JP7277391B2 - Ultrasonic inspection device and ultrasonic inspection method - Google Patents
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Description
本発明は、超音波検査装置及び超音波検査方法に係り、特に、圧力容器や配管の溶接部および母材部において体積検査を実施する超音波検査装置及び超音波検査方法に関する。 The present invention relates to an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method, and more particularly to an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method for volumetric inspection of welded parts and base material parts of pressure vessels and pipes.
発電プラントにおける構成機器の保全は正常な運転を維持するために必要である。そのため、非破壊検査技術の果たす役割は重要性が高い。特に原子力プラントでは、原子炉圧力容器(RPV)や再循環系配管などの原子炉一次系機器の健全性確保が重要であり、規格により、供用期間中に経年変化を確認するための体積検査として主に溶接部に対する超音波探傷試験(UT)が義務づけられている。また、高経年化に伴うプラントの劣化状況を把握するための特別点検では、原子炉圧力容器の炉心領域における母材検査も要求される。UTを実施する超音波検査装置は、通常、被検体の探傷面に接して超音波の送受信を行う機器、いわゆる探触子を有している。探触子は、通常、電気エネルギーと音響エネルギーを相互に変換可能な圧電素子(振動子)を1個または複数有している。 Component maintenance in power plants is necessary to maintain normal operation. Therefore, the role played by non-destructive inspection technology is highly important. Especially in nuclear power plants, it is important to ensure the integrity of reactor primary system equipment such as the reactor pressure vessel (RPV) and recirculation system piping. Ultrasonic testing (UT) is mainly required for welds. In addition, in the special inspection for grasping the deterioration state of the plant due to aging, base material inspection in the core region of the reactor pressure vessel is also required. An ultrasonic inspection apparatus that performs UT usually has a so-called probe, which is a device for transmitting and receiving ultrasonic waves while in contact with the flaw detection surface of the object. A probe usually has one or more piezoelectric elements (vibrators) capable of mutually converting electrical energy and acoustic energy.
通常、圧力容器胴体の母材および溶接線のような炭素鋼の検査範囲においては、検出すべき欠陥として周方向および軸方向の割れを想定する。例えば軽水炉の供用期間中検査におけるUT規格(非特許文献1)では、検査の信頼性を高めるため、同じ検査範囲に対して、縦波垂直超音波と、2角度以上の屈折角(典型的には、45°および60°)で横波斜角超音波を照射することが要求されている。また、横波斜角超音波を照射する方向も、圧力容器軸方向の天・地方向、圧力容器周方向のCW・CCW方向の計4方向から可能な限り実施する必要が有る。 Typically, in the inspection area of carbon steel, such as the base metal and weld seams of pressure vessel bodies, circumferential and axial cracks are assumed to be defects to be detected. For example, in the UT standard (Non-Patent Document 1) for in-service inspections of light water reactors, longitudinal wave vertical ultrasonic waves and refraction angles of two or more angles (typically 45° and 60°). In addition, it is also necessary to irradiate oblique shear wave ultrasonic waves from four directions as much as possible: the top and bottom directions in the axial direction of the pressure vessel, and the CW and CCW directions in the circumferential direction of the pressure vessel.
このような検査要求に対して、何度も探触子を付け替え、方向を変更しながら検査を実施することは非効率であるため、屈折角や斜角超音波の送受信方向が異なる複数の探触子を有する装置が用いられることがある。 In response to such inspection requests, it is inefficient to perform inspections while changing the direction of the probe by changing the probe many times. A device with touchers may be used.
特許文献1は、屈折角の異なる複数の探触子が一つのホルダ内に組み込まれた部材(以下、探傷ヘッドと記す)を用いて複数の角度や方向の探傷を一度に実施可能にする超音波検査装置を開示する。特許文献1の超音波検査装置は、被検体の探傷面に接触面を接触させて超音波の送受信を行う複数の探触子と、複数の探触子を保持するホルダと、を備え、各探触子が、弾性変形可能な弾性部材を介してホルダに結合されている探傷ヘッドを有している。圧力容器や配管等の湾曲した探傷面に対しても、弾性部材が弾性変形することにより、各探触子の接触面をそれぞれ探傷面に沿って独立して傾けて、探傷面と各接触面との間に空隙が形成されることを抑制する構造となっている。また、より一般的な検査装置においては、各探触子が独立して傾くことを可能にする機構として、いわゆるジンバル機構を用いることが多い。
しかし、多くの探触子を並べて一体とする探傷ヘッドを用いると、必然的に探傷ヘッド全体が大型化してしまい、探傷ヘッドの適用可能な探傷面の形状が限られるという問題が有る。また、大型化によって、検査範囲周辺にある配管ノズルや支持部材などの構造物との干渉も起きやすくなり、検査範囲内にて所望の角度及び方向から超音波を照射することが出来ない探傷不可能範囲が広がってしまう。例えば、縦波垂直探触子1つと、45°および60°の横波斜角探触子2種を対向配置して2方向の斜角探傷を同時に実施する構成とした場合は、探触子を5つ並べることになり、探傷ヘッドが占める面積(フットプリント)は探触子1つの場合の約5倍となる。 However, the use of a flaw detection head in which many probes are arranged and integrated inevitably increases the overall size of the flaw detection head, which poses a problem that the shape of the flaw detection surface to which the flaw detection head can be applied is limited. In addition, due to the large size, interference with structures such as pipe nozzles and support members in the vicinity of the inspection range is likely to occur, and ultrasonic waves cannot be irradiated from the desired angle and direction within the inspection range. The range of possibilities expands. For example, if one longitudinal wave vertical probe and two 45° and 60° shear wave oblique angle probes are arranged facing each other to perform oblique angle inspection in two directions at the same time, the probes By arranging five probes, the area (footprint) occupied by the flaw detection head is approximately five times that of the case of one probe.
本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、その目的は、コンパクトな探傷ヘッド構成で探傷不可能範囲の増加を抑制しつつ、複数角度、複数方向を同時に探傷可能とすることで検査を効率化できる超音波検査装置及び超音波検査方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to enable simultaneous detection of multiple angles and multiple directions while suppressing an increase in the undetectable range with a compact flaw detection head configuration. To provide an ultrasonic inspection apparatus and an ultrasonic inspection method that can improve the efficiency of
上記目的を達成するために、本発明は、複数の圧電素子からなる振動子アレイを、被検体の探傷面上の接平面に対して平行になるように配置するウェッジを有したアレイ探触子と、前記複数の圧電素子のうち、所定個数の圧電素子群を選択し、前記圧電素子群から送信される複数の超音波の送信タイミングを制御して、前記複数の超音波からなる合成波の伝播方向を走査する制御装置とを備え、前記合成波の送信方向を前記アレイ探触子の前後方向に走査し、前記ウェッジを介して前記探傷面に入射した合成波のモード変換により、前記被検体内へ前記アレイの前後方向に等しい強度を持つ横波を励起可能としたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides an array probe having a wedge in which a vibrator array composed of a plurality of piezoelectric elements is arranged parallel to a tangential plane on a flaw detection surface of a test object. selects a predetermined number of piezoelectric element groups from the plurality of piezoelectric elements, controls the transmission timing of the plurality of ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric element group, and generates a composite wave composed of the plurality of ultrasonic waves. a control device for scanning the propagation direction, scanning the transmission direction of the composite wave in the front-rear direction of the array probe, and mode conversion of the composite wave incident on the flaw detection surface via the wedge, thereby It is characterized in that it is possible to excite transverse waves having equal intensity in the longitudinal direction of the array into the specimen.
本発明によれば、モード変換により探触子の前後方向に等しい強度の横波を励起するためのウェッジを備えたアレイ探触子1つのコンパクトな探傷ヘッド構成により、探傷不可能範囲の増加を抑制しつつ、複数角度、複数方向を同時に探傷可能とすることで検査を効率化できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, a compact flaw detection head configuration of one array probe equipped with a wedge for exciting transverse waves of equal intensity in the front and back direction of the probe by mode conversion suppresses an increase in the undetectable range. At the same time, it is possible to improve the efficiency of inspection by enabling simultaneous detection of multiple angles and multiple directions.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of the embodiments.
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しつつ説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本実施形態における超音波検査装置の構成を表す図である。ここでは、検査対象として、原子炉圧力容器胴体部の周溶接線を例に説明するが、本発明は配管の溶接部や母材部の検査にも適用できる。 FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an ultrasonic inspection apparatus according to this embodiment. Here, as an object to be inspected, the circumferential weld line of the body of the reactor pressure vessel will be described as an example, but the present invention can also be applied to the inspection of welded parts and base material parts of piping.
本実施形態の超音波検査装置は、一列に配置された複数の圧電素子1を有する振動子アレイ2と、前記振動子アレイを被検体の探傷面上の接平面に対して平行になるように配置するウェッジ3を有するアレイ探触子4と、探触子移動機構5と、接触媒質供給装置6と、制御装置7と、計算機8と、表示装置9、および入力装置10を備えている。計算機8はコンピュータ等で構成され、表示装置9はディスプレイ等、入力装置10はマウスやキーボード、タッチパネル等で構成されている。
The ultrasonic inspection apparatus of this embodiment includes a
複数の圧電素子1は、後述する制御装置7のパルサ11からの複数の駆動信号によって発振し、複数の超音波を送信し、それらが合成されて合成波16となる。複数の超音波を送信するタイミングを制御することで、任意の方向に合成波16の伝播方向を可変することができる。この合成波16がウェッジ3を介し被検体20の表面に垂直に入射すると、被検体20の板厚方向に向かって縦波17が伝播する。一方、合成波16が被検体20の表面に斜めに入射すると、モード変換により被検体内に横波18が生じ、スネル則に従った角度で被検体内を斜めに伝播する。なお、ウェッジ3は、例えばアクリル、ポリスチレン、又はポリイミドなどの樹脂材で形成され、ウェッジ3と被検体20の表面の間は、接触媒質として、例えば水などの液体で満たされている。
The plurality of
本実施例では、ウェッジ3と被検体20を水ギャップ法(水膜法)で音響結合するために、接触媒質供給装置6に搭載されたポンプにより、ウェッジ3と被検体20の表面の隙間に約0.3mm~約1mmの厚みで接触媒質を供給する例を示すが、接触媒質供給装置6を用いず、あらかじめ被検体20の表面およびウェッジ3の底面に接触媒質を塗布して探傷しても良い。
In this embodiment, in order to acoustically couple the
図1に示すように、被検体20の溶接部21に対する検査範囲22の内表面に割れ23が存在する場合、割れ23で反射された反射波18aがウェッジ3を介し圧電素子1で受信される。圧電素子1は、受信した反射波を波形信号に変換し、後述する制御装置7のレシーバ12へ出力する。
As shown in FIG. 1, when there is a
制御装置7は、パルサ11、レシーバ12、遅延制御部13、メカ制御部14、及びデータ収録部15を有している。遅延制御部13およびメカ制御部14は、プログラムに従って処理を実行するプロセッサ等で構成され、データ収録部15は、メモリ等で構成されている。遅延制御部13は、計算機8からの指令に応じて、合成波の伝播方向に対応する遅延パターンをパルサ11及びレシーバ12へ出力する。メカ制御部14は、計算機8からの指令に応じて、探触子移動機構5に搭載されたモータを駆動する信号を発し、探触子移動機構5に搭載されたエンコーダからモータの回転量に相当する信号を受信、探触子の位置を制御する。
The
パルサ11は、遅延パターンに基づき、複数の圧電素子1へそれぞれ出力する複数の駆動信号の出力タイミングを制御する。これにより、合成波の伝播方向を可変するセクタ走査を実行する。このとき、規格で要求される2種類の屈折角(典型的には45°と60°)を含む横波セクタ走査を、アレイ探触子4の前後方向に対称に実施することで、一度の機械的な探触子走査で2方向2角度の斜角探傷を完了させ、検査の効率化を図る。また、縦波垂直探傷に対応した屈折角0°前後の縦波セクタ走査も合わせて実施することで、被検体の周方向または軸方向の探傷で要求される超音波の送信方向を全て満たすことができる。
The
レシーバ12は、遅延パターンに基づき、圧電素子1からの波形信号の入力タイミングを調整すると共に、波形信号を合成する。これにより、合成波の伝播方向に対応するように反射波の伝播方向を調整する。
The
レシーバ12で合成された波形信号は、アナログ-デジタル変換器(図示省略)で波形データに変換されて、データ収録部15で収録される。データ収録部15は、遅延パターン(又はこれに対応する合成波及び被検体内に生じる超音波の伝播方向の情報)と関連付けて、波形データを収録する。波形データは、受信時間と信号強度の組合せからなる。
The waveform signal synthesized by the
計算機8は、データ収録部15で収録された波形データとこれに対応する合成波及び被検体内超音波の伝播方向の情報に基づいて、探傷画像を作成する。詳細には、合成波及び被検体内超音波の伝播方向の情報と受信時間に基づいて反射位置を仮想し、この反射位置に応じて画素の位置を選択すると共に、信号強度に応じて画素の色相、彩度、又は明度を可変して、探傷画像を作成する。
The
表示装置9は、例えば図2Aで示すように、データ収録部15で収録された波形データを表示する。横軸は超音波の受信時間に対応し、超音波モードの音速に基づき被検体20表面の入射点から超音波送信方向に向けた距離である路程に換算して表示する。これにより、検査員がきずの有無や位置を評価することが可能である。図2Aは、縦波による垂直探傷(屈折角θ=0°)の波形300と、横波斜角45°の波形301aおよび302b、横波斜角60°の波形302aおよび302bを同時に表示する画面構成例を示している。301aと302aはアレイ探触子4の前方に横波を斜角送信した波形、301bと302bはアレイ探触子4の後方に横波を斜角送信した波形を表している。図2Aでは301bおよび302bの波形を破線で表しているが、色違いで表示するなど、301aおよび302aと区別可能であればどのような表示でも良い。勿論、図2Aのように波形を重ねて表示するのでは無く、それぞれ異なる小ウィンドウに波形を表示しても良い。
The
また、表示装置9は、例えば図2Bで示すように、計算機8で作成された探傷画像を表示する。これにより、検査員がきずの寸法や性状を評価することが可能である。図2Bは、縦波による垂直探傷に対応する屈折角0°前後の縦波セクタ画像311と、横波による斜角探傷のうち、アレイ探触子4の前方に横波を斜角送信する場合に対応する横波セクタ画像312aと、アレイ探触子4の後方に横波を斜角送信する場合に対応する横波セクタ画像312bを同時に表示する画面構成を示している。縦波セクタ画像311と横波セクタ画像312a、312bは探傷に使用する超音波の音速が異なるため、計算機8にて各超音波モードの音速の違いを考慮して画素の位置が計算される。
Further, the
その他、後述する探触子移動機構5に搭載されたエンコーダ信号に基づく探触子の移動軌跡図(図示省略)等を表示する。
In addition, a moving trajectory diagram (not shown) of the probe based on an encoder signal mounted on the
図3A及び図3Bを用いて、探触子移動機構5の一例を説明する。探触子移動機構5は、探触子を2次元的に走査するXYスキャナで、Cスキャン像を得るための装置である。例えば、被検体20の周方向溶接線21に沿って取り付けられた円弧状の軌道100と、この軌道100に沿って(すなわち、図3A,図3B中矢印D1の方向)移動可能に設けられた周方向移動装置101と、この周方向移動装置101に設けられ、軌道100に対して垂直な方向(図3A,図3B中矢印D2の方向)にスライドする軸方向移動装置102と、軸方向移動装置102に対して所定のオフセットで取り付けられた探触子保持機構103を備えている。
An example of the
周方向走査装置101は、軌道100の外周側に形成されたラック110と噛み合うピニオン111と、このピニオン111を回転させるモータ(図示省略)と、このモータの回転量を検出するエンコーダ(図示省略)とを有している。そして、ピニオン111が回転することにより、周方向移動装置101が軌道100に沿って移動する。これに伴い、探触子保持機構103(すなわち、アレイ探触子4)が被検体の周方向に移動するようになっている。
The
軸方向移動装置102は、アーム103に形成されたラック112と噛み合うピニオン(図示省略)と、このピニオン111を回転させるモータ(図示省略)と、このモータの回転量を検出するエンコーダ(図示省略)とを有しており、軌道100に対して垂直な方向にアーム103を移動させる。そして、アーム103が移動することにより、被検体の軸方向、すなわち周方向溶接線21に対して垂直方向における探触子押し付け機構103の位置を調整可能としている。
The
また、探触子保持機構103は、アレイ探触子4を保持する探触子ホルダ114と、探触子ホルダ114を被検体側に付勢して、アレイ探触子4を被検体の外面(探傷面)に押圧する付勢機構(詳細は図示しないが、例えばバネ、空気圧シリンダ、又は油圧シリンダ)と、探触子ホルダごと探触子を90°回転可能な探触子回転機構115を有している。アレイ探触子4には、接触媒質供給用ホース116が接続されており、接触媒質供給装置6から接触媒質がアレイ探触子4と被検体20の間隙に供給される。
Further, the
なお、ここで説明した探触子移動機構5は一例であり、探触子を被検体20の溶接線周辺において2次元走査可能な機構ならば、どのような装置構成であってもかまわないものとする。
It should be noted that the
本実施形態の要部であるアレイ探触子4の構造を説明する。図4A及び図4Bは、本実施形態におけるアレイ探触子4の構造を表す図である。図4Aは、アレイ探触子上面から内部の構造を透視した平面図、図4Bは図4A中の断面A-Aによる断面図である。
The structure of the
本実施形態のアレイ探触子4は、複数の圧電素子1を直線上に1列に配列した振動子アレイ2を持つリニアアレイ構造を基本とする。振動子アレイ2は、厚さhの平板状のウェッジ3の上面に配置され、ウェッジ3は、被検体表面に対してギャップ高さg(0.3~1.0mm)だけ隙間を空けて設置されるように、ケーシング400内に格納されている。ウェッジの長手方向両端には、入射した音のエネルギーを吸収してウェッジ内における超音波の反響を低減するための吸音材402(コルクまたはゴム系材料など)が設けられている。ケーシング400およびウェッジ3には、接触媒質供給穴401が設けられており、接触媒質供給装置6からホース116を介して送られて来る接触媒質をウェッジ3と被検体20の隙間に満たすことで、水ギャップ法により被検体20と音響的に結合する。
The
樹脂材で形成されるウェッジ3と、鋼材である被検体20は音響インピーダンスが異なるため、ウェッジ3と被検体20の間を超音波が往復する際には音圧の損失が起こる。この効率表した係数が音圧往復通過率Tである。水ギャップ法によりウェッジ3と被検体20を音響結合する場合は、接触媒質との音響インピーダンスも影響する。ギャップ高さgを、接触媒質の波長の1/2の倍数となるように設定すれば、接触媒質の影響をほぼ無視できることが知られているが、超音波の周波数が単一の連続波前提の理論であり、周波数帯域が広帯域なパルス波では無視できない。また被検体表面の曲率や凹凸によってもギャップ高さが変化してしまう。サブミリオーダーでギャップ高さgを制御することは現実的では無いため、ウェッジ3と接触媒質、接触媒質と被検体20の間でも超音波の音圧損失が起こることを前提に考える必要が有る。この前提のもとでは、圧電素子(音響インピーダンス10~30×106 kg/m2s 程度)と接触媒質(音響インピーダンス1.5~2×106 kg/m2s程度)を直接接触させるよりも、間に中間の音響インピーダンスを持つ樹脂材のウェッジ3(音響インピーダンス2.5~3.5程度)を挟んだ方がトータルの音圧往復通過率が高くなり、感度の向上に寄与する。
Since the
ここで、以降の説明を容易にするために、座標系を定義する。振動子アレイ2の中心を通り、振動子アレイ2の鉛直下向きの法線方向をZ軸、Z軸が被検体20の表面を通過する点を原点Oとし、原点Oにおける被検体表面接線のうち、圧電素子1の配列方向、すなわちアレイ探触子4の前後方向をY軸、圧電素子の長手方向、すなわちアレイ探触子4の幅方向をX軸とする。被検体表面上の点Oにおける接平面はXY平面であり、振動子アレイ1は、ウェッジ3によりこの接平面と並行に距離hだけ離れて配置される。
Here, a coordinate system is defined to facilitate the following description. The point where the Z axis passes through the center of the
本実施形態のように被検体内に横波を発生させて探傷を実施する場合、一般的には、アレイ探触子であっても単一振動子の固定角探触子と同様に、斜めに傾斜させた楔状のウェッジ500を用いる。図5A及び図5Bに、従来の横波励起用アレイ探触子の典型的な構造を示す。図5Aが探触子側面から見た正面図、図5Bが探触子上面から見た平面図である。複数の圧電素子1が1列に配列されたアレイ探触子501が、楔状のウェッジ500を介して被検体に設置させている。ウェッジを楔状に傾斜角αだけ傾斜させる理由は、モード変換により被検体の横波18を生じさせるウェッジ内縦波の合成波16を出来るだけ強くするためであるが、この場合、方向依存性が生じ、アレイ探触子の後方に向けて強い横波18を励起することが出来ない。従って、アレイ探触子1つで2角度以上の斜角探傷を実施することは可能だが、被検体の軸方向、周方向の2方向探傷を実施するためには、もうひとつのアレイ探触子501aおよび楔状ウェッジ500aを対向配置する必要があり、探傷ヘッド全体のフットプリント(図5BにおけるL×W)が倍加してしまい、探傷不可能範囲が拡大する原因となる。
When performing flaw detection by generating transverse waves in the object as in the present embodiment, generally, even an array probe, like a single-element fixed-angle probe, is inclined diagonally. An inclined wedge-shaped
図4A及び図4Bに示した本発明の第1の実施形態におけるアレイ探触子4のウェッジ3は、あえて傾斜を付けずに、振動子アレイ2の中心における法線を軸として180°回転しても同じ形状(接触媒質供給穴401を除く)となる回転対称形状である。従って、アレイ探触子4の前方に横波18を斜角送信する場合と、アレイ探触子4の後方に横波18を斜角送信する場合はいずれも同等の強度で横波を励起することが出来る。詳細は後述するが、アレイの圧電素子幅が十分小さな場合、くさびを傾斜させる場合と傾斜させない場合の合成波16の強度差はそれほど大きくなく、振動子アレイ全体の開口幅aを適切な大きさにすることで、くさびを傾斜させた場合と同等な強度の合成波16および横波18を励起できる。従って、本発明の第1の実施形態におけるアレイ探触子4を用いれば、アレイ探触子1つだけのコンパクトな探傷ヘッドで2方向2角度の斜角探傷と垂直探傷を1度に実施できるため、探傷不可能範囲の増加を抑制しつつ検査を効率化できる。
The
振動子アレイ2は、幅e、長さlの圧電素子1を複数個(この個数をn個とする)、素子ピッチpで並べて形成される。素子ピッチpは、意図した方向と異なる方向で各圧電素子から送信される超音波の位相が揃ってしまうことで生じる、グレーティングローブと呼ばれる疑似的な超音波ビームを抑制するために、十分小さくする必要が有る。この素子ピッチpの目安は以下の数式(1)で定められる。
The
p≦λM /(1+Sinθmax). (1)
ここで、λMは被検体中の横波波長、θmaxは被検体中の横波18の最大屈折角である。式(1)を満たす最大の素子ピッチpを用いれば、超音波信号の送受信を行う制御装置7の仕様により制限される限られた圧電素子数の中で、振動子アレイ全体の開口幅aを大きくなり、合成波16およびモード変換により生じる横波18の強度を強くすることができる。最大屈折角をθmax=90°としたとき、素子ピッチpはλM/2以下であれば良い。例えば、2.25MHzの鋼材中横波(音速3.23km/s)の波長は約1.4mmなので、素子ピッチは0.7mm以下とするのが好適である。
p≦λ M /(1+Sinθ max ). (1)
Here, λ M is the shear wave wavelength in the subject, and θ max is the maximum refraction angle of the
図6に、遅延パターンに基づく超音波の伝播方向制御のイメージ図を示す。複数の圧電素子1へそれぞれ出力する複数の駆動信号410の出力タイミングを制御することで、各圧電素子から放射された素源波(縦波)16aの包絡線として合成波16の波面16bを形成する。この合成波16は遅延パターンに従い任意の入射角φの方向に伝播する。被検体表面の入射点Iにて、横波18にモード変換し、スネル則に従い屈曲して被検体内を屈折角θの方向に伝播する。18aは素源波16aが横波にモード変換したもの、18bは18aの包絡線として形成される横波18の波面である。駆動信号の傾斜を逆転させれば、探触子の後方に向けて同じく屈折角θで横波を励起することができる。
FIG. 6 shows an image diagram of ultrasonic wave propagation direction control based on the delay pattern. By controlling the output timing of a plurality of drive signals 410 that are respectively output to the plurality of
本実施形態におけるウェッジ3は、ウェッジ内で一度縦波の合成波16を形成し、それをモード変換により横波18に変換することで、振動子アレイ2を直接被検体20に設置するよりも高感度な横波を安定して励起することを目的としている。直接接触の場合でも、圧電素子1の端部から生じる縦波エッジ波がモード変換した横波が生じることが知られているが、この横波エッジ波の強度は一般的に弱く、被検体の材料や表面状態に強く依存し、また縦波エッジ波と比べて指向性にも極端な屈折角依存性が有る。この横波エッジ波の指向性に関しては未だ十分な定式化が成されていないが、被検体表面の局所的な領域をレーザ光線によって瞬間的に熱し、点音源として超音波を励起するレーザUTの分野にて理論解が求められている。図7に、鋼材中に点音源から生じる縦波と横波の強度の屈折角依存性を参考として示す。横軸が超音波の伝播方向として、点音源の真下方向を基準とした屈折角θを表し、縦軸がレーザ点音源から生じる超音波の相対音圧を表すグラフで、実線が横波指向性、破線が縦波指向性である。縦波は真下方向(θ=0°)が最大となるコサインカーブに近い一般的な指向性を示す。一方、横波は真下は音圧ゼロで30°付近と45°付近で2つピークを持つ極端な屈折角依存性を示す。例えば横波を40°~75°の範囲(代表的な屈折角45°、60°、70°を含む範囲)でセクタ走査する場合、約9dBと大きな感度差が生じる。アレイ探触子を被検体に直接接触させた場合に圧電素子の端部から被検体内に生じる横波エッジ波も、この図7に示す横波指向性と似た指向性を示すため、横波をセクタ走査する場合は、先に述べた絶対強度の不足や表面状態への依存性の高さとあわせて安定性に課題がある。従って、本実施形態ではウェッジ3を介してウェッジ内に生じる縦波の合成波をモード変換することで横波を励起する。圧電素子と接触媒質の中間の音響インピーダンスを持つ樹脂系材料のウェッジを用いることで、わずかではあるが音圧往復通過率が改善し、感度の向上も期待できる。
The
本実施形態はウェッジ内で高強度かつ安定した合成波16を形成することが重要であり、適切なウェッジ厚さhの設定が必要になる。ウェッジ厚さhが大きくなるほど、ウェッジ内での音の散乱減衰により合成波の強度が低下し、ウェッジ含むアレイ探触子全体のフットプリントも大きくなってしまう。一方で、ウェッジ厚さhが小さすぎると、十分に平滑な合成波波面を形成することが出来ず、合成波のモード変換による横波励起が安定しない。
In this embodiment, it is important to form a high-intensity and stable
適切なウェッジ厚さhに関して、図8を用いて説明する。図8は、2つの圧電素子から送信された素源波(エッジ波)により形成される合成波の波面の平滑性(凹凸の大きさ)を説明するための概念図である。本発明の第1の実施形態から圧電素子2つとウェッジ3の一部のみ抜粋している。入射角φの方向に合成波16の波面16bを形成しようとする場合、実際の波面は2つの素源波16aをなぞった凹凸のある波面であり、2つの素源波16aの接線として表される仮想的な波面16bとは、2つの素源波16aの交点Q3において合成波の伝播方向に最大でδの距離差が生じる。素子ピッチp、入射角φ、及びウェッジ厚hにおいては、合成波波面の最大距離差δは以下の式(2)~(4)で表される。また、δをウェッジ内の波長λWで除した値に2π(360°)をかけた値を合成波波面の最大位相ずれ角Δとして式(5)定義する。
An appropriate wedge thickness h will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a conceptual diagram for explaining the smoothness (size of unevenness) of the wavefront of a composite wave formed by elemental waves (edge waves) transmitted from two piezoelectric elements. Only two piezoelectric elements and a part of the
δ=r0(1‐Cos dφ) (2)
dφ≡∠Q3EI=Arcsin( (p2+r0
2-r1
2)/(2pr0) ) (3)
r1= r0-p Sinφ (4)
Δ≡2πδ/λW (5)
一例として、ウェッジ材料としてポリエーテルイミド(縦波音速2.43km/s)を用い、素子ピッチpを式(1)に従い鋼材中の横波の波長λMの1/2とした場合における具体的な位相ずれ角の計算結果を図9に示す。横軸がウェッジ内の波長で規格化したウェッジ厚さh/λW、縦軸に最大位相ずれ角Δを表すグラフで、代表的な屈折角θ=45°, 60°, 70°の場合を重ねて示している。屈折角θが小さく、すなわち入射角φが小さくなるほど、同じウェッジ厚さでも位相ずれ角Δが大きくなる。許容できる最大位相ずれ角Δとして、正弦波の振幅変化が2%未満となるようにΔ≦10°を仮定すると、屈折角θ≧45°の範囲における最小のウェッジ厚さh/λWは1.4となる。
δ=r 0 (1-Cos dφ) (2)
dφ≡∠Q 3 EI = Arcsin(( p2 + r02 - r12 )/( 2pr0 )) ( 3 )
r1 = r0 - pSinφ (4)
Δ≡2πδ/ λW (5)
As an example, using polyetherimide (longitudinal wave speed of sound 2.43 km/s) as the wedge material, the specific phase when the element pitch p is set to 1/2 the wavelength λ M of the transverse wave in the steel material according to formula (1) FIG. 9 shows the calculation result of the deviation angle. The horizontal axis is the wedge thickness normalized by the wavelength in the wedge, h/λ W , and the vertical axis is the maximum phase shift angle Δ. It is shown repeatedly. The smaller the refraction angle θ, that is, the smaller the incident angle φ, the larger the phase shift angle Δ even with the same wedge thickness. Assuming that the maximum allowable phase shift angle Δ is Δ≤10° so that the sinusoidal amplitude change is less than 2%, the minimum wedge thickness h/λ W for the range of refraction angles θ≥45° is 1.4. becomes.
以上の考察から、多少の誤差も考慮し、安定して横波へのモード変換が可能な平滑な合成波波面を形成するために必要なウェッジ厚さhは、ウェッジ内縦波波長の1.5倍以上確保するのが好適とする。一般的なアレイ探触子の保護膜の厚さは1/4波長を目安に設計されるため、安定して横波へのモード変換を可能とするためには意識してウェッジ(保護膜)を厚く設計する必要が有る。 From the above considerations, considering some errors, the wedge thickness h required to form a smooth composite wavefront that can stably convert the mode to a transverse wave is 1.5 times or more the wavelength of the longitudinal wave in the wedge. It is preferable to ensure Since the thickness of the protective film of a general array probe is designed around 1/4 wavelength, wedges (protective films) are consciously designed to enable stable mode conversion to transverse waves. It needs to be thickly designed.
図10A、図10B及び図11を用いて、図5A及び図5Bに示した従来技術の傾斜付きウェッジを用いたアレイ探触子構成により励起される横波18と、図4A及び図4Bに示した本発明の実施形態1のアレイ探触子4の構成により励起される横波18の強度がおおよそ等しくなるための条件と、その際のフットプリント長さLの差を述べる。図10A及び図10Bが、従来技術及び本発明の実施形態における見かけ開口幅a’に関する説明図であり、図10Aは従来技術、図10Bは本発明の実施形態における見かけ開口幅a’の説明図である。また、図11は圧電素子ひとつひとつが持つ合成波の伝播方向に対する縦波の送受信効率(往復指向性)である。
10A, 10B and 11, the
斜角探傷における超音波エコーの信号振幅の大きさは、おおよそ見かけ開口幅a’に比例することが知られている。図10Aに示す従来技術の見かけ開口幅a1’と実開口幅a1の関係を式(6)、図10Bに示す本発明の実施形態の見かけ開口幅a2’ と実開口幅a2の関係を式(7)に示す。
It is known that the magnitude of the signal amplitude of ultrasonic echoes in oblique flaw detection is roughly proportional to the apparent aperture width a'. The relationship between the apparent aperture width a 1 ' and the actual aperture width a 1 of the prior art shown in FIG. The relationship is shown in Equation (7).
a1' = a1 (Cosθ/Cosφ) (6)
a2' = a2'' (Cosθ/Cosφ) = a2 Cosφ (Cosθ/Cosφ) = a2 Cosθ (7)
ここで、a1、a2は振動子アレイの実開口幅、φは合成波16の入射角、θは横波18の屈折角である。式(6)と式(7)を比較すると、本実施形態の探触子構成で見かけ開口幅を従来技術と同じにするには、実開口の大きさを1/Cosφ倍大きくすれば良いことがわかる。ただし、圧電素子1のひとつひとつにも超音波の送受信効率に指向性があるため、合成波を圧電素子1の法線方向から入射角φだけ傾けて送信することによる感度低下を補償するため、さらに実開口幅を大きくすることが望ましい。図11は、ウェッジ3の材質がポリエーテルイミド、振動子幅が波長の1/2未満の0.5mmの場合における圧電素子1の縦波往復指向性を示している。合成波の入射角φが大きくなる程送受信効率が低下する。例えばウェッジ3の材質がポリエーテルイミドで鋼材中に屈折角60°の横波を励起させる場合、入射角φは約41°なので、圧電素子の指向性による送受信効率は0.73倍(-2.7dB)である。この場合、実開口を従来技術の探触子構成より1/0.73=1.37倍すれば、圧電素子1の指向性による感度低下を打ち消せる。前述した見かけ開口幅の補正係数は1/Cos41°=1.33なので、実開口を1.37×1.33=1.8倍にすれば良い。
a1 ' = a1 (Cosθ/Cosφ) (6)
a2 ' = a2 '' (Cosθ/Cosφ) = a2Cosφ (Cosθ/Cosφ) = a2Cosθ (7)
Here, a 1 and a 2 are the actual aperture widths of the transducer array, φ is the incident angle of the
上記の実開口の違いを踏まえ、2方向斜角探傷に最低限必要な探触子構成のフットプリント長さL1、L2の大きさは以下の式(8)および式(9)で求められる。
Based on the difference in the actual aperture mentioned above, the minimum footprint lengths L 1 and L 2 of the probe configuration required for two-way oblique angle testing are calculated using the following formulas (8) and (9). be done.
L1 ≧ 2a1 (Cosφ + SinφTanφ) (8)
L2 ≧ a2 + 2h Tanφ (9)
ここで、横波屈折角60°を基準とし、入射角φ=41°、a2=1.8 a1として設計する場合、L1≧2.65a1、L2≧1.8a1+1.7hであり、hがウェッジ内縦波波長の1.5倍程度と小さいときL2≦L1となり、探傷感度を保ったまま従来技術よりフットプリントを小さくできる。
L 1 ≧ 2a 1 (Cosφ + SinφTanφ) (8)
L2 ≥ a2 + 2h Tanφ (9)
Here, with the shear wave refraction angle of 60° as the reference, when the incident angle φ = 41° and a 2 =1.8a 1 are designed, L 1 ≥ 2.65a 1 , L 2 ≥ 1.8a 1 +1.7h, and h is as small as about 1.5 times the wavelength of the longitudinal wave in the wedge, L 2 ≤ L 1 , and the footprint can be made smaller than the conventional technology while maintaining the flaw detection sensitivity.
最後に、図12A、図12B及び図13を用い、ウェッジ3内に生じる合成波16の多重反射波116による疑似エコーを低減させるためのウェッジ形状の工夫について述べる。図12A及び図12Bは、本発明の第1の実施形態における典型的なウェッジ形状を表す説明図である。探触子構成の内、ウェッジ内の多重反射波116の伝播経路を説明するために必要な部分だけを抜粋して描画しており、例えばウェッジ端部の吸音材は省略されている。図12Aがウェッジ側面から見た正面図、図12Bがウェッジ上面から見下ろした平面図である。図示したように、本発明における典型的なウェッジ形状は、側面から見た投影図が台形、上面から見た投影図が平行四辺形となるような3次元的な端面傾斜を持ち、振動子アレイ2の中心における法線を軸とした回転対称形状となっている。図12Aに示すように、斜角探傷を実施するためにウェッジの左方向に送信された合成波16は、ウェッジ底面で反射した後ウェッジの左端面に入射する。ウェッジ端面はウェッジの厚さ方向に角度βだけ傾斜しているため、多重反射波116の角度は厚さ方向に逸れ、振動子アレイ2に対して合成波の伝播方向とは異なる角度でした入射しなくなるため、受信効率が低下し疑似エコーを低減する。また、図12Bに示すように、上面から見た場合においてもウェッジ端面はウェッジの幅方向に角度γだけ傾いているため、ウェッジ端面から反射した多重反射波116はウェッジ幅方向に逸れ、振動子アレイ2に対して合成波16の伝播方向とは大きく異なる角度でした入射しなくなるため受信効率が低下し、厚さ方向の傾斜とあわせて効果的に疑似エコーを低減できる。
Finally, with reference to FIGS. 12A, 12B, and 13, wedge shape devising for reducing pseudo echoes due to multiple reflected
図13に、仮に上面から見た投影図が台形となるような形状とした場合を比較のため示す。この場合、ウェッジ端面から反射した多重反射波116は、反対側の端面で反射した際に合成波16の伝播方向と平行な方向に戻ってしまう。したがって、上面からみた投影形状は台形より平行四辺形が好適である。なお、ウェッジ内のエコーを低減することのみ目的とする場合、必ずしも回転対称形状である必要は無いが、斜角探傷をアレイ探触子の前方に向けて実施した場合と後方に向けて実施した場合で多重反射波による疑似エコー信号の発生位置や大きさが変わってしまうため、エコーの識別において問題となりうるため、回転対称形状がより好適である。
FIG. 13 shows, for comparison, a case in which the projected view from the top is trapezoidal. In this case, the multiple reflected
以上に示した横波励起用ウェッジを備えたアレイ探触子により、探傷不可能範囲の増加を抑制しつつ、複数角度、複数方向を同時に探傷可能とすることで検査を効率化できる。 By using the array probe provided with the transverse wave excitation wedge described above, it is possible to suppress an increase in the undetectable range and simultaneously detect flaws at a plurality of angles and in a plurality of directions, thereby improving inspection efficiency.
なお、本実施例では、図3A及び図3Bに示したように一つのアレイ探触子4を用いて2方向同時探傷する装置構成を例に説明したが、図14に示すように、同様の構造を持つアレイ探触子2つをT字配置した装置構成で4方向同時に探傷する方式も考えられる。この場合、全体のフットプリントが増加する代わりに、より効率的に探傷が実施でき、探触子回転機構115も不要となる。特に、被検体の検査範囲が軸方向に広い圧力容器母材部の検査用装置として好適である。
In this embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, an apparatus configuration for simultaneous two-direction flaw detection using one
本発明の第2の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、探触子構成の一部を除くと第1の実施形態と同様の為、共通部分に関しては説明を省略し、差分のみ説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Since the configuration of the probe is the same as that of the first embodiment except for a part of the configuration of the probe, the description of common parts will be omitted and only the difference will be described.
図15A及び図15Bを用いて、第1の実施形態におけるアレイ探触子4にて垂直探傷を実施する場合に懸念されるウェッジ内の多重反射波の影響を説明する。図15Aは、垂直探傷により深さ位置dの割れ23を検出する際の縦波17と合成波16、および多重反射波116の伝播経路を表す概念図であり、図15Bは、このとき得られる垂直探傷の波形300に現れるエコーの一例を示している。垂直探傷の際は合成波16をウェッジ3の板厚方向に平行に送信して縦波17を励起するため、斜角探傷の場合と異なりウェッジ内での多重反射波116が振動子アレイ2に対して合成波の伝播方向と同じ方向から入射するため、ウェッジ内多重反射波による疑似エコー302a、302bが斜角探傷に比べてはるかに大きくなり、きずからのエコー301に比べて無視できないほど大きくなる懸念が有る。この多重反射波による疑似エコーに起因する不感帯は、ウェッジが極めて薄い場合は多重反射時の反射損失により速やかにエコー振幅が低下し、被検体外表面の限られた領域のみに限定されるが、モード変換による横波の安定した励起を狙って、波長の1.5倍程度の厚みを必要とする本発明の実施形態においては、探傷上問題になる可能性が有る。
Using FIGS. 15A and 15B, the influence of multiple reflected waves in the wedge, which is a concern when performing vertical flaw detection with the
固定角探触子において、このような垂直探傷時の不感帯問題を解決する優れた方法として、送受分割の2振動子探触子が知られている。これは、振動子を送信用と受信用に分割し、その間にコルク材などの吸音素材でできた音響隔離板を挿入することによって、ウェッジ内での送信用振動子から受信用振動子までの超音波伝播経路を遮蔽しウェッジ内の多重反射波による疑似エコー発生を防止するものである。 As an excellent method for solving the dead zone problem during vertical flaw detection in fixed-angle probes, a two-element probe with split transmission and reception is known. This is done by dividing the transducer into one for transmission and one for reception, and inserting an acoustic isolation plate made of sound-absorbing material such as cork between the transducers. It shields the propagation path of ultrasonic waves and prevents the generation of pseudo echoes due to multiple reflected waves within the wedge.
アレイ探触子においても、送信用の振動子群と受信用の振動子群を分け、その間に音響隔離板を挿入することで、垂直探傷時の不感帯を排除できるはずである。しかしながら、例えば、図4A及び図4Bに示した振動子アレイ2を2つに区切るように音響隔離板を圧電素子長手方向に対して平行に挿入した場合、斜角探傷時に斜めに送信する合成波の一部を遮蔽する壁となってしまい、感度低下と音場の歪み、ウェッジ内多重反射エコーの増加といった様々な問題を引き起こす。
In an array probe, it should be possible to eliminate the dead zone during vertical flaw detection by separating the transducer group for transmission and the transducer group for reception and inserting an acoustic isolation plate between them. However, for example, when an acoustic isolation plate is inserted parallel to the longitudinal direction of the piezoelectric element so as to divide the
そこで、本発明の第2の実施形態においては、図16A~図16Cに示すアレイ探触子構造により、斜角探傷に極力影響を与えることなく、垂直探傷の不感帯問題の解決を図る。図16Aは、本発明の第2の実施形態におけるアレイ探触子の平面透視図、図16Bは、前記アレイ探触子を図15A中の矢印Bの方向から見た側面透視図、図16Cは前記アレイ探触子の図15A中に示したC-C断面図である。このアレイ探触子は、振動子アレイ2の内の一部振動子群、典型的には振動子アレイ2の中央の圧電素子1が振動子長手方向に2分割され、それぞれ異なるパルサ/レシーバに接続され電気的な独立を保ち、前記2分割された振動子の間にはアレイの配列方向に平行な音響隔離板500がウェッジ内に挿入され音響的に隔離されていることを特徴とする。ここでは説明を簡単にするため、全ての圧電素子に1番から24番の番号を割り振っているが、本発明の実施形態の素子数を24個に限定する意図はない。
Therefore, in the second embodiment of the present invention, the array probe structure shown in FIGS. 16A to 16C is used to solve the dead zone problem in vertical flaw detection without affecting oblique flaw detection as much as possible. 16A is a plan perspective view of an array probe according to a second embodiment of the present invention, FIG. 16B is a side perspective view of the array probe viewed from the direction of arrow B in FIG. 15A, and FIG. FIG. 15B is a cross-sectional view of the array probe taken along the line CC shown in FIG. 15A; In this array probe, a part of the
2分割された振動子群のうち、一方を送信用振動子(例として、素子番号7~12)、もう一方を受信用振動子(例として、素子番号19~24)として斜角探傷を実施することで、2振動子探触子と同様にウェッジ内多重反射波を排除した垂直探傷を実施することができる。一方で、横波による斜角探傷を実施する際は、2分割された振動子を仮想的に一体のものとして扱い、素子番号7~12番と同じ遅延時間パターンで素子番号19~24番を駆動する。合成波の伝播方向は音響隔離板と平行な方向であり、音響隔離板によって遮蔽されることはないため、アレイ全体の開口幅aが同じなら、図4A及び図4Bに示した第1の実施形態のアレイと同等の感度で被検体3の中に横波18を励起できる。
Of the two-divided transducer group, one is for transmission (
グレーティングローブ抑制の制約から、素子ピッチpが図4A及び図4Bの探触子と同一の場合、同じ開口幅aを得るための素子数は2分割した振動子の数だけ増加する。単純に全てのアレイ振動子を2分割すれば、素子数は分割しない場合の2倍である。しかしながら、アレイ探触子の振動子数は、超音波の送受信を制御する制御装置7に搭載されるパルサ/レシーバの仕様により有限の個数に制限されるため、できるだけ横波斜角探傷の感度を大きくするためには、分割する振動子数を少なくしてアレイ全体の開口幅aを大きくする必要が有る。この分割する素子数の目安として、アレイ全体の開口幅aに対して振動子を2分割する領域の長さbを以下の式(10)に基づき定めるものとする。
Due to the restriction of grating lobe suppression, when the element pitch p is the same as that of the probes of FIGS. 4A and 4B, the number of elements for obtaining the same aperture width a increases by the number of divided transducers. If all the array transducers are simply divided into two, the number of elements is double that in the case of not dividing. However, the number of transducers in the array probe is limited to a finite number by the specifications of the pulser/receiver mounted on the
b≦0.5a (10)
この値の根拠を図10Bと図17を用いて簡単に説明する。図17は、板厚Tの被検体20を垂直探傷する場合の路程w1と屈折角θで斜角探傷する場合の路程w2の差を説明するための概念図である。大きな割れからのエコーの信号振幅Vは、図10Bに示した見かけ開口a2’に比例し、図17に示した超音波の路程W1またはW2に反比例する。見かけ開口a2’は、式(7)に従い実開口幅a2のCosθ倍(≦1)になる。また、全板厚をカバーする超音波の路程wは、板厚Tと屈折角θを用いて式(12)で求められる。
b≦0.5a (10)
The grounds for this value will be briefly described with reference to FIGS. 10B and 17. FIG. FIG. 17 is a conceptual diagram for explaining the difference between the path length w1 in the case of perpendicular flaw detection of the
w=T/Cosθ (11)
従って、エコーの信号振幅Vの大きさは以下の式(12)に従う。
w=T/Cosθ (11)
Therefore, the magnitude of the echo signal amplitude V follows the following equation (12).
V∝a2’/w=(a2/T)Cos2θ (12)
例えば、規格で要求される屈折角のうち、より大きな屈折角θ=60°で斜角探傷する場合と、垂直探傷(θ=60°)の場合を比較すると、垂直探傷の信号振幅は斜角探傷の信号振幅の4倍大きくなる。透過率の差なども考慮すると、実際の感度差はさらに大きくなる。従って、垂直探傷を斜角探傷と同程度の感度で実施するための開口面積は、斜角法の1/4以下で良い。本実施形態における探触子による垂直探傷は、送受分割により開口面積が1/2となるため、垂直探傷を実施するアレイ素子の配列方向における2分割振動子の開口幅bは、アレイ全体の開口幅aの1/2以下が目安となる(数式(10)の関係)。図16A~図16Cはb=a/3とした場合で、分割なしの場合と同じ開口幅aを得るための素子数は4/3倍(1.33倍)となり、限られた素子数の中でより大きな開口を得ることができる。
V∝a2 ′/w=( a2 /T) Cos2θ (12)
For example, when oblique-angle detection is performed with a larger refraction angle θ=60° among the refraction angles required by the standard, and when vertical flaw detection is performed (θ=60°), the signal amplitude for vertical flaw detection is oblique-angle It becomes four times larger than the signal amplitude of flaw detection. Considering the difference in transmittance, etc., the actual sensitivity difference is even greater. Therefore, the aperture area for performing vertical flaw detection with the same level of sensitivity as oblique flaw detection may be 1/4 or less of the oblique flaw detection. In the vertical flaw detection by the probe in this embodiment, the aperture area is halved by splitting the transmission and reception. A guideline is 1/2 or less of the width a (relationship of formula (10)). 16A to 16C are cases where b=a/3, and the number of elements to obtain the same aperture width a as in the case of no division is 4/3 times (1.33 times). Larger apertures can be obtained.
以上に示した探触子構造により、限られた素子数のなかで最大限の斜角探傷向け開口幅を確保して高感度に斜角探傷を実施しつつ、送受信分割により不感帯を排除した垂直探傷も実施できる。 With the probe structure described above, the maximum aperture width for oblique-angle inspection is secured with a limited number of elements, and oblique-angle inspection is performed with high sensitivity. Flaw detection can also be performed.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加,削除,置換をすることが可能である。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the described configurations. In addition, it is possible to replace part of the configuration of one embodiment with the configuration of another embodiment, and it is also possible to add the configuration of another embodiment to the configuration of one embodiment. Moreover, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with another configuration.
1 圧電素子
2 振動子アレイ
3 ウェッジ
4 アレイ探触子
5 探触子移動機構
7 制御装置
16 合成波
18 横波
20 被検体
21 溶接線
23 割れ
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記複数の圧電素子のうち、所定個数の圧電素子群を選択し、前記圧電素子群から送信される複数の超音波の送信タイミングを制御して、前記複数の超音波からなる合成波の伝播方向を走査する制御装置とを備え、
前記合成波の送信方向を前記アレイ探触子の前後方向に走査し、前記ウェッジを介して前記探傷面に入射した合成波のモード変換により、前記被検体内へ前記アレイ探触子の前後方向に等しい強度を持つ横波を励起可能としており、
前記振動子アレイのうち一部の振動子群が、振動子長手方向に2分割され、前記ウェッジに挿入された音響隔離板によって音響的に隔離されており、2分割された前記振動子群の一方を送信用振動子、もう一方を受信用振動子として用いて垂直探傷を実施することを特徴とする超音波検査装置。 an array probe having a wedge in which a transducer array composed of a plurality of piezoelectric elements is arranged parallel to a tangential plane on the flaw detection surface of the object;
selecting a predetermined number of piezoelectric element groups from the plurality of piezoelectric elements, controlling transmission timing of the plurality of ultrasonic waves transmitted from the piezoelectric element group, and controlling a propagation direction of a composite wave composed of the plurality of ultrasonic waves; and a controller for scanning the
The transmission direction of the composite wave is scanned in the front-rear direction of the array probe, and the mode conversion of the composite wave incident on the flaw detection surface through the wedge causes the composite wave to enter the subject in the front-rear direction of the array probe. It is possible to excite a transverse wave with an intensity equal to
A part of the transducer group in the transducer array is divided into two in the transducer longitudinal direction, and is acoustically isolated by an acoustic isolation plate inserted into the wedge, and the divided transducer group is divided into two groups. 1. An ultrasonic inspection apparatus characterized in that vertical flaw detection is performed using one transducer as a transmitting transducer and the other as a receiving transducer .
前記ウェッジの厚さはウェッジ内縦波波長の1.5倍以上とし、その形状は前記振動子アレイの中心における法線を軸とした回転対称形状とすることを特徴とする超音波検査装置。 In the ultrasonic inspection apparatus according to claim 1,
An ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein the thickness of said wedge is 1.5 times or more the wavelength of the longitudinal wave in said wedge, and its shape is rotationally symmetrical about a normal line at the center of said transducer array.
前記ウェッジは、上面から見た投影図が平行四辺形、側面から見た投影図が台形となる形状であり、前記振動子アレイは前記台形の短辺側の面に、前記振動子アレイの配列方向が前記平行四辺形の長手方向エッジに平行となるように配置されることを特徴とする超音波検査装置。 In the ultrasonic inspection apparatus according to claim 2,
The wedge has a parallelogram shape when viewed from the top and a trapezoid when viewed from the side. An ultrasonic inspection apparatus, characterized in that it is arranged so that its direction is parallel to the longitudinal edges of said parallelogram.
前記振動子アレイ全体の開口幅aに対して、振動子を2分割する領域の長さbはb≦0.5aであることを特徴とする超音波検査装置。 In the ultrasonic inspection apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
An ultrasonic inspection apparatus according to claim 1, wherein a length b of a region dividing the transducers into two with respect to an aperture width a of the entire transducer array satisfies b≦0.5a.
前記アレイ探触子と同様の構造を持つ追加のアレイ探触子を有し、2つのアレイ探触子の向きが直交するように配置することで、探触子を動かすことなく4方向の斜角探傷を実施可能とすることを特徴とする超音波検査装置。 In the ultrasonic inspection apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
By having an additional array probe having a structure similar to that of the array probe, and arranging the two array probes so that their directions are perpendicular to each other, four oblique directions can be obtained without moving the probe. An ultrasonic inspection apparatus capable of performing corner flaw detection.
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