JP5145066B2

JP5145066B2 - 超音波探傷方法及び超音波探傷装置

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Publication number: JP5145066B2
Application number: JP2008030309A
Authority: JP
Inventors: 謙太郎田中; 朝寛鈴木; 保夫渡瀬; ゆう子西明
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2008-02-12
Filing date: 2008-02-12
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2028-02-12
Also published as: JP2009192236A

Description

本発明は、超音波を用い、被検査物の表面割れ、内部割れ、融合不良、溶込み不良等の欠陥を検出する超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。特に、厚肉圧力容器と、当該厚肉圧力容器に取り付くノズルやマンホール等との接合部のように複雑な形状を有する接合部における欠陥を検出及び定量するのに有利な超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。

従来から、互いに接合された第１部材及び第２部材の接合部を含む被検査部内の欠陥、例えば、溶接によって接合された２つの鋼材（第１の鋼材及び第２の鋼材）における溶接部及びその周辺部内の欠陥（表面割れ、内部割れ、融合不良、溶込み不良等）を検出する超音波探傷方法として種々の方法が知られている。

例えば、平板の突合せ溶接等における直線状の単純な形状の溶接部（被検査部）に対する超音波探傷方法としては、特許文献１に記載されたＴＯＦＤ（Time Of Flight Diffraction）法が知られている。このＴＯＦＤ法は、図１１（ａ）乃至図１１（ｃ）に示されるように、突合せ溶接された平板状の２枚の鋼材１０１ａ，１０１ｂの探傷面（表面）１０２に一対の探触子１０３ａ，１０３ｂが溶接部ＷＬを挟んで対称に配置される。この一対の探触子１０３ａ，１０３ｂは、一方が探傷面１０２に対し超音波を発信して鋼材１０１（１０１ａ及び１０１ｂ）の探傷面１０２及び内部に超音波を伝播させる発信探触子１０３ａで、他方が鋼材１０１の探傷面１０２から前記伝播してきた超音波を受信する受信探触子１０３ｂである。

このように配置された状態で発信探触子１０３ａが溶接部（被検査部）ＷＬに向けて超音波を発信すると共に受信探触子１０３ｂが前記超音波を受信しつつ、両探触子１０３ａ，１０３ｂがその間隔を一定に保った状態で溶接部ＷＬに沿って鋼材１０１の表面（探傷面）１０２上を移動（走査）する（図１１（ｃ）の矢印Ｖ方向）。

受信探触子１０３ｂは、前記走査の際、発信探触子１０３ａから発信され、探傷面１０２に沿って伝播してくるラテラル波１１０、溶接部ＷＬ内に生じている欠陥ＣＬ１の上端ＣＬ１ａからの回折波（又は散乱波）１１１、欠陥ＣＬ１の下端ＣＬ１ｂからの回折波（又は散乱波）１１２、及び鋼材１０１の底面１０４で反射した底面反射波１１３を受信する（図１１（ａ）及び図１１（ｂ）参照）。このようにして受信探触子１０３ｂで受信した超音波の受信波形（図１１（ｂ）参照）から伝播時間差ＴＭ１乃至ＴＭ４を求め、この伝播時間差ＴＭ１乃至ＴＭ４と鋼材１０１内を伝播する超音波の伝播速度、鋼材１０１の厚さＴ、両探触子１０３ａ，１０３ｂ間の距離Ｄ等から幾何学的に欠陥ＣＬ１の上端ＣＬ１ａ及び下端ＣＬ１ｂの位置が求められる。このように求められた欠陥ＣＬ１の上端ＣＬ１ａ及び下端ＣＬ１ｂの位置から欠陥ＣＬ１の高さｈ及び欠陥ＣＬ１の探傷面１０２からの深さ（欠陥深さ）ｄ等が導出される。

このようなＴＯＦＤ法は、前記のように単純な形状の溶接部ＷＬに対する超音波探傷に用いられる探傷方法であるため、溶接部（被検査部）を挟んで両側が曲面等で構成される複雑な形状の溶接部、例えば、図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示されるような円筒形状のノズル２０１ｂと円筒形状のシェル２０１ａとの接合部であるノズル溶接部ＷＣに対しては適用できなかった。

そこで、ノズル溶接部ＷＣのような複雑な形状の溶接部（被検査部）の探傷を可能とするためにＴＯＦＤ法を発展させたＣＧ−ＴＯＦＤ（Complex Geometry Time Of Flight Diffraction）法が開発された。この方法は、一方の探触子（受信探触子）２０３ｂをノズル２０１ｂ表面に配置し、他方の探触子（発信探触子）２０３ａをシェル２０１ａ表面に配置し、ノズル溶接部ＷＣ内の欠陥ＣＬ２の上端ＣＬ２ａ及び下端ＣＬ２ｂで回折した後に異なる複数の経路で受信探触子２０３ｂに伝播する超音波２１０乃至２１３の受信波形等を解析することによって欠陥ＣＬ２の位置（上端ＣＬ２ａ及び下端ＣＬ２ｂの位置）や大きさを検出する方法である。

しかし、このＣＧ−ＴＯＦＤ法では、ノズル溶接部ＷＣの内面２０４側が肉盛溶接されている場合には、この肉盛溶接部２０５で不規則に反射した反射波（妨害信号）が多く現れ、これら妨害信号が受信探触子２０３ｂで受信されることでＳ/Ｎ比が低下する等の問題が生じていた。

そこで、図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）に示されるように、発信探触子３０３ａと受信探触子３０３ｂとを共に台部分（シェル）２０１ａの表面（探傷面）３０１上にノズル溶接部（被検査部）ＷＣに沿って配置する探傷方法が開発された。この方法では、前記のように配置された状態で発信探触子３０３ａがノズル溶接部ＷＣに向けて超音波を発信する。ノズル溶接部ＷＣ内に欠陥ＣＬ３が生じていた場合には、当該欠陥ＣＬ３からの超音波信号を受信探触子３０３ｂが受信し、この受信した欠陥ＣＬ３からの超音波を解析することでノズル溶接部ＷＣ内の欠陥ＣＬ３の検出が行われる（特許文献２参照）。即ち、欠陥ＣＬ３からの超音波信号がノズル２０１ｂの内面等で反射されることなく直接受信探触子３０３ｂに到達し、この直接到達した超音波の受信波形等が解析されることで前記妨害信号が多く現れていたとしても精度よく欠陥ＣＬ３の検出（受信波形等の解析）ができる。尚、この超音波探傷方法では、ノズル内面コーナー部に発生した欠陥（割れ）の検出が主体であるが、溶接部の探傷に適用した場合を想定した。
特開２００２−６２２８１号公報特開２００４−２５８００８号公報

しかし、前記のように一対の探触子３０３ａ，３０３ｂが共通の面３０１上において被検査部（ノズル溶接部）ＷＣに沿って配置された状態で行われる超音波探傷方法では、発信探触子３０３ａから超音波が発信され、欠陥ＣＬ３からの超音波信号を受信探触子３０３ｂで受信する（図１３（ｃ）参照）ため両探触子３０３ａ，３０３ｂ間の中央位置Ｃに対応する被検査部ＷＣ内しか精度よく欠陥の検出ができない。即ち、被検査部ＷＣにおける探傷範囲（検査範囲）が狭く、欠陥ＣＬ３が被検査部ＷＣに沿った方向に延びる場合、当該被検査部ＣＷに沿った方向の欠陥の長さ（以下、単に「欠陥長さ」とも称する。）Ｌ１を精度よく検出することができない場合が懸念される。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、接合部を介して互いに接続された２つの部材において、複雑な形状の接合部を含み当該接合部に沿って延びる被検査部内の欠陥を精度よく検出することができる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することを課題とする。

上記課題を解消するために、前記のように被検査部ＷＣに沿って探傷面３０１上に発信及び受信の両探触子３０３ａ，３０３ｂを配置し、前記被検査部ＷＣに沿って探傷面３０１上を移動させながら走査する探傷方法が考えられる。

しかし、このように両探触子を配置すると共に移動させつつ走査する場合であっても、検査対象となる部材（検査対象部材）の形状により探傷面上での両探触子の被検査部に沿った移動が規制される（移動できる距離が限定されている）ような場合には被検査部全体の探傷を行うことができない。

具体的には、例えば、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示される検査対象部材４００のように、被検査部４０２と探傷面４０１とに直交する壁部材４０５が設けられているような場合に、互いの間隔（相対位置）を保った状態での両探触子４０３ａ，４０３ｂの被検査部４０２に沿った移動（走査）が前記壁部材４０５によって規制される。

この場合、前記走査方向の移動可能な両端位置に両探触子４０３ａ，４０３ｂがそれぞれ位置したときに、この両探触子４０３ａ，４０３ｂの中間位置にそれぞれ対応する被検査部の部位ｅ１，ｅ２間の当該被検査部４０２の延びる方向に沿った距離（以下、単に「探傷範囲長さ」とも称する。）Ｌ２よりも前記延びる方向に沿った被検査部４０２全体の距離Ｌ３の方が長くなる。そのため、被検査部４０２全体の探傷を行うことができない。

尚、発信探触子４０３ａの超音波の発信部と受信探触子４０３ｂの超音波の受信部とは、探傷面４０１に接した状態で移動（走査）する必要があるため、前記のような壁部材４０５が設けられることなく探傷面４０１が前記壁部材４０５の設けられた位置で途切れているような場合であっても、両探触子４０３ａ，４０３ｂの被検査部４０２に沿った移動が規制され、被検査部４０２全体の探傷を行うことができない。

また、図１５に示されるように、例えば、円筒の周面形状のシェル５０１ａに円筒形状のノズル５０１ｂが接合されている検査対象部材５００において前記方法での超音波探傷を行う場合、発信及び受信の両探触子５０３ａ，５０３ｂが移動方向（被検査部５０２）に沿って間隔をおいた配置であるため、両探触子間の中央に対応する被検査部の部位に対する発信探触子からの超音波の到達位置は一定でなく両探触子が走査する方向に沿ったシェル５０１ａ表面（探傷面）の曲率変化の影響を受け変化する。特に、シェル５０１ａの表面５０４の走査方向における曲率の変化が大きい場合、受信した超音波の解析が困難となる場合がある。

そこで、本発明者らが鋭意研究した結果、以下の構成の超音波探傷方法及び超音波探傷装置を創作することにより上記課題を解消した。

本発明に係る超音波探傷方法は、互いに接合された第１部材及び第２部材における接合部を含んだ被検査部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することで前記被検査部内の欠陥を検出する超音波探傷方法であって、互いに交差するように前記接合部を介して連接された前記第１部材における第１の特定の面及び第２部材における第２の特定の面によって形成される探傷面上において、当該探傷面に対して前記超音波を発信する発信探触子とこの発信された超音波を前記探傷面から受信する受信探触子とを前記接合部に沿って延びる被検査部に対して直交若しくは略直交する方向に並べて第１の配置とし、前記第１及び第２の特定の面同士が交差する部位からの距離をそれぞれ維持した状態で両探触子を前記被検査部に沿って前記探傷面上を移動させつつ前記被検査部に向けて前記発信探触子から超音波を発信させると共に前記被検査部内に欠陥が生じていた場合にこの欠陥で回折又は反射した超音波を前記受信探触子で受信することで前記被検査部を走査し、前記第１の配置での両探触子の相対位置を前記直交若しくは略直交する方向に沿って変化させて第２の配置とし、この第２の配置で前記被検査部を走査し、前記第１の配置及び第２の配置での走査で受信探触子がそれぞれ受信した前記超音波に基づき、前記被検査部内での前記欠陥における前記超音波の回折又は反射した部位が存在する可能性のある存在可能性位置がそれぞれ導出され、これら第１の配置及び第２の配置での各存在可能性位置に基づき前記欠陥における前記超音波の回折又は反射した部位の前記被検査部内での存在位置が導出されることを特徴とする。

かかる構成によれば、前記第１の配置及び第２の配置のいずれの配置も前記両探触子が前記被検査部と直交若しくは略直交する方向に配置されているため、被検査部の延びる方向において、前記両探触子の前記探傷範囲長さと被検査部全体の長さとが等しく若しくはほぼ等しくなり、前記被検査部全体若しくはほぼ全体の探傷が可能となる。また、前記探傷面が前記走査方向に沿って湾曲する曲面であっても、発信探触子から超音波が到達する被検査部の部位に対する前記超音波の到達位置の変化量が小さくなるため前記受信探触子で受信した受信波形の解析が容易となる。

さらに、第１の配置での走査と第２の配置での走査とにおいて、被検査部内に生じている共通の欠陥に対する欠陥長さ（被検差部に沿った欠陥長さ）をそれぞれ検出するため１つの配置での走査よりも正確な欠陥長さの検出が可能となる。

また、上記の構成によれば、前記欠陥における所定の部位の正確な被検査部内での存在位置を導出できる。その結果、この欠陥の正確な存在位置に基づき前記被検査部の延びる方向と直交する方向の欠陥の長さ（以下、単に「欠陥高さ」とも称する。）を精度よく検出することが可能となる。

具体的には、例えば以下のようにして前記欠陥高さを検出（導出）する。まず、前記被検査部内に欠陥が生じていた場合、前記第１の配置で走査を行ったときに、前記受信探触子で受信した超音波に基づき前記発信探触子から前記欠陥の所定の部位（前記欠陥の上端又は下端）を経て前記受信探触子に至る超音波の伝播距離である第１欠陥信号伝播距離を求める。そして、前記発信探触子から第１部材又は第２部材内の仮想点で反射して前記受信探触子に至る前記超音波の伝播距離が前記第１欠陥信号伝播距離と一致した状態で前記発信探触子が前記探傷面に対して種々の方向に超音波を発信したときの前記仮想点の軌跡で構成される回転楕円面を求め、この回転楕円面と前記両探触子を通り且つ前記探傷面に直交する面との交線である前記被検査部内における前記欠陥の所定の部位（前記欠陥の上端又は下端）が存在する可能性のある第１の存在可能性位置（第１のローカス）を求める。

次に、前記第２の配置で走査を行ったときに、前記と同様にして第２の存在可能性位置（第２のローカス）を求める。

このようにして求めた前記第１のローカスと第２のローカスとのうち、前記欠陥の同一部位（上端又は下端）を経て受信探触子で受信した超音波から導出した前記欠陥の同一部位（上端又は下端）の前記第１のローカスと第２のローカスとを用い、その交点を求めることで前記被検査部内での前記欠陥の所定の部位（上端又は下端）の正確な位置が導出される。このようにして導出された前記欠陥の上端と下端との被検査部内での位置から前記欠陥高さが導出される。

即ち、前記第１の配置による走査と第２の配置による走査とで前記欠陥の上端及び下端の第１のローカス及び第２のローカスがそれぞれ求められ、その交点から欠陥の前記被検査部内での上端位置及び下端位置が求められ、当該被検査部内での欠陥の上端位置及び下端位置が精度よく検出される。これら精度のよい上端及び下端位置を用いることで欠陥高さを精度よく導出することが可能となる。

また、前記の第１の配置と第２の配置とで両探触子の配置を変える構成の場合、前記第１の配置では、前記発信探触子と受信探触子とが共に第１の特定の面又は第２の特定の面上に配置され、前記第２の配置では、前記発信探触子と受信探触子との一方が第１の特定の面上に配置されると共に他方が第２の特定の面上に配置される構成が好ましい。また、前記第１の配置では、前記発信探触子と受信探触子との一方が第１の特定の面上に配置されると共に他方が第２の特定の面上に配置され、前記第２の配置では、前記発信探触子と受信探触子とが共に第１の特定の面又は第２の特定の面上に配置される構成も好ましい。

これらいずれの構成であっても、欠陥上端（又は下端）の第１及び第２のローカス同士の交点を求める際、第１及び第２のローカス同士の交差角が大きくなるためより正確に前記ローカス同士の交点の位置を特定できる。そのため、より精度よく欠陥上端（又は下端）の前記被検査部内での位置の検出が可能となり、前記欠陥高さをより精度よく検出することが可能となる。

また、前記第１の配置では、前記発信探触子と受信探触子との一方が第１の特定の面上に配置されると共に他方が第２の特定の面上に配置され、前記第２の配置では、前記発信探触子又は前記受信探触子が前記第１の配置において配置された位置から同一面上を前記直交若しくは略直交する方向に沿って移動した位置に配置される構成であってもよい。

かかる構成によっても、前記同様、前記第１の配置による走査と第２の配置による走査とで欠陥の上端及び下端の第１のローカス及び第２のローカスがそれぞれ求められ、その交点から欠陥の前記被検査部内での上端位置及び下端位置が求められ、当該被検査部内での欠陥の上端位置及び下端位置が精度よく検出される。

以上より、本発明によれば、接合部を介して互いに接続された２つの部材において、複雑な形状の接合部を含み当該接合部に沿って延びる被検査部内の欠陥を精度よく検出することができる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供できる。

以下、本発明の一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。

本実施形態に係る超音波探傷装置は、超音波を用い、互いに接合された２つの部材（検査対象部材）の接合部を含んだ被検査部内の欠陥（表面割れ、内部割れ、融合不良、溶込み不良等）を検出するための装置である。本実施形態において検査対象部材は、円筒の周面形状に形成されたシェルに円筒形状のノズルが溶接（接合）されたもので、被検査部は、これらシェルとノズルとの溶接部と当該溶接部の周辺を含んで溶接部に沿って延びる部位である（図３（ａ）参照）。

具体的には、図１に示されるように、本実施形態に係る超音波探傷装置１０は、超音波の発信及び受信を行う一対の探触子１２ａ，１２ｂと、これら一対の探触子１２ａ，１２ｂがそれぞれケーブルｋを介して接続された超音波探傷器３０と、この超音波探傷器３０で得られた検査情報に基づき欠陥の有無等を解析するための解析用計算機４０と、を備える。

一対の探触子１２ａ，１２ｂは、図２（ａ）及び図２（ｂ）にも示されるように、発信探触子１２ａと受信探触子１２ｂとで構成されている。発信探触子１２ａは、先端に設けられた発信部１４ａから後述する探傷面５３に対して超音波、詳細には、パルス状の超音波の縦波を発信するためのものである。また、受信探触子１２ｂは、先端に設けられた受信部１４ｂで探傷面５３から超音波、詳細には、発信探触子１２ａから発信され、検査対象部材５０表面（探傷面５３）及び内部を伝播してきた超音波を受信するためのものである。

これら発信探触子１２ａ及び受信探触子１２ｂ（以下、単に「両探触子１２」と称することもある。）は、探傷面５３の形状によってこの探傷面５３上での配置位置に制約を受ける場合もあるため、前記探傷面５３に対して０〜９０°（探傷面の法線方向から平行な方向まで）の範囲内で超音波を発信又は受信できるように構成されている。

また、両探触子１２の先端部には当該探触子１２ａ又は１２ｂが探傷面５３上を滑らかに移動できるようにシュー２０が取り付けられている。このシュー２０は探傷面５３と面接触するような当接面２２を先端部に有する。シュー２０は、探触子１２ａ（又は１２ｂ）に対して着脱自在であり、探傷面５３の形状に合わせて交換される。本実施形態においては、探傷面５３と接する当接面２２と反対側（図２（ａ）においては上側）の面２４に探触子先端部が羅入される凹部２６が形成され、この凹部２６の内周面２６ａには雌ネジが螺刻されている。この雌ネジは、探触子１２ａ及び１２ｂ先端部の外周面１６に螺刻された雄ネジと螺合する。

また、本実施形態において、発信探触子１２ａと受信探触子１２ｂとはそれぞれ独立しているが、発信探触子１２ａと受信探触子１２ｂとの相対位置を固定して高精度な探傷を行うために、互いが連結機構（図示省略）によって連結されていてもよい。

超音波探傷器３０は、ＣＲＴ、ＬＣＤ等で構成される表示手段（モニタ）３２を備え、発信探触子１２ａに超音波を発生させるための信号を生成して送信すると共に、受信探触子１２ｂからの超音波の受信信号（受信波形）を受信し、表示手段３２に探傷結果を表示（例えば、図４（ａ）及び図４（ｂ）参照）するものである。また、超音波探傷器３０は、受信波形を記憶する探傷結果記憶手段（図示省略）も備える。

解析用計算機４０は、ＣＲＴ、ＬＣＤ等で構成される表示手段４２を備える。超音波探傷器３０の探傷結果記憶手段から探傷結果情報を読取り、後述する欠陥存在置位の解析を行うものである。解析用計算機４０は、汎用の計算器（いわゆるパソコン）と同様に、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、ＦＤＤ、ＣＤＲ、キーボード、マウス等を備え（図示省略）、ハードディスク（又はＲＯＭ、ＲＡＭ等）には、ＯＳ及び欠陥の位置を解析するための解析プログラムが予め記憶されている。

尚、ハードディスクに代えて、ＣＤ、ＬＤ、メモリーカード等の他の外部記憶手段に解析プログラムが記憶されており、解析を実行する際にＲＡＭに読み込む形態でもよい。

本実施形態に係る超音波探傷装置１０は、以上の構成からなり、次に、両探触子１２での走査方法について図３（ａ）乃至図６（ｂ）も参照しつつ説明する。

本実施形態における検査対象部材５０は、互いに接合された第１部材５１及び第２部材５２で構成されている。具体的には、円筒の周面形状のシェル（第１部材）５１に円筒形状のノズル（第２部材）５２が溶接（接合）されたものである。この検査対象部材５０において超音波探傷装置１０によって探傷が行われる被検査部５５は、シェル５１とノズル５２との溶接部Ｗｅ及びこの溶接部Ｗｅの周辺を含み、溶接部Ｗｅに沿って延びる部位である。

まず、検査対象部材５０の探傷面５３上に一対の探触子１２ａ，１２ｂが配置される。ここで、探触子１２ａ（又は１２ｂ）が配置される探傷面５３は、互いに交差するように溶接部Ｗｅを介して連接されたシェル５１の表面（第１部材５１における第１の特定の面）及びノズル５２の表面（第２部材５２における第２の特定の面）によって形成される面である。尚、本実施形態において、探傷面５３におけるシェル５１の表面に対応する部位をシェル探傷面５１ａ、ノズル５２の表面に対応する部位をノズル探傷面５２ａと称する場合もある。

このとき、図３（ａ）乃至図３（ｃ）にも示されるように、両探触子（発信探触子と受信探触子と）１２ａ，１２ｂは、溶接部Ｗｅに沿って延びる被検査部５５に対して直交する方向に並べて配置される。また、両探触子１２は、共にシェル探傷面５１ａ上に配置されている。本実施形態では、このように互いに接合されたシェル（第１部材）５１及びノズル（第２部材）５２の一方の部材における表面上に、両探触子１２が被検査部５５に対して前後に並べられる配置を第１の配置と称する。尚、本実施形態においては、両探触子１２が並べられる方向は、被検査部５５と直交する方向であるが、略直交（前記直交する方向に対して１０°以内が好ましい。）する方向であってもよい。また、前記第１の配置では、被検査部５５に対して前側に発信探触子１２ａが配置され、後側に受信探触子１２ｂが配置されているが、逆の配置、即ち、被検査部５５に対して前側に受信探触子１２ｂが配置され、後側に発信探触子１２ａが配置されてもよい。

このように配置された後、シェル５１の表面及びノズル５２の表面同士が交差する部位、即ち、溶接部Ｗｅからの距離をそれぞれ維持した状態で両探触子１２は、被検査部５５に沿って探傷面５３（シェル探傷面５１ａ）上を移動する。このとき、発信探触子１２ａは被検査部５５に向けて超音波を発信しつつ移動する。一方、受信探触子１２ｂは、発信探触子１２ａが発信して検査対象部材５０内を伝播し、被検査部５５内に欠陥ＣＬが生じていた場合にこの欠陥ＣＬで回折又は反射した超音波を探傷面５３から受信しつつ移動する。

このように被検査部５５と直交する方向に並べられた両探触子１２は、当該探触子１２ａ，１２ｂを結ぶ方向との交差部付近の被検査部５５内の探傷を精度よく検出することができる。そのため、前記のように両探触子１２が配置されて被検査部５５を走査することで、被検査部５５の延びる方向における両探触子１２の被検査部５５内の欠陥を精度よく検出できる範囲（探傷範囲長さ）と被検査部５５全体の長さとが等しく若しくはほぼ等しくなり、被検査部５５全体若しくはほぼ全体の探傷が可能となる。

また、前記のように両探触子１２が被検査部５５に沿って移動しつつ当該被検査部５５内の欠陥ＣＬの検出を行うため、被検査部５５内の欠陥ＣＬの有無の検出だけでなく、当該被検査部５５に沿った欠陥の長さ（欠陥長さ）Ｌも検出可能となる（図４（ｂ）参照）。

さらに、本実施形態のように、探傷面５３が両探触子１２の移動（走査）方向に沿って湾曲するような曲面であっても、発信探触子１２ａからの超音波が到達する被検査部５５の部位に対する前記超音波の到達位置の変化が従来の走査方向に沿って間隔をおいた配置の一対の探触子での走査時に比べて小さくなる。即ち、前記被検査部５５の部位に対する発信探触子１２ａからの超音波の到達位置が走査する方向に沿った探傷面５３の曲率変化の影響を受け難くなる。そのため、前記受信探触子で受信した受信波形からの欠陥検出が前記従来の被検査部に沿って間隔をおいた場合に比べて容易になる。

このように両探触子１２を第１の配置で走査したときに得られた受信波形（図４（ａ）参照）は、超音波探傷器３０に送信される。超音波探傷器３０は、この受信波形を両探触子１２の探傷面５３上での走査距離と対応付けて探傷結果記憶手段に記憶する。また、この受信波形に表れる欠陥上端信号Ｓｉｇ１及び欠陥下端信号Ｓｉｇ２と走査距離等とに対応して導出された探傷画像（図４（ｂ）参照）が超音波探傷器３０の表示手段３２に表示される。

ここで、欠陥上端信号Ｓｉｇ１（又は欠陥下端信号Ｓｉｇ２）とは、発信探触子１２ａから発信されて検査対象部材５０内を伝播し、欠陥上端ＣＬａ（又は欠陥下端ＣＬｂ）で回折又は反射した後、他の部位で回折や反射されることなく受信探触子１２ｂで受信された超音波の受信信号（受信波形）をいう。

このように両探触子１２の第１の配置での走査が終了すると、両探触子１２の配置を変更し、この変更後の配置で再度走査が行われる。

前記の両探触子１２の配置変更は、具体的には、図５（ａ）乃至図５（ｃ）に示されるように、前記第１の配置での一方の探触子（受信探触子）１２ｂの探傷面５３上の位置を維持しつつ両探触子１２ａ，１２ｂの相対位置を前記直交する方向（両探触子１２が並んでいた方向）に沿って変化させる。配置変更後の両探触子１２は、発信探触子１２ａがノズル５２の表面（ノズル探傷面５２ａ）上に配置され、受信探触子１２ｂがシェル５１の表面（シェル探傷面５１ａ）上に配置されている。

本実施形態では、このように両探触子１２における発信探触子（一方）１２ａがノズル探傷面５２ａ上に配置されると共に受信探触子（他方）１２ｂがシェル探傷面５１ａ上に配置される配置を第２の配置と称する。尚、第２の配置では、前記第１の配置同様に、両探触子１２の配置が入れ替わってもよい。即ち、受信探触子１２ｂがノズル探傷面５２ａ上に配置され、発信探触子１２ａがシェル探傷面５１ａ上に配置されていてもよい。

この第２の配置で前記第１の配置での走査同様に前記被検査部５５が走査され、得られた受信波形（図６（ａ）参照）が超音波探傷器３０に送信される。また、前記同様、この受信波形に表れる欠陥上端信号Ｓｉｇ１及び欠陥下端信号Ｓｉｇ２と走査距離等とに基づいて導出された探傷画像（図６（ｂ）参照）が超音波探傷器３０の表示手段３２に表示される。

以上のように両探触子１２の配置を変更し、それぞれ前記走査を行うことで得られた受信波形が超音波探傷器３０及び解析用計算器４０によって解析されることで、被検査部５５内の欠陥ＣＬの有無、欠陥存在位置が検出される。以下でこの解析について図７（ａ）乃至図８も参照しつつ説明する。

超音波探傷器３０は、受信探触子１２ｂから第１の配置での走査において得られた受信波形に欠陥ＣＬからの信号が含まれているか否かを判定する。欠陥ＣＬからの信号が含まれていると判定した場合には、走査距離と欠陥信号が含まれていると判定されている時間とに基づき、欠陥ＣＬの被検査部５５に沿った長さ、即ち、欠陥長さＬが求められる。

具体的には、両探触子１２を被検査部５５に沿って走査し、探傷画像上に欠陥の上端と下端とを表示させる（図４（ｂ）及び図６（ｂ）参照）。この欠陥上端ＣＬａ及び下端ＣＬｂの探傷画像上の左右両端部は円弧状となり、この円弧状部分を除いた直線部の長さが欠陥長さＬとなる。詳細には、両探触子１２の配置と検出された欠陥信号の時間に対応する放物線カーソルを探傷画像上に表示させ、検出された欠陥画像の端部の曲率と前記放物線カーソルの曲率とが一致した位置を欠陥の長さ方向の端部とし、左右両端の位置を計測することによって欠陥長さＬが導出される。

この欠陥長さＬが導出された後、第１の配置及び第２の配置での走査で受信探触子１２ｂがそれぞれ受信した前記超音波に基づき、前記被検査部５５内での欠陥ＣＬにおける前記超音波の回折又は反射した部位が存在する可能性のある存在可能性位置がそれぞれ導出される。そして、これら第１の配置及び第２の配置での各存在可能性位置に基づき欠陥ＣＬにおける前記超音波の回折又は反射した部位の被検査部５５内での正確な存在位置が導出される。このようにして導出された前記存在位置を用いて欠陥ＣＬの被検査部５５と直交する方向における長さ、即ち、欠陥高さＨが求められる。

具体的には、例えば、以下のようにして欠陥ＣＬの被検査部５５内での存在位置が導出される。

まず、受信探触子１２ｂで受信した受信波形（超音波）に基づき発信探触子１２ａから欠陥ＣＬの所定の部位を経て受信探触子１２ｂに至る超音波の伝播距離（第１欠陥伝播距離）を求める。詳細には、発信探触子１２ａから前記欠陥ＣＬの前記所定の部位（本実施形態においては、欠陥ＣＬの上端ＣＬａ又は下端ＣＬｂ）で回折又は反射されて受信探触子１２ｂに至る超音波の欠陥信号伝播時間ｔ１又はｔ２（図４（ａ）及び図６（ａ）参照）を求め、この欠陥信号伝播時間ｔ１又はｔ２と検査対象部材５０内の超音波の伝播速度とから第１欠陥伝播距離を求める。

そして、発信探触子１２ａから検査対象部材５０（詳細には、被検査部５５）内の仮想点Ｖｐ（図７（ａ）参照）で回折して受信探触子１２ｂに至る前記超音波の伝播距離（ＰＳ１＋ＰＳ２）が第１欠陥信号伝播距離と一致した状態で発信探触子１２ａが探傷面５３に対して種々の方向の超音波を発信したときの仮想点の軌跡で構成される回転楕円面を求める。

この回転楕円面と両探触子１２ａ，１２ｂを通り且つ探傷面５３に直交する面（ローカス解析平面（図７（ａ）及び図７（ｂ）における紙面））との交線である第１のローカスＲｃ１を求める。この第１のローカスＲｃ１は、楕円曲線で構成され、被検査部５５内における欠陥ＣＬの所定の部位（本実施形態においては、欠陥ＣＬの上端ＣＬａ又は下端ＣＬｂ）が存在する可能性のある点の軌跡（存在可能性位置）であり、欠陥上端ＣＬａ及び下端ＣＬｂに対応した２本の第１のローカスＲｃ１が求められる。

同様にして、第２の配置での走査において得られた受信波形に基づき第２の存在可能性位置、即ち、第２のローカスＲｃ２を求める。

このようにして求められた第１のローカスＲｃ１と第２のローカスＲｃ２とを用い、欠陥上端ＣＬａに対応する第１及び第２のローカスＲｃ１，Ｒｃ２同士の交点Ｎ１、並びに欠陥下端ＣＬｂに対応する第１及び第２のローカスＲｃ１，Ｒｃ２同士の交点Ｎ２をそれぞれ求める。この交点Ｎ１，Ｎ２から欠陥ＣＬの被検査部５５内での上端位置及び下端位置を求めることで、被検査部５５内での欠陥ＣＬの上端位置及び下端位置を精度よく検出できる。

さらに、これら被検査部５５内での正確な欠陥上端ＣＬａ及び下端ＣＬｂの位置を用いることで欠陥ＣＬの欠陥高さＨが正確に（精度よく）求められる。

前記の実施形態に係る超音波探傷方法及び超音波探傷装置１０を用いて超音波探傷を行った。図９に示されるように、試験体Ｅｘとして前記ノズル溶接部を模擬した２００ｍｍ厚さのものを用いた。この試験体は、材質が炭素鋼で、その内表面がステンレス鋼の肉盛溶接にて形成され、前記の実施形態におけるノズル５２に相当する部分の厚さが９６ｍｍ、シェル５１に相当する部分の厚さが２００ｍｍに形成されている。前記の実施形態における溶接部Ｗｅに相当する部分には人工欠陥ＡＣＬ１乃至ＡＣＬ３が形成されている。

この人工欠陥ＡＣＬ１乃至ＡＣＬ３は、試験体Ｅｘ内に形成された割れを模擬したスリット状の人工欠陥で、前記の実施形態における溶接部Ｗｅに相当する部分の外表面、内表面及び内部にそれぞれ設けられている。また、試験体Ｅｘの内表面部は肉盛溶接が施されている。

外表面及び内表面に設けられた外表面欠陥ＡＣＬ１と内表面欠陥ＡＣＬ２との大きさ（寸法）は、高さが５ｍｍ、長さが１０ｍｍである。また、内部に設けられた内部欠陥ＡＣＬ３の大きさは、高さが１４ｍｍ、長さが１４ｍｍである。尚、前記人工欠陥ＡＣＬ１乃至ＡＬＣ３の高さは、欠陥高さ方向の長さであり、前記人工欠陥ＡＣＬ１乃至ＡＣＬ３の長さは、欠陥長さ方向の長さである。

この試験体Ｅｘに対し、各探触子から溶接部に対応する部位（被検査部）までの距離の変更等を行った複数の条件で第１の配置での走査及び第２の配置での走査をそれぞれ行った。また、これら種々の条件における第１の配置及び第２の配置での走査結果から第１及び第２のローカスを求め、その交点から欠陥高さを導出した。その結果を表１に示す。

この結果から、全ての欠陥が検出されていることが確認できる。

上記結果において、欠陥長さ及び欠陥高さは、いずれも測定値の方が実際の人工欠陥ＡＣＬ１乃至ＡＣＬ３の大きさ（実測値）よりも大きな値となっている。欠陥寸法の測定において、実測値（実際の寸法）より測定値の方が大きな値となることは、工業分野では安全側に評価される。

以上より、当該超音波探傷方法及び超音波探傷装置におけるノズル溶接部の欠陥検出能力及び寸法測定能力の有用性が確認できた。

尚、本発明に係る超音波探傷方法及び超音波探傷装置１０は、前記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

例えば、前記の実施形態においては、欠陥ＣＬの検出の際に、第１の配置での走査及び第２の配置での走査を順に行っているが、第２の配置での走査を行った後、第１の配置での走査を行っても同様の精度で欠陥の検出を行うことが可能である。

また、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示されるように、前記の実施形態における第１（又は第２）の配置（図１０（ａ）及び図１０（ｂ）における実線の位置）での走査を行った後、発信探触子１２ａを第１（又は第２）の配置において両探触子１２ａ，１２ｂがそれぞれ配置されている同一部材の探傷面５１ａ（又は５２ａ）上で被検査部５５と直交（又は略直交）する方向にそれぞれ移動させた第１ａ（又は第２ａ）の配置（図１０（ａ）及び図１０（ｂ）における二点差線の位置）とし、この第１ａ（又は第２ａ）の配置での走査を行うようにしてもよい。

この場合、欠陥の上端と下端に対応する第１及び第１ａ（又は第２及び第２ａ）のローカスＲｃ１，Ｒｃ１ａ（又はＲｃ２及びＲｃ２ａ）同士の交点Ｎ１（又はＮ２）を求める際に、ローカス同士の交差角が前記の実施形態に比べて小さくなるが、交点Ｎ１，Ｎ２間の距離から欠陥高さを求めることが可能である。

また、前記の実施形態においては、両探触子１２の配置を変更し、異なる配置での走査をそれぞれ行っているが、欠陥ＣＬの有無及び欠陥長さＬのみの検出を目的とする場合であれば、１つの配置（例えば、第１の配置のみ、又は第２の配置のみ）での走査により検出可能である。

また、前記の実施形態においては、検査対象部材５０として円筒の周面形状のシェル５１に円筒形状のノズル５２を前記シェル５１の表面と直交する方向に接合（溶接）された部材が用いられているが、これに限定される必要はない。例えば、図１６（ａ）及び図１６（ｂ）に示されるように、ノズル５２の軸がシェル５１の軸方向及び円周方向にオフセットするように接合された部材であってもよい。また、図１６（ｃ）及び図１６（ｄ）に示されるように、表面が球面形状（曲面形状）のシェル５１であってもよいし、ノズルの軸心がオフセットされていてもよい。また、図１６（ｅ）乃至図１６（ｇ）に示されるように、いわゆるＴ継手、角継手又は十字継手で構成される部材であってもよい。

即ち、本発明に係る超音波探傷方法及び超音波探傷装置によれば、前記図１６（ａ）乃至図１６（ｇ）に記載の部材における溶接部Ｗｅ及びこの溶接部Ｗｅを含んで当該溶接部Ｗｅに沿って延びる被検査部内の欠陥の有無、欠陥存在位置及び欠陥大きさの検出が可能である。

本実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成図である。同実施形態に係る超音波探傷装置における（ａ）は平滑な当接面を有するシューを備えた探触子の側面図であり、（ｂ）は平滑な当接面を有するシューの背面図である。同実施形態に係る超音波探傷方法における（ａ）は両探触子を第１の配置とした検査対象部材の斜視図であり、（ｂ）は図３（ａ）の両探触子の配置位置における部分拡大断面図であり、（ｃ）は図３（ａ）の平面図である。同実施形態に係る超音波探傷方法における（ａ）は第１の配置での受信波形を示し、（ｂ）は第１の配置での探傷画像である。同実施形態に係る超音波探傷方法における（ａ）は両探触子を第２の配置とした検査対象部材の斜視図であり、（ｂ）は図５（ａ）の両探触子の配置位置における部分拡大断面図であり、（ｃ）は図５（ａ）の平面図である。同実施形態に係る超音波探傷方法における（ａ）は第２の配置での受信波形を示し、（ｂ）は第２の配置での探傷画像である。同実施形態に係る超音波探傷方法における（ａ）は解析用計算器が行う第１の配置での欠陥存在位置の解析処理の説明図であり、（ｂ）は解析用計算器が行う第２の配置での欠陥存在位置の解析処理の説明図である。同実施形態に係る超音波探傷方法における解析用計算機が行う欠陥高さの解析処理の説明図である。試験体における人工欠陥の位置を示す部分拡大断面図である。他実施形態に係る超音波探傷方法における（ａ）は第１及び第１ａの配置を示す部分拡大断面図であり、（ｂ）は第２及び第２ａの配置を示す部分拡大断面図である。平板状の２枚の鋼板を突合せ溶接した場合の溶接部内部の欠陥をＴＯＦＤ法を用いて検出する場合における（ａ）は超音波の伝播経路を示す説明図であり、（ｂ）は受信波形を示す図であり、（ｃ）は両探触子の走査方向を示す図である。円筒の周面形状のシェルに円筒形状のノズルが接合されている検査対象部材の接合部内の欠陥をＣＧ−ＴＯＦＤ法を用いて検出する場合における（ａ）は両探触子を配置した検査対象部材の斜視図であり、（ｂ）は両探触子を配置位置における部分拡大断面図である。（ａ）は被検査部に沿って一対の探触子が平行配置された検査対象部材の斜視図であり、（ｂ）は両探触子間の中間位置における部分拡大断面図であり、（ｃ）は両探触子の配置位置における部分拡大平面図である。（ａ）及び（ｂ）は、探触子の移動が規制される検査対象部材の一例を示す図である。円筒の周面形状のシェルに円筒形状のノズルが接合されている検査対象部材における両探触子の配置及び走査方向を示す図である。（ａ）乃至（ｇ）は、本発明に係る超音波探傷方法及び超音波探傷装置で探傷可能な検査対象部材を例示する図である。

符号の説明

１０超音波探傷装置
１２両探触子
１２ａ発信探触子
１２ｂ受信探触子
５３探傷面
５５被検査部
ＣＬ欠陥

Claims

互いに接合された第１部材及び第２部材における接合部を含んだ被検査部内に超音波を伝播させ、この伝播させた超音波を受信することで前記被検査部内の欠陥を検出する超音波探傷方法であって、
互いに交差するように前記接合部を介して連接された前記第１部材における第１の特定の面及び第２部材における第２の特定の面によって形成される探傷面上において、当該探傷面に対して前記超音波を発信する発信探触子とこの発信された超音波を前記探傷面から受信する受信探触子とを前記接合部に沿って延びる被検査部に対して直交若しくは略直交する方向に並べて第１の配置とし、
前記第１及び第２の特定の面同士が交差する部位からの距離をそれぞれ維持した状態で両探触子を前記被検査部に沿って前記探傷面上を移動させつつ前記被検査部に向けて前記発信探触子から超音波を発信させると共に前記被検査部内に欠陥が生じていた場合にこの欠陥で回折又は反射した超音波を前記受信探触子で受信することで前記被検査部を走査し、
前記第１の配置での両探触子の相対位置を前記直交若しくは略直交する方向に沿って変化させて第２の配置とし、
この第２の配置で前記被検査部を走査し、
前記第１の配置及び第２の配置での走査で受信探触子がそれぞれ受信した前記超音波に基づき、前記被検査部内での前記欠陥における前記超音波の回折又は反射した部位が存在する可能性のある存在可能性位置がそれぞれ導出され、
これら第１の配置及び第２の配置での各存在可能性位置に基づき前記欠陥における前記超音波の回折又は反射した部位の前記被検査部内での存在位置が導出されることを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記第１の配置では、前記発信探触子と受信探触子とが共に第１の特定の面又は第２の特定の面上に配置され、
前記第２の配置では、前記発信探触子と受信探触子との一方が第１の特定の面上に配置されると共に他方が第２の特定の面上に配置されることを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記第１の配置では、前記発信探触子と受信探触子との一方が第１の特定の面上に配置されると共に他方が第２の特定の面上に配置され、
前記第２の配置では、前記発信探触子と受信探触子とが共に第１の特定の面又は第２の特定の面上に配置されることを特徴とする超音波探傷方法。
請求項１に記載の超音波探傷方法において、
前記第１の配置では、前記発信探触子と受信探触子との一方が第１の特定の面上に配置されると共に他方が第２の特定の面上に配置され、
前記第２の配置では、前記発信探触子又は前記受信探触子が前記第１の配置において配置された位置から同一面上を前記直交若しくは略直交する方向に沿って移動した位置に配置されることを特徴とする超音波探傷方法。