JP6731863B2

JP6731863B2 - 検査方法

Info

Publication number: JP6731863B2
Application number: JP2017007431A
Authority: JP
Inventors: 航大野村; 和佐　泰宏; 泰宏和佐; 利英福井
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2017-01-19
Filing date: 2017-01-19
Publication date: 2020-07-29
Anticipated expiration: 2037-01-19
Also published as: US20200064309A1; WO2018135242A1; US11054399B2; EP3543688A1; EP3543688A4; JP2018115979A

Description

本発明は、超音波プローブによる検査対象の欠陥の検査方法に関するものである。

従来、非破壊で検査対象の欠陥を検査する方法として、超音波プローブを用いた検査方法が知られている。例えば、特許文献１には、超音波の送信部及び受信部を含む振動子と、振動子を保持するくさびと、を備える超音波プローブにより、検査対象の表面領域（表面ないしその近傍の領域）に存在する欠陥を検査する方法が開示されている。具体的に、くさびは、送信部から送信された超音波が検査対象の表面領域を表面波として伝播する角度で送信部を保持している。この検査方法では、表面波が検査対象の表面領域に存在する欠陥で反射することによって生成される反射超音波を受信部で受信することによって前記欠陥が検知される。なお、表面領域は、検査対象の表面から表面波の約１〜２波長の深さに相当する領域を意味する。

特開２０１０−５４４９７号公報

特許文献１に記載されるような検査方法では、検査対象の表面のうち表面波の伝播方向についてくさびよりも前方の検査対象表面に付着した油等の接触媒質や異物で表面波が反射することによっても表面波が反射され、生成される反射超音波は受信部にて信号として検知される。このため、受信部で受信した反射超音波は、欠陥か表面上の異物等に起因するのか弁別することが困難であり、欠陥の誤検出が増加する。換言すれば、上記検査方法では、検査対象領域の表面状態を清浄しながら探傷する必要があるため接触媒質の供給等が煩雑になり、安定して欠陥検知精度を得ることが困難である。

本発明の目的は、検査対象の表面領域に存在する欠陥の検知精度を高めるとともに安定して探傷することが可能な検査方法を提供することである。

前記課題を解決する手段として、本発明は、超音波を送信する送信部と、前記送信部から送信された超音波が検査対象の表面領域を表面波として伝播する角度で前記送信部を保持するくさびと、前記超音波の反射により生成される反射超音波を受信する受信部と、を備える超音波プローブによって前記検査対象の欠陥を検査する検査方法であって、前記検査対象上に前記超音波プローブを配置する配置工程と、前記検査対象の表面領域を前記表面波が伝播するように前記送信部から前記くさび内に向けて超音波を送信する超音波送信工程と、前記送信部が前記超音波を送信してから、前記表面波の伝播方向における前記くさびの先端部で前記表面波が反射することにより生成される先端反射超音波を前記受信部が受信するまでの時間よりも、短い時間で前記受信部が前記反射超音波を受信したときに、前記検査対象のうち前記くさびと重なっている部位に欠陥が存在すると判定する判定工程と、を含む、検査方法を提供する。

本検査方法では、従来のように、検査対象の表面領域のうち表面波の伝播方向についてくさびよりも前方に存在する部位の欠陥を検知するのではなく、前記表面領域のうちくさびと重なっている部位（くさび直下）に存在する欠陥を検知する。ここで、くさびと検査対象との間に油等の接触媒質が存在したとしても、その接触媒質は、くさびと検査対象との間に均一な膜状で存在するため、接触媒質に起因する反射超音波はほとんど生成されない。また、受信部が前記先端反射超音波を受信するまでの時間は超音波プローブの構造から一意に決定され求めることができる。このため、送信部が超音波を送信してから前記先端反射超音波を受信部が受信するまでの時間よりも、短い時間で受信部が反射超音波を受信した場合、その反射超音波は、表面波がくさび直下に存在する欠陥で反射することによって生成されたものである、すなわち、検査対象がくさびと重なっている部位に欠陥が存在すると判定することが可能となる。このように、本検査方法では、検査対象の表面に存在する接触媒質に起因する反射超音波（ノイズ）が低減されるので、誤検出が少なくなるため欠陥の検知精度が高まる。

この場合において、前記くさび配置工程では、前記くさびとして、前記伝播方向についての先端部に前記超音波を吸収する吸収部を有するものを用いることが好ましい。

送信部から送信された超音波はくさび内を伝播しくさびの先端部で反射することによっても反射超音波が生成される。くさび内を伝播する超音波は探傷に用いる表面波より音速が早いことなどからノイズとして検出される可能性が高い。しかし先端部に吸収部を設けることによりノイズが低減され、欠陥の検知精度が一層高まる。具体的に、本検査方法では、表面波がくさびの先端部まで伝播する前に欠陥で反射超音波が生成されるので、吸収部の存在は、欠陥に起因する反射超音波にほとんど影響を及ぼさない。しかしながら、従来のように、前記伝播方向についてくさびよりも前方で欠陥を検知する方法の場合、吸収部を有するくさびが用いられると、くさびよりも前方に伝播する表面波が低減されるので、欠陥での反射超音波が著しく低減される。つまり、吸収部を有するくさびを用いることは、くさび直下における欠陥を検査する本検査方法に有効である。

また、前記検査方法において、前記くさび配置工程では、前記くさびとして、ポリエーテルイミドからなるものを配置することが好ましい。

本発明手法では超音波のくさび内の伝播が長くなるため、くさびによる超音波の減衰が大きくなる。したがって、くさびの材料として超音波の減衰の低い材料を用いることが好ましい。また接触式の探傷手法であることとから耐摩耗性を有することも望ましく、これらの条件を満たすポリエーテルイミドからなるくさびを用いることが望ましい。

以上のように、本発明によれば、検査対象の表面領域に存在する欠陥の検知精度を高めることが可能な検査方法を提供することができる。

本発明の一実施形態の検査方法の概要を示す図である。受信信号Ａ１及び受信信号Ａ２の例を示す図である。図１に示される検査方法の変形例を示す図である。従来の検査方法の概要を示す図である。受信信号Ａ３、受信信号Ａ４及び受信信号Ａ５の例を示す図である。実施例の超音波プローブ及び検査対象の概要を示す図である。実施例の検査結果を示すグラフである。

本発明の一実施形態の検査方法について、図１〜図３を参照しながら説明する。本検査方法では、鋼材等の検査対象Ｔの表面ないしその近傍の領域（以下、「表面領域」と称する。）に存在する欠陥を表面波Ｓを利用することによって検査する。なお、表面領域は、検査対象Ｔの表面から表面波Ｓの約１〜２波長の深さに相当する領域を意味する。具体的に、この検査方法では、図１に示されるように、振動子１０と、くさび２０と、振動子１０及びくさび２０を収容するケース３０と、を備える超音波プローブ１が用いられる。

振動子１０は、超音波を送信する送信部と、超音波の反射により生成される反射超音波を受信する受信部と、を有する。

くさび２０は、送信部から送信された超音波が検査対象Ｔの表面領域を表面波Ｓ（レーリー波やＳＨ波）として伝播する角度で振動子１０を保持する。くさび２０は、ポリエーテルイミドやアクリルからなることが好ましく、ポリエーテルイミドからなることがより好ましい。

本検査方法は、配置工程と、超音波送信工程と、判定工程と、を含む。

配置工程では、超音波プローブ１が検査対象Ｔ上に配置される。このとき、検査対象Ｔの表面と超音波プローブ１の接触面との間は油等の接触媒質で満たし、その接触媒質が超音波プローブ１の底面と検査対象Ｔとの間に均一な薄膜状になるように超音波プローブ１を検査対象Ｔに押さえつける。

超音波送信工程では、振動子１０の送信部から超音波（図１の破線で示される矢印）が送信される。この超音波の一部は、まず、くさび２０内を直進し、入射点Ｐ（振動子１０の中央から送信された超音波が検査対象Ｔの表面に入射する点）に至る。その後、その超音波は、入射点Ｐから検査対象Ｔの表面領域を表面波Ｓとして伝播する。なお、超音波プローブ１と検査対象Ｔとの間に接触媒質が存在する場合であっても、その接触媒質は超音波プローブ１と検査対象Ｔとの間に均一な薄膜状として存在するため、この接触媒質に起因する反射超音波はほとんど生じない。

判定工程では、検査対象Ｔのうちくさび２０と重なっている部位（くさび２０直下）に欠陥ｆが存在するか否かを判定する。具体的に、判定工程では、送信部が超音波を送信してから先端反射超音波Ｗ２（表面波Ｓの伝播方向におけるくさび２０の先端部２２で表面波Ｓが反射することにより生成される反射超音波）を受信部が受信するまでの時間よりも、短い時間で反射超音波Ｗ１を受信したときに、検査対象Ｔのうちくさび２０と重なっている部位に欠陥ｆが存在すると判定する。この判定が可能な理由を、図２を参照しながら説明する。

図２は、表面波Ｓが欠陥ｆで反射することによって生成された反射超音波Ｗ１を受信部が受信したときの受信信号Ａ１と、前記先端反射超音波Ｗ２を受信部が受信したときの受信信号Ａ２と、の例を示す。図２に示されるように、受信信号Ａ１の方が受信信号Ａ２よりも早く受信部で検出される。ここで、受信信号Ａ２の検出時間は、予め測定されている。このため、受信部が、受信信号Ａ２（先端反射超音波Ｗ２に起因する信号）の検出時間よりも短い時間で受信信号Ａ１を検出した場合、その受信信号Ａ１は、表面波Ｓがくさび２０直下に存在する欠陥ｆで反射することによって生成された反射超音波Ｗ１に起因する信号であると判定することが可能である。

また、上記くさび配置工程では、くさび２０として、図３に示されるように、くさび２０の先端部２２に超音波を吸収する吸収部２５を有するものが用いられることがより好ましい。吸収部２５を有するくさび２０が用いられる場合、くさび２０の先端部２２での超音波（くさび２０内を伝播してくさび２０の先端部２２に至った超音波や表面波Ｓ）の反射、つまり、反射超音波が低減される。

ここで、図４及び図５を参照しながら、従来の欠陥の検査方法について説明する。

従来の検査方法では、振動子１００と、くさび２００と、ケース３００と、を備える超音波プローブが用いられる。なお、超音波プローブの構成については、表面波Ｓの伝播方向についてのくさびの長さを除き、上記実施形態と概ね同じである。この従来の検査方法では、検査対象Ｔのうち表面波Ｓの伝播方向についてくさび２００よりも前方の部位に存在する欠陥ｆで表面波Ｓが反射することによって生成された反射超音波Ｗ５が振動子１００の受信部で受信される。ここで、検査対象Ｔの表面のうち表面波Ｓの伝播方向についてくさび２００よりも前方の部位に油等の接触媒質ｍが存在する場合、その接触媒質ｍで表面波Ｓが反射することによって生成された反射超音波Ｗ４（ノイズ）も受信部で受信される。すなわち、図５に示されるように、従来の検査方法では、受信部において、超音波がくさび２００の先端部で反射することにより生成された反射超音波Ｗ３に起因する受信信号Ａ３と、表面波Ｓが接触媒質ｍで反射することにより生成された反射超音波Ｗ４に起因する受信信号Ａ４と、表面波Ｓが欠陥ｆで反射することによって生成された反射超音波Ｗ５に起因する受信信号Ａ５と、が受信される。このため、受信部で受信した信号が、欠陥ｆからの反射超音波Ｗ５に起因するものであるのか、あるいは、接触媒質ｍからの反射超音波Ｗ４に起因するものであるのかの判断が困難となる。

これに対し、本実施形態の検査方法では、従来と異なり、検査対象Ｔの表面領域のうちくさび２０と重なっている部位（くさび直下）に存在する欠陥ｆを検知する。このため、検査対象Ｔのくさび直下外の表面に存在する接触媒質ｍに起因する反射超音波（ノイズ）は探傷領域外に検知される。よって、検査対象Ｔの表面領域に存在する欠陥ｆの検知精度が高まる。

また、図３に示されるように、吸収部２５を有するくさび２０が用いられることにより、欠陥ｆの検知精度が一層高まる。具体的に、本検査方法では、表面波Ｓがくさび２０の先端部２２まで伝播する前に欠陥ｆで反射超音波Ｗ１が生成されるので、吸収部２５の存在は、欠陥ｆに起因する反射超音波Ｗ１の生成にほとんど影響を及ぼさない。しかしながら、従来のように、前記伝播方向についてくさび２００よりも前方で欠陥ｆを検知する方法の場合、吸収部を有するくさびが用いられると、くさびよりも前方に伝播する表面波Ｓが減少するので、欠陥ｆでの反射超音波が著しく低減される。つまり、吸収部２５を有するくさび２０を用いることは、くさび２０直下における欠陥ｆを検査する本検査方法に特に有効である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、送信部を有する振動子と、受信部を有する振動子と、が別体で構成されてもよい。

次に、図６及び図７を参照しながら、本検査方法の実施例について説明する。

図６に示されるように、実施例では、吸収部２５を有する超音波プローブ１を用いた。くさび２０のうち入射点Ｐから先端部２２までの寸法Ｄは、１０ｍｍである。検査対象Ｔは鋼材であり、その鋼材には、欠陥ｆとして横穴（ｆｌａｔｂｏｔｔｏｍｈｏｌｅ）が設けられている。本実施例では、送信部から、周波数が２ＭＨｚで４波分の超音波が送信された。そのときの受信信号が図７に示されている。なお、図７では、検出信号が負の値となる部分が正の値となるように折り返して表示されている。また、この実施例では、検査対象Ｔが鋼材であるので、表面波Ｓの波長λは約１．５ｍｍである。

図７において、信号αは、振動子残響であり、信号γは、前記先端反射超音波Ｗ２を受信部が受信したときの受信信号である。つまり、信号αから信号γまでの間（この実施例では、約７波長）が探傷領域となる。そして、実施例では、この探傷領域に、表面波Ｓが前記横穴で反射することによって生成された反射超音波を受信部が受信したときの信号βが明確に検出された。

以上より、送信部から送信される超音波の波長は、信号αから信号γまでの間に収まる値に設定されることが望ましいといえる。換言すれば、探傷領域が、送信部が送信する超音波の波長以上確保されるように、前記寸法Ｄが設定される。この探傷領域は、送信部が送信する超音波の波形（本実施例では４波長）に１波長を加えた長さ以上であることが望ましい。

１超音波プローブ
１０振動子
２０くさび
２２先端部
２５吸収部
３０ケース

Claims

超音波を送信する送信部と、前記送信部から送信された超音波が検査対象の表面領域を表面波として伝播する角度で前記送信部を保持するくさびと、前記超音波の反射により生成される反射超音波を受信する受信部と、を備える超音波プローブによって前記検査対象の欠陥を検査する検査方法であって、
前記検査対象上に前記超音波プローブを配置する配置工程と、
前記検査対象の表面領域を前記表面波が伝播するように前記送信部から前記くさび内に向けて超音波を送信する超音波送信工程と、
前記送信部が前記超音波を送信してから、前記表面波の伝播方向における前記くさびの先端部で前記表面波が反射することにより生成される先端反射超音波を前記受信部が受信するまでの時間よりも、短い時間で前記受信部が前記反射超音波を受信したときに、前記検査対象のうち前記くさびと重なっている部位に欠陥が存在すると判定する判定工程と、を含む、検査方法。
請求項１に記載の検査方法において、
前記くさび配置工程では、前記くさびとして、前記伝播方向についての先端部に前記超音波を吸収する吸収部を有するものを用いる、検査方法。
請求項１又は２に記載の検査方法において、
前記くさび配置工程では、前記くさびとして、ポリエーテルイミドからなるものを配置する、検査方法。