JPH01110256A - 超音波探傷プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、超音波を用いて探傷を行うためのプローブに
係り、特に容器又は缶内における熱交換器等の管の減肉
部位置の検知に好適な超音波探傷プローブに関する。

〔従来の技術〕

容器又は缶内に伝熱管等を有する熱交換器等においては
、しばしば管の減肉現象が問題となる場合がある。そこ
で、この減肉位置を検知する必要があるが、管に人が接
近しにくい、管長が長い等の理由により、減肉診断のた
めの管板厚測定は管内面側から行わざるを得ない場合が
ある。このための検知手段として種々考えられるが中で
も、水浸（超音波探傷）ＵＴ法を用いた管の板厚測定法
は比較的良く知られている。

水浸ＵＴ法による管の板厚測定の模式図を示したのが第
８図であり、測定対象の管１の内部に先端にＵＴプロー
ブ２を装着し、途中に所定間隔に浮子３を取り付けた信
号をケーブル５がプローブ送り込み装置４によって水圧
により挿入され、この信号ケーブル５の他端に超音波探
傷器６が接続されている。

測定に際しては、管１の一端よりＵＴプローブ２をプロ
ーブ送り込み装置４によって徐々に管内に挿入しながら
、超音波探傷器６によって遂次探傷波形を観測する。探
傷波形の変化から減肉部を検出することができる。また
、信号ケーブル５に浮子３が設けられているため、管１
内の移動を円滑に行うことができる。

一般に板厚測定を行う場合、探傷法としては、垂直探傷
法（探触子が管仮に対し垂直になる）が用いられ、１つ
の探触子では管の軸まわりの全面を探傷できないため、
ＵＴプローブに放射状に複数のセンサを並べて探傷する
のが通例である。例えば、第９図に示すように８つ（７
ａ〜７ｈ）の探触子を持ったプローブを水圧により管に
流し込まれる。しかし、ケーブルの捩れや回転等が生じ
てプローブが管中で回転するのを避けられず、探触子が
管円周方向のどの位置にいくか定まらなくなる。（第９
図では、探触子７ａが管上面を向いているが、減肉部を
検知した場所で、探触子７ａが７ａ〜７ｈのどの位置に
あるかわからない。）すなわち、減肉部位置を検知した
場合、それは管長手方向での位置が明らかになっただけ
で、その減肉位置が円周上（管断面）のどの位置かわか
らないのが現状であり、完全な位置決定ができない状況
にある。

ここで、管肉厚減少の要因と形状の関係について述べる
と、主に第１０図に示す高温腐食と、第１１図に示すア
ッシュエロージョンとがある。高温腐食は燃焼ガス中（
１２００″Ｃ〜１５００　”Ｃ）の腐食成分（主にＳＯ
，）が管表面で変化し、腐食が行われるもので、第１ｏ
図Ｃａ）のようにガス流れ側が減肉して減肉部８ａが生
ずる場合と第１０図（ｂ）のように管ピッチを一定に保
つためのスペーサ９の局部が腐食して生じる減肉部８ｂ
の２通りがある。また、アッシュエロージョンは主に石
炭焚きボイラに現れ、ガス中に含まれる粒子状の灰が管
後方で第１１図（ｂ）のように渦を形成し、第１１図（
ａ）のように管肉を削りとって減肉部８ｃを形成する現
象によるものである。以上のように管断面上の減肉位置
が異なっており、これはボイラより減肉管を抜管しなけ
れば要因がわからなかった。そのため、保修作業におい
て、的確な作業指示（例えば、スペーサの取り換え等の
指示）ができなかった。また減肉防止のため、背金周に
耐摩耗コーティングを行っているが、これは、円周方向
の減肉位置が特定できないためコーティングを部分的に
施すことができないためである。

第１２図および第１３図は従来の超音波探傷プローブの
一例を示す正面図及びＢ−Ｂ矢視断面図である。

第１２図に示すように、ロッド１１の先端部と所定距離
の後部及びその中間部にストッパ１２を配し、このスト
ッパ間に移動子１３ａ、１３ｂが外嵌され、移動子１３
と各ストッパ間及び移動子１３ａ、１３ｂ間にスプリン
グ１４が一対づづ外嵌されている。移動子１３ａ、１３
ｂとその外側のストッパの各々との間に「へ」の字形に
２個のリンク１５が取り付けられ、このリンク１５間に
結合されたアーム１６の中間部に探触子７が装着（探触
面が管壁面に向けられている）とされている。また、探
触子７の両側には、探触子７と管内壁間との距離を一定
に保つためのローラ１７が装着されている。リンク１５
、アーム１６及びローラ１７より成る組合せは探触子７
の数（図示の例では８個）だけ設けられ、第１３図のよ
うに各々に探触子が取り付けられている。

第１２図の構成によれば、スプリング１４が移動子１３
ａと１３ｂを接近するように押圧し、これによってリン
クＩ５が膨出するようにさせ、ローラ１７の周面を管１
の内壁面に圧接させる。これによって、探触子７ａ〜７
ｂの各々は管内壁面に対し一定の距離を保ちながら管の
長手方向に移動することができる。

第１４図は、第１３図の構成において、ローラ１７に作
用する力関係の説明図である。ローラ１７にはスプリン
グ１４によって管壁面を押圧するＦ２の力が働いており
、プローブが移動する際には移動方向に向かってＦ、の
力が作用している。

また、第１４図に示すように、管１の内径の変化（径が
大→径が小）あるいは溶接のたれ込み箇所がある場合、
通過性が悪く、プローブが詰まる力＼または送る方向の
力（Ｆｌ）に過大な力を要していた。

即ち、第８図に示すプローブ送り込み装置４が大きなパ
ワーをもったものを用いる必要がある。

これは、プローブ自身に内面に向かう力（Ｆ、）がない
ことに理由がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のような超音波探傷プローブでは、プローブ自身に
中心方向に向かう力が持たないため、管内径の変化に追
従しにくい問題があった。また、プローブが管内で回転
や捩れを生じることにより管内周面方向での減肉部位置
を特定できないという問題がある。

本発明の目的は、上記した従来技術の問題を解消し、管
内周面方向の減肉部位置の検知および管径の変化に対応
した追従移動を可能にする超音波探傷プローブを提供す
ることにある。

〔問題を解決するための手段〕

上記した目的を達成させるために、本発明は、探触子を
保持する部材に対し、管の長手方向に直交する内外方向
のいずれに対しても付勢できる付勢機構を設けることに
より、プローブ全体の外径を自在に変化させることがで
きるようにしたものである。

〔作用〕

プローブの外径を管内径にほぼ等しくした状態で管長手
方向の減肉部を検知し、この検知をもって付勢機構を作
動させ、プローブ外径を縮小させることにより、複数の
探触子の各々と管内壁間の距離を異ならせることができ
るため、各探触子のエコー波形は送信波に対する時間が
異なったものとなる。

したがって、送信波と第１エコーとの時間差と収縮時の
管内プローブの姿勢状態から管内周方向の減肉部位置を
知ることができる。また、管内径が小さくなった場合に
、プローブ外径を付勢機構により収縮させることで管外
方向の力（Ｆ２）を減少させ、容易に管内を通過させる
ことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す正面図である。

第１図においては、前記従来の構成を示す第　１２図と
同一部材には同一符号を用いたので重複する説明を省略
し、異なる部分についてのみ説明する。

第１図に示すように、パイプ状のセンタガイド２０がロ
ッド１１の先端に取り付けられ、センタガイド２０の中
心部には後述するコイルばねを収納するための８個の収
納部２１が放射状に設けられている。収納部２１の両側
のセンタガイド２０には移動子２２ａ、２２ｂが移動自
在に外嵌されている。この移動子２２ａ、２２ｂの各々
にリンク２３の一端が回動自在に結合され、このリンク
２３の他端は、センタガイド２０の両端部の各々に一端
が回動自在に結合されたリンク２４の中間部に回動自在
に結合されている。したがって、リンク２３とリンク２
４は略Ｔ字形に組まれ、移動子２２ａ、２２ｂのセンタ
ガイド２０の長手方向への移動に応じてリンク２４の他
端が管１の半径方向に移動する。リンク２３と２４は探
触子７の数量骨が設けられる。

対向するリンク２４の他端間にはサポートパー＝　８− ２５が連結され、このサポートパー２５の中間部に探触
子７が第１２図の場合と同様の状態に取り付けられてい
る。探触子７の背面には円筒状で収納部２１に内嵌され
る内筒２６が取り付けられている。さらにサポートパー
２５の両端部には一対のローラ２７が装着され、管１の
内壁面と探触子７の放射面との間の距離が一定に保持さ
れるようになっている。また、内筒２６および収納部２
１には付勢部材としてのコイルばね２８が内装さ籾収縮
または拡張する方向へ付勢する。

コイルばねとしては、例えば、形状記憶合金を材料にし
たものを用いることができる。この形状記憶合金、収納
部及び内筒とが付勢機構を構成している。形状記憶合金
は各温度帯で形状が変化する合金であり、常温下では第
３図（ｂ）に示すように全長りに伸長しており、一般の
コイルばねと同様の性質を示している。この状態におい
てコイルばねに通電すると、コイルばね自身が有する抵
抗によりジュール熱が発生し、コイルばね全体が発熱し
、これによって第３（ａ）図のように全長が！−１０＝ に収縮する。

次に、以上の構成による実施例の動作について第４図及
び第５図を参照して説明する。

管１へのプローブ挿入は、第８図に示したプローブ送り
込み装置４によって行われ、水圧を利用して管１内の奥
部へ徐々に送り込まれる。このとき、コイルばね２８に
は通電がなされず、通常のコイルばねとして機能してい
る。したがって、コイルばね２８はサポートパー２５を
管壁方向に押し上げており、リンク２４の取り付は角度
が大きくなり、移動子２２ａ及び２２ｂは収納部２１か
ら離れる方向へ移動し、ローラは管１の内壁面に強く押
圧されている。

プローブが管１内を移動する過程において減肉部が検知
された時点でプローブの前進を停止させる。この時点で
は減肉部の有無が判明したのみで、円周方向のどの部位
に減肉部があるのか知ることができない。そこで、コイ
ルばね２８に通電し、コイルばね２８を第３図（ａ）の
ように収縮させ、第１４図に示すＦ、方向の力を発生さ
せ、サポートバー２５をセンタガイド２０の方向に引き
寄せ、プローブ全体を収縮させる。

収縮したプローブは、重力によって第４図及び第５図に
示すように管１の内底部に位置し、その径は管内径寸法
ｄからｄ−２（Ｌ−、ｊ２）に小さくなる。このように
プローブの探触子が底部に位置する１個を除き、或いは
全数が管内壁面に対し異なる距離空間をもって配置され
ることになり、この距離差から円周方向の減肉部の位置
を特定することができる。

即ち、第６図に示すように、超音波探傷による減肉部の
検出は、一般に、探触子７より発せられた送信波Ａが管
１の内壁面で反射してくる反射信号Ｂと、送信波Ａが管
１の外壁面で反射してくる反射信号Ｃとの時間差Ｔ０に
基すいて行っている。

第７図に示すように、探触子７と管内面との距離は、超
音波を発進した時点ａと、管内面によって反射してきた
信号を受信した時点すとの時間差（Ｔｏ）を基に、これ
と媒質及び管内の伝播速度とから肉厚を算出することが
できる。

−１１＝ したがって、減肉部を何番の探触子が検知し、その時点
において何番の探触子が最下部に置かれているのかがわ
かれば、管口周上のどこの部位に減肉部があるのかを特
定することができる（各探触子は円周方向に等角度に振
り分けられているため、最下部の探触子から減肉部まで
の角度を容易に知ることができ、その角度はＴｏの変化
の順から知ることができる。） また、第１４図のように、管１の内径に差がある場合、
大径部から小径部へプローブを通過させるには、コイル
ばね２８に通電してプローブ径を縮小させ、小径部から
大径部へ通過させる際には通電を切って膨出させること
により、円滑に管内を通過させることができる。

なお、上記実施例においては、付勢機構の付勢部材とし
て形状記憶合金によるコイルばね２８を用いたが、これ
に限らず通常のコイルばねを２個用い、機械的なロック
機構とエアシリンダ等の組合せにより第１４図に示した
Ｆ２及びＦ３の力を出せる構成にしてもよい。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、管の長手方向の減肉部位
置を検知のみならず、その部分での円周方向の減肉部位
置を検知することができるので、減肉の原因等が明確に
なり、補修作業、保安作業等を的確に行うことができる
。また、管の内径に差異をあっても、それに応じてプロ
ーブ外径を変化させることができるため、管内を円滑に
通過させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面断面図、第２図は
第１図の実施例の側面図、第３図（ａ）、（ｂ）は本発
明に係るコイルばね２８の収縮状態及び通常状態を示す
正面図、第４図及び第５図は本発明におけるプローブの
収縮時の状態を示す正面図及び側面図、第６図は減肉部
測定の原理説明図、第７図は減肉測定における波形図、
第８図は管内挿入型ＵＴプローブによる管の減肉測定を
示す模式図、第９図は第８図のＡ−Ａ矢視断面図、第１
０図（ａ）、（ｂ）は高温腐食による管肉厚減少の説明
図、第１１図（ａ）、（ｂ）はアッシュエロージョンに
よる管肉厚減少の説明図、第１２図及び第１３図は従来
の超音波探傷プローブの一例を示す正面図及びＢ−Ｂ矢
視断面図、第１４図は第１３図の構成においてローラに
作用する力関係を示す説明図である。 ■・・・・・・管、２０・・・・・・センタガイド、２
１・・・・・・収納部、２２ａ、２２ｂ・・・・・・移
動子、２３．２４・・・・・・リンク、２５・・・・・
・サポートバー、２６・・・・・・内筒２７・・・・・
・ローラ、２８・・・・・・コイルばね。 代理人　弁理士　西　元　勝　−

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の探触子が検査対象管の内部の円周方向に管
   壁に沿って管長手方向へ移動可能に配設されて、減肉部
   等を探傷する超音波探傷プローブにおいて、前記探触子
   の各々を管の半径方向へ移動自在に付勢する付勢機構を
   設けたことを特徴とする超音波探傷プローブ。
2. （２）前記付勢機構が、形状記憶合金による弾性部材を
   備えていることを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載の超音波探傷プローブ。