発明の他の課題は、クラッド鋼製圧力容器、及びステンレス／インコネル等の内面肉盛り溶接仕様の圧力容器の溶接継ぎ手部の超音波探傷装置であって、特に母材溶接部に限らず、肉盛り溶接部も同時探傷にて傷検出を行うことにより、放射線検査（ＲＴ）法の代替となる合否判定検査を可能とする超音波探傷装置を提供することにある。
【００１６】
本発明はまた、上記のシステムに適した超音波探傷方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、単一の超音波探傷スキャナを用いて、溶接継ぎ手部に対して、ＰＡ法による超音波探傷と、ＴＯＦＤ法による超音波探傷とを行なう超音波探傷方法であって、ＰＡ法による電子的スキャンにおけるいずれかの超音波振動子群の励振時に、ＴＯＦＤ法に用いる探触子を励振して、上記二種類の超音波探傷を同時に行なうことを特徴とする超音波探傷方法が提供される。
【００１８】
本超音波探傷方法によれば、前記単一の超音波探傷スキャナは、前記溶接継ぎ手部の幅方向にわたるように短冊形の超音波送受信用振動子をリニアに多数配列して成るアレイプローブを用いてＰＡ法による超音波探傷を行なうと共に、前記アレイプローブに隣接し、かつ前記溶接継ぎ手部をまたぐように設けられた送信探触子及び受信探触子を用いてＴＯＦＤ法による超音波探傷を行なうことを特徴とする。
【００１９】
本発明によればまた、溶接継ぎ手部に対してＰＡ法による超音波探傷を行なうための第１の探触手段と、前記溶接継ぎ手部に対してＴＯＦＤ法による超音波探傷を行なうための第２の探触手段と、前記第１の探触手段及び前記第２の探触手段を搭載する単一の超音波探傷スキャナと、前記第１の探触手段及び前記第２の探触手段の動作タイミングを制御する制御装置と、を備えた超音波探傷装置であって、前記制御装置は、ＰＡ法による電子的スキャンにおけるいずれかの超音波振動子群の励振時に、ＴＯＦＤ法に用いる探触子を励振するよう動作タイミングを制御することを特徴とする超音波探傷装置が提供される。
【００２０】
本超音波探傷装置においては、前記第１の探触手段は、前記溶接継ぎ手部の幅方向にわたるように短冊形の超音波送受信用振動子をリニアに多数配列して成るアレイプローブを有し、前記第２の探触手段は、前記アレイプローブに隣接し、かつ前記溶接継ぎ手部をまたぐように設けられた送信探触子及び受信探触子を有することを特徴とする。
【００２１】
本超音波探傷装置においては更に、前記第２の探触手段は、前記送信用振動子と受信用振動子間のスパンの異なる二対の超音波送信用振動子及び超音波受信用振動子を有することを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。本発明は、肉盛り溶接部の欠陥検出／合否判定を目的として、ＰＨＡＳＥＤＡＲＲＡＹ法（以下、ＰＡ法と呼ぶ）をＴＯＦＤ法と併用して使用することに特徴がある。すなわち、本発明は、「母材溶接部：ＴＯＦＤ法」＋「肉盛り溶接部及び母材溶接部：ＰＡ法」という同時探傷を行う自動超音波探傷装置を提供するものである。
【００２３】
ＰＡ法自体は、例えば特開昭５７−６３７７号公報に開示されているように周知であり、電子走査式超音波システムとも呼ばれている。ＰＡ法は、簡単に言えば、短冊形の超音波送受信用の振動子をリニアに多数配列したアレイプローブを用い、同時に励振する振動子群を順番に切り替えることで、電子的にスキャンしデータを収録することができるシステムである。しかも、手探傷（パルスエコー法）実施時の機械的Ｙ走査を不要とし、溶接線に平行に走査（Ｄ−スキャン）する。更に、ＰＡ法においては、各振動子へのパルスに目的のあった遅延時間を与えることで自由に焦点を変換することができる。本形態では、ＰＡ法による超音波ビームの焦点は肉盛り溶接部に合わせる。
【００２４】
ＰＡ法は、ＴＯＦＤ法と同様に、探触子の機械的Ｙ走査（溶接線と直角方向の走査）が不要であるため、ＴＯＦＤ法／ＰＡ法併用システムのデータ入手に要する検査時間は、ＴＯＦＤ法のみのシステムと同じであり極めて速い。
【００２５】
ＰＡ法の傷検出能力は、肉盛り溶接部に各種線状・球状傷が内在したテストピースを用いて、既に検証済みである。
【００２６】
炭素鋼／Ｃｒ−Ｍｏ鋼等の無垢材の圧力容器に加えて、クラッド鋼製圧力容器、及びステンレス／インコネル等内面肉盛り溶接仕様の圧力容器をも対象として開発し、実機圧力容器検査のため導入した自動超音波探傷装置：「Ｆｏｃｕｓ３２／６４」（６４チャンネル仕様）の概要を述べる。
【００２７】
１．５０〜１００ｍｍ程度の母材板厚を有する圧力容器においても、ＴＯＦＤデータ入手を同時探傷にて可能とするため、６４チャンネルの内、第６３、第６４チャンネルはＴＯＦＤ用（ＴＯＦＤ−１／ＴＯＦＤ−２）として使用する。
【００２８】
２．第１チャンネルから第６２チャンネルまでは、ＰＡ法用として使用する。同時励振できるチャンネルは最大３０チャンネル｛（６４／２）−２｝であり、その範囲内で適宜同時励振の振動子を選定しフォーカルロー（ある焦点、ある角度を持たせたグループ）を作り、６２チャンネル（６４−２）の間で電子走査を行う。
【００２９】
３．ＴＯＦＤ法は、傷の深さ／走査方向の傷の長さのサイジングに有効であり、ＰＡ法も、傷の位置／大きさをかなりの精度で特定することが可能である。ＴＯＦＤ法のみでは傷の性状判別が困難であったが、両方式の組み合わせの特徴として、傷の性状も含めた精度の高い探傷が可能となる。
【００３０】
４．コンピュータ画像表示に関しては、ＴＯＦＤ画像（Ｄ−スキャン）に加えて、ＰＡ法でのＣ−スキャン（ＲＴフィルムと同じ見方）、Ｂ−スキャン等の画像を同一画面に表示可能である。
【００３１】
５．ＴＯＦＤ−１／ＴＯＦＤ−２の送信探触子、受信探触子（計４個）とＰＡ法用探触子（５ＭＨｚ，６４エレメント）１個を同一スキャナに取り付ける。このスキャナは、ＴＯＦＤ−１／ＴＯＦＤ−２の送信探触子、受信探触子とＰＡ法用探触子とを溶接線に沿った方向及びこれに直角な方向に移動させるためのものである。
【００３２】
６．圧力容器の周継ぎ手の探傷は、上記５個の探触子が取り付けられたスキャナをスタンドで探傷面に固定して、ターニングローラによる圧力容器本体の回転を利用することにより行う。
【００３３】
図１〜図３を参照して、本発明による自動超音波探傷装置の概要について説明する。自動超音波探傷装置は、溶接継ぎ手部１０における肉盛り溶接部１１及び母材溶接部１２に対してＰＡ法による超音波探傷を行うための第１の探触部２０と、溶接継ぎ手部における母材溶接部１２に対してＴＯＦＤ法による超音波探傷を行うための第２の探触部３０と、第１の探触部２０の動作タイミングを制御して第１の探触部２０からの受信信号を処理し肉盛り溶接部１１及び母材溶接部１２における傷の有無を検出すると共に、第２の探触部３０の動作タイミングを制御して第２の探触部３０からの受信信号を処理し母材溶接部１２における傷の有無を検出する制御装置（図示せず）とを備える。
【００３４】
第１の探触部２０は、溶接継ぎ手部１０の幅方向にわたるように短冊形の超音波送受信用振動子をリニアに６４個配列して成るアレイプローブ２１を有する。一方、第２の探触部３０は、アレイプローブ２１に隣接し、かつ溶接ビードをまたぐように設けられた２対の送信探触子３１Ｔ、３２Ｔ及び受信探触子３１Ｒ、３２Ｒ（ＴＯＦＤ−１、ＴＯＦＤ−２）を有する。２対の送信探触子３１Ｔ、３２Ｔ及び受信探触子３１Ｒ、３２Ｒは、溶接継ぎ手部１０の延在方向（Ｄスキャン方向）に関してアレイプローブ２１の前あるいは後に配置される。特に、第１の探触部２０と第２の探触部３０は、溶接継ぎ手部１０の延在方向及びこれに直角な方向に移動可能なスキャナ４０に搭載されている。なお、図２において、両端に矢を持つ矢印は、２対の送信探触子３１Ｔ、３２Ｔ及び受信探触子３１Ｒ、３２Ｒが、母材の板厚に応じて両者間のスパンを調整可能であることを意味している。
【００３５】
本自動超音波探傷装置においては、アレイプローブ２１は、第１〜第６４の６４個の超音波送受信用振動子（以下、エレメントと呼ぶ）を有して、そのうちの第１〜第６２の６２個のエレメントをＰＡ法による超音波探傷に用いる。
【００３６】
制御装置は、第１〜第６４の６４個のエレメントに対する動作タイミングを制御する機能を有する。特に、本形態では、制御装置は、３０個から成るエレメント群を同時に励振させることができ、しかも同時に励振するエレメント群を順番に切り替えることで、いわば電子的にスキャンを行うことができるようにしている。すなわち、制御装置は、最初に第１〜第３０の３０個のエレメント群を同時に励振して３０個のエレメントからの超音波を肉盛り溶接部１１のある１点に集束させて照射する。１点に集束させる照射は、励振パルス遅延回路２２を使用して各エレメントからの超音波ビームの照射をずらすことにより実現でき、このような機能は電子レンズと呼ばれる。
【００３７】
図４に、電子レンズの機能を模式的に示しており、励振パルス遅延回路２２を制御して図４中、左方に示すような複数種類の見かけ上の電子レンズを実現できる。これらの見かけ上の電子レンズの焦点距離に応じて集束点の深さ方向位置が変化する。
【００３８】
上記のような照射の結果、第１〜第３０の３０個のエレメントは、それぞれのエレメントから照射された超音波の反射波を受け、それを制御装置に送信する。制御装置は次に、第２〜第３１の３０個のエレメントを同時に励振して３０個のエレメント群からの超音波を肉盛り溶接部１１の幅方向にずれた１点に集束させて照射する。これを３３回行うことにより、溶接継ぎ手部１０の幅方向に関するスキャンを行うことができる。
【００３９】
制御装置はまた、第６３及び第６４の２個のエレメントに対する動作タイミングを制御する機能を利用して２対の送信探触子３１Ｔ、３２Ｔ及び受信探触子３１Ｒ、３２Ｒを動作させて、上記の３３回の照射毎に母材溶接部１２に対する超音波の照射を行う。
【００４０】
制御装置は更に、第１〜第３０の３０個のエレメントからの超音波を肉盛り溶接部のある１点に集束させ、それの受信信号を用いて肉盛り溶接部１１及び母材溶接部１２に関する処理を行い、次に、第２〜第３１の３０個のエレメントからの受信信号を用いて肉盛り溶接部１１及び母材溶接部１２の幅方向にずれた処理を行い、これを３３回行うことにより肉盛り溶接部１１及び母材溶接部１２の幅方向における傷の有無を検出する。
【００４１】
制御装置はまた、第６３及び第６４の２個のエレメントからの受信信号に対する処理機能を利用して２つの受信探触子３１Ｒ、３２Ｒからの受信信号を処理することにより母材溶接部１２における傷の検出を行う。
【００４２】
以上の点をまとめて言えば、「Ｆｏｃｕｓ３２／６４」の６４は、独立して制御できる探傷情報量の数（チャンネル数）を意味する。一方、３２は、同時励振できる（同時に超音波ビームを発信できる）チャンネル数を意味する。なお、ＴＯＦＤ法のみの探傷では、１チャンネルで対応可能である。
【００４３】
ＴＯＦＤ−１、ＴＯＦＤ−２は、同時探傷にて、探傷条件の異なるＴＯＦＤデータを入手するために本自動超音波探傷装置に採用している。すなわち、ＴＯＦＤ法は、２個の送信探触子３１Ｔ、３２Ｔ、２個の受信探触子３１Ｒ、３２Ｒによる探傷法である。
【００４４】
送信探触子及び受信探触子を２対用いるのは、以下の理由による。
【００４５】
例えば、厚さ５０ｍｍ以上の試験体に対しては、全板厚の探傷データを得るためには、送信探触子、受信探触子間のスパンを変えて２回以上の探傷が必要となる。
【００４６】
本自動超音波探傷装置では、５０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の試験体に対しては、同時に全板厚の探傷データを入手できるようにすべく、独立した探傷条件の異なる（探触子間のスパンを変えた）ＴＯＦＤ−１、ＴＯＦＤ−２を備えている。このため、ＴＯＦＤ−１、ＴＯＦＤ−２にて２チャンネル必要となる。従って、ＰＡ法に使用できるチャンネル数は、６４−２＝６２チャンネル、ＰＡ法として、ＴＯＦＤ法と同時に超音波ビームを発信できるのは、３２−２＝３０チャンネルとなる。
【００４７】
一方、ＰＡ法用のアレイプローブ２１は、以下の表１に示されるように、６４エレメントから構成されている。すなわち、６４個の独立した探触子から構成されていると考えることができる。アレイプローブ２１は、物理的には１個となり、各エレメント幅を１ｍｍとすると、全幅約６４ｍｍとなる。
【００４８】
【表１】

【００４９】
６４個のエレメントの内、ＰＡ法として使用するのは６２エレメントであり、残り２個のエレメント（番号６３、６４）は、ダミーとする。これは番号６３、６４のエレメント用のチャンネルをＴＯＦＤ−１、ＴＯＦＤ−２用に利用するためである。
【００５０】
表１に示されるように、ＰＡ法用の探触部の６４エレメント中、６２エレメントにチャンネル番号として図３の左端のエレメントより１〜６２の番号を割り当てる。
【００５１】
ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮＮｏ．１〜３３の内１ケースと、ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮＮｏ．３４、３５（ＴＯＦＤ−１、ＴＯＦＤ−２）を同時励振可能とする。ＣＯＮＦＩＧＵＲＡＴＩＯＮＮｏ．１〜３３の切り替えは、電子的に瞬時（１ナノ秒の単位）に行われる。
【００５２】
以上のようにして、本形態においては、ＰＡ法によりアレイプローブ２１を用いて肉盛り溶接部１１に対する超音波探傷が行われ、ＴＯＦＤ法により２対の送信探触子３１Ｔ、３２Ｔ及び受信探触子３１Ｒ、３２Ｒを用いて母材溶接部１２に対する超音波探傷が肉盛り溶接部１１の超音波探傷と同時に行われる。
【００５３】
なお、上記の形態においては、アレイプローブ２１におけるエレメント数が６４個の場合について説明したが、エレメントの数は６４に限定されないことは言うまでもない。
【００５４】
以上の点をまとめると、上記実施例の効果としては、以下のような点があげられる。
１．ＴＯＦＤ法とＰＡ法を併用（同時深傷）した自動超音波深傷装置により、クラッド鋼製圧力容器、及びステンレス／インコネル等の内面肉盛り溶接仕様の圧力容器の溶接継ぎ手部の傷検出／合否判定検査が、母材溶接部に限らず、肉盛り溶接部も可能となった。
【００５５】
２．ＴＯＦＤ法とＰＡ法の併用（同時深傷）により、傷の検出／サイジングのみならず、傷の性状判別も含めた精度の高い探傷が可能となった。
【００５６】
３．ＴＯＦＤ法／ＰＡ法の併用システムのデータ入手に要する検査時間は、ＴＯＦＤ法のみのシステムと同じであり極めて速い。放射線検査（ＲＴ）に比較すると検査費用の大幅なコストダウンにつながる。
【００５７】
４．圧力容器の溶接後熱処理（ＰＷＨＴ）後のステージで放射線検査（ＲＴ）要という要求が多くなってきている。このような要求に対して、板厚４インチ以下の場合、コード上放射線検査（ＲＴ）をＰＷＨＴ後に実施しなければならない。従来はＰＷＨＴ前後に品質確認のため、放射線検査（ＲＴ）を計２回実施していた。これに対し、ＰＷＨＴ前は、上記実施例による自動超音波深傷装置にて、母材溶接部／肉盛り溶接部の健全性を確認し、放射線検査（ＲＴ）は、ＰＷＨＴ後のみ実施することが可能となる。これにより検査費用の大幅なコストダウンにつながる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、ＴＯＦＤ法とＰＡ法という異なる二種類の超音波深傷を、単一の超音波深傷スキャナを用いて、一回の探傷時に同時に行うことにより、検査時間の短縮された精度の高い超音波探傷が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明において用いられるＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙ法による超音波探傷を説明するための図である。
【図２】図１におけるＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙ法において用いられる超音波探傷用のアレイプローブとＴＯＦＤ法において用いられる第２の探触部の関係を上方から見て示した図である。
【図３】図１におけるアレイプローブの動作を説明するための図である。
【図４】図３のアレイプローブにより実現される電子レンズの機能を模式的に示した図である。
【符号の説明】
１０溶接継ぎ手部
１１肉盛り溶接部
１２母材溶接部
２０第１の探触部
２１アレイプローブ
２２励振パルス遅延回路
３０第２の探触部
３１Ｔ、３２Ｔ送信探触子
３１Ｒ、３２Ｒ受信探触子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultrasonic flaw detection method and an ultrasonic flaw detection apparatus for a welded joint portion of a pressure vessel made of clad steel and a pressure vessel such as stainless steel / Inconel with an internal overlay welding specification.
[0002]
[Prior art]
The ASME code that prescribes the design, manufacture, and inspection of pressure vessels, as well as other national and international regulations / codes, were premised on radiation inspection (RT). However, as ultrasonic inspection (UT) is widely used in nuclear power equipment, an exception has been introduced that automatic ultrasonic inspection (AUT) may be used as an alternative to radiation inspection (RT) around 1994. There was a move to enact.
[0003]
Later, after the deliberation of the ASME Standards Committee, on December 23, 1996, an exception rule was approved as ASME CODE CASE 2235, and it was possible to perform pass / fail judgment inspection of pressure vessels with a thickness of 4 inches or more using an automatic ultrasonic flaw detector. became.
[0004]
The basic requirements of ASME CODE CASE 2235 include:
[0005]
1. Applies to plate thickness of 4 inches or more.
2. Detect the 2 inch area on either side of the weld line.
3. Performs automatic data processing by computer.
4). The inspection result also saves the original data as a file.
5. Prepare a test specimen for accreditation containing a flaw including a flaw having a size not exceeding 0.06 t.
6). 6. Inspector certification Evaluation approval by demonstration of inspection method 8. 8. Measurement of scratch dimensions (S: depth position, L: length, A or 2A: height) Submission of inspection records10. Pass / Fail Judgment Criteria The ASME CODE CASE 2235 pass / fail judgment criteria determine the aspect ratio by measuring the depth (A or 2A) and length (L) of the flaw, and the allowable flaw length determined according to the aspect ratio. The pass / fail is determined by (L). Therefore, in order to apply ASMECODE CASE 2235, accurate measurement of the depth position, length and height of the wound is required.
[0006]
In response to such demands, among the ultrasonic flaw detection methods, in particular, TOFD (Time of Flight Diffraction) that can measure the height of the flaws more accurately than other ultrasonic nondestructive inspection methods. Method) is adopted.
[0007]
Applying the TOFD method throughout inspection, installation, and maintenance during the production of the pressure vessel can help to monitor and maintain the integrity of the pressure vessel. With the spread of Risk Based Inspection, in-use inspection and remaining life diagnosis by the TOFD method are performed.
[0008]
The TOFD method is disclosed, for example, as “TOFD New Ultrasonic Flaw Detection Method and Its Utilization” in a separate volume of the September 1998 issue of “Welding Technology”. In simple terms, the TOFD method arranges a transmitting probe and a receiving probe facing each other, propagates longitudinal waves from the transmitting probe, and generates diffracted waves generated at the upper and lower ends of the existing flaws. Is received and analyzed by the receiving probe.
[0009]
The depth and height of the flaw can be accurately measured by the relationship between the arrival time difference of the lateral wave, the diffracted wave from the flaw, and the bottom echo along the flaw detection surface and the sound velocity. In the initial rough inspection, two probes are arranged around the weld line and scanned in parallel with the weld line (referred to as D-scan). Then, only for the flaw detection location, two probes are arranged around the flaw detection location, and are scanned at right angles to the weld line (referred to as B-scan).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
Recently, the following requirements have been raised.
[0011]
1. In the stage after the post-weld heat treatment (PWHT) of the pressure vessel, there is a great demand for performing a radiological inspection (RT) of the weld joint or an alternative automatic ultrasonic inspection (AUT). In such a case, in a pressure vessel made of clad steel and a pressure vessel of an internal build-up welding specification such as stainless steel / Inconel, a pass / fail judgment inspection must be performed including the build-up weld portion of the weld joint.
[0012]
2. Even in a pressure vessel made of clad steel (base material), clad steel pressure vessel whose thickness is determined by including a build-up weld in the strength member, and a pressure vessel with internal build-up welding specifications such as stainless steel / Inconel, Pass / fail judgment inspection must be performed including the weld overlay.
[0013]
However, it is very difficult to detect a flaw inherent in the build-up weld by the TOFD method, and pass / fail judgment is impossible. At present, the flaw detection / pass / fail judgment by the TOFD method is performed only in the base metal welded portion.
[0014]
In view of the above problems, and an object thereof is to provide the possibility ultrasonic flaw detector you simultaneous testing of base metal weld and overlay clad.
[0015]
Another object of the present invention is an ultrasonic flaw detection apparatus for a welded joint portion of a pressure vessel made of clad steel and a pressure vessel of an inner surface overlay welding specification such as stainless steel / Inconel. by performing the flaw detection by overlay clad simultaneous testing is to provide an ultrasonic flaw detector you permit alternative to acceptance judgment inspection radiation inspection (RT) method.
[0016]
The present invention also provides an ultrasonic flaw detection method suitable for the above-described system.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided an ultrasonic flaw detection method for performing ultrasonic flaw detection by a PA method and ultrasonic flaw detection by a TOFD method on a welded joint portion using a single ultrasonic flaw detection scanner. An ultrasonic flaw detection method characterized in that at the time of excitation of any ultrasonic transducer group in electronic scanning by the method, a probe used in the TOFD method is excited to perform the two types of ultrasonic flaw detection simultaneously. Provided.
[0018]
According to this ultrasonic flaw detection method, the single ultrasonic flaw detection scanner uses an array probe in which a large number of strip-shaped ultrasonic transducers are linearly arranged so as to extend in the width direction of the weld joint. In addition to performing an ultrasonic flaw detection by the PA method, an ultrasonic flaw detection by the TOFD method is performed using a transmission probe and a reception probe that are adjacent to the array probe and straddle the weld joint. It is characterized by that.
[0019]
According to the present invention, a first feeler means for performing ultrasonic flaw detection by PA method with respect to the weld joint portion, the welded joint portion and the second for performing ultrasonic flaw detection by TOFD method against Probe means, a single ultrasonic flaw scanner equipped with the first probe means and the second probe means, and operations of the first probe means and the second probe means An ultrasonic flaw detector comprising: a probe for use in a TOFD method at the time of excitation of any ultrasonic transducer group in an electronic scan by a PA method; There is provided an ultrasonic flaw detector characterized by controlling the operation timing so as to excite the vibration .
[0020]
In the ultrasonic flaw detection apparatus, the first probe means has an array probe in which a large number of strip-shaped ultrasonic transmission / reception transducers are linearly arranged so as to extend in the width direction of the weld joint, The second probe means includes a transmission probe and a reception probe provided adjacent to the array probe and straddling the weld joint .
[0021]
Further in this ultrasonic flaw detector, before Symbol second feeler means, wherein the ultrasonic transmitting oscillator in two different pairs of span between the receiving transducer and the transmitting transducer and ultrasonic receiving transducer It is characterized by having .
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. The present invention is characterized in that the PHASED ARRAY method (hereinafter referred to as PA method) is used in combination with the TOFD method for the purpose of defect detection / pass / fail judgment of the weld overlay. That is, the present invention provides an automatic ultrasonic flaw detector that performs simultaneous flaw detection of “base metal welded portion: TOFD method” + “build-up welded portion and base material welded portion: PA method”.
[0023]
The PA method itself is well known as disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 57-6377, and is also called an electronic scanning ultrasonic system. In simple terms, the PA method uses an array probe in which a large number of strip-shaped transducers for ultrasonic transmission / reception are linearly arranged, and by sequentially switching the transducer group to be excited simultaneously, the electronic scan is used to scan the data. It is a system that can record. Moreover, mechanical Y scanning at the time of carrying out the hand flaw detection (pulse echo method) is not required, and scanning (D-scan) is performed in parallel with the weld line. Further, in the PA method, the focal point can be freely converted by giving a desired delay time to the pulse to each transducer. In this embodiment, the focus of the ultrasonic beam by the PA method is adjusted to the build-up weld.
[0024]
Like the TOFD method, the PA method does not require a mechanical Y-scan of the probe (scanning in the direction perpendicular to the weld line), so the inspection time required to obtain the data for the TOFD / PA method combined system is TOFD. It is the same as a legal-only system and is extremely fast.
[0025]
The scratch detection capability of the PA method has already been verified by using a test piece in which various linear and spherical scratches are inherent in the build-up weld.
[0026]
In addition to pressure vessels made of solid materials such as carbon steel / Cr-Mo steel, we have developed a pressure vessel made of clad steel, and a pressure vessel made of stainless steel / Inconel, such as an internal overlay welding specification. An outline of the introduced automatic ultrasonic flaw detector: “Focus 32/64” (64-channel specification) will be described.
[0027]
Even in a pressure vessel having a base metal plate thickness of about 1.50 to 100 mm, the TOFD data can be obtained by simultaneous flaw detection. Therefore, among 64 channels, the 63rd and 64th channels are for TOFD (TOFD-1 / Used as TOFD-2).
[0028]
2. The first channel to the 62nd channel are used for the PA method. The maximum number of channels that can be excited simultaneously is 30 ({(64/2) -2}), and within that range, an appropriate simultaneous excitation transducer is selected to create a focal law (a group with a certain focal point and angle). Electronic scanning is performed between 62 channels (64-2).
[0029]
3. The TOFD method is effective for sizing the flaw depth / flaw length in the scanning direction, and the PA method can specify the flaw position / size with considerable accuracy. Although it is difficult to determine the nature of the flaw only with the TOFD method, as a feature of the combination of both types, a highly accurate flaw detection including the nature of the flaw becomes possible.
[0030]
4). Regarding computer image display, in addition to the TOFD image (D-scan), images such as C-scan (same view as RT film) and B-scan in the PA method can be displayed on the same screen.
[0031]
5). A TOFD-1 / TOFD-2 transmission probe, reception probe (4 in total) and one PA method probe (5 MHz, 64 elements) are attached to the same scanner. This scanner is used to move the TOFD-1 / TOFD-2 transmission probe, the reception probe, and the PA method probe in a direction along the weld line and a direction perpendicular thereto. .
[0032]
6). The flaw detection of the joint of the pressure vessel is performed by fixing the scanner with the five probes to the flaw detection surface with a stand and utilizing the rotation of the pressure vessel main body by the turning roller.
[0033]
With reference to FIGS. 1-3, the outline | summary of the automatic ultrasonic flaw detector by this invention is demonstrated. The automatic ultrasonic flaw detector includes a first probe 20 for performing ultrasonic flaw detection by the PA method on the build-up weld 11 and the base metal weld 12 in the weld joint 10, and a mother in the weld joint. Reception from the first probe unit 20 by controlling the operation timing of the second probe unit 30 for performing ultrasonic flaw detection on the material welding unit 12 by the TOFD method and the first probe unit 20 The signal is processed to detect the presence or absence of flaws in the build-up weld 11 and the base metal weld 12, and the operation timing of the second probe 30 is controlled to receive a signal received from the second probe 30. A control device (not shown) for processing and detecting the presence or absence of scratches in the base metal welded portion 12.
[0034]
The first probe 20 has an array probe 21 in which 64 strip ultrasonic transducers are linearly arranged so as to extend in the width direction of the weld joint 10. On the other hand, the second probe unit 30 is adjacent to the array probe 21 and is provided with two pairs of transmission probes 31T and 32T and reception probes 31R and 32R (TOFD-1) provided so as to straddle the weld beads. And TOFD-2). The two pairs of transmission probes 31T and 32T and the reception probes 31R and 32R are arranged before or after the array probe 21 with respect to the extending direction (D scan direction) of the welding joint portion 10. In particular, the first probe unit 20 and the second probe unit 30 are mounted on a scanner 40 that is movable in the extending direction of the weld joint 10 and in a direction perpendicular thereto. In FIG. 2, the arrows with arrows at both ends indicate that the two pairs of transmission probes 31T and 32T and the reception probes 31R and 32R can adjust the span between them according to the thickness of the base material. It means that there is.
[0035]
In this automatic ultrasonic flaw detector, the array probe 21 has first to 64th ultrasonic transducers for transmitting and receiving ultrasonic waves (hereinafter referred to as elements), of which the first to 62nd 62 are included. Each element is used for ultrasonic testing by the PA method.
[0036]
The control device has a function of controlling the operation timing for the first to 64th 64 elements. In particular, in this embodiment, the control device can be simultaneously excited element group consisting of 30, yet by switching sequentially the element group of simultaneously excited, so as to be able to speak performed electronically scanned Yes. That is, the control device first excites the first to thirty element groups at the same time to focus and irradiate ultrasonic waves from the thirty elements to a certain point on the build-up weld 11. The irradiation focused on one point can be realized by shifting the irradiation of the ultrasonic beam from each element using the excitation pulse delay circuit 22, and such a function is called an electron lens.
[0037]
FIG. 4 schematically shows the function of the electron lens. By controlling the excitation pulse delay circuit 22, a plurality of types of apparent electron lenses shown on the left in FIG. 4 can be realized. The position in the depth direction of the focusing point changes according to the apparent focal length of the electron lens.
[0038]
As a result of the irradiation as described above, the first to thirty elements receive the reflected ultrasonic waves irradiated from the respective elements and transmit them to the control device. Next, the control device simultaneously excites the 30 elements from the 2nd to the 31st to focus and radiate the ultrasonic waves from the 30 element group to one point shifted in the width direction of the build-up weld 11. . By performing this 33 times, scanning in the width direction of the welded joint portion 10 can be performed.
[0039]
The control device also operates the two pairs of transmission probes 31T and 32T and the reception probes 31R and 32R using the function of controlling the operation timing for the two elements of the 63rd and 64th elements, and The base material welded portion 12 is irradiated with ultrasonic waves every 33 times.
[0040]
The control device further focuses the ultrasonic waves from the 30 elements from the first to the thirty to a certain point of the build-up weld, and uses the received signal thereof to build the weld 11 and the base metal weld 12. Next, a process shifted in the width direction of the build-up welded part 11 and the base metal welded part 12 is performed using received signals from the 30th element from the 2nd to the 31st, and this is performed 33 times. By performing, the presence or absence of the damage | wound in the width direction of the build-up welding part 11 and the base material welding part 12 is detected.
[0041]
The control device also processes the received signals from the two receiving probes 31R and 32R by using the processing function for the received signals from the 63th and 64th two elements, thereby allowing the base metal welded part 12 to Detect scratches.
[0042]
In summary, the “Focus 32/64” 64 means the number of flaw detection information amounts (number of channels) that can be controlled independently. On the other hand, 32 means the number of channels that can be excited simultaneously (can transmit ultrasonic beams simultaneously). Note that flaw detection using only the TOFD method can be handled with one channel.
[0043]
TOFD-1 and TOFD-2 are employed in the automatic ultrasonic flaw detector in order to obtain TOFD data with different flaw detection conditions in simultaneous flaw detection. That is, the TOFD method is a flaw detection method using two transmission probes 31T and 32T and two reception probes 31R and 32R.
[0044]
Two pairs of transmission probes and reception probes are used for the following reason.
[0045]
For example, for a specimen having a thickness of 50 mm or more, in order to obtain flaw detection data of the entire plate thickness, it is necessary to perform flaw detection twice or more by changing the span between the transmission probe and the reception probe. .
[0046]
With this automatic ultrasonic flaw detector, independent flaw detection conditions differ for test specimens of 50 mm or more and 100 mm or less at the same time so that all flaw detection data can be obtained (by changing the span between the probes). E) TOFD-1 and TOFD-2. For this reason, two channels are required for TOFD-1 and TOFD-2. Therefore, the number of channels that can be used for the PA method is 64-2 = 62 channels, and as the PA method, it is 32-2 = 30 channels that can transmit an ultrasonic beam simultaneously with the TOFD method.
[0047]
On the other hand, the array probe 21 for the PA method is composed of 64 elements as shown in Table 1 below. That is, it can be considered that it is composed of 64 independent probes. The array probe 21 is physically one, and if the width of each element is 1 mm, the total width is about 64 mm.
[0048]
[Table 1]

[0049]
Of the 64 elements, 62 elements are used as the PA method, and the remaining 2 elements (numbers 63 and 64) are dummy. This is because the channels for elements 63 and 64 are used for TOFD-1 and TOFD-2.
[0050]
As shown in Table 1, among 64 elements of the probe for the PA method, 62 elements are assigned numbers 1 to 62 as channel numbers from the leftmost element in FIG.
[0051]
CONFIGURATION No. 1 to 33 and CONFIGURATION No. 34 and 35 (TOFD-1, TOFD-2) can be simultaneously excited. CONFIGURATION No. Switching from 1 to 33 is performed electronically (in units of 1 nanosecond) instantaneously.
[0052]
As described above, in the present embodiment, ultrasonic flaw detection is performed on the build-up weld 11 using the array probe 21 by the PA method, and two pairs of the transmission probes 31T and 32T and the reception probe are performed by the TOFD method. Ultrasonic flaw detection for the base metal welded portion 12 is performed simultaneously with the ultrasonic flaw detection for the build-up welded portion 11 using the sub-elements 31R and 32R.
[0053]
In the above embodiment, the case where the number of elements in the array probe 21 is 64 has been described, but it goes without saying that the number of elements is not limited to 64.
[0054]
Summarizing the above points, the effects of the above embodiment include the following points.
1. Detection and acceptance of welded joint parts of clad steel pressure vessels and pressure vessels with internal overlay welding specifications such as stainless steel / Inconel, etc. using an automatic ultrasonic deep wound device that uses the TOFD method and PA method (simultaneous deep wounds) Judgment inspection became possible not only for the base metal weld but also for the weld overlay.
[0055]
2. The combined use of the TOFD method and the PA method (simultaneous deep flaws) enables high-accuracy flaw detection including not only flaw detection / sizing but also flaw characterization.
[0056]
3. The inspection time required for obtaining the data of the combined system of TOFD method / PA method is the same as that of the system using only the TOFD method and is extremely fast. Compared with radiation inspection (RT), the inspection cost is greatly reduced.
[0057]
4). There is an increasing demand for radiation inspection (RT) at the stage after the post-weld heat treatment (PWHT) of the pressure vessel. In response to such a requirement, if the thickness is 4 inches or less, an on-code radiation inspection (RT) must be performed after PWHT. Conventionally, radiation inspection (RT) has been performed twice in total for quality confirmation before and after PWHT. On the other hand, before the PWHT, the soundness of the base metal welded portion / the build-up welded portion is confirmed by the automatic ultrasonic deep flaw device according to the above embodiment , and the radiation inspection (RT) is performed only after the PWHT. Is possible. This leads to a significant reduction in inspection costs.
[0058]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, two different types of ultrasonic deep flaws, the TOFD method and the PA method, are simultaneously performed at the time of a single flaw detection using a single ultrasonic deep flaw scanner. High-accuracy ultrasonic testing with reduced inspection time is now possible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view for explaining ultrasonic flaw detection by a phased array method used in the present invention.
2 is a diagram showing a relationship between an ultrasonic flaw detection array probe used in the Phased Array method shown in FIG. 1 and a second probe used in the TOFD method as viewed from above. FIG.
3 is a diagram for explaining the operation of the array probe in FIG. 1; FIG.
4 is a diagram schematically showing a function of an electron lens realized by the array probe of FIG. 3. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Welding joint part 11 Overlay welding part 12 Base material welding part 20 1st probe part 21 Array probe 22 Excitation pulse delay circuit 30 2nd probe part 31T, 32T Transmission probe 31R, 32R Reception probe

Claims

An ultrasonic flaw detection method for performing ultrasonic flaw detection by a PA method and ultrasonic flaw detection by a TOFD method on a weld joint using a single ultrasonic flaw detection scanner,
An ultrasonic flaw detection method characterized by exciting the probe used in the TOFD method at the time of excitation of any ultrasonic transducer group in electronic scanning by the PA method and simultaneously performing the two types of ultrasonic flaw detection. .

The ultrasonic flaw detection method according to claim 1,
The single ultrasonic flaw detection scanner performs ultrasonic flaw detection by the PA method using an array probe in which a large number of strip-shaped ultrasonic transmission / reception transducers are linearly arranged so as to extend in the width direction of the weld joint. With
An ultrasonic flaw detection method comprising performing ultrasonic flaw detection by a TOFD method using a transmission probe and a reception probe provided adjacent to the array probe and straddling the weld joint .

A first probe means for performing ultrasonic flaw detection by the PA method on the weld joint;
A second probe means for performing ultrasonic flaw detection by the TOFD method on the weld joint;
A single ultrasonic flaw scanner equipped with the first probe means and the second probe means;
A control device that controls the operation timing of the first probe means and the second probe means, and an ultrasonic flaw detector comprising :
The ultrasonic flaw detector is characterized in that the control device controls the operation timing so as to excite a probe used in the TOFD method when any of the ultrasonic transducer groups is excited in an electronic scan by the PA method .

The ultrasonic flaw detector according to claim 3,
The first probe means has an array probe in which a large number of strip-shaped ultrasonic transmission / reception transducers are linearly arranged so as to extend in the width direction of the weld joint,
2. The ultrasonic flaw detector according to claim 1, wherein the second probe means includes a transmission probe and a reception probe provided adjacent to the array probe and straddling the weld joint .

The ultrasonic flaw detector according to claim 4,
Before Stories second feeler means, ultrasonic waves and having a span of two different pairs of transducers and ultrasonic receiving transducer for ultrasonic wave transmission between the receiving transducers and the transmitting oscillator Flaw detection equipment.