JP5649599B2 - 超音波検査装置及びその検査方法 - Google Patents

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本発明は、ボイラの蒸発管のように密集して配置された配管の検査に好適な手動式の簡易な超音波検査装置及びその検査方法に関する。
図6に示すように、ボイラの管寄せ(ヘッダー)100に管台102が溶接部wを介して接続されている。管台102の付け根部の内面には、管台内部を流れる蒸気の加速流によって腐食が起り、減肉部rが発生する。そのため、超音波を利用した検査装置を用いて、肉厚計測を行っている。図7は、超音波検査装置を用いた管台付け根部の検査結果を表示装置に表示した一例を示す。図7から、管台の内面に局部的に減肉部rが発生していることがわかる。
図8は、超音波探触子104により、管台の周方向に定点計測を行う場合(図8では90°間隔で4か所)を示している。しかし、この検査方法では、最大損傷位置を特定できないという問題がある。そのため、最大損傷位置を特定するためには、配管全周に亘る検査が必要になる。
特許文献1には、配管の欠陥を検出する超音波探傷装置が開示されている。この装置は、配管の外表面に周方向に着脱可能に取り付けられた周回リング案内部と、該周回リング案内部に沿って移動する周回リングと、該周回リングに設けられ、配管の長手方向に延設されたアームと、該アームに沿って移動する探触子移動部と、該探触子移動部に設けられた超音波探触子とで構成されている。
この装置では、周回リングを周回リング案内部に沿って配管の周方向に移動させ、かつ探触子移動部をアームに沿って配管の長手方向へ移動できる。そのため、探触子を配管表面の全域に移動させることができるので、定点計測とならず、配管の周方向全域を計測できる。
特開平07−181171号公報
ボイラの管寄せには多数の管台が密集した状態で接続されているため、管台の付け根部周辺には、作業員が余裕をもって検査する十分なスペースはない。そのため、作業員が超音波探触子を持って行う手動による検査では、配管表面に探触子を安定して位置決めし、走査させることは容易ではない。そのため、不安定な状態で検査せざるを得ず、精度良い検査結果を得るのは容易ではない。
特許文献1に開示された超音波検査装置は、周回リングや探触子移動部を駆動するための複数の駆動装置を必要とする大掛かりな装置であるため、大口径管の検査には適しているが、ボイラ管台のように、狭いスペースに多数配置された小口径の管群の検査には不向きである。また、検査対象となる配管の外表面に逐一周回リング案内部を取り付ける必要があるため、周回リング案内部の取付け取外しに時間がかかる。そのため、多数の管群の検査には、膨大な時間がかかるという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、小型かつ軽量で狭いスペースでも取扱いが容易であり、検査時間を短縮可能でかつ高精度な検査が可能な超音波検査装置を実現することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明の超音波検査装置は、本体ブロックの前部及び後部にローラが設けられ、これらローラが被検査面に接することで本体ブロックが被検査面に対向配置され、かつ走行可能になる。本体ブロックには、被検査面に対して超音波を発振し、かつその反射波を受信して被検査体の損傷や欠陥を検出する超音波探触子が設けられている。こうして、作業員が検査装置をローラが被検査面に接するように配置し、検査装置を移動させるだけで、本体ブロックを被検査面に対して安定配置でき、検査が可能になる。そのため、操作が容易であると共に、定点計測とならず、連続した計測が可能であるので、最大損傷部位を特定できる。
この超音波探触子は、本体ブロックに対して進退可能に設けられると共に、付勢手段によって被検査面に向かう付勢力が付加される。そのため、被検査面が平面又は曲面を問わず、超音波探触子を被検査面に密着できるので、超音波探触子の検査性能を常に良好に維持できる。
本発明の検査装置は、本体ブロックにローラと超音波探触子とを取り付けただけの構成であるので、小型軽量化が可能になり、そのため、狭いスペースでも検査が可能になる。また、特許文献1のように、本体ブロックを周回させるためのガイドを取り付ける必要がなく、該ガイドの取付け取外し時間を要しない。そのため、検査時間を短縮できる。
本発明において、本体ブロックの走行距離を検出する位置検出センサーを備えており、該位置検出センサーの検出値から本体ブロックの位置を検出可能にするとよい。これによって、被検査面の検査位置と検査結果とをリンクさせた情報を得ることができる。そのため、被検査面の欠陥の位置を正確に把握できる。
本発明において、ローラは、本体ブロックに被検査面に向けて進退する方向に回動可能に軸支されたアームに装着されているとよい。これによって、ローラと超音波探触子との相対位置を自由に調整できるので、検査可能な被検査面の形状の自由度をさらに広げることができる。即ち、被検査面が平面又は曲面であるを問わず、任意の曲率半径をもつ曲面に対しても、超音波探触子を常に被検査面に密着させておくことができる。なお、さらに好ましくは、アームを被検査面に付勢する付勢力を付加する付勢手段を設けるとよい。これによって、ローラを常に被検査面に接近した位置に配置させておくことができる。
本発明において、被検査面を構成する被検査体が磁性材料で構成され、ローラが磁力発生機能を有するとよい。これによって、被検査体が磁性材料で構成されているとき、ローラが被検査面に磁力で吸着されるので、本体ブロックを被検査面に安定保持できる。そのため、本体ブロックの操作を容易にできる。
また、本発明の超音波検査装置の検査方法は、被検査面が円弧形状をなす配管の表面であり、本発明の超音波検査装置が前記位置検出センサーを備えているとき、被検査面の欠陥又は減肉状態を検査する方法である。本発明方法は、超音波検査装置を配管の周方向に走行させて検査する工程を、配管の軸方向位置を変えて複数回行う検査工程と、この検査工程で得られた検査情報のうち配管の特定周方向の検査情報を繋ぎ合わせ、該特定周方向における配管軸方向の検査情報を求める検査情報加工工程とからなる。これによって、配管の特定周方向における配管軸方向の欠陥又は減肉の分布を把握できる。
本発明の超音波検査装置によれば、小型軽量化が可能で、狭いスペースでの操作が容易であると共に、定点計測とならず最大損傷部位を特定できる。また、検査時間を短縮できるので、狭いスペースに配置された多数の管群の検査でも短時間で行うことができる。また、被検査面の形状に制約されず、超音波探触子を被検査面に密着できるので、高い検査性能を維持できる。
本発明の検査方法によれば、位置検出センサーにより超音波検査装置の位置を検出し、配管の特定周方向で軸方向が異なる複数の検査結果を繋ぎ合わせることで、特定周方向における配管軸方向の検査情報を求めることができる。
本発明の第1実施形態に係る超音波検査装置の斜視図である。 第1実施形態に係る超音波検査装置の正面図である。 第1実施形態に係る超音波検査装置を用いたボイラ管台の検査状況を示す斜視図である。 第1実施形態で得られた検査結果の画面を示す模式図である。 本発明の第2実施形態に係る超音波検査装置を示す模式図である。 ボルト管台の減肉状況を示す断面図である。 ボイラ管台の超音波検査結果の画面を示す模式図である。 図6中のA―A線に沿う断面図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
(実施形態1)
本発明の第1実施形態を図1〜図4に基づいて説明する。図1及び図2において、本実施形態の超音波検査装置10Aは、ボイラの管寄せ100に接続された管台102の付け根部の内面に生じる減肉状況を検査するために用いられる。超音波検査装置10Aは本体ブロック12を備えている。そのため、本体ブロック12の下面12aは、管台表面の円弧状の被検査面と類似した曲面を有している。
本体ブロック12の移動方向前後部位に、ローラ14及び16が回動可能に設けられている。ローラ14及び16の軸14a及び16aは、本体ブロック12に対して、移動方向と直交方向に配置されている。ローラ14、16は、軸14a、16aを中心に回動可能に軸支されている。管台102は、炭素鋼等の鋼管で構成され、磁性体である。一方、ローラ14、16は永久磁石で構成されている。そのため、作業員Pが超音波検査装置10Aを管台102の外表面に載置したとき、ローラ14、16と管台102との間に吸着力が発生する。従って、作業員は超音波検査装置10Aを管台外表面に安定保持でき、その操作が容易になる。
本体ブロック12の中央に、移動ブロック18が本体ブロック12に対して上下に摺動可能に設けられている。即ち、本体ブロック12の中央に上下方向に凹溝12bが設けられ、移動ブロック18と一体の摺動部18aが凹溝12bに摺動可能に嵌合している。移動ブロック18の下部に二振動子探触子20が装着されている。二振動子探触子20は、超音波の発振部と受信部とが分割された探触子であり、受信部が発振部から発振される送信パルスの影響を受けないため、管台102の肉厚を高精度で計測できる。
移動ブロック18はコイルバネ22を介して本体ブロック12に装着され、移動ブロック18は、コイルバネ22から下方へ指向するバネ力を受けている。従って、コイルバネ22のバネ力によって、管台102の口径や外表面の曲率の大小にかかわらず、二振動子探触子20を常に管台102の外表面に密着させることができる。
本体ブロック12の後部には、エンコーダ24が設けられている。第1のアーム26が軸26aを介して本体ブロック12に回動可能に設けられ、第1のアーム26の先端にエンコーダ24が装着されている。また、第1のアーム26と本体ブロック12との間に第2のアーム28が軸28aを介して回動可能に架設されている。第2のアーム28によって、エンコーダ24が管台102に接近した位置に保持される。
かかる構成の超音波検査装置10Aを作業員Pが管寄せ100まで運び、図3に示すように、管台102の付け根部に載置する。このとき、ローラ14、16を管台102の外表面に接触させ、該ローラの軸方向が管台102の軸方向と一致するように管台102の外表面に載置する。次に、作業員Pが超音波検査装置10Aを管台102の周方向aに移動させながら、探触子20から超音波を発振して管台102の減肉状況を検査する。二振動子探触子20にはケーブル38が接続されており、二振動子探触子20も検出信号は、ケーブル38を介して信号処理装置40に送られる。
本体ブロック12の移動時、作業員Pはエンコーダ24が管台102の外表面に接触するように、第1のアーム26を押えておく。これによって、エンコーダ24で本体ブロック12の位置を検出できる。エンコーダ24の検出信号もケーブル38を介して信号処理装置40に送られる。これらの操作で、管台内面の周方向の減肉状況を検査でき、信号処理装置40の表示部に、図7に示すような検査結果を表示させることができる。
次に、超音波検査装置10Aを用いて、管台付け根部内面の軸方向の減肉状況を検査する方法を説明する。作業員Pは、超音波検査装置10Aを管台102の周方向へ移動させて計測する操作を、管台102の軸方向位置を変えて複数回行う。次に、エンコーダ24によって得られる超音波検査装置10Aの周方向位置のうち特定周方向における検査情報を選択する。選択した特定周方向の検査情報を繋ぎ合わせ、図4に示すグラフを作成し、信号処理装置40の表示部に表示する。この検査方法で、特定周方向における管台102の軸方向の減肉状況分布を検出でき、減肉部rを把握できる。
本実施形態によれば、ローラ14、16を下側に向けて本体ブロック12を管台表面に載置し、作業員Pは超音波検査装置10Aを移動させるだけで検査を行うことができる。そのため、操作が容易であり、定点計測とならず、管台102の減肉状況を周方向の連続面で検出できる。従って、最大減肉部位を見逃すことなく特定できる。また、二振動子探触子20は本体ブロック12に対して管台102に進退可能に設けられ、かつコイルバネ22で管台102に向かってバネ力が付勢されているので、管台102の外表面の曲率が変わっても、常に管台表面に密着させることができる。そのため、常に検出性能を高く維持できる。
また、超音波検査装置10Aは、本体ブロック12に、ローラ14、16、二振動子探触子20及びエンコーダ24等を設けた簡素な構成をしているので、小型軽量化でき、そのため、多数の管台102が密集して設けられた狭いスペースでも操作でき、かつ取扱いが容易である。また、超音波検査装置10Aを管台表面で移動させるためのガイド等を取り付ける必要がないので、検査時間を短縮でき、多数配置された管台102の検査でもそれほど多くの時間を要しない。
また、エンコーダ24を備え、エンコーダ24から超音波検査装置10Aの位置情報を得ることができるので、検査位置と検査結果とをリンクさせた情報を得ることができる。従って、減肉部rの性格な位置を特定できる。また、ローラ14、16を永久磁石で構成しているので、ローラ14、16と磁性体からなる管台102との間に吸着力を発生できる。そのため、超音波検査装置10Aを管台表面に安定保持できる。
さらに、前述のように、管台102の軸方向位置を変えて複数回行うことで、特定周方向における管台102の軸方向の減肉状況を検出できる。
なお、本実施形態において、エンコーダ24を管台表面に接触させる付勢手段を設けるようにしてもよい。これによって、作業員が手でエンコーダ24を管台表面へ押えておく必要がなくなる。例えば、第2のアーム28をコイルバネで構成し、エンコーダ24を管台表面側で付勢するバネ力を付加するようにする。また、ローラ14、16は、弾力性をもつゴム製タイヤなどで構成してもよい。
(実施形態2)
次に、本発明の第2実施形態を図5に基づいて説明する。図5は、本実施形態の超音波検査装置10Bを模式的に示す図である。本体ブロック12の前部及び後部に、アーム30及び32が設けられている。アーム30は、軸30aを介して矢印c方向に回動可能に本体ブロック12に取り付けられている。軸30aの周囲にスプリング34が設けられ、スプリング34のバネ力によって、アーム30は管台102側に向かうバネ力が付勢されている。
アーム32は、軸32aを介して矢印d方向に回動可能に本体ブロック12に取り付けられている。軸32aの周囲にスプリング36が設けられ、スプリング36のバネ力によって、アーム32は管台102側へ向かうバネ力が付勢されている。アーム30の先端にローラ14が回動可能に装着され、アーム32の先端にローラ16が回動可能に装着されている。
その他の構成は第1実施形態の超音波検査装置10Aと同一である。即ち、二振動子探触子20は、コイルバネ22を介して管台102に対して進退可能に本体ブロック12に取り付けられている。コイルバネ22のバネ力は、探触子20を管台102に向かう方向へ付勢している。第1実施形態と同様に、エンコーダ24(図示省略)も本体ブロック12に装着されている。
本実施形態では、ローラ14、16がアーム30、32に装着され、管台102に対し接近又は離隔する方向に移動可能であるので、第1実施形態よりさらに広範囲な口径又は曲率半径の管台102に対して、二振動子探触子20を密着させることができる。
本発明によれば、小型かつ軽量で狭いスペースでも取扱いが容易であり、検査時間を短縮可能でかつ高精度な検査が可能な超音波検査装置を実現できる。
10A、10B 超音波検査装置
12 本体ブロック
12a 下面
12b 凹溝
14、16 ローラ
14a、16a、26a、28a、30a、32a 軸
18 移動ブロック
18a 摺動部
20 二振動子探触子
22 コイルバネ
24 エンコーダ
26 第1のアーム
28 第2のアーム
30,32 アーム
34,36 スプリング
38 ケーブル
40 信号処理装置
100 管寄せ
102 管台
104 超音波探触子
P 作業員
r 減肉部
w 溶接部

Claims (5)

  1. 円弧形状をなす配管の表面である被検査面に対向配置される本体ブロックと、
    該本体ブロックの前部及び後部に設けられ、被検査面に接して前記本体ブロックを被検査面に対向配置すると共に走行可能にするローラと、
    前記本体ブロックに被検査面に対して進退可能に設けられ、被検査面に対して超音波を発振すると共に、その反射波を受信する超音波探触子と、
    前記超音波探触子を被検査面に対して被検査面に向かう付勢力を付加する付勢手段と
    前記本体ブロックに設けられた回転軸(26a)を介して、一端側が前記本体ブロックに回動可能に連結された第1のアーム(26)と、
    前記第1のアームが連結される回転軸よりも前記被検査面側に位置する前記本体ブロックに設けられた回転軸(28a)を介して、一端側が前記本体ブロックに回動可能に連結されるとともに、前記第1のアームに設けられた回転軸(28a)を介して、他端側が前記第1のアームに回動可能に連結された第2のアーム(28)と、
    前記第1のアームの一端側に装着される前記本体ブロックの走行距離を検出するための位置検出センサーと、を備え、
    前記位置検出センサーの検出値から前記本体ブロックの位置を検出可能に構成したことを特徴とする超音波検査装置。
  2. 前記位置検出センサーを前記被検査面に接触させる方向に付勢するための付勢手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の超音波検査装置。
  3. 円弧形状をなす配管の表面である被検査面に対向配置される本体ブロックと、
    該本体ブロックの前部及び後部に設けられ、被検査面に接して前記本体ブロックを被検査面に対向配置すると共に走行可能にする一対のローラ(14、16)と、
    前記本体ブロックに被検査面に対して進退可能に設けられ、被検査面に対して超音波を発振すると共に、その反射波を受信する超音波探触子と、
    前記超音波探触子を被検査面に対して被検査面に向かう付勢力を付加する付勢手段と、
    前記本体ブロックの前部に設けられた回転軸(30a)を介して、一端側が前記本体ブロックに回動可能に連結された前側アーム(30)と、
    前記本体ブロックの後部に設けられた回転軸(32a)を介して、一端側が前記本体ブロックに回動可能に連結された後側アーム(32)と、
    前記前側アームを前記被検査面に接触させる方向に付勢するための付勢手段(34)と、
    前記後側アームを前記被検査面に接触させる方向に付勢するための付勢手段(36)と、を備え、
    前記一対のローラの一方(14)は、前記前側アーム(30)の他端側に回転可能に装着され、
    前記一対のローラの他方(16)は、前記後側アーム(32)の他端側に回転可能に装着されるとともに、
    前記超音波探触子、前記一対のローラの一方(14)、および前記一対のローラの他方(16)は、ともに前記配管の表面における同じ半周側に位置するように構成されていることを特徴とする超音波検査装置。
  4. 被検査面を構成する被検査体が磁性材料で構成され、前記ローラが磁力発生機能を有することを特徴とする請求項1又は3に記載の超音波検査装置。
  5. 被検査面が円弧形状をなす配管の表面であり、請求項1に記載の超音波検査装置を用いて前記配管の欠陥又は減肉状態を検査する方法において、
    前記超音波検査装置を前記配管の表面に載置し配管の周方向に移動させて検査する工程を、配管の軸方向位置を変えて複数回行う検査工程と、
    前記検査工程で得られた検査情報のうち配管の特定周方向の検査情報を繋ぎ合わせ、該特定周方向における軸方向の検査情報を求める検査情報加工工程とからなることを特徴とする超音波検査装置の検査方法。
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