JPH022924A - 電縫管用超音波探傷装置 - 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！？］ 本発明は電縫管用超音波探傷装置に関する。

［従来の技術］ ？ｌｉ　Ｍ　鋼管の溶接線上の内質欠陥を超音波探傷す
る方法として、「非破壊検査」第３５巻第８号６７７頁
に記載のものがある。この方法は、アレイ探触子を用い
るに際し、それを構成する各振動子の鋼管に対する入射
角（θ１、θ２．θ３）を等角に設定するものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、本発明者の考察によれば、上記従来の超
音波探傷方法では、超音波を欠陥に対してル直に入射す
ることができないので、その反射波を必ずしも正確に捕
えることができず、探傷精度の向上に限界がある。

また、入射点から欠陥部までの管周方向に沿った距離の
変動、すなわち探触子−欠陥距離の変動にともない、欠
陥からのエコー強さが大きく変動して探傷精度の向上を
阻害する。

本発明は、電縫管の溶接線上に存在する内質欠陥を高精
度に探傷することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、アレイ探触子を用いて溶接線上の内質欠陥を
検出する電縫管用超音波探傷装置であって、アレイ探触
子が溶接線の一定ピッチの深さ間隔位置に対して垂直に
入射する超音波を送信するように構成したものである。

［作用］ 本発明によれば、多数の小さな振動子を整列して配置し
たアレイ探触子を用いることとなり、アレイ探触子を構
成する振動子から投射された超音波が欠陥に対して垂直
に入射せしめられる。したがって、同一の振動子により
、ａ音波を入射し。

かつこの入射波が欠陥にて反射し、この反射波を捕える
こととなる。

また、溶接線の深さ方向に存在する欠陥を探傷するため
に、アレイ探触子は、それを構成する各振動子の欠陥に
対する入射波がそれぞれ欠陥に対して爪直に入射するよ
うに設定することとなる。

すなわち、本発明によれば　ｇ　、ｇ波が欠陥に対して
毛直に入射するから、ソ１ン欠陥からの反射波を正確に
捕えることができ、（のかつ探触子−欠陥距離が少々ず
れても探傷結果に影響を及ぼさない。

以ヒにより、電Ｊ管の溶接線りに存在する内質欠陥を高
精度に探傷することがで５る。

［実施例］ 本発明の詳細な説明に先立ち、アレイ探触子を用いた走
査態様について説明する。

アレイ探触子は、前述のように、小さな振動子を多数整
列して配置した探触子をいう。

ところで、超音波も他の波動と同様に、重ね合わせの原
理が適用できる。アレイ探触子の各振動子から発せられ
る超音波のタイミングを適当に制御すれば、ある特定方
向に波面を合成することができる６例えば、各振動子を
同時に駆動すれば、従来の振動子と同様に振動子面に垂
直な方向に超音波が伝播するし、駆動のタイミングを少
しづつずらしていくと波面の方向を変えることができる
。

第３図に電子偏向の概念図を示す、振動子ピッチをｄ、
媒質中の音速をＣ，、Ｉｌｌ音波の偏向方向を０とする
。各振動子の駆動タイミングに遅延時間Ｔ＝ｄ・　５ｉ
ｎｉｌｌ／Ｃを与えれば、各振動子から出る超音波の位
相は図のＡ−Ａで同位相になり、０の方向に波面を合成
することができる。

さらに１合成された波面がしだいに集束するように遅延
時間を制御することもできる。第４図に電子集束の概念
を示す。

したがってアレイ探触子を構成する各振動子の送信タイ
ミングを前述したように位相制御することにより超音波
ビームを広範囲にわたって走査できることがわかる。基
本的な電子走査方法に以下に述べるリニア走査とセクタ
走査がある。

（１）リニア走査 リニア走査は配列した振動子を順次切り換えて超音波ビ
ームを直線的に走査するもので、第５図にその概念図を
示す、アレイ探触子が例えば３２個の振動子から構成さ
れるとし、　８個の振動子を１組として同時駆動し、振
動子の発振を１個づつ順次シフトすると１図中に示すよ
うな２５個の振動子群より、振動子面に垂直な方向に２
５本の超音波ビームを走査することができる。さらに、
振動子群よりでる超音波を偏向かつ集束させながらリニ
ア走査することもできる。

（２）セクタ走査 セクタ走査は、電子偏向させる角度を順次切り換えてａ
音波ビームを扇状に走査するもので、第６図にその概念
図を示す、この図の場合には、＋θ度〜−θ度まで定ピ
ツチで超音波ビームを偏向した場合である。集束をかけ
ながらセクタ走査を行なえば、方位分解能も向上させる
ことができる。セクタ走査は偏向角を連続的に変化させ
ながら走査するため、欠陥に対し多方向から超音波ビー
ムをあてることができる。

以下、本発明の具体的実施態様について説明する。

溶接線りの内質欠陥からのピークエコーは内質欠陥の深
さをｄ、管外径をＤとした時、下式にて求められる屈折
角θＳにて得られる。

θｓ　＝　ｓｉｎ　（＋　−（２ｄ／Ｄ））　　　　　
　　　　−（＋）しかし実際には、検出すべき内質欠陥
の深さｄは一定でなくＯ＜ｄ＜ｔの範囲を取ることは言
うまでもない（１＝管厚）。

本発明はこの内質欠陥を効率よくかつ高感度に検出しよ
うとするものである。

このため本発明においては検出すべき欠陥の深さｄが溶
接線上でΔｄのピッチにて　Ｏ＜　ｄ　＜　ｔの範囲に
存在するものとして考える（第２図参照）　。

したがって溶接部の表面よりΔｄビ・ンチの深さにて溶
接線に垂直に入射する屈折角０’ｒ、ｅ２・・・・・・
を選定することが必要となる。

これらの０１．０２・・・・・・は下式ｔこより求めら
れる。

Ｏｎ　＝　ｓｉｎ　（１−（２ｎ・Δｄ）１０ｆ　　　
　　　　　−（２）ここでｏｎ　：欠陥深さ　ｎ・Δｄ
に対する＠退屈折角 （但しＱ＜　ｎ・Δｄ　（ｔ） Ｄ：外径 り式より明らかなようにｏｎはｎ・Δｄ力く等しくても
外径りにより変化する。したがって外１至毎（こ０ｎｔ
ｌ−変える必要がある。

しかし外径毎にｏｎを／＼−ト（例え１ｆ斜ｆｉ１探触
子の屈折角）で変えることはサイズ替時間の１四大につ
ながり好ましくない、このため本発明（こおＩ、１ては
、前述した如くの７レイ探触子を用しすることによりこ
の問題を解消した。

すなわち、被検査管の溶接部と７レイ探触子力く第１図
のように配置されているものとし、被検査管と７レイ探
触子は水にて音響結合されてＩ、％るとする。また説明
上Δｄ＝ｔハとする（すなわち欠陥深さはΔｄ、　　２
・Δｄ、３・Δｄ）、したがって必要屈折角１）ｌ、６
２．０３は下式で求められる。

０１　　＝　ｓｉｎ　　（１−（２・Δｄ）／＋３）θ
２　　＝　５ｉｎ−Ｈ−（４・Δｄ）／［１）０３　　
＝　ｓ＋ｎ　　（ｌ　−（Ｂ・Δｄ）／［１）なお屈折
角０１．６２．０３を得るための入射角θｉｔ、　　Ｏ
ｉ２．　０　ｉ３は下式により求められる。

Ｏｉ１＝　　ｓ＋ｎ　（（Ｃｗ／Ｃ５）ｓｉｎθ［）Ｏ
ｉ２＝　　ｓ＋ｎ　（（Ｃｗ／Ｃ５）ｓｉｎθ２）θｉ
３＝　　ｓ＋ｎ　（（Ｃｗ／Ｃ５）ｓｉｎθ３）ここで
Ｃｗ：水中音速 Ｃｓ：ｆｌＡ中横中横波 音下０３すなわち欠陥深さ３・Δｄの場合につりＸでの
み詳述する。

溶接部はアレイ探触子の垂線に対しφの位置にあるとす
る。

図よりアレイ探触子からθ３の角度にて送信された超音
波が被検材に０１３にて入射し、屈折角θ３の超音波と
して伝播することから ０’３　＝　１８０°−（１８０°−〇ｉ３）　　−（
φ−（９０−０３））＝θ１３−φ＋８０−０３ ただし、θｉ３＝　　ｓｉｎ”（（Ｃｗ／Ｃ５）ｓｉｎ
θ３）θ３＝ｓｉｎ当１−　（８・Δｄ）／Ｄ）また、
アレイ探触子から送信する超音波ビームの中心点位置ｘ
３は 交３−　Ｌ　＋Ｄ／２−　　（Ｄ／２）ｃｏｓ（φ−（
９０−０３）１＝　Ｌ　＋　Ｄ／２　　（１−ｃｏｓ（
φ＋θ３−９０″））ここで、Ｌ：被検査管と７レイ探
触子間距離 したがって Ｘ３　＝　　ＣＤ／２）ｓｉｎ（φ＋０３−９（１″）
　−１３ｔａｎ０３により求めることができる。

上記ようにしてアレイ探触子から送信する超音波ビーム
の角度θとその送信中心位置Ｘが決定される。

上述のように７レイ探触子を用いることにより、溶Ｊｔ
ｉ線上の内質欠陥に対し超音波を垂直に入射せしめるこ
ととなる最適探傷屈折角ｏｎを得ることができ内質欠陥
の検出性能を向上できる。

すなわち１本発明の実施によれば、超音波が欠陥に対し
て屯直に入射するから、■欠陥からの反射波を正確に捕
えることができ、■かつ探触子−欠陥距離が少々ずれて
も探傷結果に影響を及ぼさない、以上により、電ｌ管の
溶接線上に存在する内質欠陥を高精度に探傷することが
できる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、’ＩＩｔＭ管の溶接線上
に存在する内質欠陥を高精度に探傷することかでさる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す模式図、第２図は溶接
線に昨直に入射する超音波の屈折状態を示す模式図、第
３図は電子偏向の概念を示す模式図、第４図は電子集束
の概念を示す模式図、第５図はリニア走査の概念を示す
模式図、第６図はセフタ走査の概念を示す模式図である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）アレイ探触子を用いて溶接線上の内質欠陥を検出
   する電縫管用超音波探傷装置であって、アレイ探触子が
   溶接線の一定ピッチの深さ間隔位置に対して垂直に入射
   する超音波を送信するように構成したことを特徴とする
   電縫管用超音波探傷装置。