JP5324136B2 - 粒界面亀裂検出方法及び粒界面亀裂検出装置 - Google Patents
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また例えば、放射線による非破壊検査方法は、放射線を金属固体材料に照射して、内部の欠陥を検出するものである。しかし、放射線による非破壊検査方法は、数ミクロンの亀裂の検出は検出できないことがあり、信頼性に問題がある。
そこで、例えば特許文献1及び特許文献2では、非線形超音波による非破壊検査方法が提案されている。
(1)超音波伝播媒体を介して超音波探触子から検査対象物へ超音波を発振して、検査対象物に反射した反射波を受信子で受信し、前記反射波に含まれる高調波波形に基づいて演算される非線形超音波特性を画像処理して表示する粒界面亀裂検出方法において、前記超音波探触子が前記検査対象物の表面に対して前記超音波を入射させる入射角を変えて前記反射波を入力し、前記入射角毎に入力した前記反射波に含まれる高調波波形に基づいて演算される非線形超音波特性を前記入射角毎に画像処理して表示する。
尚、ここでは、説明を簡単にするために第1及び第2入射角を例に挙げて説明したが、入射角は3個以上設定して良いことは言うまでもない。
粒界面亀裂検出装置1及び粒界面亀裂検出方法は、例えば、水素ステーションのインフラ設備の維持管理に用いられる。
図1は、粒界面亀裂検出装置1の概略構成図である。
粒界面亀裂検出装置1は、水3を張った水槽2の中に、試験片(検査対象物)Wと、超音波探触子6が配置されている。超音波探触子6は、水3を介して試験片Wへ超音波(大振幅バースト波)を出力し、試験片Wの検査対象点に超音波を集束して入射する送信部6aと、試験片Wからの反射波を受信する受信部6bを備える。超音波探触子6は、走査機構4に保持され、試験片Wに対して相対的に移動されるようになっている。走査機構4には、入射角調整機構5が設けられている。入射角調整機構5は、超音波探触子6を図中矢印Rに示すように回動させて超音波探触子6の向きを調整することにより、超音波探触子6が発する超音波が試験片Wの表面に入射する角度(入射角)θを調整する。
同期操作部12は、信号発生部11で発生される信号に同期して走査機構4を駆動するものである。
入射角制御部13は、大振幅バースト波が試験片Wに入射する入射角θに応じて超音波探触子6の向きを調整するように入射角調整機構5の駆動を制御するものである。
波形記憶部15は、増幅部14で増幅された高調波をデジタル化したデジタル波形を収録する。
波形処理部16は、波形記憶部15に記憶された収録波形に対して、最大振幅、波形立ち上がり時間、包絡線などの非線形超音波特性を演算するものである。
表示部18は、画像化部17が画像処理した結果を、グレイスケール階調あるいはカラー色調で二次元画像を表示する。
尚、本実施形態では、増幅部14と波形処理部16と画像化部17と表示部18が「画像処理部」に相当する。
次に、粒界面亀裂検出方法について説明する。図2は、図1に示す制御装置10が実行する粒界面亀裂検出プログラムのフローである。図3は、超音波探触子6と試験片Wとの位置関係を概念的に示す図である。
制御装置10は、図示しない検出開始スイッチが押下されると、図2に示す粒界面亀裂検出プログラムを実行し、粒界面亀裂の検出を行う。
次に、水素脆性亀裂検出試験について説明する。
実験は、水素脆性亀裂を形成した試験片Wを作成し、その試験片Wを上記粒界面亀裂検出装置1にセットして上記水素脆性亀裂検出プログラムを実行し、試験片Wの反射波に基づいて画像を作成して表示することにより行った。
図4の(a)及び(b)に示す試験片Wには、応力腐食割れ標準試験法(日本学術振興会 材料強度と破壊第129委員会偏 応力腐食割れ標準試験法第129委員会基準、日本材料強度学会(1985))に準拠して作成した厚さ25.4mmのWOL(Wedge Opening Load)試験片を使用した。
そして、粒界面亀裂検出装置1は、入射角4度について高調波波形を取得したら、入射角8度、入射角−8度についても高調波波形を順次取得する。
しかし、図6〜図8に示すように、入射角θを4度、8度、−8度にするように超音波探触子6を第2〜第4位置P2〜P4に配置すると、Y1部分の反射波を検出し、水素脆性亀裂X2が進展していることが分かる。特に、図7及び図8に示すように、入射角θを8度、−8度にした場合には、Y1部分において水素脆性亀裂X2が他の部分より長く進展していることが分かる。
以上説明したように、本実施形態の粒界面亀裂検出装置1及び粒界面亀裂検出方法は、試験片Wに入射する超音波の入射角をかえながら反射波を受信し(図2のS5〜S9)、その反射波に基づいて画像を作成して表示することにより(図2のS10,S11)、あらゆる方向へ進展する粒界面亀裂を適正に検出することができる。この結果、本実施形態の粒界面亀裂検出装置1及び粒界面亀裂検出方法は、粒界面亀裂の長さ等の進展を大きく見誤ることがなく、金属固定材料の寿命評価を正確に行えるため、水素ステーション等のインフラ設備の健全性を維持管理するために使用することが可能である。
上記粒界面亀裂検出方法は、例えば、水素ステーションに設置された水素ガスタンク52(検査対象物の一例)の水素脆性亀裂X2を測定する粒界面亀裂検出装置51に適用される。
(1)例えば、上記実施形態では、上記実施形態では、試験片Wと超音波探触子6を水浸させる水浸反射法で説明したが、超音波を樹脂製楔で収束させて試験片Wに向けて発振させても良い。また、超音波伝播媒体をジェル状にして試験片の表面に塗布しても良い。
(2)例えば、上記実施形態では、送信部6aと受信部6bを単一の超音波探触子6に設けたが、送信超音波探触子と受信超音波探触子の2つを設けてもよい。この場合、各探触子に走査機構4と入射角調整機構5を設けてもよいし、1つの走査機構4と一つの入射各調整機構5により送信超音波端子と受信超音波端子を一体的に移動しても良い。
(3)例えば、上記実施形態において、高調波のデジタル波形を同期加算して波形記憶部15に記憶しても良い。
(4)例えば、上記実施形態では、周波数を20Mに設定したが、周波数はこれに限定されず、例えば4Mとしても良い。この場合、図10〜図13に示すように画像の鮮明度は落ちるものの、予亀裂部分X1では強度が直線状に表示され、水素脆性亀裂部分X2では強度が斑にばらついて表示される。よって、周波数を4Mにしても、水素脆性亀裂X2の進展を検出することが可能である。
(5)上記実施形態では、粒界面亀裂の一例として水素脆性亀裂X2を挙げたが、水素脆性亀裂X2以外の粒界面亀裂にも粒界面亀裂検出装置1や粒界面亀裂検出方法を適用できる。
(6)上記実施形態では、試験片Wの表面に対して超音波を垂直に入射させる場合の入射角を基準位置にして入射角を変更したが、基準位置はこれに限定されない。そして、入射角を変える方向は上記実施形態で説明した方向に限定されない。
(7)上記実施形態では、入射角毎に演算した非線形超音波特性を画像処理して二次元画像を入射角毎に得た。これに対して、このようにして得られた二次元画像を合成して三次元的に亀裂面を表示する三次元亀裂面表示画像を作成するようにしてもよい。これによれば、亀裂面の進展度合いや進展方向を立体的に確認することができ、便利である。
6 超音波探触子
6b 受信部
14 増幅部
16 波形処理部
17 画像化部
18 表示部
52 水素ガスタンク
W 試験片(検査対象物)
X2 水素脆性亀裂
Claims (8)
- 超音波伝播媒体を介して超音波探触子から検査対象物へ超音波を送波して、検査対象物に反射した反射波を受信子で受波し、前記反射波に含まれる高調波波形に基づいて演算される非線形超音波特性を画像処理して表示する粒界面亀裂検出方法において、
前記超音波は、信号発生部により一定の間隔をおいて一定の繰り返し数で発生されるバースト波信号を増幅して大振幅バースト波に変換された後、前記超音波探触子より送波され、横波として、前記超音波伝播媒体及び前記検査対象物に、集束した状態で伝播されること、
前記超音波探触子を保持すると共に、前記検査対象物と相対的に移動可能な走査機構に、前記超音波探触子の向きを変化させて前記超音波の前記入射角を調整する入射角調整機構を有し、前記超音波の前記入射角は、前記バースト波信号の発生と同期して前記入射角調整機構を駆動させることにより、変化させること、
前記反射波は、前記検査対象物に入射した前記超音波により、前記検査対象物の内部で応力を発生させ、マイクロラック面の繰り返し打撃、または摩擦すべりにより励起される横波散乱波であること、
前記超音波探触子が前記検査対象物の表面に対して前記超音波を入射させる入射角を変えて前記反射波を入力し、前記入射角毎に入力した前記反射波に含まれる高調波波形に基づいて演算される非線形超音波特性を前記入射角毎に画像処理して表示することにより、前記検査対象物に生じた、水素脆性による亀裂を検出すること、
を特徴とする粒界面亀裂検出方法。 - 請求項1に記載する粒界面亀裂検出方法において、
前記超音波探触子が前記検査対象物の表面に対して前記超音波を垂直に入射させる場合の前記入射角を0度としたとき、前記入射角を前記0度から±10度の範囲内で変える
ことを特徴とする粒界面亀裂検出方法。 - 請求項1又は請求項2に記載する粒界面亀裂検出方法において、
前記検査対象物が、圧縮した水素ガスを貯める水素ガスタンク、水素ガスが流れる水素ガス配管、液体水素を貯める液体水素タンク、又は、液体水素が流れる液体水素配管である
ことを特徴とする粒界面亀裂検出方法。 - 請求項1乃至請求項3の何れか一つに記載する粒界面亀裂検出方法において、
入射角毎に画像処理した二次元画像を合成して三次元的に亀裂面を表示する三次元亀裂面表示画像を作成する
ことを特徴とする粒界面亀裂検出方法。 - 設備を構成する金属材料の粒界面亀裂を検出する粒界面亀裂検出装置において、
検査対象物に所定周波数の超音波を送波する超音波探触子と、
前記超音波が前記検査対象物に反射して発生する反射波を受波する受信子と、を有すること、
前記超音波探触子は、信号発生部により一定の間隔をおいて一定の繰り返し数で発生されるバースト波信号を増幅して大振幅バースト波に変換された後、前記超音波を送波して、横波として、前記超音波伝播媒体及び前記検査対象物に、集束した状態で伝播させること、
前記超音波探触子を保持すると共に、前記検査対象物と相対的に移動可能な走査機構に、前記超音波探触子の向きを変化させて、前記検査対象物の表面に対して前記超音波を入射させる入射角を調整する入射角調整機構を有し、前記入射角調整機構は、前記信号発生部による前記バースト波信号の発生と同期して駆動すること、
前記入射角調整機構によって調整される前記入射角毎に前記受信子が受波する前記反射波に含まれる高調波波形に基づいて演算した非線形超音波特性を、前記入射角毎に画像処理して表示する画像処理部を有し、前記画像処理部は、前記検査対象物に生じた、水素脆性による亀裂を表示可能であること、
を特徴とする粒界面亀裂検出装置。 - 請求項5に記載する粒界面亀裂検出装置において、
前記入射角調整機構は、前記超音波探触子が前記検査対象物の表面に対して前記超音波を垂直に入射させる場合の前記入射角を0度としたとき、前記入射角を前記0度から±10度の範囲内で調整するものである
ことを特徴とする粒界面亀裂検出装置。 - 請求項5又は請求項6に記載する粒界面亀裂検出装置において、
前記検査対象物が、圧縮した水素ガスを貯める水素ガスタンク、水素ガスが流れる水素ガス配管、液体水素を貯める液体水素タンク、又は、液体水素が流れる液体水素配管である
ことを特徴とする粒界面亀裂検出装置。 - 請求項5乃至請求項7の何れか一つに記載する粒界面亀裂検出装置において、
前記画像処理部が入射角毎に画像処理した二次元画像を合成して、三次元的に亀裂面を表示する三次元亀裂面表示画像を作成する画像合成部を有する
ことを特徴とする粒界面亀裂検出装置。
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