JP4838697B2

JP4838697B2 - 超音波探傷装置及び超音波探傷用ウェッジ

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Publication number: JP4838697B2
Application number: JP2006339389A
Authority: JP
Inventors: 正和上林; 啓勝浦; 圭二服部; 敬渡邊
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2006-12-18
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2026-12-18
Also published as: JP2008151626A

Description

本発明は、超音波探傷装置及び超音波探傷用ウェッジに関し、特にフェーズドアレイ式超音波探傷装置及びこの装置に用いられる超音波探傷用ウェッジに関する。

配管、圧力容器、橋梁の非破壊検査技術の一つとして超音波探傷（ＵＴ）が適用されている。例えば、日本工業規格ＪＩＳ−３０６０、ＪＩＳ−３０７０（非特許文献１、２）には、パルス反射法によって溶接部の超音波探傷試験を行う技術が開示されている。ＪＩＳ−３０６０、ＪＩＳ−３０７０に規定された超音波探傷試験方法では、図１に示されているように、送受信兼用の探触子１０１が試験体１０２の上で２次元的に走査され、これにより、溶接部に存在する欠陥（きず）の検出、及びその位置の測定が行われる。

ＪＩＳ−３０６０、ＪＩＳ−３０７０に規定されている探傷方法の一つの問題は、探触子が２次元的に走査されるため、試験時間が長いことである。この問題を解決するための一つの方法は、フェーズドアレイを使用することである（非特許文献３、４、特許文献１）。フェーズドアレイＵＴプローブは、複数の振動子を備えている。個々の振動子の送受信タイミングを独立に制御し、波形を合成することにより超音波ビームが制御される。この制御により、超音波ビームの入射角や収束位置を自由に変えることができる。フェーズドアレイを使用すれば、２つの走査方向のうちの一方向の走査を電子的に行うことができる。これは、超音波探傷試験に必要な試験時間を短くするために有効である。

また、超音波探傷技術の一つとして、被計測物体に超音波を斜めに入射させる斜角探傷が知られている。特許文献２は、被計測物体に超音波を斜めに入射させるための技術を開示している。

フェイズドアレイ超音波探傷では、振動子を複数用いているために一般の超音波探傷（ＪＩＳ−３０７０）に比べてプローブの寸法が大きくなる。それに伴ない、斜角探傷で用いるウェッジも大きくなる。ウェッジが大きくなると、ウェッジの形状によりウェッジ内部で散乱するエコー（ウェッジと外界との境界で反射するエコー。以下、「ウェッジ内エコー」と表記される場合がある。）のウェッジ内部における透過距離が長くなる。そのため、このウエッジ内エコーがノイズとして検出されやすくなり、欠陥の検出精度が低下する。

ここで、橋梁の検査では低レベルでのエコー検出が要求されている。例えば、一般の超音波探傷法（ＪＩＳ−３０６０）でのエコーの検出レベルはＬ線とされているが、橋梁の自動ＵＴ検査において適用されている「鋼道路溶接部の超音波自動探傷検査マニュアル（案）」（非特許文献５）でのエコー検出レベルはＬ／２線とされている。すなわち、橋梁の検査において、フェイズドアレイ超音波探傷の斜角探傷を行う場合、ウェッジ内エコーのレベルを低減する必要性が高い。

ＪＩＳＺ３０６０鋼溶接部の超音波探傷試験方法平成１４年４月３０日、第１刷財団法人日本規格協会ＪＩＳＺ３０７０鋼溶接部の超音波探傷試験方法平成１０年６月３０日、第１刷財団法人日本規格協会川浪精一他、「フェーズドアレイ超音波探傷技術の開発」、三菱重工技報、２００１年５月、ｖｏｌ．３８、Ｎｏ．３、ｐ．ｐ．１５４−１５７川浪精一他、「非破壊検査の信頼性向上を可能にしたフェーズドアレイＵＴ技術」、三菱重工技報、２００４年１月、ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．１、ｐ．ｐ．１８−１９鋼道路溶接部の超音波自動探傷検査マニュアル（案）、社団法人日本橋梁建設協会、平成１５年３月特開２００６−６４６９８号公報特開昭６１−５４４４５号公報

本発明の目的は、ウェッジの形状によりウェッジ内部で散乱するエコーによって欠陥の検出が阻害されることが防がれる超音波探傷装置及び超音波探傷用ウェッジを提供することである。

以下に、（発明を実施するための最良の形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための最良の形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による超音波探傷用ウェッジ（１３）は、試験体（４）に対向するように配置される底面（２１）と、プローブ（６）が取り付けられる斜面（２２）とを具備する。前記斜面は、前記底面に対して傾斜している。前記底面及び前記斜面の両方と直交する仮想的な第１平面が存在する。前記プローブは、前記斜面と前記第１平面とが共有する直線に沿って配列される複数の超音波振動子（１５、１５ａ、１５ｂ）を含む。前記複数の超音波振動子は、前記複数の超音波振動子の中で前記底面に最も近い第１超音波振動子（１５ａ）と、前記複数の超音波振動子の中で前記底面から最も遠い第２超音波振動子（１５ｂ）とを含む。前記斜面と前記底面との傾斜角θと、前記第１超音波振動子と前記第２超音波振動子との間隔Ｌと、前記第１超音波振動子から前記底面に下ろした垂線の長さｙ０と、前記プローブが前記超音波探傷用ウェッジに対して前記第１平面内に入射する超音波ビームの方向と前記底面の法線方向とのなす角βとは、式：
Ｌ＜２ｙ０・ｔａｎβ／｛（１−ｔａｎθ・ｔａｎβ）ｃｏｓθ｝
を満たす。

本発明によれば、複数の超音波振動子のいずれかから出力され、底面で反射した超音波が複数の超音波振動子のいずれかに入射することが防がれる。したがって、このような超音波により欠陥の検出が阻害されることが防がれる。

本発明による超音波探傷用ウェッジには、第１の三角溝（２７）が設けられることが好ましい。

本発明による超音波探傷用ウェッジは、第１の支持構造（２４）と、第２の支持構造（２５）とを具備することが好ましい。前記第１の支持構造及び前記第２の支持構造は、前記底面及び前記斜面が開いている側に配置された吸音部材（３０）を挟持する。前記第１の三角溝は、前記第１の支持構造及び前記第２の支持構造の少なくとも一方に設けられている。

本発明による超音波探傷用ウェッジは、前記底面と略直角に交わる側面（２３）と、第２の三角溝（２７）とを具備することが好ましい。前記第２の三角溝は、前記側面と前記底面とによって形成された稜線（２６）と交叉するように設けられている。

本発明による超音波探傷用ウェッジは、前記底面と略直角に交わる側面（２３）を具備することが好ましい。この場合、前記第１の三角溝は、前記側面と前記底面とによって形成された稜線（２６）と交叉するように設けられる。

本発明による超音波探傷用ウェッジは、試験体（４）に対向するように配置される底面（２１）と、プローブ（６）が取り付けられる斜面（２２）とを具備する。前記斜面は前記底面に対して傾斜している。前記プローブは、複数の超音波振動子（１５、１５ａ、１５ｂ）を含み、前記超音波探傷用ウェッジを介して前記試験体に超音波ビームを入射する。前記超音波探傷用ウェッジに三角溝（２７）が設けられている。

本発明によれば、ウェッジ内エコーが三角溝によって減衰され、ウェッジ内エコーによって欠陥の検出が阻害されることが防がれる。

本発明による超音波探傷装置（１）は、上記超音波探傷用ウェッジのいずれか一つと、前記超音波探傷用ウェッジに取り付けられたプローブ（６）と、演算装置（９）とを具備する。前記プローブは、前記超音波探傷用ウェッジを介して試験体（４）に超音波ビームを入射し、前記試験体から戻ってきた超音波の反射波を電気信号に変換する。前記演算装置は、前記電気信号に基づいて前記試験体の内部構造を示す内部構造データを生成する。

本発明によれば、ウェッジの形状によりウェッジ内部で散乱するエコーによって欠陥の検出が阻害されることが防がれる超音波探傷装置及び超音波探傷用ウェッジが提供される。したがって、高感度の探傷が可能となる。

添付図面を参照して、本発明による超音波探傷装置及び超音波探傷用ウェッジを実施するための最良の形態を以下に説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置１の構成を示している。本実施形態の超音波探傷装置１は、第１鋼板２の裏面に第２鋼板３が突き合わされて溶接されたＴ型溶接継手が形成された試験体４の探傷試験を行うためのものである。以下、本明細書の説明において、第２鋼板３の表面に垂直な方向にｘ軸、第１鋼板２の表面に垂直な方向にｙ軸、試験体４の溶接線の方向（即ち、探傷方向）にｚ軸を有する直交座標系が使用される。第１鋼板２の表面はｘｚ平面に平行であり、第２鋼板３の表面は、ｙｚ平面に平行である。

超音波探傷装置１は、３つのプローブ５〜７と、プローブ５〜７を溶接線にそった方向（探傷方向）に走査する走査装置８と、演算装置９とを備えている。

プローブ（探触子）５〜７のそれぞれは、複数の超音波振動子で構成されている。即ち、プローブ５〜７のそれぞれは、単独で、Ａスコープ波形のみならず、Ｂスコープ画像を取得可能に構成されている。これらのプローブ５〜７は、それぞれがフェーズドアレイとして機能することが可能である。

プローブ５〜７のうち中央に位置するプローブ５は、直接に第１鋼板２の表面に接触され、第１鋼板２の表面に垂直な方向（ｙ軸方向）に超音波ビームを入射するために使用される。このため、プローブ５は、以下、垂直プローブ５と呼ばれることがある。

一方、プローブ６、７は、第１鋼板２の表面に対して斜めの方向に超音波ビームを入射するために使用される。このため、プローブ６、７は、以下、斜角プローブ６、７と呼ばれることがある。斜角プローブ６、７の表面には、ウェッジ１３、１４がそれぞれ接合されており、斜角プローブ６、７は、ウェッジ１３、１４によって第１鋼板２の表面に対して斜めに支持されている。斜角プローブ６、７が発生した超音波ビームは、それぞれウェッジ１３、１４を介して第１鋼板２に入射され、その超音波ビームの反射波は、第１鋼板２からウェッジ１３、１４を介して斜角プローブ６、７に入射される。

走査装置８は、レール１１とプローブ保持機構１２とを備えている。レール１１は、ｚ軸方向（即ち、試験体４の溶接線の方向）に延設されている。プローブ保持機構１２は、プローブ５〜７を保持している。プローブ保持機構１２は、垂直プローブ５を固定的に、斜角プローブ６、７（及びウェッジ１３、１４）をｘ軸方向に移動可能に保持している。斜角プローブ６、７がｘ軸方向に移動可能であることは、斜角プローブ６、７を第２鋼板３の厚さに応じて適切に位置させることを可能にする。好適には、斜角プローブ６、７（及びウェッジ１３、１４）の位置は、垂直プローブ５に対して対称となるように調整される。図３Ｂに示されているように、斜角プローブ６、７は、そのｚ軸方向の位置が垂直プローブ５のｚ軸方向の位置とずれているように配置されている。これは、斜角プローブ６、７のｘ軸方向の位置の調節幅を増大させる点で好適である。

プローブ保持機構１２は、レール１１の上に探傷方向に移動可能に載置されている。プローブ５〜７のｚ軸方向への走査は、プローブ保持機構１２がレール１１の上を移動することによって行われる。プローブ５〜７のｚ軸方向の位置は、レール１１に設けられたエンコーダ（図示されない）によって検出可能である。

演算装置９は、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７を制御すると共に、試験体４の探傷を行うための演算を行う。具体的には、演算装置９は、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７に電気信号を供給し、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７に超音波ビームを発生させる。更に、演算装置９は、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７から送られてくる反射波の電気信号から、試験体４に存在する欠陥を検出する。

本実施形態の超音波探傷装置１は、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７によって３つのＢスコープ画像（断面表示画像）を取得し、その３つのＢスコープ画像から欠陥の形状（特に、欠陥の向きや寸法）を特定するように構成されている。本実施形態の超音波探傷装置１では、異なる方向からの探傷によって得られた複数のＢスコープ画像を利用することにより、欠陥の向きが予め分かっていない場合でも、欠陥の寸法を特定できる。

以下、試験体４の（ｘｙ平面に平行な）ある断面（以下、「対象断面」という。）の欠陥の形状を測定するための本実施形態の超音波探傷装置１の動作を詳細に説明する。

斜角プローブ６、７が第２鋼板３の厚さにあわせてｘ軸方向に位置合わせされた後、斜角プローブ６、７が対象断面に位置整合するように、プローブ保持機構１２が位置合わせされる。

続いて、図３Ａに示されているように、斜角プローブ６、７を用いて探傷が行われる。斜角プローブ６、７は、演算装置９による制御の下、試験体４にｙ軸方向に対して斜めに超音波ビームを入射し、更に、夫々に帰ってくる反射波を電気信号に変換して演算装置９に送る。干渉を防ぐために、斜角プローブ６、７による超音波ビームの入射は同時には行われない。斜角プローブ６、７は、超音波ビームの入射を別々の時刻に行う。

続いて、更に、垂直プローブ５が対象断面に位置整合するように、プローブ保持機構１２が位置合わせされる。垂直プローブ５は、演算装置９による制御の下、試験体４にｙ軸方向に超音波ビームを入射する。垂直プローブ５に帰ってくる反射波は、垂直プローブ５によって電気信号に変換されて演算装置９に送られる。

斜角プローブ６、７が対象断面に位置整合されている状態で垂直プローブ５によって探傷が行われることも可能である。ただし、このときに得られる反射波の電気信号は、対象断面とは別の断面の欠陥の形状の特定に使用され、対象断面の欠陥の形状の特定には使用されない。

図４は、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７による超音波ビームの発生、及び、反射波の処理を説明する図である。図４の最上段に示されているように、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７のそれぞれは、複数の超音波振動子１５を備えている。超音波振動子１５としては、圧電素子が例示される。超音波振動子１５は、送信モードにおいて演算装置９から入力される電気信号に基づいて超音波を発生し、受信モードにおいて受信した反射波を電気信号に変換して演算装置９に出力する。垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７のそれぞれは、超音波ビームの発生に関与する超音波振動子１５を変えながら複数回超音波ビームを入射する。例えば、第１ステップでは、図中左から１番目から６番目までの超音波振動子１５を用いて超音波ビームが発生され、第２ステップでは、図中左から２番目から７番目までの超音波振動子１５を用いて超音波ビームが発生される。同様に、第Ｎステップでは、図中左からＮ番目からＮ＋５番目までの超音波振動子１５を用いて超音波ビームが発生される。プローブ５〜７をフェーズドアレイとして機能させることにより（即ち、超音波ビームの発生に関与する超音波振動子１５に供給する電気信号の位相を適切に調節することにより）、プローブの面（複数の超音波振動子１５が配列された面）に対して斜めに超音波ビームを発生することもできる。各超音波ビームに対応する反射波は、電気信号に変換されて演算装置９に送られる。演算装置９に送られた電気信号のそれぞれは、ビーム路程とエコー高さの関係を表すＡスコープ波形を示している。

演算装置９は、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７から送られてくる電気信号から、垂直プローブ５、及び斜角プローブ６、７のそれぞれに対応するＢスコープ画像（断面表示画像）を生成する。詳細には、垂直プローブ５から送られる電気信号から第１のＢスコープ画像が生成され、斜角プローブ６から送られる電気信号から第２のＢスコープ画像が生成され、更に、斜角プローブ６から送られる電気信号から第３のＢスコープ画像が生成される。

図４の下段には、Ｂスコープ画像の生成手順が図示されている。具体的には、得られたＡスコープ波形を、超音波ビームの発生に関与する超音波振動子１５の位置に対応する位置に、且つ、超音波ビームの入射角に対応する方向に並べることにより、３次元グラフが得られる。この３次元グラフのエコー高さを階調（又は色彩）に対応させることにより、Ｂスコープ画像が生成される。

続いて、得られた３つのＢスコープ画像から欠陥の形状に関するデータである形状データが算出される。形状データは、例えば、欠陥の向きや寸法を含んでいる。形状データと、Ｂスコープ画像とは、試験体４の内部構造を示す内部構造データである。

プローブ６、７がウェッジ１３、１４を介して長音波ビームを試験体４に入射するとき、ウェッジ１３、１４の形状によりウェッジ１３、１４の内部で散乱するエコーが生じる。このエコーは、ウェッジ１３、１４と外界との境界で反射されるエコーであり、以下「ウェッジ内エコー」と表記される場合がある。ウェッジ内エコーが受信モードにある超音波振動子１５に入射した場合、ウェッジ内エコーが試験体４の内部構造とは無関係なゴーストエコーとしてＡスコープ波形に出現し、その結果、Ｂスコープ画像及び形状データにゴーストエコーが反映される。ゴーストエコーは、試験体４内の欠陥の見逃しを招く有害なノイズとなり得る。特に橋梁の超音波探傷においては、通常の超音波探傷においてＬ線（Ｈ線をエコー高さ８０％としたときにエコー高さ２０％の線）とされているエコー検出レベルがＬ／２線（Ｈ線をエコー高さ８０％としたときにエコー高さ１０％の線）とされているため、ウェッジ内エコーに対策を講じる必要性が高い。

以下、ウェッジ内エコー対策について、プローブ６及びウェッジ１３を例として説明する。プローブ７及びウェッジ１４は、プローブ６及びウェッジ１３と同様に構成される。

図５は、ウェッジ１３の斜視図を示している。ウェッジ１３は、底面２１と、斜面２２と、底面２１及び斜面２２の両方と略直交する側面２３とを備えている。斜面２２は、底面２１に対して傾斜している。ウェッジ１３は、底面２１と斜面２２の間隔が広い側に支持構造２４、２５を備えている。ウェッジ１３は、例えば、アクリルのような材料により継ぎ目のない一体構造として形成されている。支持構造２４及び支持構造２５は、吸音部材３０を挟持している。吸音部材３０は、ウエッジ１３の材料よりも超音波の減衰性能が優れた材料、例えば樹脂により形成されている。図５に示されたｘ、ｙ、ｚ方向は、図２に示されたものと同じである。

図６は、ウェッジ１３及びプローブ６の断面図を示している。図６に示されたｘ、ｙ、ｚ方向は、図２に示されたものと同じである。図６に示された切断面は、ｘｙ平面に平行である。切断面は、底面２１及び斜面２２の両方と直交している。底面２１は、ｘｚ平面に平行であり、試験体４に対向するように（ｙ方向の正側を向いた状態で）配置される。プローブ６は、複数の超音波振動子１５が配列された面が斜面２２に密着するようにウェッジ１３に取り付けられている。θは斜面２２の底面２１に対する傾斜角を示す。底面２１及び斜面２２の間隔は、ｘ方向の正側で広く、ｘ方向の負側で狭い。プローブ６が備える複数の超音波振動子１５は、切断面と斜面２２とが共有する直線に沿って配列されている。複数の超音波振動子１５は、底面２１に最も近い超音波振動子１５ａと底面２１から最も遠い超音波振動子１５ｂとを含んでいる。すなわち、超音波振動子１５ａ及び１５ｂは、複数の超音波振動子１５の両端に位置している。点Ｐは超音波振動子１５ａの位置を示し、点Ｐ’は超音波振動子１５ｂの位置を示す。Ｌは点Ｐと点Ｐ’との距離を示し、正の値をとる。ｙ０は点Ｐから底面２１に下ろした垂線の長さ（点Ｐの底面２１からの高さ）を示す。ｙ１は点Ｐ及び点Ｐ’の底面２１からの高さの差を示す。ｙ０及びｙ１は、ｙ方向の高さ又は距離を示す。

点Ｐに位置する超音波振動子１５ａからウェッジ１３内に出力され、底面２１で反射して点Ｐ’に位置する超音波振動子１５ｂに入射する超音波の路程が示されている。この路程は、切断面内に含まれている。βは、この路程の超音波振動子１５ａと底面２１との間の部分が延びる方向と底面２１の垂線との角度を示している。βは、この超音波が底面２１で反射するときの入射角及び反射角に等しい。αは、路程の超音波振動子１５ａと底面２１との間の部分が延びる方向と斜面２２との角度を示す。ここで、α、β、及びθは、式：
β＝９０°−（α−θ）
を満たす。点Ｐ’’は、点Ｐを通りｘ方向に平行な直線と底面２１で反射した超音波が超音波振動子１５ｂに向かって進む路程との交点を示している。ｘ１は点Ｐと点Ｐ’のｘ方向の距離を示す。ｘ２は、点Ｐ’と点Ｐ’’のｘ方向の距離を示す。ｘ３は、点Ｐと点Ｐ’’のｘ方向の距離を示す。ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｙ１について以下の式：
ｘ１＝ｘ２＋ｘ３
ｘ２＝ｙ１・ｔａｎβ
ｘ３＝（ｙ０・ｔａｎβ）×２
ｙ１＝ｘ１・ｔａｎθ
が成り立つ。上式を整理すると、下記式：
ｘ１＝２ｙ０・ｔａｎβ／（１−ｔａｎθ・ｔａｎβ）
が得られる。従って、Ｌは下記式：
Ｌ＝ｘ１／ｃｏｓθ＝２ｙ０・ｔａｎβ／｛（１−ｔａｎθ・ｔａｎβ）・ｃｏｓθ｝
で表される。

したがって、プローブ６がウェッジ１３に対して切断面内に超音波ビームを出力する方向と底面２１の垂線との角度がβである場合、下記不等式：
Ｌ＜２ｙ０・ｔａｎβ／｛（１−ｔａｎθ・ｔａｎβ）・ｃｏｓθ｝
が成立すれば、複数の超音波振動子１５のいずれかから出力され、底面２１で反射した超音波が複数の超音波振動子１５のいずれかに入射することが防がれる。したがって、このような超音波がゴーストエコーとして検出されて欠陥の検出精度が低下することが防がれる。

図７は、ウェッジ１３の正面図（図７（ａ））、上面図（図７（ｂ）、側面図（図７（ｃ））を示している。ウェッジ１３は、ｘ方向の正側に斜面２８を備えている。斜面２８は、ｘｙ平面に垂直である。吸音部材３０は、斜面２８と、支持構造２４と、支持構造２５とによって三方が囲まれている。斜面２８には、複数の三角溝２７が設けられている。斜面２８に設けられた複数の三角溝２７は、ｘｙ平面に平行な方向に延伸しており、互いに平行である。吸音部材３０には、斜面２８に設けられた複数の三角溝２７に対応する形状の三角溝が設けられている。吸音部材３０とウェッジ１３とは、互いの三角溝が嵌合するように接合されている。斜面２８に設けられた複数の三角溝２７は、ウェッジ内エコーを減衰させる。吸音部材３０は、ウェッジ内エコーの減衰に寄与する。

支持構造２４及び支持構造２５の上面及び前面には、三角溝２７が設けられている。ここで、支持構造２４及び支持構造２５の上面は、ｙ方向の負側に位置してｙ方向の負側を向く面である。支持構造２４及び支持構造２５の前面は、ｘ方向の正側に位置してｘ方向の正側を向く面である。支持構造２４及び支持構造２５の上面及び前面に設けられた三角溝２７が延伸する方向は、ｘｙ平面に平行である。支持構造２４及び支持構造２５の上面及び前面に設けられた三角溝２７は、支持構造２４及び支持構造２５内に入りこんだウェッジ内エコーを減衰させる。

支持構造２４及び支持構造２５に設けられた三角溝２７を埋めるように吸音部材（不図示）を設けることが好適である。吸音部材は、ウエッジ１３の材料よりも超音波の減衰性能が優れた材料、例えば樹脂により形成されている。吸音部材は、支持構造２４及び支持構造２５内に入りこんだウェッジ内エコーの減衰に寄与する。吸音部材は、三角溝２７を設けることで支持構造２４及び支持構造２５に形成される鋭いエッジが他の物体を傷付けることを防止する。

底面２１と側面２３とによって形成される稜線２６と交叉するように複数の三角溝２７が設けられている。これらの三角溝２７は、ウェッジ内エコーを減衰させる。特に、超音波振動子１５から稜線２６に向かって進む超音波の減衰に効果的である。なお、超音波振動子１５から稜線２６に向かって進む超音波は、試験体４の欠陥の検出に寄与しない。これらの三角溝２７は、稜線２６のｘ方向正側部分に設けられることが好ましい。複数の三角溝２７を稜線２６の部分のみに設けて試験体４に対して超音波を透過する面である底面２１に設けないことにより、超音波の試験体４への透過率の減少を防ぎながら、ウェッジ内エコーを低減することができる。

図８は、三角溝２７の断面図を示している。図８に示された切断面は、三角溝２７が延伸する方向に垂直である。三角溝２７は、断面Ｖ字形の溝である。Ｖ字形を形成している三角溝２７の二つの斜面のなす角が６０°のときに三角溝２７による超音波の減衰が極大化されるが、二つの斜面のなす角が他の角度であってもよい。

なお、ウェッジ１３は、支持構造２４及び支持構造２５を備えなくてもよい。この場合、ウェッジ１３は、ｘ方向の正側の全体が斜面２８となる。斜面２８の全面に複数の三角溝２７が設けられ、吸音部材３０が斜面２８の全面を覆うようにウェッジ１３に接合される。この場合、吸音部材３０をウェッジ１３に接合された状態で固定する固定部材を設けることが好ましい。

従来市販されているウェッジに三角溝２７を設けることで容易に高感度用ウェッジに改造することが可能である。

図１は、従来の超音波探傷試験方法を説明する平面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の構成を示す斜視図である。図３Ａは、本実施形態における探傷試験方法の原理を示す断面図である。図３Ｂは、本実施形態における探傷試験方法の原理を示す平面図である。図４は、超音波ビームの発生、及び、反射波の処理を説明する図である。図５は、本実施形態におけるウェッジを示す斜視図である。図６は、ウェッジの形状、超音波ビームの入射方向、及び超音波振動子の配置の関係を説明するための側面図である。図７（ａ）はウェッジの正面図、図７（ｂ）はウェッジの上面図、図７（ｃ）はウェッジの側面図である。図８は、ウェッジに設けられた三角溝の形状を示す断面図である。

符号の説明

１…超音波探傷装置
２…第１鋼板
３…第２鋼板
４…試験体
５〜７…プローブ
８…走査装置
９…演算装置
１１…レール
１２…プローブ保持機構
１３、１４…ウェッジ
１５、１５ａ、１５ｂ…超音波振動子
２１…底面
２２…斜面
２３…側面
２４、２５…支持構造
２６…稜線
２７…三角溝
２８…斜面
３０…吸音部材

Claims

超音波探傷用ウェッジと、
前記超音波探傷用ウェッジに取り付けられたプローブと、
演算装置と
を具備し、
前記プローブは、前記超音波探傷用ウェッジを介して試験体に超音波ビームを入射し、
前記試験体から戻ってきた超音波の反射波を電気信号に変換し、
前記演算装置は、前記電気信号に基づいて前記試験体の内部構造を示す内部構造データを生成し、
前記超音波探傷用ウェッジは、
前記試験体に対向するように配置される底面と、
前記プローブが取り付けられる斜面と
を備え、
前記斜面は前記底面に対して傾斜し、
前記底面及び前記斜面の両方と直交する仮想的な第１平面が存在し、
前記プローブは、前記斜面と前記第１平面とが共有する直線に沿って配列される複数の超音波振動子を含み、
前記複数の超音波振動子は、前記複数の超音波振動子の中で前記底面に最も近い第１超音波振動子と、前記複数の超音波振動子の中で前記底面から最も遠い第２超音波振動子とを含み、
前記斜面と前記底面との傾斜角θと、前記第１超音波振動子と前記第２超音波振動子との間隔Ｌと、前記第１超音波振動子から前記底面に下ろした垂線の長さｙ０と、前記プローブが前記超音波探傷用ウェッジに対して前記第１平面内に入射する超音波ビームの方向と前記底面の法線方向とのなす角βとは、式：
Ｌ＜２ｙ０・ｔａｎβ／｛（１−ｔａｎθ・ｔａｎβ）ｃｏｓθ｝
を満たす
超音波探傷装置。
前記超音波探傷用ウェッジに第１の三角溝が設けられた
請求項１に記載の超音波探傷装置。
前記超音波探傷用ウェッジは、
第１の支持構造と、
第２の支持構造と
を備え、
前記第１の支持構造及び前記第２の支持構造は、前記底面及び前記斜面が開いている側に配置された吸音部材を挟持し、
前記第１の三角溝は、前記第１の支持構造及び前記第２の支持構造の少なくとも一方に設けられた
請求項２に記載の超音波探傷装置。
前記超音波探傷用ウェッジは、
前記底面と略直角に交わる側面と、
第２の三角溝と
を備え、
前記第２の三角溝は、前記側面と前記底面とによって形成された稜線と交叉するように設けられた
請求項３に記載の超音波探傷装置。
前記超音波探傷用ウェッジは、前記底面と略直角に交わる側面を備え、
前記第１の三角溝は、前記側面と前記底面とによって形成された稜線と交叉するように設けられた
請求項２に記載の超音波探傷装置。
超音波探傷用ウェッジの底面を試験体に対向するように配置するステップと、
前記超音波探傷用ウェッジの斜面に取り付けられたプローブが前記超音波探傷用ウェッジを介して前記試験体に超音波ビームを入射するステップと、
前記プローブが前記試験体から戻ってきた超音波の反射波を電気信号に変換するステップと、
前記電気信号に基づいて前記試験体の内部構造を示す内部構造データを生成するステップと
を具備し、
前記斜面は前記底面に対して傾斜し、
前記底面及び前記斜面の両方と直交する仮想的な第１平面が存在し、
前記プローブは、前記斜面と前記第１平面とが共有する直線に沿って配列される複数の超音波振動子を含み、
前記複数の超音波振動子は、前記複数の超音波振動子の中で前記底面に最も近い第１超音波振動子と、前記複数の超音波振動子の中で前記底面から最も遠い第２超音波振動子とを含み、
前記試験体に超音波ビームを入射する前記ステップにおいて、前記斜面と前記底面との傾斜角θと、前記第１超音波振動子と前記第２超音波振動子との間隔Ｌと、前記第１超音波振動子から前記底面に下ろした垂線の長さｙ０と、前記プローブが前記超音波探傷用ウェッジに対して前記第１平面内に入射する超音波ビームの方向と前記底面の法線方向とのなす角βとは、式：
Ｌ＜２ｙ０・ｔａｎβ／｛（１−ｔａｎθ・ｔａｎβ）ｃｏｓθ｝
を満たす
超音波探傷試験方法。