JP4674753B2 - 管群検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、超音波を用いて管群の検査を行う装置に係わり、特に材質や形状が同様な管で構成されるボイラなどの熱交換器管に発生した腐食や亀裂などのキズを検査するのに好適な管群検査装置に関する。

ボイラ等の熱交換器管は、外面が火炎に曝されるため外面に腐食や亀裂などのキズが発生する。また、停止時には内部を循環していた蒸気が水に変態するため、内面にも腐食や亀裂などのキズが発生し、漏洩事故につながることがあるので定期検査が必要不可欠となる。

これらの不具合をできるだけ抑えるために、従来はケーブルの先端に取り付けた超音波探触子を圧力水で熱交換器管の内部に送り込み、熱交換器管の内側から腐食や亀裂などのキズを検査している（特許文献１を参照）。

一方、被検管の外面からラム波を送信し、その反射信号を受信することで長距離を一括検査する装置も公開されている。例えば、特許文献２には、複数の送信子の試験体への接触状態をチェックし、そのチェック結果に基づいて受信信号に補正をかけ、補正後のデータを合成することにより、単一モードのラム波を送信したのと等価な状態を実現した超音波探傷装置が開示されている。

また、特許文献３には、被検管の外周に沿って等間隔に配置された４個の送受信子群から構成される送受信子群二対を設け、合計８個の送受信子群から一つを送信用の送受信子群として選択するとともに一つ以上を受信用の送受信子群として選択し、前記送信用および受信用の送受信子群の組合せを変えて複数回の送受信を行い、この結果、得られた複数の受信信号を最低次ねじれモードが支配的になるまで足し合わせて、足し合わせた信号間の最大振幅の比から各送受信子群の接触状態に対応する補正係数を求め、この補正係数に基づいて前記複数の受信信号をそれぞれ補正した後、合成して時間シフト処理を施して受信信号の方向を識別する超音波探傷装置が示されている。
特開昭６３−１８７１５２号公報 特開２００３−５７２１２号公報 特開２００４−３４７５４９号公報

上述した特許文献１に示されている管の自動超音波探傷システムでは、ケーブルの先端に取り付けた超音波探触子を圧力水で熱交換器管の内部に送り込むために必要となる機器（例えば、挿入軸、挿入軸移動装置、圧力水噴出ノズル、ワイヤー制御装置、ケーブル収納装置、圧力水供給ポンプ、圧力水流量調整及び流れ方向制御装置等）が大掛かりとなり、さらには管の全長に亘り超音波探触子を送りながら検査する必要があるため、検査に多大な時間が掛かるという課題があった。

また、上述した特許文献２に示されている装置では、送信用として選択された送受信子群から受信用として選択された送受信子群へ直接伝播して受信されたラム波の振幅レベルから求めた送受信子群の接触面におけるラム波送受信効率で各受信データを補正することで送受信子群の接触状態が均一である場合の受信データと等価な受信データを得ようとしている。ここで、送受信子群の接触面におけるラム波送受信効率の算出に用いているラム波は２次元の波動伝播形態で伝播・受信されたものであり、これに対し補正される各受信データは３次元の波動伝播形態で伝播・受信されたラム波であるので補正誤差が大きくなるという課題があった。また、被検管の端面で反射したラム波の振幅レベルから求めた送受信子群の接触面におけるラム波送受信効率で各受信データを補正し送受信子群の接触状態が均一である場合の受信データと等価な受信データを得ようとしているが、検査領域内に管端がない場合の配慮がなく、後述するように管端が存在しないボイラ熱交換器管の管群検査には適用できないという課題がある。

また、被検管には多数のキズが発生することがあるが、このような場合、上述した特許文献３に示されている装置ではキズからの受信信号の方向を識別できない場合がある。この例を図１２と図１３を用いて説明する。なお説明に用いる符号、名称は特許文献３と統一しているので同じ意味をもつ。図１２は特許文献３に係る超音波探傷装置の一部分を示し、４個の送受信子群４ａ〜４ｄで構成される送受信子群４Ａの左にキズ２ａ１とキズ２ａ２が、また４個の送受信子群４ｅ〜４ｈで構成される送受信子群４Ｂの右にキズ２ｂ１とキズ２ｂ２が管にそれぞれ存在している場合を想定している。ここで、送受信子群４Ａと送受信子群４Ｂの間隔Ｌ３、送受信子群４Ａとキズ２ａ１の間隔Ｌ２、キズ２ａ１とキズ２ａ２の間隔Ｌ１、送受信子群４Ｂとキズ２ｂ１の間隔Ｌ４、キズ２ｂ１とキズ２ｂ２の間隔Ｌ５は等しいものと仮定している。

以上のような設定において、特許文献３の説明で、図４に示されているステップ１１５の処理によって得られるであろうと推察されるデータＡＡ’、ＢＢ’、ＣＣ’、ＤＤ’は図１３に示す概念となり、データＡＡ’ではキズ２ａ２とキズ２ｂ１の受信信号が重なり、データＢＢ’ではキズ２ａ１とキズ２ｂ１およびキズ２ａ２とキズ２ｂ２の受信信号が、データＣＣ’ではキズ２ａ１とキズ２ｂ１およびキズ２ａ２とキズ２ｂ２の受信信号が、データＤＤ’ではキズ２ａ１とキズ２ｂ２の受信信号がそれぞれ重なり合うため、ステップ１１６においてデータＡＡ’、ＢＢ’、ＣＣ’、ＤＤ’に対して時間シフト処理を行っても重なり合ったキズ信号からは各キズの方向を識別することは困難である。

このように従来技術では、ボイラ伝熱管の内部に超音波センサーを挿入して伝熱管に発生する減肉や割れ等の検査を行っているため、大規模な装置を必要とし膨大な費用と時間が必要である。

そこで本発明の課題は、ボイラ伝熱管のように同じ形状の管で構成された管群の検査を高精度かつ短時間で行い、伝熱管に発生する減肉や割れの検査が廉価かつ短期間でできる検査技術を確立することである。

上記本発明の課題は次の解決手段により解決される。
請求項１記載の発明は、被検管の軸心方向に伝播する水平偏波の横波を屈折角９０度で入射させ、その反射信号を受信する一つ以上の探触子を被検管の端部付近の同一横断面の外周面上に設け、該被検管の探触子設置部の反対側の端部付近の同一横断面の外周面上に前記１つ以上の探触子で被検管に入射した水平偏波の横波を反射させる機能を有する感度補償試験体を設け、前記探触子毎に送るための励振信号を発生させる励振信号発生部と、該励振信号発生部で発生した励振信号を前記探触子の数に応じて分配する励振信号分配部と、前記探触子毎に補正した励振信号を送るための励振信号補償部と、前記感度補償試験体からの受信信号を参照して前記励振信号補償部から前記探触子に送る励振信号の強度を制御する機能及び予め作成されているデータベースを参照して前記受信信号から有用な信号を抽出する機能を有し、前記探触子で受信した被検管からの反射信号を処理する受信信号処理部とを備えた管群検査装置である。

請求項２記載の発明は、一つ以上の探触子から被検管の軸心方向に伝播する水平偏波の横波は該被検管の同一横断面の外周面上の等間隔位置から同位相で入射する請求項１記載の管群検査装置である。

請求項３記載の発明は、探触子には圧電素子が内蔵され、該圧電素子は被検管と同心円の曲率を有する請求項１又は２記載の管群検査装置である。

請求項４記載の発明は、データベースは被検管と材質および形状が等しい健全管あるいは模造管からの受信信号を記憶するものである請求項１ないし３のいずれかに記載の管群検査装置である。

請求項５記載の発明は、受信信号処理部はデータベースで記憶されている前記健全管あるいは模造管からの受信信号の全体又は特定した一部を被検管からの受信信号から減算でき、その結果を表示部に送る機能を有する請求項４記載の管群検査装置である。

請求項６記載の発明は、受信信号処理部はデータベースで記憶されている前記健全管あるいは模造管からの受信信号の中から特定範囲を指定して周波数変調でき、さらには時間シフトを可能として、得られた受信信号を被検管からの受信信号から減算でき、その結果を表示部に送る機能を有する請求項４記載の管群検査装置である。

請求項７記載の発明は、感度補償試験体は分割可能に構成され、被検管の任意の位置に取り付け自在である請求項１ないし６のいずれかに記載の管群検査装置である。

請求項１記載の発明によれば、被検管の同一横断面の外周線上の複数の位置から同位相で入射された水平偏波の横波が長距離を伝播し、その反射信号を被検管の端部付近の同一横断面の外周面上に設けた一つ以上の探触子で受信することで長尺管の検査が一度にできるようになるので大規模な装置を必要とせず検査に時間が掛かることはない。また、管群検査装置を構成する探触子から被検管中に屈折角９０度で入射された水平偏波の横波は、被検管の一方向に伝播するので受信信号が探触子の左右どちらの方向からのものであるかを識別する必要がない。さらに前記探触子に送る励振信号の強度を補正するのに受信信号と同じ波動伝播形態の感度補償試験体からの受信信号を用いているので補正誤差が大きくなることがない。

請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、被検管の同一横断面の外周線上の等間隔の位置から同位相で入射された水平偏波の横波の反射信号を被検管の端部付近の同一横断面の外周面上に設けた一つ以上の探触子で受信できるので長尺管の一括検査ができる。

請求項３記載の発明によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、探触子に内蔵される圧電素子で水平偏波の横波を送受信することができ、また圧電素子を被検管と同心円の曲率を有する構造にすることで前記水平偏波の横波の粒子の動きを被検管の外周面に沿った動きになり、平板状の圧電素子を用いる場合に比べて水平偏波の横波を被検管に効率よく伝えることができる。

請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし３のいずれかに記載の発明の効果に加えて、データベースで記憶されている、被検管と材質および形状が等しい健全管あるいは模造管からの受信信号を用いることができるので、被検管に健全管がなくても管群検査ができる。

請求項５記載の発明によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、データベースを参照して受信信号から有用信号を抽出しているのでノイズレベルが低い受信信号を得ることができる。

請求項６記載の発明によれば、請求項４記載の発明の効果に加えて、データベースで記憶されている前記健全管あるいは模造管からの受信信号の中から特定範囲を指定して周波数変調でき、さらには時間シフトを可能として、得られた受信信号を被検管からの受信信号から減算できるので、被検管に例えば突き合わせ溶接部、隅肉溶接の位置関係にバラツキなどがあり、また不要モードの受信信号があっても、キズからの受信信号を抽出できる。

請求項７記載の発明によれば、請求項１ないし６のいずれかに記載の発明の効果に加えて、感度補償試験体は分割可能に構成され、被検管の任意の位置に取り付け自在であるので、管端がない被検管でも検査できる。

本発明の実施の形態に係わる管群検査装置について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる管群検査装置の構成を示す図である。図２は本発明の実施の形態に係わる管軸を横断する方向からの探触子の詳細構成を示す図であり、図２（ａ）は管軸方向断面図、図２（ｂ）は管軸を横断する方向の横断面図である。また、図３は本発明の実施の形態に係わる管軸を横断する方向から感度補償試験体を見た図である。

図１において、熱交換器管１（外径６０．５ｍｍ、肉厚３．９ｍｍ）は全長２０ｍにも及ぶため、管１と管１を突き合わせ溶接部２で継ぎ足し、曲がり部５を有している。そして、熱交換器管１の両端には管寄せ３ａ、３ｂが隅肉溶接４ａ、４ｂによって取り付けられている。また、熱交換器管１には外径３ｍｍ、深さ２ｍｍのキズ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）が存在している。

このような構造の熱交換器管１の一端の同一横断面の外周面上に４個の探触子１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が取り付けられ、熱交換器管１の他端の同一横断面の外周面上に感度補償試験体１４がボルト１５によって取り付けられている。励振信号補償部１６には、４個の探触子１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が並列に接続されており、４個の探触子１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）を同時に励振させることができる。また、励振信号補償部１６には励振信号分配部１７と励振信号発生部１８がこの順で直列に接続されており、励振信号発生部１８からの信号を励振信号分配部１７を介して探触子１１の数に応じて分配して励振信号補償部１６に送っている。

さらに受信信号処理部１９には、４個の探触子１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）が並列に接続され、さらに受信信号処理部１９には励振信号補償部１６、データベース２０及び表示部２１とも繋がっている。

なお、探触子１１の数は４個に限定するものではなく、多数の探触子１１で熱交換器管１の全周を覆うことが望ましい。従って、その数は探触子１１の幅や熱交換器管１の外径に応じて増減すればよい。

受信信号処理部１９は、感度補償試験体１４からの受信信号を参照して励振信号補償部１６を制御する機能を有し、また、データベース２０の全体あるいは特定範囲を参照して受信信号から有用な信号を抽出する機能を有する。さらに、受信信号処理部１９は、データベース２０の特定範囲を指定して周波数を変調し、時間シフトを加えて熱交換器管１からの受信信号を減算する機能を有する。

励振信号補償部１６は、受信信号処理部１９からの制御によって探触子１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）に送る励振信号の強度を補正する機能を有している。
表示部２１は、受信信号処理部１９における処理結果を表示するものであり、キズ６の有無、キズ６の位置、キズ６のサイズといった内容を図形表示する。

図２は、熱交換器管１の一端に取り付けた探触子１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）と各探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに圧電素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとを取り付けるための楔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを示す熱交換器管１の軸心を通る断面図（図２（ａ））と熱交換器管１の横断面図（図２（ｂ））を示す。

図２に示すように、探触子１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ）は熱交換器管１の同一横断面の外周面上の円周方向に等間隔で配置されているので、同位相で水平偏波の横波を熱交換器管１に入射できる。また、探触子１１の内部には熱交換器管１と同心円の曲率Ｒを有する圧電素子１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）が楔１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）に取り付けられた状態で納まっている。

圧電素子１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）は電気音響変換を司り、水平偏波の横波を送受信する。また、楔１３は圧電素子１２で電気音響変換した水平偏波の横波に入射角αを与えて、水平偏波の横波の楔１３からの出射角に屈折角度θを与えるもので、これによって熱交換器管１の右方向のみに水平偏波の横波を入射したり、右方向からの反射信号のみを圧電素子に伝えたりすることができる。また各圧電素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと各楔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは熱交換器管１の外周面の曲率と同一の曲率を有する円弧状の部材で構成されている。

図３に熱交換器管１とその外周に取り付けられた感度補償試験体１４の横断面方向を見た図を示すが、感度補償試験体１４は内径が熱交換器管１の外径と等しい円筒を二分割したものであり、二本のボルト１５で二分割された感度補償試験体１４ａ、１４ｂを締め付けることによって熱交換器管１の任意の位置に取り付けることができる。

次に、前記構成からなる管群の検査装置の動作について図面を参照しながら説明する。
図４は本実施例の管群の検査装置によって、ボイラの熱交換器管１の検査を行うフローを示しており、該フローは励振信号補正モードと検査モードから構成されている。

先ず、励振信号補正モードについて説明する。ステップＳ１において、励振信号発生部１８は探触子１１を励振する基本となる励振信号を発生する。励振信号の波形としてはサイン波、矩形波、三角波、ランプアップ波、ランプダウン波などのパルス波が発生可能であるが、キズ６の評価精度を重視する場合は狭帯域特性を持つサイン波の適用が望まれる。また周波数は、被検管（熱交換器管）１を検査する長さや検出するべきキズ６のサイズに応じて決めればよく、図１に示すような被検管（熱交換器管）１に対しては５０ＫＨｚ〜２００ＫＨｚを適用する。

次に、ステップＳ２において、励振信号分配部１７は励振信号発生部１８から送られてきた励振信号を４つの系統に分配して励振信号補償部１６に送る。
さらに、ステップＳ３においては励振信号補償部１６は励振信号分配部１７から送られてきた４系統の励振信号を各探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄに送信する。

次のステップＳ４において、それぞれの圧電素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは分極軸と電界軸が直交していることから厚みすべりの振動動作をするため、励振信号補償部１６から送られてきた励振信号（電気信号）を水平偏波の横波に変換する。さらに図２（ｂ）に示すように各圧電素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは熱交換器管１と同心円の曲率Ｒを有しているため、水平偏波の横波の粒子の動きは熱交換器管１の外周面に沿った動きになるので、図６に示す平板状の圧電素子１２’（１２ａ’、１２ｂ’、１２ｃ’、１２ｄ’）が直線動作によって変換する水平偏波の横波に比べ効率良く熱交換器管１に伝えられる効果がある。

次に、ステップＳ５において、各楔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄは各圧電素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで電気音響変換した水平偏波の横波に入射角αを与えて、熱交換器管１に入射する水平偏波の横波をスネルの法則に従って屈折させる。例えば、プラスチック製の楔１３に音速Ｃｓが１４３０ｍ／ｓであるプラスチックを用い、電気音響変換された水平偏波の横波に２６度の入射角αを与えると熱交換器管１に屈折角θ＝９０度で入射されるので、入射された水平偏波の横波は熱交換器管１の外表面上を図２（ａ）の右方向のみに伝播される。ここで、熱交換器管１を伝播する水平偏波の横波は屈折角が９０度となるので、モードパラメータは０次になり周波数による速度分散がなくなる効果がある。
なお、スネルの法則はｓｉｎθ＝Ｃｇｓｉｎα／Ｃｓで示され、水平伝播の横波が熱交換器管１を伝播する群速度Ｃｇは３２６２ｍ／ｓとしている。

次に、ステップＳ６において、熱交換器管１を伝播した水平偏波の横波は、キズ６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）、突き合わせ溶接部２、曲がり部５、感度補償試験体１４及び隅肉溶接４ｂで反射され探触子１１で受信される。

さらに、ステップＳ７において、各探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで受信された反射信号は、それぞれ楔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを介して対応する各圧電素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに伝わり、圧電素子１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄで音響電気変換される。

次いで、ステップＳ８において、受信信号処理部１９は探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから送られてくる受信信号のうち探触子１１ａから送られてくる受信信号を選択する。そして、選択した受信信号の中に含まれる感度補償試験体１４からの受信信号１４’にゲートを設定し、振幅を検知して、この振幅が予め決めていた高さになるような制御信号を励振信号補償部１６へ送る。なおゲートとは、特定の時間領域に発生する信号を取り出す手段であり、ゲートを設定するとは、実質的には既知である探触子から感度補償試験体までの距離と水平偏波の横波が熱交換器管を伝播する速度をもとに感度補償試験体からの受信信号が得られる時間を計算し、その時間領域に発生する信号を取り出す手段を設定する事である。
図７に探触子１１ａから送られてきた受信信号の中に含まれる感度補償試験体１４からの受信信号１４’にゲートを設定した状況を示す。

次に、ステップＳ９において、励振信号補償部１６は受信信号処理部１９からの制御信号を受け、探触子１１ａに送る励振信号の強度を補正する。
次いで、ステップＳ８に戻り順次、探触子１１ｂ〜１１ｄを切り替え、励振信号を補正するステップを繰り返す。最終的に、感度補償試験体１４からの受信信号の振幅が全ての探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄで予め決めていた高さになっていることを確認し、励振信号補正モードを終了する。

以下に、検査モードについて説明する。ステップ１〜ステップＳ７は励振信号補正モードと同じ動作である。
ステップ７の次のステップＳ１０において、受信信号処理部１９は４個の探触子１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄから送られてきた受信信号を合成する。図８に合成した受信信号を示す。図８に示す合成した受信信号には、キズ６ａからの受信信号６ａ’、キズ６ｂからの受信信号６ｂ’、キズ６ｃからの受信信号６ｃ’およびキズ６ｄからの受信信号６ｄ’はそれぞれ確認できるものの、突き合わせ溶接部２からの受信信号２’、２’’、曲がり部５からの受信信号５’、隅肉溶接４ｂからの受信信号４ｂ’によって識別が難しい状況にある。 ここで突き合わせ溶接部２からの受信信号２’’では図５に示すように、突き合わせ溶接部２で反射した信号が伝播してきた経路を逆進し、隅肉溶接部４ａでさらに反射し、ふたたび突き合わせ溶接部２で反射した信号の受信信号である。さらに突き合わせ溶接部２で発生した不要モードの受信信号２’’’や隅肉溶接４ｂで発生した不要モードの受信信号４ｂ’’も見られることから、キズ信号の識別を一層困難なものにしている。

そこで、次のステップＳ１１において、受信信号処理部１９はステップＳ１０で得た合成信号から、予めデータベース２０に記憶していた健全管１ａの受信信号の全体、あるいは特定した一部、さらには周波数変調した一部を減算し、キズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからの受信信号６ａ’、６ｂ’、６ｃ’、６ｄ’を抽出する。

ここで、図９を用いてデータベース２０に記憶してある健全管１ａの受信信号を得る手段を説明する。
図９に示すようにボイラの管群は材質および形状が等しい数百本の熱交換器管１で構成されている。キズ６は炉幅方向の中央に位置する熱交換器管１ａには発生せず、健全であることが経験上知られている。そこで、炉幅中央部に位置する熱交換器管（健全管）１ａを対象に図４に示したステップＳ１〜ステップＳ１０の動作を行い、ステップＳ１０で得た受信信号を健全管１ａの受信信号としてデータベース２０に記憶しておくものである。 図１０にデータベース２０に記憶している健全管の受信信号を示す。
なお、健全管１ａが無い場合でも熱交換器管１と材質および形状等が等しい模造管を用いステップＳ１〜ステップＳ１０の動作で得た受信信号を用いても、同じ効果が得られる。

次に、ステップＳ１２において、表示部２１はキズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからの受信信号６ａ’、６ｂ’、６ｃ’、６ｄ’をそれぞれ抽出した結果を表す。図１１にステップＳ１０で得た合成信号から、予めデータベース２０に記憶していた健全管１ａの全体の受信信号を減算した結果を示す。図１１に示す表示において、縦軸は受信信号の出力を表し、キズ６のサイズ情報に関係するものである。横軸は受信信号の受信時間を表し、キズ６の位置情報に関係するものである。図１１に示された結果から分かるように障害となっていた突き合わせ溶接部２からの受信信号２’、２’’、 曲がり部５からの受信信号５’、隅肉溶接４ｂからの受信信号４ｂ’、さらには、突き合わせ溶接部２で発生した不要モードの受信信号２’’’、隅肉溶接４ｂで発生した不要モードの受信信号４ｂ’’などは相殺され、キズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからの受信信号６ａ’、６ｂ’、６ｃ’、６ｄ’を抽出している。またキズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからの受信信号の受信時間はキズ位置と符合している。さらに受信信号６ａ’、６ｂ’、６ｃ’、６ｄ’の出力はほぼ等しく、キズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄのサイズが等しいことと符合している。

次に、ステップＳ１２において、ステップＳ１０で得た合成信号から、健全管１ａの受信信号の一部を減算する動作を説明する。
熱交換器管１を形成する突き合わせ溶接部２、曲がり部５、感度補償試験体１４及び隅肉溶接４ｂの位置関係にバラツキが生ずることがある。この場合、予めデータベース２０に記憶している健全管１ａの受信信号の中から突き合わせ溶接部２、曲がり部５、感度補償試験体１４及び隅肉溶接４ｂからの受信信号領域を、それぞれについて特定し、それぞれについてゲート設定をして、これに位置ズレに相当する時間量をシフトさせて、ステップＳ１０で得られた合成信号から減算することで、熱交換器管１を形成する突き合わせ溶接部２、曲がり部５、感度補償試験体１４及び隅肉溶接４ｂの位置関係にバラツキがある場合でもキズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからの受信信号６ａ’、６ｂ’、６ｃ’、６ｄ’を抽出する。

次に、ステップＳ１２において、予めデータベース２０に記憶していた健全管１ａの受信信号の特定部位を周波数変調し、これをステップＳ１０で得た合成信号から減算する動作を説明する。

突き合わせ溶接部２および隅肉溶接４ｂからは不要モードの信号も発生する。この不要モードの信号は音速が周波数によって変化する性質があるため熱交換器管１を形成する突き合わせ溶接部２および隅肉溶接４ｂの位置関係にバラツキがある場合は、ステップＳ１０で得た合成信号から、予めデータベース２０に記憶していた健全管１ａの受信信号の全体、あるいは特定した一部を減算してもキズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからの受信信号６ａ’、６ｂ’、６ｃ’、６ｄ’を明瞭に抽出できない場合がある。この場合、ステップＳ１０で得られた合成信号の中から突き合わせ溶接部２および隅肉溶接４ｂからの受信信号領域をそれぞれについて特定し、それぞれについてゲート設定をし、それぞれについて周波数を計測する。次に、データベース２０に記憶している健全管１ａの受信信号の中から突き合わせ溶接部２および隅肉溶接４ｂからの受信信号領域を、それぞれについて特定し、それぞれについてゲートを設定して、それぞれの周波数がステップＳ１０で得られた合成信号のそれと同一になるように周波数変調を施す。そして、これに位置ズレに相当する時間量をシフトさせて、ステップＳ１０で得られた合成信号から減算することで熱交換器管１を形成する突き合わせ溶接部２および隅肉溶接４ｂの位置関係にバラツキがあり、かつ不要モードの信号が受信される場合でもキズ６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄからの受信信号６ａ’、６ｂ’、６ｃ’、６ｄ’を抽出する。しかし、信号処理が煩雑になる反面もある。

前記の例では、ボイラの熱交換器管１のキズ検査について説明したが、本発明の管群検査装置は被検体の材質や形状によって適用が制限されるものではなく、長さ数キロにもおよぶパイプラインなどを数十メートル単位で区切り順次検査する場合でも、広く適用できるものである。さらに、キズ信号を抽出する機能も発揮できるものである。

原子力発電のサポート的運用に移行しつつある火力発電設備は停止時間が長期化し、ボイラの伝熱管内に発生する孔食の問題が顕在化しつつあるので、本発明は将来に亘り継続的に活用が見込める。また、検査費用の削減が計画されつつある将来に向け、特に有利な技術となる可能性がある。

本発明の実施例に係わる管群検査装置の構成を示す図である。 図１の管群検査装置の探触子の詳細構成を示す図であり、図２（ａ）は熱交換器管の軸心を通る断面図、図２（ｂ）は熱交換器管の横断面図である。 熱交換器管の外周に取り付けた図１の管群検査装置の感度補償試験体の横断面方向を見た図である。 図１の管群検査装置でボイラの熱交換器管の検査を行うフローを示す図である。 図１の管群検査装置でボイラの熱交換器管の検査時における突き合わせ溶接部で２回反射した信号の受信信号を説明する図である。 図１の管群検査装置の他の実施例の探触子を構成する圧電素子が平板状であった場合の動作を説明する図である。 図１の管群検査装置の一つの探触子から送られてきた受信信号に含まれる感度補償試験体からの受信信号にゲートを設定した状況を示す図である。 図１の管群検査装置の受信信号処理部で得られた合成信号を示す図である。 図１の管群検査装置のデータベースに記憶してある健全管の受信信号を得る手段を説明する図である。 図１の管群検査装置のデータベースに記憶している健全管の受信信号を示す図である。 図１の管群検査装置の受信信号処理において合成した受信信号から健全管の受信信号を減算して得た検査結果を示す図である。 従来の超音波探傷装置に関する説明図である。 従来の超音波探傷装置に関するデータの概念を推察した図である。

符号の説明

１ 熱交換器管 １ａ 健全管
２ 突き合わせ溶接 ２’，２’’ 突き合わせ溶接からの受信信号
２’’’ 突き合わせ溶接部で発生した不要モードの受信信号
２ａ１，２ａ２，２ｂ１，２ｂ２ キズ
３ａ，３ｂ 管寄せ ４Ａ，４Ｂ 送受信子群
４ａ，４ｂ 隅肉溶接 ４ｂ’ 隅肉溶接からの受信信号
４ｂ’’ 隅肉溶接で発生した不要モードの受信信号
５ 曲がり部 ５’ 曲がり部からの受信信号
６ａ，６ｂ，６ｃ６ｄ キズ
６ａ’，６ｂ’，６ｃ’６ｄ’ キズからの受信信号
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ 探触子
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ 圧電素子
１２ａ’，１２ｂ’，１２ｃ’，１２ｄ’ 平面圧電素子
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ 楔
１４，１４ａ，１４ｂ 感度補償試験体
１４’ 感度補償試験体からの受信信号
１５ ボルト １６ 励振信号補償部
１７ 励振信号分配部 １８ 励振信号発生部
１９ 受信信号処理部 ２０ データベース
２１ 表示部

Claims (7)

1. 被検管の軸心方向に伝播する水平偏波の横波を屈折角９０度で入射させ、その反射信号を受信する一つ以上の探触子を被検管の端部付近の同一横断面の外周面上に設け、該被検管の探触子設置部の反対側の端部付近の同一横断面の外周面上に前記１つ以上の探触子で被検管に入射した水平偏波の横波を反射させる機能を有する感度補償試験体を設け、
   前記探触子毎に送るための励振信号を発生させる励振信号発生部と、該励振信号発生部で発生した励振信号を前記探触子の数に応じて分配する励振信号分配部と、前記探触子毎に補正した励振信号を送るための励振信号補償部と、前記感度補償試験体からの受信信号を参照して前記励振信号補償部から前記探触子に送る励振信号の強度を制御する機能及び予め作成されているデータベースを参照して前記受信信号から有用な信号を抽出する機能を有し、前記探触子で受信した被検管からの反射信号を処理する受信信号処理部とを備えたことを特徴とする管群検査装置。
2. 一つ以上の探触子から被検管の軸心方向に伝播する水平偏波の横波は該被検管の同一横断面の外周面上の等間隔位置から同位相で入射することを特徴とする請求項１記載の管群検査装置。
3. 探触子には圧電素子が内蔵され、該圧電素子は被検管と同心円の曲率を有することを特徴とする請求項１又は２記載の管群検査装置。
4. データベースは被検管と材質および形状が等しい健全管あるいは模造管からの受信信号を記憶するものであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の管群検査装置。
5. 受信信号処理部はデータベースで記憶されている前記健全管あるいは模造管からの受信信号の全体又は特定した一部を被検管からの受信信号から減算でき、その結果を表示部に送る機能を有することを特徴とする請求項４記載の管群検査装置。
6. 受信信号処理部はデータベースで記憶されている前記健全管あるいは模造管からの受信信号の中から特定範囲を指定して周波数変調でき、さらには時間シフトを可能として、得られた受信信号を被検管からの受信信号から減算でき、その結果を表示部に送る機能を有することを特徴とする請求項４記載の管群検査装置。
7. 感度補償試験体は分割可能に構成され、被検管の任意の位置に取り付け自在であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の管群検査装置。

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