JPH0136130Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、超音波自動探傷等に使用される斜角
探触子装置に関し、特に、探触子と被検材の音響
結合状態検出機能を持つ超音波斜角探触子装置に
関する。

〔従来技術〕 従来、溶接部などの自動超音波探傷を行なう斜
角探傷において、探傷中の斜角探触子と被検材と
の音響結合状態を常時検出する機構として、第１
図に示すものがある。

即ち、同図に示す探触子装置は、探触子保持ブ
ロツク１に、斜角探傷用の振動子２および音響結
合チエツク用の垂直振動子３を同一のくさび４に
取付けて設けて成る。この探触子では、斜角振動
子２により、被検材５の溶接部５ａなど、目的と
する領域の斜角探傷を行なうと共に、垂直振動子
３により、超音波を垂直に入射させて被検材５の
底面エコーを受信し、音響結合状態を常時監視す
る。図において、６は斜角探傷のビーム径路、７
は垂直のビーム径路を示す。

なお、この探触子装置では、図示を省略してい
るが、斜角と垂直とは、各々個別の探傷器チヤン
ネルに接続され、相互の音響干渉を避けるため、
時間的にずらして交互に励振される。

また、探触子の音響入射面、すなわち、くさび
４の下面と被検材５の表面との間の空隙８には、
通常、水を接触媒質として満たすため、シユー９
に設けた給水口１０に、可撓性プラスチツク管を
接続して水を供給するよう構成してある。

第２図に探触子と被検材とを水柱により音響結
合する水柱結合方式の斜角探触子装置を示す。同
様の装置が、実公昭56−6935号公報にも開示され
ている。

第２図に示す装置は、探触子保持ブロツク１１
を備えて構成され、該保持ブロツク１１には、２
個の穴１２，１３が穿設してある。穴１２は、保
持ブロツク底面１４対し垂直に、穴１３は、穴１
２の中心線、即ちブロツク底面１４の垂線に対し
角ｉだけ傾斜させて設けてあり、且つ、両穴１
２，１３は、各々の中心線が保持ブロツク底面１
４上で交叉するよう、底面１４側開口部を共通に
設けてある。また、穴１２，１３の上端には、そ
れぞれ探触子１５，１６を装着してある。

また、上記保持ブロツク１１には、上記穴１２
と連通する導水孔１７が設けてあり、そのブロツ
ク１１外部開口部の適宜位置に、給水口１８が設
けてある。この給水口１８には、可撓性プラスチ
ツク管（図示省略）を接続して水を供給する。一
方、穴１３に設けられた小孔１９は、気泡排除の
ための孔で、余剰水の溢水孔として働く。

このような構成において、被検材５上に保持ブ
ロツク１１の底面１４が接触すると、保持ブロツ
ク内の穴１２，１３を含む内部の空間は、水で満
たされ、探触子１５から被検材５に入射する垂直
超音波の底面エコーで音響結合状態を監視しなが
ら、探触子１６から被検材５に超音波を斜角入射
させて探傷する。この探傷作用は、水柱結合方式
である点を除き、上記第１図に示すものと全く同
じである。

なお、穴１３の垂線に対する傾き角ｉは、被検
材５表面に対する超音波入射角であり、超音波屈
折角θ、水中音速C₁および被検材中横波音速C₂
とすれば、 sin ｉ＝C₁／C₂sinθ ……(1) の関係式により、所定の屈折角が得られるように
設定する。

ところで、上述した従来の斜角探触子装置で
は、第１図に示すものも、第２図に示すものも、
２個の探触子の保持ブロツク内でのビーム径路が
異なることから、一方の探触子による被検材の底
面エコーによつて、他方の探傷用探触子の音響結
合状態を検出することになり、厳密には斜角探触
子の結合チエツクにはならないという本質的な問
題がある。また、斜角と垂直の探触子が、それぞ
れ個別の探傷器チヤネルに接続されるので、探傷
器に２チヤネルを要し、設備全体として、複雑で
あり、高価にならざるを得ないという問題があ
る。

これに対して、第３図に示すように構成される
斜角探触子装置が提案されている。なお、同様の
装置が特公昭58−31870号公報に開示されている。

第３図に示す装置は、２個のくさび２２および
２３を有する探触子保持ブロツク２１から成り、
くさび２２には斜角振動子２４が装着してあり、
一方、くさび２３には反射板２５が装着してあ
る。

このような構成において、斜角振動子２４で発
生した超音波は、くさび２２を通つて被検材５の
表面に達し、一部は反射して反射板２５に向い、
他は屈折して被検材５内に進入し、この時、横波
に変換されてビーム径路６に従つて進行する。

上記反射板２５で反射された超音波は、くさび
２３を通つて被検材５の表面に達し、再び反射さ
れて、くさび２２を通つて斜角振動子２４に送ら
れる。一方、被検材５内に進入した超音波は、１
スキツプ内に欠陥が発見されると、該欠陥で反射
され、進入時とは逆の径路を進んで斜角探触子２
４に達する。ここで、くさび２３内の超音波の径
路長を適当に選ぶことにより、反射板エコーが、
斜角探傷の欠陥エコーより時間的に遅れてＡスコ
ープ上に現われるようにすれば、探傷と結合チエ
ツクとを同一の探傷器にて区別して検出すること
ができる。

このように、第３図に示す斜角探触子装置によ
れば、斜角探触子にて音響結合チエツクができ
て、確実なチエツクが可能となり、しかも、探傷
器が、斜角探傷チヤネルの１チヤネルのみでよ
く、設備全体の規模が小さくて済む利点がある。

ところが、この斜角探触子装置には、次のよう
な欠点があり、実用性の点で不十分である。

即ち、この探触子装置は、反射板と探触子保持
ブロツク２１下面２６との距離が固定されている
ため、探傷すべき被検材の厚さｔによつては、欠
陥エコーと反射板エコーとがＡスコープ上で重な
り合つて区別できなくなり、探傷不能となる場合
がある。

また、この斜角探触子装置は、反射板がくさび
に固定されているため、被検材からの欠陥エコー
レベルが変化した場合に、反射板エコーレベルを
探触子側で調節することができないという欠点が
ある。

〔考案の目的〕

本考案は、上記欠点に鑑みてなされたもので、
斜角探触子により音響結合状態を検出できて、チ
エツクの確度が高く、しかも、探傷器が斜角探触
子チヤネルの１チヤネルのみでよく、設備全体の
規模が小さくて済み、また、被検材の厚さに対応
して音響結合状態をチエツクする反射エコーのＡ
スコープ上での遅れ時間を任意に調節でき、さら
に、被検材からの欠陥エコーレベルに対応して上
記反射エコーレベルを探触子装置側で調節できる
超音波斜角探触子装置を提供することを目的とす
る。

〔考案の構成〕

上記目的を達成すべく本考案は、被検材表面に
対して斜めに交叉するよう設けられて、探触子を
保持すると共に、水柱を形成する探触子保持穴を
有し、該水柱を介して上記探触子と被検材表面と
の音響結合を行なうよう構成した探触子保持ブロ
ツクを有して成る超音波斜角探触子装置におい
て、 (a) 上記探触子保持穴と上記探触子保持ブロツク
底面で交叉すると共に、上記探触子から該探触
子保持穴を介して被検材に射出される超音波の
一部が被検材表面で反射される位置に、水柱を
形成して該反射波を入射せしめる反射波穴を設
け、 (b) 上記反射波穴内には、その中心軸方向に上記
反射波を反射する反射体を着脱可能に設け、 (c) 上記反射体は、上記反射波穴に軸方向に移動
可能に保持され、反射体エコーが上記探触子の
探傷範囲より時間的に遅れてＡスコープ上に現
われるよう、上記探触子との水距離を調節可能
として成ること を特徴とする。

〔実施例〕

以下、本考案の実施例について図面を参照して
説明する。

第４図は本考案斜角探触子装置の一実施例を示
す断面図である。

図において、本考案斜角探触子装置は、探触子
３５と、該探触子３５を斜めに保持する探触子保
持ブロツク３１とを有し、該保持ブロツク３１の
下面３４を被検材５の表面上に載置して探傷を行
なう構成となつている。

保持ブロツク３１には、探触子３５を保持する
と共に、水柱を形成する探触子保持穴３２と、探
触子３５から射出された被検材５表面で反射され
る反射波を入射せしめる反射波穴３３とが設けて
ある。これらの穴３２，３３は、各々の中心軸が
紙面と同一面内にあり、保持ブロツク３１の底面
３４の垂線（法線）に対して、それぞれ角度ｉの
傾角を持ち、かつ、底面３４において交叉するよ
う加工され、底面３４を共有する。角度ｉは、上
述したように、超音波が被検材５に入射した際の
屈折角θを所定の値とするよう上記(1)式により設
定される。

探触子保持穴３２の上部開口部側には、探触子
３５が、音響投射面を下方にして取付けてある。
また、保持穴３２の探触子３５の音響投射面近傍
には、導水穴３７が開口している。この導水穴３
７は、探触子保持ブロツク３１の上方側に連通し
て設けられ、入口には、ニツプル３８を介して可
撓性プラスチツク管４１を接続して給水する。

一方、反射波穴３３の上端には、該穴３３の入
射した超音波を反射する反射体３９が、中心軸方
向に着脱可能に設けられている。この反射体３９
の外周と反射波穴３３の内周には、ネジが刻設し
てあり、反射体３９は、このネジにより反射波穴
３３に螺合し、軸方向に移動可能に保持される。

反射体３９は、第５図および第６図に示すよう
に、本体３９ａの中心軸方向に中心孔３９ｂを設
けてあり、また、先端部４０の付根には、上記中
心孔３９ｂと直交して連通し、全体としてＴ字形
の孔を形成する横孔３９ｃが設けてある。反射体
３９の先端部４０は、円錐体にて形成され、該円
錐の頭頂部は、軸に対し直角に截断されて、反射
面４０ａを形成している。

次に、上述したように構成される本考案の実施
例の作用について図面を参照して説明する。

先づ、可撓性プラスチツク管４１より水を供給
すると、該水は、導水穴３７を介して探触子保持
穴３２に流れる。この時、探触子保持ブロツク３
１を被検材５表面に接触させると、保持穴３２を
流れる水は、該保持ブロツク３１下面３４と被検
材５表面との空隙を満たすと同時に、余剰水が反
射波穴３３に流れ、反射体３９に設けた横孔３９
ｃおよび中心孔３９ｂを通じて外部に溢水する。
これによつて、探触子保持ブロツク３１に穿設さ
れた探触子保持穴３２および反射波穴３３は、水
で満たされ、水柱を形成する。

この状態で、探触子３５から超音波を発射する
と、超音波は、探触子保持穴３２内の水柱を通じ
て被検材５の表面まで伝播し、該被検材５に斜角
入射すると共に、一部は反射する。反射波は、入
射波と等しい角度で反射し、反射波穴３３内に入
射する。そして、該反射波穴３３内にて反射体３
９の先端部４０の反射面４０ａで反射されて、該
反射波穴３３から再び被検材５の表面に射出さ
れ、その一部が反射されて探触子保持穴３２に入
射し、探触子３５により反射エコーとして受信さ
れる。

一方、被検材５に斜角入射した超音波は、屈折
率に対応した屈折角θで該被検材５内を進行す
る。そして、そのビーム径路６における探傷範
囲、例えば0.5〜１スキツプの範囲内に欠陥があ
れば、この欠陥によつて反射される。欠陥によつ
て反射されたエコーは、入射超音波と逆の径路で
探触子３５によつて受信される。

これらエコーが受信される時間関係を、第７図
に示すＡスコープ波形図により説明する。

図において、Ｔは、探触子３５から発射される
送信波である。ここで、探触子３５から発射され
た超音波が、被検材５表面の入射点で、その表面
が粗いなどの性状の悪さにより、探触子３５に対
し直接反射される場合は、表面エコーＳが現われ
る。

また、図において、F_0.5，F_1.0は、それぞれ0.5
スキツプ、１スキツプ位置に欠陥がある場合の欠
陥エコーであり、この間に内部欠陥があれば、
F_0.5とF_1.0の間にエコーが現われる。

一方、Ｒは、反射体３９反射面４０ａからのエ
コーであり、探触子３５から該反射面４０ａまで
に、音響媒質である水が存在し、かつ、気泡など
の超音波の伝播を防害する要因が無く、被検材表
面との相対的位置関係が正常であること、さら
に、探傷器のパルサ、探触子、探触子ケーブルに
異常が無ければ、定常的、固定的に現われる。

これらの欠陥エコーF_0.5〜F_1.0および反射体エ
コーは、それぞれ第７図の欠陥ゲートGFおよび
反射体エコーゲートGRによつて抽出する。反射
体エコーゲートGRによつて抽出されたエコーレ
ベルは、音響結合の良否、探傷器、探触子および
ケーブルの良否のモニタエコーとして使用され
る。

なお、反射体エコーは、第７図に示すように、
目標とする探傷範囲（同図ではGFのゲート設定
範囲）より少し後になるようにすることが必要で
ある。このためには、探触子保持ブロツク３１
を、次のように設定して製作すれば良い。

即ち、水中音速Cw、被検材中音速Cs、被検材
表面から反射体反射面４０ａまでの水距離ｌ、被
検材厚さｔ、屈折角θとすると、被検材が平面平
板の場合、 ｌ／Cw＞2t／cosθ／Cs の関係となる。そこで、Cw，Csは既知であるか
ら、θ，ｔよりｌを概略決めて、保持ブロツク３
１を製作すればよい。

本考案の場合、水柱結合方式であるため、第３
図に示す従来装置より探触子保持ブロツクを小型
に形成できる。即ち、従来のものは、くさびがプ
ラスチツク製であり、例えばアクリルの場合、音
速が2720ｍ／secであるが、音速が1500ｍ／secの
水を用いた本考案装置は、反射波の遅延時間が大
きいため、それだけ小型化することができる。

ところで、本考案の探触子装置により、厚さの
異なる種々の被検材を探傷するには、反射体を軸
方向に移動させて、上記水距離ｌを変化させ、反
射体エコーの遅れ時間を調整すればよい。

また反射エコーは、欠陥エコーと検出感度を合
わせるため、そのレベルを調整する必要がある。
通常は、反射エコーゲートGRにおいて、サプレ
ツシヨン機能を働かせ、電気的にレベルを調整し
ている。本考案では、この他に、探触子装置側で
もレベル調整可能となつている。即ち、本考案の
探触子装置では、反射体３９を抜き出し、先端部
４０の反射面４０ａを適当にトリミングすること
により機械的にレベル調整することができる。ま
た、反射面４０ａの面積の異なる反射体３９を段
階的に各種用意しておけば、反射体３９を交換す
るのみでレベル調整を行なうことができる。この
方法によれば、探傷器がサプレツシヨン機能を持
たない場合、或いは、該機能を使用できない場合
にもレベル調整ができる。

次に、第８図に示す本考案斜角探触子装置の他
の実施例について説明する。

同図に示す実施例は、導水穴と反射体の構造が
異なる他は、上記第４図に示す実施例と略同一の
構成であり、探傷作用および音響結合チエツク作
用は全く同じである。従つて、構造が相違する点
についてのみ説明する。

探触子保持ブロツク３１の上端側に、垂直方向
に導水穴４２が設けてあり、この導水穴４２の先
端がＴ字形状に分岐され、導水穴４３，４４とし
て、探触子保持穴３２および反射波穴３３にそれ
ぞれ連通している。即ち、導水穴４３は、探触子
３５の音響投射面の近傍に、また、導水穴４４
は、反射体３９の反射面４０ａの近傍にそれぞれ
連通する。

上記反射体３９は、上述した第４図の場合と異
なり、内部に孔を設けていない。これは、反射波
穴３３に水を導水穴４４を介して直接注入し、保
持ブロツク３１の下面側から外部に排水する構成
としたためである。

この実施例装置では、導水穴４２の上部開口部
に可撓性プラスチツク管４１を接続し、水を供結
すると、水は、導水穴４２を通り、その先端で分
岐して導水穴４３，４４に流入する。導水穴４３
を介して流れた水は、探触子保持穴３２に注入さ
れ、保持ブロツク下面側開口部から外部に流出す
る。一方、導水穴４４を介して流れた水は、探触
子保持穴３３に注入され、保持ブロツク下面側開
口部から外部に流出する。この状態で保持ブロツ
ク３１の下面３４を被板材５の表面に接触させれ
ば、上記穴３２，３３の開口部が絞られる結果、
水が探触子保持穴３２および反射波穴３３内に充
満され、水柱が形成される。

〔考案の効果〕

以上説明したように本考案は、斜角探触子から
発射され、被検材表面で反射された超音波を、保
持ブロツク内に設けた反射波穴に導びいて、該反
射波穴内に設けた反射体で反射させ、この反射エ
コーを用いて音響結合状態を検出して、斜角探触
子自体によりその音響結合状態をチエツクできる
構成としたことにより、探触子から被検材表面ま
で、探傷と音響結合チエツクの径路を共通にし
て、音響結合状態チエツクの確度を高くでき、ま
た、探傷器は、斜角探傷チヤネルのみ使用し、欠
陥ゲートと反射エコーゲートを分けるのみである
から、探傷器を含んだ設備全体の規模が小さくて
済むという効果がある。更に、本考案によれば、
反射体を、軸方向に移動可能にかつ着脱可能に反
射波穴を装着する構成としたことにより、反射体
を移動させて欠陥エコーと反射体エコーとを自在
に分離でき、厚さの異なる種々の被検材に対応可
能となり、また、反射体の交換、反射面のトリミ
ング等により、探触子側でのレベル調整を可能と
する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は各々従来の斜角
探触子装置を示す断面図、第４図は本考案斜角探
触子装置の一実施例を示す断面図、第５図は上記
実施例に用いる反射体を示す断面図、第６図はそ
の要部側面図、第７図は本考案斜角探触子装置に
よるＡスコープ波形を示す波形図、第８図は本考
案斜角探触子装置の他の実施例を示す断面図であ
る。 ５……被検材、６……ビーム径路、３１……探
触子保持ブロツク、３２……探触子保持穴、３３
……反射波穴、３４……探触子保持ブロツク下
面、３５……探触子、３６……探触子保持ブロツ
ク上面、３７，４２，４３，４４……導水穴、３
９……反射体、４０……先端部、４０ａ……反射
面。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 被検材表面に対して斜めに交叉するよう設けら
   れて、探触子を保持すると共に、水柱を形成する
   探触子保持穴を有し、該水柱を介して上記探触子
   と被検材表面との音響結合を行なうよう構成した
   探触子保持ブロツクを有して成る超音波斜角探触
   子装置において、 (a) 上記探触子保持穴と上記探触子保持ブロツク
   底面で交叉すると共に、上記探触子から該探触
   子保持穴を介して被検材に射出される超音波の
   一部が被検材表面で反射される位置に、水柱を
   形成して該反射波を入射せしめる反射波穴を設
   け、 (b) 上記反射波穴内には、その中心軸方向に上記
   反射波を反射する反射体を着脱可能に設け、 (c) 上記反射体は、上記反射波穴に軸方向に移動
   可能に保持され、反射体エコーが上記探触子の
   探傷範囲より時間的に遅れてＡスコープ上に現
   われるよう、上記探触子との水距離を調節可能
   として成ること を特徴とする超音波斜角探触子装置。