JP5810873B2 - 超音波探傷方法 - Google Patents

Description

本発明は超音波探傷方法に関し、特に丸棒鋼の表面傷と内部傷を同時に検出できる探傷方法に関する。

表面傷と内部傷を同時に検出する方法が特許文献１に記載されている。ここでは、垂直探触子をホルダー内に収納して横波屈折角を７０°〜８０°に設定している。そして、表面波と横波を同時に発生させ、反射波に対する検出ゲートを設定することによって、表面波探傷と横波斜角探傷を同時に行うようにしている。

特開平７−６３７３１

しかし、上記従来の方法では、内周面での横波の反射を利用して電縫鋼管等の円管体の探傷を行うことは可能であるものの、中実の丸棒鋼の探傷は実際には困難であるという問題があった。

そこで、本発明はこのような課題を解決するもので、中実の丸棒鋼の表面傷と内部傷を同時に検出することが可能な探傷方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本第１発明では、水中に配設された中実丸棒鋼（１）の外周に対向して、超音波を受発振可能な複数の超音波振動子（３）を周方向へ円弧面をなすように配列し、これら超音波振動子（３）の一部より丸棒鋼（１）に向けて超音波ビーム（Ｂ）を発振させて、上記一部の超音波振動子（３）で受振される、丸棒鋼（１）の内部からの反射波（Ｒ11）より丸棒鋼（１）の内部傷(１１)の有無を検出するとともに、上記一部の超音波振動子を除いた他の一部の超音波振動子（３）で受振される、丸棒鋼（１）に生じた表面波（Ｓ）の反射波（Ｒ12）より丸棒鋼（１）の表面傷(１２)の有無を検出することを特徴としている。

本第１発明においては、超音波振動子のうち中実の丸棒鋼に向けて超音波を発振させた一部の超音波振動子で反射波を受振することによって丸棒鋼の内部傷の有無を検出でき、また上記一部の超音波振動子を除いた他の一部の超音波振動子で受振される反射波を受振することによって丸棒鋼の表面傷の有無を検出する。中実の丸棒鋼の表面傷と内部傷を同時に検出することができるから、中実丸棒鋼の迅速な探傷が可能である。

本第２発明では、上記一部の超音波振動子（３）として選択される領域を円弧面の一端部から他端部へ漸次移動させつつ超音波（Ｂ）ビームを発振させるようにする。

本第２発明においては、円弧面の一端部から他端部へ漸次移動させつつ超音波（Ｂ）ビームを発振させるから、中実丸棒材の被探傷断面部分の広い範囲の内部傷の有無を検出することができる。

上記カッコ内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以上のように、本発明によれば、中実の丸棒鋼の表面傷と内部傷を同時に検出することができるから、中実丸棒鋼の迅速な探傷が可能となる。

本発明方法を説明する概略断面図である。 超音波振動子で得られる反射波信号の波形図である。 超音波振動子で得られる反射波信号の波形図である。 本発明方法を説明する概略断面図である。 本発明方法を説明する概略断面図である。

なお、以下に説明する実施形態はあくまで一例であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が行う種々の設計的改良も本発明の範囲に含まれる。

図１において、中実の丸棒鋼１の被探傷断面部分は公知の構造で水中に配設されており、当該被探傷断面部分には内部傷１１と表面傷１２が生じている。なお、実際の実験では通常の丸棒鋼１に代えてこれを一定厚みに切り出したものを使用している。そして、内部傷１１はドリル等で円形貫通孔を形成することにより実現し、また表面傷１２は表面に矩形溝を形成することによって実現している。

丸棒鋼１の外方にはフェーズドアレイプローブ２が位置させてある。フェーズドアレイプローブ２は丸棒鋼１の外周面に対向する内側面２１を、周方向へ約６０度の角度範囲で丸棒鋼１と同心の円弧面に形成してあり、当該円弧面上に丸棒鋼１の外周面に向けて複数の超音波振動子３が周方向で互いに隣接させて設けられている。

フェーズドアレイプローブ２はその超音波振動子３の任意のものを任意のタイミングで励振することが可能である。そこで例えば、円弧面の一端部にある図１のＸ領域の、所定数の超音波振動子３を所定のタイミングで励振することによって、丸棒鋼１の中心Ｏに向けて収束するような超音波ビームＢを発振させることができる。このようなフェーズドアレイプローブ２は実際には丸棒鋼１の全周を覆うように周方向へ位置をずらして６個配置される。

なお、一例としては、直径が６０ｍｍの丸棒鋼（被探傷断面部分）１を使用し、丸棒鋼１の表面からの水距離を３２．５ｍｍとしてフェーズドアレイプローブ２の内側面２１の曲率半径を６２．５ｍｍとするとともに、超音波発信子３は５ＭＨｚのものを０．５ｍｍピッチで１２８個設ける。また、内部傷は直径０．３ｍｍの円形であり、表面傷は幅０．１ ｍｍ、深さ０．１ｍｍとする。

本実施形態では、最初に図１のＸ領域にある超音波振動子３を励振して超音波ビームＢを発振する。超音波ビームＢは丸棒鋼１の表面に入射する際に反射波（エコー）を生じ、その後、丸棒鋼１の円形断面内を横切って、その中心Ｏで収束した後、反対側の丸棒鋼表面（底面）で反射される。一方、超音波は球面波であるため、丸棒鋼１の表面に入射する際に大きく斜めに入射する成分があり、これによって丸棒鋼１の表面に表面波Ｓを生じる。

ここで、本実施形態では、反射波を受振する全超音波振動子３のうち、超音波ビームを発振したＸ領域の超音波振動子３と、Ｘ領域から離れた円弧面の他端部である図１のＹ領域にある所定数の超音波振動子３の受振信号に注目する。

すなわち、Ｘ領域の超音波振動子３の受振信号は、丸棒鋼１内の超音波ビームＢの通過範囲に内部傷１１が無い場合には、表面エコーと底面エコーのみが現れるが、内部傷１１があるとこれからの反射波Ｒ11によって図２に示すように表面エコーＥ1と底面エコーＥ2の間で傷エコーＥ11を生じる。そこで、この傷エコーＥ11が所定の閾値よりも大きい場合は内部傷有りと判定できる。

一方、Ｙ領域の超音波振動子３の受振信号は、丸棒鋼１の表面に傷１２が無い場合には、表面エコーと底面エコーのみが現れるが、表面傷１２があると、表面波Ｓが表面傷１２で散乱されて反射波Ｒ12（図１）を生じ、図３に示すように表面エコーＥ3と底面エコーＥ4の間で傷エコーＥ12を生じる。そこで、この傷エコーＥ12が所定の閾値よりも大きい場合は表面傷有りと判定できる。なお、超音波は広く反射散乱させられるので、Ｙ領域の超音波振動子３においても、Ｘ領域の超音波振動子３により受振されるものほど大きくはないが、表面エコーと底面エコーが受振される。

以後、図４に示すように、Ｘ領域をフェーズドアレイプローブ２の中央方向へ漸次移動させて所定数の超音波振動子３を励振して超音波ビームＢを発振させ、上記と同様に反射波をＸ領域とＹ領域の所定数の超音波振動子３でそれぞれ受振して内部傷１１と、表面傷１２の有無を判定する。なお、図４では超音波ビームの経路内に内部傷が存在しないから傷エコーＥ11（図２）は生じない。

Ｘ領域をフェーズドアレイプローブ２の中央を越えてさらに反対側へ移動させた後は、図５に示すように、移動後のＸ領域の所定数の超音波振動子３を励振して超音波ビームＢを発振させ、当該Ｘ領域の超音波振動子で反射波を受振して内部傷１１の有無を判定するとともに、上述のＹ領域に代えて図５に示すようにフェーズドアレイプローブ２の円弧面の一端部にあるＺ領域（本実施形態では測定開始時のＸ領域と同一範囲）の所定数の超音波振動子３で反射波を受振して表面傷１２の有無を判定する。なお、図５では表面波Ｓによる表面傷１２からの反射波は殆ど受振されない。

以後は、他のフェーズドアレイプローブ２においても上記と同様にＸ領域を漸次移動させつつ超音波振動子３から超音波ビームＢを発振させ、反射波Ｅ11，Ｅ12をＹ領域ないしＺ領域の超音波振動子３で受振して内部傷１１ないし表面傷１２の有無を丸棒鋼１の被探傷断面部分全体に亘って判定する。このようにして、本実施形態によればＸ領域の超音波振動子からの一度の超音波ビームの発振によって、中実の丸棒鋼の内部傷と表面傷の有無を確実に判定することができる。

なお、上記実施形態において、Ｘ領域、Ｙ領域、Ｚ領域の超音波振動子の数をどのように設定するかは設計的に任意に決定されるものである。また、Ｙ領域、Ｚ領域は必ずしも内側面（円弧面）の端部に設定する必要は無い。また、上記実施形態では複数の超音波振動子を丸棒鋼と同心の円弧面上に設けたが、円弧面は必ずしも同心である必要は無い。さらに、超音波ビームは丸棒鋼の円形断面の中心に収束させる必要はない。

１…丸棒鋼、１１…内部傷、１２…表面傷、２…フェーズドアレイプローブ、３…超音波振動子、Ｂ…超音波ビーム、Ｒ11，Ｒ12…反射波、Ｓ…表面波。

Claims (2)

1. 水中に配設された中実丸棒鋼の外周に対向して、超音波エコーを受発振可能な複数の超音波振動子を周方向へ円弧面をなすように配列し、これら超音波振動子の一部より前記丸棒鋼に向けて超音波ビームを発振させて、前記一部の超音波振動子で受振される、前記丸棒鋼の内部からの反射波より前記丸棒鋼の内部傷の有無を検出するとともに、前記一部の超音波振動子を除いた他の一部の超音波振動子で受振される、前記丸棒鋼に生じた表面波の反射波より前記丸棒鋼の表面傷の有無を検出することを特徴とする超音波探傷方法。
2. 前記一部の超音波振動子として選択される領域を円弧面の一端部から他端部へ漸次移動させつつ超音波ビームを発振させるようにした請求項１に記載の超音波探傷方法。

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