JP6383645B2 - 超音波探傷方法 - Google Patents

Description

本開示は、耐熱部材の溶接部の超音波探傷方法に関する。

ボイラや蒸気タービンのような蒸気設備に使用される配管は、長期間に亘って高温・高圧環境下で使用されるため、高温強度に優れた材料から形成された耐熱部材が用いられる。この種の配管では、運用時間の経過に伴って、クリープボイドやクラックのようなクリープ損傷が進行する。クリープ損傷は、配管が溶接部を有している場合、配管の内部から進行することが知られており、特に熱影響部において発生しやすい特性がある。

一般的な材料からなる配管の場合、配管内部の損傷状態と配管表面の損傷状態との間に少なからず相関関係がある。そのため、従来の検査方法では、配管表面の損傷状態を磁粉探傷（ＭＴ）法などで測定し、その測定結果から内部の損傷状態を推測して評価していた。しかしながら、クロムを９〜１２質量％程度含有する高クロム鋼や、高クロム鋼と類似組織を有しクロムを２〜３質量％程度含有する高強度低合金鋼のような高強度フェライト鋼から形成された配管では、上記相関を有さない場合がある。このような配管に対しては、超音波測定（ＵＴ、ＴＯＦＤ法、及びフェイズドドアレイ法（以下、適宜「ＰＡ法」と称する）など）を用いることにより、磁粉探傷（ＭＴ）法のような表面測定に頼ることなく、配管内部の損傷状態の評価が行われている。

クリープ損傷は、まず配管内部に微小な損傷として発生するが、一度発生すると、その後、速い進展速度で周囲に広がる。そのため、クリープ損傷は、微小な損傷である段階で検出することが好ましい。この観点によれば、複数の探触子を配列して送信のタイミングを変化させることで超音波を任意の位置にフォーカス可能なＰＡ法が、配管内部に発生する微小な損傷検出に適していると考えられる。

ＰＡ法を用いた超音波探傷方法に関する技術として、例えば特許文献１がある。特許文献１には、溶接部の延在方向に沿って超音波を送受信可能な複数の振動子を配列することで、溶接部に沿って生じる欠陥の有無及び寸法等を高速且つ高精度で測定できることが記載されている。

特許第４１７５７６２号

一般的に、ＰＡ法で用いられるプローブはスペック上、測定可能な探傷深さに限度がある。そのため、厚みが大きな配管等を探傷する場合には、厚さ方向の広い範囲を漏れ無く検査するために、複数種類のプローブを用いて同一領域を繰り返し走査する必要があり、検査に多くの時間を要していた。特に、精度のよい検査を行うために、検査箇所を両側から探傷する場合には、更に２倍の時間を要していた。

また比較的浅い領域を探傷する場合、送受信兼用型の探触子では送信波エコーや被検体表面からの超音波の反射の影響によって、表面近傍に測定が困難な領域（不感帯領域）が少なからず存在することが問題となる。

本発明の少なくとも一実施形態では、上記問題点に鑑みなされたものであり、耐熱部材の溶接部を広範囲にわたって効率的に検査可能な超音波探傷方法を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法は、超音波送信用振動子及び超音波受信用振動子としてそれぞれ選択可能なＬ（２≦Ｌの自然数）個の振動子が配列されてなる少なくとも１のアレイ型超音波探触子を用いて耐熱部材の溶接部を探傷する超音波探傷方法であって、前記Ｌ個の振動子の配列方向が前記溶接部の延在方向に交差するように、前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子を前記耐熱部材の所定位置に設置する設置工程と、前記所定位置において前記Ｌ個の振動子を前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択し、前記溶接部に対して側方側から斜めに超音波を照射することにより前記溶接部を探傷する第１の探傷工程と、前記所定位置において、前記Ｌ個の振動子から、Ｍ（１≦Ｍ＜Ｌの自然数）個の振動子を前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択し、前記溶接部に対して側方側から斜めに超音波を照射することにより前記溶接部を探傷する第２の探傷工程とを備え、前記第２の探傷工程では、前記Ｍ個の振動子の中点を通る法線が、前記Ｌ個の振動子の中点を通る法線に比べて前記溶接部の表面に近くなるように、前記Ｍ個の振動子が前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択される。

上記（１）の構成によれば、第１の探傷工程では、アレイ型超音波探触子が有する全て（Ｌ個）の振動子を用いて探傷を行う。この場合、超音波の送受信に供する開口は最大となり、比較的深い領域の探傷を良好に行うことができる。一方、第２の探傷工程では、Ｌ個の振動子のうちＭ（＜Ｌ）個の振動子を用いて探傷を行う。Ｍ個の振動子は、これらの振動子の中点を通る法線が第１の探傷工程で選択されたＬ個の振動子の中点を通る法線に比べて溶接部に近くなるように選択される。また第２の探傷工程では、選択された振動子の数が第１の探傷工程に比べて少なくなるため、超音波の送受信に供する開口も小さくなる。これにより、第２の探傷工程では第１の探傷工程に比べて比較的浅い領域の探傷が可能となる。
このように本実施形態では、選択する振動子の数を変更することによって、耐熱部材の溶接部を広範囲にわたって効率的に検査可能である。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記第２の探傷工程では、前記Ｌ個の振動子のうち前記溶接部に近いＬ／２個の振動子が前記Ｍ個の振動子として選択される。

上記（２）の構成によれば、第２の探傷工程では、アレイ型超音波探触子が有する複数の振動子のうち溶接部に近い側の半分を用いて探傷が実施される。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）の構成において、前記第１の探傷工程及び第２の探傷工程は、前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子を前記溶接部の延在方向に沿って走査しながら繰り返し実施される。

上記（３）の構成によれば、溶接部の延在方向に沿って第１及び第２の探傷工程を実施することにより、精度のよい探傷を効率的に実施することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（１）から（３）のいずれか一構成において、前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子は、第１のアレイ型超音波探触子及び第２のアレイ型超音波探触子を含み、前記設置工程では、前記第１のアレイ型超音波探触子及び前記第２のアレイ型超音波探触子を前記溶接部の両側にそれぞれ設置し、前記第１の探傷工程及び前記第２の探傷工程では、前記第１のアレイ型超音波探触子及び前記第２のアレイ型超音波探触子を用いた探傷を交互に実施する。

上記（４）の構成によれば、第１のアレイ型超音波探触子及び第２のアレイ型超音波探触子を溶接部の両側にそれぞれ配置して、上述の第１及び第２の探傷工程を実施することで、精度の高い検査を広い範囲に亘って効率的に実施できる。特に、各アレイ型超音波探触子による超音波の送受信を交互に切り換えながら実施することにより、複数のアレイ型超音波探触子間における超音波信号の干渉を防止できるので、良好な精度が得られる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（１）から（４）のいずれか一構成において、前記Ｌ個の振動子の各々は、互いに分離した前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子を備える。

上記（５）の構成によれば、アレイ型超音波探触子に備えられ複数の振動子において前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子を互いに分離した構成とすることで、表面近傍で発生し得る送信波エコーや被検体表面からの反射波に起因するノイズを低減できる。これにより、大屈折角でもノイズの少ない探傷が可能となり、表面近傍の不感帯領域を効果的に低減できる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか一構成において、前記設置工程では、前記Ｌ個の振動子の中点を通る法線に沿って入射する超音波の前記溶接部における屈折角（中心屈折角）が５０度より大きく、且つ、７０度以下になるように前記アレイ型超音波探傷子を設置する。

上記（６）の構成によれば、中心屈折角が５０度より大きく、且つ、７０度以下になるようにアレイ型超音波探傷子を設置する。本願発明者の研究によれば、典型的なＰＡ法では中心屈折角が５０度程度に設定されるが、この場合、探傷範囲を表面側に広げようとスキャン幅を広げるとグレーチングローブの発生が起こりやすくなり、検査制度の低下が問題となる。そこで、本構成では、中心屈折角が上記範囲になるように設定することで、グレーチングローブの発生を回避しながら、表面近傍を含む広範囲に亘って精度の良い探傷を実施できることが見出された。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか一構成において、前記Ｌ個の振動子は、前記溶接部の厚さの１／４の長さに亘って配列されている。

一般的に、被検体の厚さが大きくなった場合、アレイ型超音波探触子が有する振動子サイズを大きくするか、探傷周波数を低くする必要がある。ここで、十分な欠陥の検出精度を確保するためには周波数の低下は好ましくないため、振動子のサイズを大きくすることが好ましい。上記（７）の構成によれば、本願発明者の研究によって、被検体である溶接部の厚さの１／４の長さに亘ってＬ個の振動子を配列することによって、良好な探傷精度が得られることが見出された。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、耐熱部材の溶接部を広範囲にわたって効率的に検査可能な超音波探傷方法を提供する。

本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法の適用対象である耐熱部材の溶接部の拡大断面図である。 本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法を工程毎に示すフローチャートである。 図２の設置工程における探傷装置の設置例を示す模式図である。 図２の設置工程における探傷装置の他の設置例を示す模式図である。 図２の第１の探傷工程のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２の第１の探傷工程における振動子の選択例を示す模式図である。 図２の第１の探傷工程における探傷範囲を示す拡大断面図である。 図２の第２の探傷工程のサブルーチンを示すフローチャートである。 図２の第２の探傷工程における振動子の選択例を示す模式図である。 図２の第２の探傷工程における探傷範囲を示す拡大断面図である。 本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法に使用される探傷装置の他の例を示す模式図である。 本発明の一実施形態係る探傷装置に用いられるプローブの一例である。 超音波の送受信が分離されていない振動子を有するアレイ型超音波探触子を有する探傷装置における超音波の受信結果の一例である。 超音波の送受信が分離された振動子を有するアレイ型超音波探触子を有する探傷装置における超音波の受信結果の一例である。 本発明の一実施形態における探傷装置に用いられるプローブの設置例を示す模式図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法の適用対象である耐熱部材の溶接部の拡大断面図であり、図２は本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法を工程毎に示すフローチャートであり、図３Ａは図２の設置工程における探傷装置の設置例を示す模式図であり、図３Ｂは図２の設置工程における探傷装置の他の設置例を示す模式図であり、図４Ａは図２の第１の探傷工程のサブルーチンを示すフローチャートであり、図４Ｂは図２の第１の探傷工程における振動子の選択例を示す模式図であり、図４Ｃは図２の第１の探傷工程における探傷範囲を示す拡大断面図であり、図５Ａは図２の第２の探傷工程のサブルーチンを示すフローチャートであり、図５Ｂは図２の第２の探傷工程における振動子の選択例を示す模式図であり、図５Ｃは図２の第２の探傷工程における探傷範囲を示す拡大断面図であり、図６は本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法に使用される探傷装置の他の例を示す模式図であり、図７は本発明の一実施形態係る探傷装置に用いられるプローブの一例であり、図８Ａは超音波の送受信が分離されていない振動子を有するアレイ型超音波探触子を有する探傷装置における超音波の受信結果の一例であり、図８Ｂは超音波の送受信が分離された振動子を有するアレイ型超音波探触子を有する探傷装置における超音波の受信結果の一例であり、図９は本発明の一実施形態における探傷装置に用いられるプローブの設置例を示す模式図である。

配管１０は、本実施形態に係る超音波探傷方法の適用対象である耐熱部材の一例であり、大型プラント設備において使用される蒸気配管である。配管１０は比較的大径であり、十分な強度を確保するために、十分な厚みを有する複数の板状部材１０ａ及び１０ｂが溶接部１２を介して接合されて構成されている。図１の例では、溶接部１２が配管１０の長手方向に沿って延在するように設けられた例が示されているが、以下の説明は、溶接部１２が配管１０の短手方向（周方向）に沿って延在するように設けられている場合でも、特段の記載がない限りにおいて、同様に適用可能である。

配管１０は長期間に亘って高温条件下で使用されるため、耐熱鋼材料から形成されている。具体的には、クロムを９〜１２質量％程度含有する高クロム鋼や、高クロム鋼と類似組織を有しクロムを２〜３質量％程度含有する高強度低合金鋼から形成されている。

溶接部１２は、板状部材１０ａ及び１０ｂ間に位置しており、溶金１４と、該溶金１４の両側に形成された熱影響部１６とを有する。熱影響部１６には、長期間に亘る高温での使用によってクリープボイドが発生する。クリープボイドは長時間の使用によってその数が増加し、隣接するクリープボイド同士が繋がってクラックとなる。そして、クラックは徐々に成長し、最終的には溶接部１２を厚さ方向に貫通して、内部流体のリークが発生する。このため、ボイラ等の運用においては、配管１０の溶接部１２のクリープ損傷の検査がメンテナンス上重要である。

本実施形態では、このようなクリープ損傷を検査するためにフェイズドアレイ（ＰＡ）法を用いた超音波探傷方法を採用する。この超音波探傷方法は、例えば図３Ａ及び図３Ｂに示される探傷装置２０を用いて実施される。この探傷装置２０は、探傷装置本体２２と、該探傷装置本体２２と電気的に接続されたプローブ２４とを備える。

探傷装置本体２２は、例えばコンピュータによって構成されており、プローブ２４からの超音波の送受信制御や、受信信号の解析処理を行い、解析結果を断層画像としてディスプレイなどの表示装置（不図示）に表示可能に構成されている。

プローブ２４は、本体部２４ａと、当該本体部２４ａに内蔵されたアレイ型超音波探触子２６を備える。アレイ型超音波探触子２６は、互いに所定間隔で配列された複数の振動子２５を有する。図４Ａ及び図５Ａを参照して後述するように、本実施形態では、アレイ型超音波探触子２６は、３２個（すなわち、Ｌ＝３２）の振動子２５を備える。これらの振動子２５は圧電素子からなり、電気信号が印加されることにより、それぞれ超音波送信用振動子及び超音波受信用振動子としてそれぞれ選択可能に構成されている。これら振動子２５からの超音波の出射角度は、圧電素子に加える電気信号の位相を調整することによって制御可能に構成されている。

尚、本実施形態で使用するプローブ２４が有するアレイ型超音波探触子２６は３２チャンネル、周波数１０ＭＨｚであり、特にその幅方向サイズは溶接部１２の厚さ４０ｍｍの１／４である１０ｍｍである。尚、アレイ型超音波探触子２６が有するＬ個の振動子２５の個々のサイズは０．３ｍｍであるが、探傷周波数及びスキャン角度によって適切なものを選択するとよい。

本体部２４ａは、平坦な底面２４ａ１と上面の一部が底部に対して所定の楔角度を有するように傾斜して形成された傾斜面２４ａ２とを有する。アレイ型超音波探触子２６は、傾斜面２４ａ２に沿うように本体部２４ａに内蔵されている。これにより、プローブ２４の底面２４ａ１が配管１０の表面上に配置された場合、アレイ型超音波探触子２６から発振される超音波は本体部２４ａを透過して、溶接部１２に対して側方側から斜めに照射されると共に、溶接部１２からの反射波を検知する。そして、探傷装置本体２２はプローブ２４の検知信号に基づいて、測定位置座標に対応付けられた断層画像を作成する。

続いて図２を参照して、本実施形態に係る超音波探傷方法について具体的に説明する。
まず設置工程（Ｓ１）では、探傷装置２０が備えるプローブ２４が、被検体である配管１０の表面上に設置される。プローブ２４の設置位置は、プローブ２４に内蔵されたアレイ型超音波探触子２６が有する複数の振動子２５の配列方向が、溶接部１２の延在方向に交差するように設定される。

例えば図３Ａの例では、配管１０の長手方向に沿って延在する溶接部１２に沿って溶接部１２の左側にガイドレール２７を敷設し、当該ガイドレール２７上を移動可能に構成されたアーム２８にプローブ２４が取り付けられる。これにより、プローブ２４は溶接部１２に沿って移動可能であるとともに、各ポイントにおいて溶接部１２に対して左側から超音波を照射することによって探傷可能に構成されている。

一方、図３Ｂの例では、配管１０の長手方向に沿って延在する溶接部１２に沿って溶接部１２の右側にガイドレール２７を敷設し、当該ガイドレール２７上を移動可能に構成されたアーム２８にプローブ２４が取り付けられる。これにより、プローブ２４は溶接部１２に沿って移動可能であるとともに、各ポイントにおいて溶接部１２に対して右側から超音波を照射することによって探傷可能に構成されている。

続いて、ガイドレール２７上でアーム２８を移動することにより、プローブ２４の位置を初期位置（Ｘ＝Ｘ１）に設定する（Ｓ２）。このようなアーム２８の移動は手動で行ってもよいが、モータなどの駆動装置を用いて自動的に行ってもよい。

第１の探傷工程（Ｓ３）では、アレイ型超音波探触子２６が有する全ての振動子２５を用いて溶接部１２の探傷を行う。すなわち図４Ｂに示されるように、３２（＝Ｌ）個の振動子２５が、それぞれ超音波送信用振動子及び超音波受信用振動子として選択される（図４Ｂ及び図５Ｂでは、選択された振動子が実線で示されている。図４Ｂでは、全ての振動子２５が選択されている）。

第１の探傷工程では、このように選択された３２個の振動子２５を用いて中心屈折角を基準として所定のスキャン角度でセクタースキャン（扇型探傷）が行われる。本実施形態では特に、中心屈折角が５０度になるようにプローブ２４が設置されており、当該中心屈折角を基準として±２０度の範囲がセクタースキャン（扇型探傷）される。これにより、標準的な探傷角度である４５度や６０度の屈折角成分がカバーされる。

このようなスキャンは図４Ｃに示されるサブルーチンにより実行される。このサブルーチンでは、屈折角αが最小値α１から最大値α４１に至るまで所定間隔で移動しながらデータ取得がなされる。具体的には、屈折角αが３０度から７０度まで１度ピッチで推移しながらデータ取得がなされる（すなわち、最小値α１は３０度、最大値α２は７０度であり、合計３１個のデータが取得される）。

このように第１の探傷工程では、アレイ型超音波探触子２６が有する全ての振動子２５を用いて探傷が実施される。そのため、溶接部１２に対して超音波の送受信に供する開口（すなわち、探傷に用いられている振動子２５が占める範囲）が大きいため、溶接部１２の比較的深い領域に至るまで探傷を行われる（図４Ｂを参照）。

続いて第２の探傷工程（Ｓ４）では、アレイ型超音波探触子２６が有する３２（＝Ｌ）個の振動子２５から選択された一部（Ｍ個）の振動子２５を用いて溶接部１２の探傷が行われる。ここで、選択されるＭ個の振動子２５は、３２（＝Ｌ）個の振動子２５のうち連続するものが選択され、且つ、当該選択された振動子２５が占める領域の中点を通る法線２５ｂ（図５Ａを参照）が、全振動子２５が占める領域の中点を通る法線２５ａ（図４Ａを参照）より溶接部１２に近くなるように行われる。図５の例では特に、アレイ型超音波探触子２６が有する３２（＝Ｌ）個の振動子２５のうち、溶接部１２に近い側の互いに連続した１６（Ｍ＝Ｌ／２）個の振動子２５が選択されている。

第２の探傷工程では、このように選択された１６（Ｍ＝Ｌ／２）個の振動子２５を用いて中心屈折角を基準として所定のスキャン角度でセクタースキャン（扇型探傷）が行われる。本実施形態では特に、中心屈折角が５０度になるようにプローブ２４が設置されており、当該中心屈折角を基準として±２０度の範囲がセクタースキャン（扇型探傷）される。これにより、標準的な探傷角度である４５度や６０度の屈折角成分がカバーされる。

具体的には図５Ｃに示されるように、屈折角βが最小値β１から最大値β３６に至るまで所定間隔で移動しながらデータ取得がなされることにより、探傷が実施される。ここで本実施形態では、屈折角βが４０度から７５度まで１度ピッチで推移しながらデータ取得がなされる（すなわち、最小値β１は４０度、最大値β２は７５度であり、合計３６個のデータが取得される）。

ここで図５Ｂに示されるように、第２の探傷工程では選択された振動子２５が占める領域の中点を通る法線２５ｂが溶接部に近くなるため、第１の探傷工程に比べて、スキャン範囲が表層近傍に及ぶ。具体的には、第２の探傷工程におけるスキャン範囲は４０度から７５度であり（図５Ｂの実線）、第１の探傷工程におけるスキャン範囲である３０度から７０度に比べて（図４Ｂの実線又は図５Ｂの破線）、溶接部１２の表層近傍までカバーしている。つまり、第２の探傷工程では、第１の探傷工程に比べて探傷範囲が溶接部１２の表面側にシフトする。これは、上述したように、選択された振動子２５の中点を通る法線の位置が溶接部１２に近づいたこと、及び、選択された振動子２５が形成する開口（すなわち、選択された振動子が占める領域）が狭くなることによって収束点が表面側に近づいたことによるものである。その結果、表面近傍に存在している不感帯領域が少なくなり、より広範囲における探傷が可能となる。

このように第１及び第２の探傷工程（Ｓ３及びＳ４）が完了すると、プローブ２４の位置をΔＸだけ移動させ（Ｓ５）、目標位置Ｘ２に到達したか否かを判定する（Ｓ６）。プローブ２４の位置Ｘが目標位置Ｘ２に到達していない場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、処理をＳ３に戻し、新たなポイントで第１及び第２の探傷工程を実施する。一方、プローブ２４の位置Ｘが目標位置Ｘに到達している場合には（Ｓ６：ＮＯ）、一連の処理を修了する（ＥＮＤ）。

以上説明したように、本実施形態では、Ｌ個の振動子２５を有するアレイ型超音波探触子２６を用いて、溶接部１２の広い範囲に亘って探傷を効率的に行うことが可能であり、検査時間を効果的に短縮することができる。

図６は本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法に使用される探傷装置の他の例を示す模式図である。本実施形態に係る探傷装置４０は、第１のアレイ型超音波探触子４１ａを有する第１のプローブ４２ａと、第２のアレイ型超音波探触子４１ｂを有する第２のプローブ４２ｂとを備えており、図３Ａ及び図３Ｂと同様に、探傷装置本体２２に接続されて探傷結果が画像として出力可能に構成されている。尚、図６では探傷装置本体２２は上記実施形態と同様であるため省略している。

検査対象である溶接部１２の表面上には、溶接部１２の延在方向に沿ってガイドレール４４が敷設されており、当該ガイドレール４４には両サイドに向かって２本のアーム４６ａ及び４６ｂが延びている。第１及び第２のプローブ４２ａ及び４２ｂは、２本のアーム４６ａ及び４６ｂにそれぞれ取り付けられており、該２本のアーム４６ａ及び４６ｂがガイドレール４４に沿って移動可能に構成されている。

探傷装置４０は、このように配置された第１及び第２のプローブ４２ａ及び４２ｂを用いて溶接部１２の両側から探傷を実施する。すなわち、上記図３Ａ及び図３Ｂに係る実施形態では、溶接部１２の片側から探傷を行っていたが、本実施形態では溶接部１２の両側から探傷を行えるため、精度のよい探傷を効率的に実施でき、検査時間を効果的に短縮できる。

また探傷装置４０を使用する際には、第１の探傷工程（Ｓ３）及び第２の探傷工程（Ｓ４）において、第１のアレイ型超音波探触子４１ａ及び第２のアレイ型超音波探触子４１ｂによる超音波の送受信を交互に実施するとよい。これにより、第１のアレイ型超音波探触子４１ａ及び第２のアレイ型超音波探触子４１ｂで送受信される超音波が互いに干渉することがないので、良好な探傷精度が得られる。

ところで、上記各実施形態で使用されるプローブ２２、４２ａ、４２ｂが備えるアレイ型超音波探触子２６、４１ａ、４１ｂは、それぞれ超音波送信用振動子及び超音波受信用振動子として選択可能な複数の振動子を備えている。これに代えて、図７に示されるプローブ５０を用いてもよい。プローブ５０は、専ら超音波送信用振動子として機能可能な送信用アレイ型超音波探触子５２と、専ら超音波受信用振動子として機能可能な受信用アレイ型超音波探触子５４とを備える。送信用アレイ型超音波探触子５２は、上記アレイ型超音波探触子と同様に３２（＝Ｌ）個の振動子を有しているが、これら振動子は専ら超音波の送信用として用いられる。一方、受信用アレイ型超音波探触子５４もまた、上記アレイ型超音波探触子と同様に３２（＝Ｌ）個の振動子を有しているが、これら振動子は専ら超音波の受信用として用いられる。

具体的に説明すると、第１の探傷工程（Ｓ３）では、送信用アレイ型超音波探触子５２が有する３２（＝Ｌ）個の全振動子から超音波が送信されると共に、受信用アレイ型超音波探触子５４が有する３２（＝Ｌ）個の全振動子によって反射波が受信される。一方、第２の探傷工程（Ｓ４）では、送信用アレイ型超音波探触子５２が有する振動子のうち、溶接部１２に近い側の連続する１６（＝Ｌ／２）個の振動子によって超音波が送信されると共に、受信用アレイ型超音波探触子５４が有する振動子のうち、溶接部１２に近い側の連続する１６（＝Ｌ／２）個の振動子によって超音波が受信される。

このように超音波の送受信をそれぞれ機能が分離された振動子で行うことによって、溶接部１２の表面近傍におけるグレーチングローブの発生を抑制できる。図８Ｂでは、超音波の送受信が共通のアレイ型超音波探触子によって実施される図８Ａの場合に比べて、超音波の送信源（符号６０で示される図中左上側）側においてノイズが顕著に低減していることが示されており、これはグレーチングローブの抑制に効果的であることを証明している。

また上記実施形態では、前述したように中心屈折角が５０度になるようにプローブを設置し、当該中心屈折角を基準として±２０度の範囲をセクタースキャン（扇型探傷）することにより、標準的な探傷角度である４５度や６０度の屈折角成分をカバー可能に構成されている。この場合、表面近傍の不感帯を低減するためには、スキャン角度を拡大する（例えばスキャン範囲を±３０度に拡大することで、屈折角を８０度まで広げる）ことが考えられる。しかしながら、スキャン角度が過大になるとグレーチングローブが発生しやすくなるという問題がある。

このような問題に対し、図９に示される実施形態では、スキャン角度を±２０度に維持しつつ、中心屈折角が従来の５０度より大きく且つ、７０度以下となるようにプローブ２４が設置される（言い換えれば、中心屈折角が当該範囲になるように、選択された振動子２５の中点を通る法線２５ａを設定する）。図９では特に、中心屈折角が６０度になる場合が例示されている。これにより、スキャン角度が過大になることによってグレーチングローブが発生することを回避しながら、溶接部１２の表面近傍まで探傷範囲を広げることができる（図９では、スキャン角度が±２０度のまま８０度まで探傷範囲が拡大されることが示されている）。これにより表層部近傍のグレーチングローブに起因したノイズや被検体表面の反射に起因したノイズなどを低減することが可能となり、大屈折角でもノイズの少ない検査が可能となり、表層部の不感帯領域の低減が可能となる。

本開示は、耐熱部材の溶接部の超音波探傷方法に利用可能である。

１０ 配管
１２ 溶接部
１４ 板状部材
１６ 熱影響部
２０ 探傷装置
２２ 探傷装置本体
２４ プローブ
２４ａ 本体部
２４ａ１ 底面
２４ａ２ 傾斜面
２５ 振動子
２６ アレイ型超音波探触子
２７ ガイドレール
２８ アーム
４０ 探傷装置
４１ａ 第１のアレイ型超音波探触子
４１ｂ 第２のアレイ型超音波探触子
４２ａ 第１のプローブ
４２ｂ 第２のプローブ
４４ ガイドレール
４６ａ、４６ｂ アーム
５０ 探傷装置
５２ 送信用アレイ型超音波探触子
５４ 受信用アレイ型超音波探触子

Claims (8)

1. 超音波送信用振動子及び超音波受信用振動子としてそれぞれ選択可能なＬ（２≦Ｌの自然数）個の振動子が配列されてなる少なくとも１のアレイ型超音波探触子を用いて耐熱部材の溶接部を探傷する超音波探傷方法であって、
   前記Ｌ個の振動子の配列方向が前記溶接部の延在方向に交差するように、前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子を前記耐熱部材の所定位置に設置する設置工程と、
   前記所定位置において前記Ｌ個の振動子を前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択し、前記溶接部に対して側方側から斜めに超音波を照射することにより前記溶接部を探傷する第１の探傷工程と、
   前記所定位置において、前記Ｌ個の振動子から、Ｍ（１≦Ｍ＜Ｌの自然数）個の振動子を前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択し、前記溶接部に対して側方側から斜めに超音波を照射することにより前記溶接部を探傷する第２の探傷工程と
   を備え、
   前記第２の探傷工程では、前記Ｍ個の振動子の中点を通る法線が、前記Ｌ個の振動子の中点を通る法線に比べて前記溶接部の表面に近くなるように、前記Ｍ個の振動子が前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択されることを特徴とする超音波探傷方法。
2. 超音波送信用振動子及び超音波受信用振動子としてそれぞれ選択可能なＬ（２≦Ｌの自然数）個の振動子が配列されてなる少なくとも１のアレイ型超音波探触子を用いて耐熱部材の溶接部を探傷する超音波探傷方法であって、
   前記Ｌ個の振動子の配列方向が前記溶接部の延在方向に交差するように、前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子を前記耐熱部材に設置する設置工程と、
   前記Ｌ個の振動子を前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択することにより前記溶接部を探傷する第１の探傷工程と、
   前記Ｌ個の振動子から、Ｍ（１≦Ｍ＜Ｌの自然数）個の振動子を前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択することにより前記溶接部を探傷する第２の探傷工程と
   を備え、
   前記第２の探傷工程では、前記Ｍ個の振動子の中点を通る法線が、前記Ｌ個の振動子の中点を通る法線に比べて前記溶接部の表面に近くなるように、前記Ｍ個の振動子が前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子として選択され、
   前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子は、第１のアレイ型超音波探触子及び第２のアレイ型超音波探触子を含み、
   前記設置工程では、前記第１のアレイ型超音波探触子及び前記第２のアレイ型超音波探触子を前記溶接部の両側にそれぞれ設置し、
   前記第１の探傷工程及び前記第２の探傷工程では、前記第１のアレイ型超音波探触子及び前記第２のアレイ型超音波探触子を用いた探傷を交互に実施することを特徴とする超音波探傷方法。
3. 前記第２の探傷工程では、前記Ｌ個の振動子のうち前記溶接部に近いＬ／２個の振動子が前記Ｍ個の振動子として選択されることを特徴とする請求項１又は２に記載の超音波探傷方法。
4. 前記第１の探傷工程及び第２の探傷工程は、前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子を前記溶接部の延在方向に沿って走査しながら繰り返し実施されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の超音波探傷方法。
5. 前記少なくとも１のアレイ型超音波探触子は、第１のアレイ型超音波探触子及び第２のアレイ型超音波探触子を含み、
   前記設置工程では、前記第１のアレイ型超音波探触子及び前記第２のアレイ型超音波探触子を前記溶接部の両側にそれぞれ設置し、
   前記第１の探傷工程及び前記第２の探傷工程では、前記第１のアレイ型超音波探触子及び前記第２のアレイ型超音波探触子を用いた探傷を交互に実施することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の超音波探傷方法。
6. 前記Ｌ個の振動子の各々は、互いに分離した前記超音波送信用振動子及び前記超音波受信用振動子を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の超音波探傷方法。
7. 前記設置工程では、前記Ｌ個の振動子の中点を通る法線に沿って入射する超音波の前記溶接部における屈折角が５０度より大きく、且つ、７０度以下になるように前記アレイ型超音波探傷子を設置することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の超音波探傷方法。
8. 前記Ｌ個の振動子は、前記溶接部の厚さの１／４の長さに亘って配列されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の超音波探傷方法。