JP7316888B2 - 超音波検査方法および超音波検査装置 - Google Patents
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Description
図2に、超音波検査装置40の概略構成が示されている。超音波検査装置40は、管材30の内部に挿入される回転探傷部50を有しており、この回転探傷部50は、管材30の中心軸31回りに所定の回転方向51(ここでは図中の上側から見て右回り)で回転しつつ、管材30の内面から探傷試験を行う。超音波検査装置40は、回転探傷部50の回転と、探傷試験を制御する制御部60を有する。なお、以下においては、管材30の長さ方向(図2の上下方向)について、回転探傷部50が管材30に挿入される入口側を(図2中では上側)を管端側と呼び、その反対側(図2中では下側)を管奥側と呼ぶ。
回転角度Aにおける垂直リニアスキャン画像80において、アレイ探触子55からごく近くの不感帯INSとなっている領域以外には、底面エコー信号80E、繰り返しエコー信号80R1、もう一つの繰り返しエコー信号80R2が確認される。底面エコー信号80Eは、管材30の外周面(底面)において溶接部12より管奥側で管板20との間に僅かな隙間がある位置、すなわち管材30の材質の連続性(音響的連続性)が途切れる位置で超音波が反射する(底面エコーが発生する)ことにより得られる信号であり、繰り返しエコー信号80R1,80R2は、この底面エコーが繰り返し反射することにより得られる信号である。このように、欠陥のない箇所においては底面エコーが得られるため、探傷画像(ここでは垂直リニアスキャン画像80)には底面エコー信号80Eおよび繰り返しエコー信号80R1,80R2が確認される。
次に、図3の回転角度Bにおける垂直リニアスキャン画像90を図5に示す。回転角度Bにおいては、図1に示すように、管材30に超音波を散乱させる欠陥5が存在するものとする。回転角度Bの垂直リニアスキャン画像90においては、回転角度Aにおいて確認された底面エコー信号80E、繰り返しエコー信号80R1,80R2が確認されない。これは管材30の外周面に向けて発信された超音波を欠陥5が散乱させたことにより、管材30の外周面(底面)からの底面エコーが得られなくなったことによるものである。
このように、超音波を散乱させる欠陥5の存在する箇所においては底面エコーが得られなくなる(または、他の箇所より微弱になる)ので、底面エコー信号80Eが確認される探傷画像(ここでは回転角度Aにおける垂直リニアスキャン画像80)と、底面エコー信号80Eが確認されない探傷画像(ここでは回転角度Bにおける垂直リニアスキャン画像90)とを比較することにより、底面エコーが得られない(または微弱な)箇所に欠陥5が存在すると判定することができる。回転角度Aと回転角度Bとの比較では、管材30の中心軸31から回転角度Bの方向に欠陥5が存在すると判定できる。この判定は作業者が各回転角度の探傷画像を見比べて行ってもよいし、画像解析を行うプログラムにより自動的に判定が行われるようになっていてもよい。また、自動的に判定を行う場合は、画像作成を行うことなく、探傷試験の結果データを解析して底面エコーが得られなかった箇所を割り出すことにより欠陥5の存在する箇所を自動的に判定する機能を超音波検査装置40が有していてもよい。なお、底面エコーが微弱であるかどうかの判定基準は、探傷試験条件や検査対象によって適宜設定される。例えば欠陥が存在しない箇所(上記の例では回転角度A)で得られた底面エコー信号の強度を基準強度として、基準強度の30%を閾値として設定しておき、この閾値と他の箇所(例えば回転角度B)で得られた信号とを比較して、閾値を下回れば微弱と判定する、といった判定を行うことができる。ここで、欠陥が存在しない箇所でのデータとしては、欠陥の存在しないことが予め確認されている標準構造体(欠陥の有無以外は検査対象と同等の性質を有するもの)に対して行われた事前検査で得られた探傷試験の結果データが用いられてもよい。また、作業者が探傷画像を目視して判定を行う場合にも、画像内での信号の表示(色や濃淡)がどのようなものであると微弱な信号とみなされるのか、についての基準が予め設定されていてもよい。
本実施形態においては、上記の垂直リニアスキャン(図1)のほかに、斜角スキャンが行われる。上記の通り複数超音波ビーム設定部67(図2)は垂直スキャン部72のほかに第一斜角スキャン部71と第二斜角スキャン部73を備えており、これらが各アレイ素子56の発振時54を調整することにより、管材30の中心軸31に垂直な方向から傾斜した方向にアレイ探触子55の探傷方向を設定することができる。
以上のように、複数の探傷方向のそれぞれでの探傷試験の結果として回転角度ごとに作成された探傷画像を各回転角度間で比較して検証することにより、欠陥5の存在判定を行うことが可能である。また、画像処理部68が画像処理によって複数の探傷方向の探傷画像を統合することにより、複数方向での探傷試験の結果をまとめて検証することも可能になる。アレイ探触子55は上記の通り複数超音波ビーム設定部67が設定する複数(ここでは三方向)の探傷方向で探傷試験を行うことができ、画像作成部66は、その探傷方向ごとに探傷画像を作成することにより、複数の、ここでは三種類の探傷画像を作成することができる。画像処理部68は、これら三種類の画像を足し合わせることで、1枚の統合画像を作成する。この1枚の統合画像は、三方向の探傷試験での反射エコー強度の情報を全て含むことになるので、この統合画像を検証することにより、三方向での探傷試験の結果をまとめて検証することが可能である。
また、画像処理部68は、複数の回転角度における探傷画像を基にして画像処理を行うことにより、後述の全角度画像を作成することができる。この全角度画像を用いると、欠陥5の存在する箇所(回転角度)を割り出すにあたって、複数の探傷画像を回転角度ごとに1枚ずつ比較せずとも、走査範囲(ここでは管材30の360°全周)の全体にわたって一度に調べることができる。
本発明に係る超音波検査方法で欠陥を発見することが可能であることを確認する試験を行った。図3に示されるように管板20に対して垂直に複数の管材30が溶接されたオーステナイト系ステンレス鋼で製作された構造体からなる試験体を用意した。この試験体を、塩化マグネシウム溶液からなる腐食液に浸したり、熱を加えたりして応力腐食割れが発生しやすい環境に晒した後、管材30の一つに回転探触部50を挿入して、内面から360°全周に対して探傷試験を行って全角度画像を作成したところ、35°の回転角度(探傷スタート位置から回転探触部50が35°回転した位置)において溝状信号が確認され、底面エコーが現れなかった。そこで管材30を35°の方向で切断して縦断面を確認したところ、図1に示す欠陥5のような、管材30の管奥側の位置に存在する亀裂状の欠陥が発見された。管材30にこのような亀裂があると、それが伝播して溶接部12などにも広がることがあり、例えば化学プラントにおける多管式熱交換器においては管材30内部を流れる流体が外部へ漏れ出す不具合の原因となるが、本発明の超音波検査方法により、こうした不具合の原因となる亀裂を早期に発見することができることが確認された。また、溶接部を有する検査対象に対して検査を行う際、本発明の超音波検査方法であれば、溶接部だけでなく、管材などの母材に発生している欠陥も発見することが可能であることが確認された。
12 溶接部
20 管板
30 管材
31 中心軸
40 超音波検査装置
50 回転探触部
51 回転方向
52 モータ
53 エンコーダ
54 発振時
55 アレイ探触子
56 アレイ素子
60 制御部
61 指示部
62 駆動部
63 回転角検知部
64 発信部
65 受信部
66 画像作成部
67 複数超音波ビーム設定部
68 画像処理部
71 第一斜角スキャン部
72 垂直スキャン部
73 第二斜角スキャン部
80 垂直リニアスキャン画像(回転角度A)
80E 底面エコー信号
80R1 繰り返しエコー信号
80R2 繰り返しエコー信号
82 第一斜角スキャン画像(回転角度A)
82E 底面エコー信号
82R1 繰り返しエコー信号
82R2 繰り返しエコー信号
84 第二斜角スキャン画像(回転角度A)
88 統合画像(回転角度A)
88 底面エコー信号
88R1 繰り返しエコー信号
88R2 繰り返しエコー信号
90 垂直リニアスキャン画像(回転角度B)
92 第一斜角スキャン画像(回転角度B)
94 第二斜角スキャン画像(回転角度B)
98 統合画像(回転角度B)
A 回転角度
B 回転角度
BE 底面エコー信号
DG 溝状信号
INS 不感帯
WA 全角度画像
Z 底面エコー領域
Claims (6)
- 超音波を用いて検査対象である管材の欠陥を検出する超音波検査方法において、
超音波を発信する複数のアレイ素子を有するアレイ探触子を、前記管材に定められた走査範囲内に向けて各アレイ素子から超音波を発信させて探傷試験を行いながら前記アレイ素子が並ぶアレイ並び方向と異なる方向へ移動させることにより、前記走査範囲内の走査を行う走査工程と、
前記走査範囲内のうち、走査により底面エコーが得られなかった箇所、および他の箇所よりも底面エコーが微弱であった箇所に欠陥が存在すると判定する判定工程と、
前記アレイ探触子によって発信された超音波のエコーに基づき、前記走査工程における探傷試験の結果である探傷画像を、前記アレイ探触子が前記管材の中心軸回りに回転した回転角度ごとに作成する探傷画像作成工程と、を備え、
前記走査工程において、前記アレイ探触子が、前記アレイ並び方向が前記管材の長さ方向と平行になるよう前記管材内部へ挿入された状態で、前記管材の内面に沿いながら前記管材の中心軸回りに回転され、
前記判定工程において、前記探傷画像を各回転角度間で比較すること
を特徴とする超音波検査方法。 - 前記走査工程において、前記アレイ探触子の探傷方向が複数方向に向くように設定され、
前記探傷画像作成工程において、前記アレイ探触子によって発信された超音波のエコーに基づき、前記走査工程における探傷試験の結果である探傷画像を、探傷方向ごとに作成し、
さらに、これら探傷方向ごとの探傷画像を足し合わせた統合画像を作成することを特徴とする請求項1に記載の超音波検査方法。 - 前記走査工程において、探傷方向が、前記管材の中心軸に垂直な方向から一方に傾斜させた方向と、前記管材の中心軸に垂直な方向と、前記管材の中心軸に垂直な方向から他方に傾斜させた方向との三方向であることを特徴とする請求項2に記載の超音波検査方法。
- 前記探傷画像作成工程において、前記探傷画像のうち底面エコーが現れる部分として予想される底面エコー領域を抽出し、
複数の回転角度における前記底面エコー領域の画像を、回転角度順に並べた全角度画像を作成する
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の超音波検査方法。 - 前記走査工程において、前記アレイ探触子を前記管材の内面に押圧しながら探傷試験を行うことを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の超音波検査方法。
- 超音波を用いて検査対象である管材の欠陥を検出する超音波検査装置において、
超音波を発信する複数のアレイ素子を有し、前記アレイ素子がアレイ並び方向に並んでいるアレイ探触子と、
前記アレイ探触子を前記アレイ並び方向と異なる方向へ移動させる駆動部と、
前記駆動部によって前記アレイ探触子を移動させながら、前記管材に定められた走査範囲内に向けて各アレイ素子から超音波を発信させて探傷試験を行わせる指示を行う指示部と、
前記アレイ探触子によって発信された超音波のエコーに基づき、前記探傷試験の結果である探傷画像を、前記アレイ探触子が前記管材の中心軸回りに回転した回転角度ごとに作成する画像作成部と、を備え、
前記探傷画像を各回転角度間で比較することにより、前記走査範囲内のうち、走査により底面エコーが得られなかった箇所、および他の箇所よりも底面エコーが微弱であった箇所に欠陥が存在すると判定し、
前記アレイ探触子が、前記アレイ並び方向が前記管材の長さ方向と平行になるよう前記管材内部へ挿入された状態で、前記管材の内面に沿いながら前記管材の中心軸回りに回転されること
を特徴とする超音波検査装置。
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