JPH02147856A - 超音波探傷装置 - 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、超音波探傷装置に関し、特にインサート材を
有する異相接合体界面の接合状態を正確、且つ迅速に判
定することのできる超音波探傷装置に関する。

〔従来技術〕

セラミックスと金属、超硬材と金属、非鉄金属と鉄鋼材
料などのいわゆる異相接合体における接合界面の剥離・
未接合部等のクラック状欠陥を検出する方法としては、
能力上あるいは取扱が簡便などの理由から超音波探傷装
置が広く利用・適用されている。

上記超音波探傷装置とは、検査する異相接合体界面へ、
垂直方向よりトランスデユーサから超音波を発信し、そ
の接合界面からの反射エコー波を検出し、該反射エコー
波の高さ（ピーク値）あるいは位相反転の有無などによ
って上記接合界面のクラック状欠陥の検出を行っている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の超音波探傷装置では、上記のように単
に異種材料を接合しただけの接合体あるいは単体などの
クラック状欠陥検査には適しているが、異種材料間に応
力緩和などのためのインサ−ト材が介在する三層の異相
接合界面のクランク状欠陥検査には適しているとは言え
ない。

つまり、上記超音波探傷装置で第４図（ａ）に示すよう
なパルス状の超音波を第５図に示すように水１中で、単
体の超硬合金等の材料２へ発信すると、該材料２を通過
して水ｌに反射して第４図［有］）に示すような波形パ
ターンの反射エコー波が検出される。

ここで第４図（ａ）に示すような、下に凸（以下極性と
いう）の超音波を発信したのに対して、得られた反射エ
コー波が第１図Ｑ））に示すように上に凸（以下＋極性
という）の波形となるのは、接合された物質の反射率が
両物質の音響インピーダンスによって異なるため、入射
側（トランスデユーサ３側）の物質（材料２）の音響イ
ンピーダンスが反射側の物質（水］）の音響インピーダ
ンスより大きい場合には発信した極性に対して逆の極性
の反射エコー波（例えば十極性の超音波を１発信した場
合は一極性の反射エコー波）が検出されるためである。

逆に入射側の物質の音響インピーダンスが反射側の物質
の音響インピーダンスより小さい場合はそのままの極性
となる。

また、発信した超音波の波形及び反射エコー波の波形が
少し前後に尾を引いた波形となっているのは、トランス
デユーサ３の特性などの影響である。

上記のような反射エコー波の波形パターンは、超音波を
例えばインサート材を有する異相接合体界面の接合が良
好な接合面と、インサート材の上面にある欠陥と、イン
サート材の下面にある欠陥とで反射させた場合、それぞ
れ特有のパターンを示す、従って、探傷した全点での上
記波形パターンをインプットしておいて、後から解析す
ることにより接合状態を判定することは可能であるが、
リアルタイムでの判定は不可能である。

従って、本発明の目的とすることろは、インサート材を
有する異相接合体界面の接合状態をリアルタイムで判定
することのできる超音波探傷装置を提供することである
。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明が採用する主たる手
段は、インサート材を有する異相接合体界面へ垂直方向
よりトランスデユーサから超音波を発信し、その接合界
面からの反射エコー波を受信することにより上記接合界
面での欠陥を検出する超音波探傷装置において、 上記反射エコー波の十−両極性部分のピーク値を検出し
、両ピーク値から上記接合界面の接合状態を判定し、表
示するようにした点を要旨とする超音波探傷装置である
。

〔作用〕

本発明によれば、インサート材を有する異相接合体界面
へ超音波を発信し、その反射エコー波の波形パターンか
ら十−両極性部分のピーク値を検出し、例えばその比及
び両ピーク値を組み合わせて接合界面の接合状態を判定
することにより、インサート材の上面にある欠陥あるい
はインサート材の下面にある欠陥をリアルタイムで上下
面分離して判定・表示することができる。

〔実施例〕

続いて、添付した図面を参照して本発明を具体化した実
施例につき説明し、本発明の理解に供する。ここに第１
図は、本発明に係る超音波探傷装置でインサート材を有
する異相接合体界面に超音波を発信した場合の概略模式
図、第２図（ａ）は、その超音波の入射した部分が良好
に接合していた場合の反射エコー波の波形パターンを示
す図面、第２図Φ）は、インサート材の上面に欠陥があ
った場合の反射エコー波の波形パターンを示す図面、第
２図（Ｃ）は、インサート材の下面に欠陥があった場合
の反射エコー波の波形パターンを示す図面、第３図は、
波形パターンの＋ピーク値と−ビーク値の比と該波形パ
ターンが得られた部分の接合状態との相関特性図である
。

尚、以下の実施例は、本発明の具体的−例にすぎず、本
発明の技術的範囲を限定する性格のものではない。

まず、本発明の一実施例として、第」図に示すような超
硬合金４とｔ１４５との間にインサート材である！１ｉ
１（厚み０．５ｍｍ）６が介在している異相接合体界面
を超音波探傷装置で検査した場合を例にとって説明する
。

図における左側に入射した超音波７の反射エコー波は、
超硬合金４とインサート材６と鋼５との間に欠陥が発生
していない良好な接合面（１）であるため、上記超硬合
金４と上記インサート材６の１面との境界面からの反射
波と、上記インサート材６の下面と」二足鋼５との境界
面からの反射波が重畳された多重反射波となり、第２図
（ａ）に示すような波形パターンＩ２の反射エコー波が
得られる。

また、第１図における中央に入射した超音波８は、超硬
合金４とインサート材６との間に欠陥９が発生している
（ｎ）ため、上記超硬合金４と上記インサート材６の上
面との境界で全゛ζ反射し、第２図（１））に示すよう
な波形パターン１３の反射エコー波が得られる。

そして、第１図における右側に入射した超音波１０は、
インサート材６と鋼５との間に欠陥１１が発生している
（ｉｌｌ）ため、超硬合金４と１記インサート材６の上
面との境界面での反射波と、上記インサー　ト材６の下
面と上記鋼５との境界面からの反射波とが重畳された多
重反射紙として検出され、第２図（Ｃ）に示すよ・）な
波形パターン１４の反射エコー波が得られる。

ここで良好な接合面（１）とイン号−用・材６の下面に
欠陥のある面（ＩＩ）とで異なった波形パターン１２．
１４が得られるのは、超音波が反射する面を境としで、
入射側の反対側にある物質の音響・インピーダンスが目
と空気（欠陥）では大きく異なるためである。

このようにして得られたそれぞれの波形パターン１２．
１３．１４の十極性部分のピークの値（Ｖ＋Ｐ）１２．
．１３１．１４ユと一極性部分のビ・〜りの値（ＶＰ）
１２ｂ、１３１．．１４トとの値を以下に示す不等式（
Ｘ）、　（ｙ）で判別することにより、接合界面の接合
状態を判定することができる。

つまり、上記波形パターンの十極性部分のピーク値Ｖ＋
ｐと一極性部分のピーク値Ｖ−ｐが、上記（Ｘ）式に示
す範囲内にある場合その波形パターンの得られた部分は
インサート材６の上面に欠陥が発生しており（■）、上
記（ｙ１式に示す範囲内にある場合その波形パターンの
得られた部分はインサート材６の下面に欠陥が発生して
おり（■）、上記（Ｘ）式、（ｙ）式のどちらの範囲内
にもない場合、その波形パターンの得られた部分は良好
に接合している（１）。

上記の関係を理解しやすくするために、トピーク値ｖ　
＋　ｐと一ビーク値ｖ−ｐと、接合状態との相関特性図
を第３図に示す。両式（Ｘ）を満たす領域を（■）６式
（ｙ）を満たず領域を（■）、それ以久を（１）で表し
である。

ここでＶｒｅ　ｆ　＋、　　Ｖｒ、ｅ　ｒ−は境界面が
未結合材の反射エコー波の＋ビーク値、−ビーク値を示
す（ＲＯ＝ｖｒｅｒ　＋／ｖｒ６　ｒ　　）　＃また、
α１．αりは、月料の音響インピーダンス２．．２．に
より決まる値を実験的に補正して得られたもので、 但し、βｌ、βりは実験的に補正する値で、０．５＜β
、＜２．ｏ　　（更に望ましくは０，９・・−１，１）
０．５＜βコ＜２．Ｏｃ更に望ましくはＯ２８〜１２）
更に、Ｖ、ｉは多重反射エコーの影舌による定数であり
、以下の方法で実験的に求める。

良好な接合体から得られた反射エコー波のピーク値を■
１す　、■□−とすると、 Ｚ、＋Ｚ。

但し、Ｖｏ２は測定値のバラツキ精度の定数で、Ｖｏ２
””τ・Ｖ、　ｅ　　ｒ　（ｏ≧τ＞−Ｏ，５：更に望
ましくは０〜−０．２）である、第３図は欠陥のない場
合（■）、インサート材上面に欠陥がある場合（■）、
インサート材上面に欠陥がある場合（ＩＩＩ）について
数値解析或いは実験により得たピーク値（ｖ＋ｐ、Ｖ−
ｐ）の分布を示すもので、各領域の境界を示すのが前記
（Ｘ）、（ｙ）式である。

従って、インサート材を有する異相接合体界面へ垂直方
向よりトランスデユーサから超音波を発信し、その接合
界面からの反射エコー波の土掻性側のピーク値が例えば
Ｖ＋ｑ、　−極性側のピーク値がＶ−ｑだった場合、そ
の２つの値が第３図のどの範囲に入るかを判定する（実
際は上記（Ｘ）式及び（ｙ）式で判定する）。例えば第
３図に示すように（Ｖ＋ｑ、　Ｖ−ｑ）で表される点ｑ
であったとする。

そうすると、上記超音波の反射した部分は良好に接合さ
れている境界面（１）であると判定し、この場合はデイ
スプレィ上に特に表示しない（もちろん適当な階調で表
示してもよい）。また得られた点（ｑ）が（ＩＩ）の領
域に入る時はその点を特定の階調又は色彩で表示し、（
ＩＩＩ）の領域に入る時は別の階調又は色彩で表示する
。これにより欠陥の位置（インサート材上面、下面）が
分離して表示される。

尚、上記トランスデユーサから発信する超音波の上記イ
ンサート材中での波長が、上記インサート材の厚さの２
倍となる様な周波数にすることにより、上記インサート
材の上面からの反射エコー波と下面からの反射エコー波
とが干渉を起こし波形パターンの判別が容易となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、インサート材を有する異相接合体界面
へ垂直方向よりトランスデユーサから超音波を発信し、
その接合界面からの反射エコー波を受信することにより
上記接合界面での欠陥を検出する超音波探傷装置におい
て、上記反射エコー波の十−両極性部分のピーク値を検
出し、両ピーク値から上記接合界面の接合状態を判定し
、表示するようにしたことを特徴とする超音波探傷装置
が堤供され、これにより、接合界面の欠陥が上記インサ
ート材の上面側にあるのか、あるいは下面側にあるのか
が正確に判定することができ、且つリアルタイムで上記
判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る超音波探傷装置でインサート材
を有する異相接合体界面に超音波を発信した場合の概略
模式図、第２図（ａ）は、その超音波の入射した部分が
良好に接合していた場合の反射エコー波の波形パターン
を示す図面、第２図Φ）は、インサート材の上面に欠陥
があった場合の反射エコー波の波形パターンを示す図面
、第２図（Ｃ）は、インサート材の下面に欠陥があった
場合の反射エコー波の波形パターンを示す図面、第３図
は、波形パターンの＋ピーク値と一ピーク値の比と該波
形パターンが得られた部分の接合状態との相関特性図、
第４図（ａ）は、従来の超音波探傷装置のトランスデユ
ーサから超音波を発信する場合の基本的なパルス状の超
音波を示す図面、第４図［有］）は、その超音波が反射
した反射エコー波の波形パターンを示す図面、第５図は
、従来の超音波探傷装置の要部拡大構成図である。 〔符号の説明〕 ３・・・トランスデユーサ ６・・・銅（インサート材） ７・・・超音波 ８・・・超音波 １０・・・超音波 １２８・・・土掻性部分のピーク値 １２Ｉ、・・・−極性部分のピーク値 １３＆・・・土掻性部分のピーク値 １３ト・・・−極性部分のピーク値 １４、・・・土掻性部分のピーク値 １４ｂ・・・−極性部分のピーク値 １・・・良好な接合面 ■・・・インサート材の上面に欠陥のある面■・・・イ
ンサート材の下面に欠陥のある面。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）インサート材を有する異相接合体界面へ垂直方向
   よりトランスデューサから超音波を発信し、その接合界
   面からの反射エコー波を受信することにより上記接合界
   面での欠陥を検出する超音波探傷装置において、 上記反射エコー波の＋−両極性部分のピー ク値を検出し、両ピーク値から上記接合界面の接合状態
   を判定し、表示するようにしたことを特徴とする超音波
   探傷装置。
2. （２）上記トランスデューサからの超音波の波長を上記
   インサート材の厚さの２倍とした請求項（１）記載の超
   音波探傷装置。