JPH0243141B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧力容器及び管類の内表面を外部よ
り探査して欠陥を検出し、その深さを評価する探
傷方法に関する。

従来の技術 都市ガスホルダ、球形低温液化ガス貯槽等の圧
力容器や管類は、安全性を確認するため、所定の
供用期間経過毎に、容器壁や管壁に発生する欠陥
を検査することが必要である。圧力容器の内表面
に発生する欠陥は、該圧力容器の使用中は検査対
象面を直接使用する磁粉探傷試験や、染色浸透探
傷試験等を適用することができないため、従来は
検査のため圧力容器の供用を中断し、貯蔵ガス等
を抜き、開放して検査を行なうことを余儀なくさ
れ、多大の時間と費用とを必要としていた。又、
管類については、供用中はもとより、人が内部に
入れない場合は、内表面の欠陥の確実な検査は不
可能であつた。

板の表面欠陥については、圧力容器及び管類の
安全上、欠陥寸法、特にその深さが問題となる
が、板の内部に発生した欠陥を外部から探査する
方法としては、超音波を利用した方法が知られて
いる。現行の超音波探傷検査では、主として内部
欠陥を対象に、欠陥からの反射波を探傷装置の
CRT上でパルス映像として把え、そのピーク値
と欠陥の拡りを示す長さを判定量として欠陥評価
を行なつている。超音波探傷試験による表面欠陥
検出については、原理的なものはいくつか提案さ
れているが、欠陥情報を乱す要因が多く、確実な
評価が行ない難いため、未だ実用の域に達してい
ないのが実情である。

従来提案されている超音波探傷試験による代表
的な欠陥深さの推定方法としては、端部ピークエ
コー法、コーナーエコー法等がある。しかし、端
部ピークエコー法は、実欠陥試験片の実験では、
欠陥先端を必らずしも確実に織別できない。又、
コーナーエコー法は第９図に原理的に示す如く、
ある幅持つた超音波ビームを探触子１により板２
の外表面側から入射角θで入射させ、内表面にあ
る欠陥３で反射したエコーを再び入射方向に戻ら
せる。その結果、探触子１に戻るエコーは、あた
かも超音波ビームに垂直な幅Ｗの面４から反射さ
れるような機構になる。欠陥３の深さをｄとすれ
ば、 Ｗ＝2d cosθ ……(1) となり、エコーレベルが高く、エコーの補捉が容
易になり、欠陥に対してどちらの側からも探傷可
能である等の長所がある。

しかし、実際の板の欠陥は板の面に必らずしも
垂直でなく、又欠陥面は平滑とは限らないため、
反射エコーの方向は入射方向に平行になるとは限
らず、減衰し、又(1)式で求めた欠陥深さｄには相
当の誤差を生ずる。

又、超音波探触子と、位置検知器とを備えたハ
ンドスキヤナにより、板の外表面を走査し、板表
面から斜めに超音波を入射させ、裏面の欠陥で反
射した超音波エコーと、位置検知器からの位置信
号とより走査線に沿う断面画像と、走査面の欠陥
平面画像をCRT等の画像表示装置に表示して、
裏面欠陥を外部より探傷する断面画像評価法及び
平面画像評価法もよく知られている。

その作画原理を第１０図及び第１１図により説
明する。板２の表面に沿つて、探触子１を、θな
る入射角で超音波を発射しながら第１０図ａ、第
１１ａにおいて右から左へ走査し、その発射エコ
ーを探触子で受け、超音波探傷器に入力し、裏面
欠陥からの反射エコーにより欠陥信号を作り、走
査による移動量に基く位置信号とともに映像制御
装置に入力し、出力された映像信号によりモニタ
ーテレビのCRT上に断面画像及び平面画像を表
示する。第１０図ｂ及び第１１ｂは夫々CRT上
に表示された断面画像及び平面画像の一例であ
る。断面画像の作画原理を第１０図ａにより説明
すると、深さｄの欠陥３の基部と尖端とから探触
子１迄の距離W₁，W₂は超音波の超音波の発信時
点とエコーの受信時点の差により求められる。

その差をΔWとすると ｄ＝ΔW・cosθ ……(2) CRT上の断面画像は欠陥信号と位置信号とを(2)
式により演算してｄを表示する。

又、平面画像の作画原理を第１１ａにより説明
すると、欠陥３の基部から尖端迄を検知するのに
探触子１が走査した距離をＹとすれば、 Ｙ＝ｄ・tanθ ……(3) 探触子１が欠陥による反射エコーを受けた場合、
これをそのまゝCRT上に画像表示する。したが
つて、CRT上には走査方向の幅がＹの欠陥画像
が表示される。(3)式より逆算すれば欠陥の深さｄ
は算出される。

しかし、実際に試験片に放電加工により人工的
に欠陥を作つて上記の方法で走査し、断面図及び
平面像をCRT上に表示すると、必ずしも(2)、(3)
式で計算した通りにはならない。厚さ20mmの60
Kg／mm²高張力鋼に放電加工により、いずれも長さ
10mm、深さが0.5、１、２、４、６、８mmの欠陥
を作成し、上記方法で走査し、(2)、(3)式により演
算して画像を表示すると各欠陥深さに対して、断
面画像及び平面画像は夫々第１２図の如くなる。

断面画像においては欠陥の深さの増加に対応し
て画像深さも増加することが認められる。ただ
し、深さが４mmを超えると飽和傾向を呈する。深
さが４mm以下であつても、画像深さは実際の欠陥
深さｄとは必らずしも一致せず、平均的には実際
の深さより大きく表示される。これは超音波の指
向性によるボケ等に起因するものと考えられる。
又、群状欠陥に対しては、第１２図に示すような
一義的な対応は必らずしも得られず、さらに複雑
な様相を呈する。しかも実際の群状欠陥では個々
に相異る寸法、方法、倒れ角を有しており、それ
らの影響を解析的に評価することは不可能であ
る。

平面画像の場合も、欠陥の深さが４mmを超える
と飽和傾向が見られる。

上述の如く、従来の超音波探傷法によつて、圧
力容器内面の欠陥を外部より探傷してその深さを
評価することは極めて困難で実用の域に達する迄
には至つていなかつた。

発明の目的 本発明は、従来提案されている超音波を利用し
た板内面の欠陥の外部からの探傷の上記の実情に
かんがみ、従来一般に使用されている超音波探傷
機を使用して圧力容器及び管類を使用中に簡単に
圧力容器及び管類内面の欠陥を外部から探査し、
実用的精度で欠陥深さを評価することのできる方
法を提供することを目的とする。

目的達成のための手段 本発明の方法は上記の目的を達成させるため、
超音波探触子により圧力容器又は管類外面より超
音波を斜に入射させて走査し、その反射波による
欠陥信号と上記探触子の走査移動による位置信号
とより、探傷領域毎の探傷探傷平面画像を表示手
段に表示し、評価領域の画像中より所定寸法の評
価視野における画像密度を求め、あらかじめ実験
データより作成された画像密度と欠陥深さとの関
係より評価領域の圧力容器又は管類内面の欠陥深
さを評価することを特徴とする。

さらに、上記の超音波反射波による欠陥信号と
位置信号とより評価領域毎の欠陥探傷断面画像を
も表示し、その最大画像幅を求め、検出レベルに
応じて予め定められた評価係数を乗じて圧力容器
内面欠陥深さを評価し、この評価値と、前記の平
面画像の評価視野における画像密度より評価した
欠陥深さの評価値とを比較して、最終評価深さを
求めるようにすれば、さらに評価確度は向上す
る。

本発明のその他の特徴は、図面を参照した以下
の説明により明らかにされよう。

作 用 前述の如く、欠陥平面画像評価法における欠陥
平面画像は、画像面積が欠陥の断面に比べて大き
く増加し、欠陥を超音波の入射方向に板表面に投
影した影像と考えられる。したがつて、欠陥平面
画像の画像面積が、欠陥深さの評価量として利用
できると考えられる。本発明者らは、多くの欠陥
試験体を用いて実験を行ない、得られた実験結果
より、探傷すべき範囲を適当な大きさの単位領域
に分割し、各単位領域毎にハンドスキヤナでくま
なく超音波探傷を行ない、各単位領域についての
欠陥平面画像をプリンタ又はハードコピーに記録
し、その画像中によりある大きさの評価視野にお
ける最大画像密度を読み取り、これと試験体の当
該単位領域における欠陥の深さとの関係を図に置
点したところ、実験点はある範囲にバラつくが、
点の存在領域と不在領域の間にかなり明確な境界
線を引くことができることが判つた。

したがつて、この線を欠陥深さ評価線として、
最大画像密度より、群状欠陥を含む欠陥の最大深
さを推定することが可能となる。

欠陥断面画像については、前述の如く、画像の
深さが原理的には欠陥深さを示す筈であるが、多
くの実験データによれば、画像深さの関係はかな
りバラつくもの平均的には画像深さは欠陥深さよ
り大きくなり、その比はほゞ一定になることが判
つた。したがつて、この比例定数を評価係数とし
て、断面画像中の最大画像深さに乗ずることによ
り、欠陥深さを推定することが可能となる。

上記の面画像と断面画像との評価法を比較する
と、前者による評価が傾向として過大評価になる
のに対して、後者による評価は平均評価になる。
したがつて、両評価法を組合せて最終判定を行な
うことにより評価確度を向上させることができ
る。

実施例 第１図は圧力容器の探傷に対して本発明の方法
を実施するシステムの一例の概略構成を示す図で
ある。

内面の欠陥を探傷すべき圧力容器１０の表面を
探傷走査するハンドスキヤナ１１は、超音波を発
信し、容器内面の欠陥から反射する超音波エコー
を受波する探触子１と走査移動位置信号を発信す
る位置検出器５とを一体に有する。探触子で受波
した超音波エコーは超音波探傷器１２に入力さ
れ、欠陥信号を発信する。欠陥信号は、位置検出
器５より発信される位置信号と共に映像制御装置
１３に入力され、前記(2)、(3)式に基く演算が行な
われ、断面画像、平面画像に対する映像信号を出
力し、夫々断面画像表示用モニターテレビ１４、
平面画像表示用モニターテレビ１５に入力され
夫々のCRT上に欠陥断面画像及び欠陥平面画像
が表示される。映像信号は又、プリンタ又はハー
ドコピー１６に入力され、欠陥画像のコピーが作
製される。

圧力容器１０の内表面の欠陥を探傷すべき範囲
は適当な大きさ、例えば100mm×100mmの大きさの
単位領域に分割し、各単位領域には一貫番号が付
せられる。第２図はその一例であり、欠陥の発生
し易い溶接線１７に沿つて両側に単位領域１８が
配列され、各側夫々一貫番号が付せられる。

各単位領域１８は、第３図に示す如く、例えば
一辺が100mmの場合は例えば10mmの間隔の平行線
上を概ねこれと直角に近い角度で交わる如くジグ
ザグ線を画いてハンドスキヤナ１１で走査し、こ
れにより、単位領域はくまなく走査される。ジグ
ザグ線を画く走査方向は、欠陥の延びる方向と
ほゞ直交するように設定することが必要であり、
欠陥の延びる方向が予想できない場合は、本探傷
に先立つて粗探傷を行なつて見当をつけることが
必要である。

第４図ａ，ｂは夫々、100mm×100mmのある単位
領域１８をハンドスキヤナ１１で走査し、得られ
た欠陥平面画像とこれに対応する欠陥実態の一例
である。その中である評価視野１９（この例では
25mm×25mm）で区切つてその画像密度より、あら
かじめ設定された欠陥深さ評価線により欠陥深さ
を評価する。第５図は平面画像の画像密度より欠
陥深さを評価する評価線の一を示す図である。図
中実線Ａは高画度評価線であり、波線Ｂは中感度
評価線である。高感度評価線は、探傷感度をＬ検
出レベルとした場合の評価線であり、中感度評価
線、探傷感度をＭ検出レベルにした場合の評価線
である。この評価線は、あらかじめ、多くの試験
体をＬ，Ｍ両様の検出レベルで検出し、表示され
た単位領為毎に評価視野についての画像密度と欠
陥深さとの関係を第６図に示す如く横軸に欠陥深
さ、縦軸に画像密度をとつた直交座標面に置点
し、実験法の存在範囲と不在範囲の境界線として
求められたものである。図中●はＬ検出レベルで
行なつた実験点、〇はＭ検出レベルで行なつた実
験点である。

第５図を用いる欠陥深さ評価に当つて、各単位
領域における画像密度は10％単位で読み、検出レ
ベルに応じた評価線により欠陥深さを求める。画
像密度の読取りは、評価視野（この例では25mm×
25mm）の枠を透明板に画き、これをCRT又はコ
ピーに表示された平面画像に当てがい手で動かし
て、評価対象部を探し、その位置で枠中の画像濃
度を読取ればよい。この読取りは、枠中の画像の
占める割合を第７図に示す画像密度標準例と比較
的対照して同程度のものを探すことにより、多小
経験すれば必要な精度で容易に読取ることができ
る。なお、画像密度と欠陥深さとの関係は評価線
で与える他、表の形で与えてもよい。

欠陥断面画像の深さと実際の欠陥の深さは欠陥
の発生状況、検出レベル等によつて必らずしも一
致しないことは先に述べた。第８図は多くの欠陥
試験体について、探傷感度を中感度（Ｍ検出レベ
ル）と低感度（Ｈ検出レベル）とに切替えて超音
波探傷を行ない、CRTに断面画像を表示し、画
像深さｂと欠陥深さｄとの関係を横軸に欠陥深さ
ｄ、縦軸ｂを取つた座標面に置点したものの１例
を示す。図中●は中感度の場合の実験点であり、
〇は低感度の場合の実験点を示す。両感度の実験
点は夫々かなりバラついているが、それらの平均
的な直線を引くと中感度の平均線は１点鎖線Ａ、
低感度の平均線は破線Ｂの如くなる。このグラフ
は縦軸の画像深さｂと横軸の欠陥深さｄとは同じ
尺度で示されているから、座標の原点Ｏを通る
45゜直線Ｃはｄ／ｂ＝１の場合を示す。中感度及
び低感度の実験点の平均直線Ａ、Ｂの傾斜より中
感度の場合はｄ／ｂ＝0.6、低感度の場合はｄ／
ｂ＝0.9の関係があることが判る。したがつて、
平均的に云えば、探傷感度が中感度の場合は断面
画像深さに0.6の評価係数を乗じ、低感度の場合
は0.9の評価係数を乗ずることにより欠陥深さを
評価することができる。

上記の平面画像評価法による評価値は過大評価
になる傾向があるのに対して、断面画像による評
価値は平均的な値になることから、両評価法によ
る評価値より最終的評価を行なうことにより確度
が向上する。その場合、両者の差が１mm以下の場
合は大きい方の値を採り、両者の差が１mmを超え
る場合は両者の平均値を評価値とするのが実際的
である。

以上説明した実施例では、探傷走査する単位領
域の大きさを100mm×100mmとし、評価視野を25mm
×25mmとした例を示したが、これらの寸法は必ら
ずしもこの寸法に限るものではない。しかし、実
験結果によれば概ねこの寸法の近傍とした場合、
良好な評価が可能であることが判つた。

効 果 以上の如く、本発明によれば、従来使用されて
いる超音波探傷装置を利用して、従来実用化され
ていなかつた圧力容器及び管類の内面の欠陥、特
にその深さを外部探査により安全側に実用上許容
される精度で評価することができるので、圧力容
器及び内面の検査のため、これらの供用を中断し
て開放する必要がなくなり、検査のための時間と
費用を大幅に低減させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の方法を実施するシステムの一
例の概略構成を示す図式図、第２図は内表面欠陥
外部探傷範囲の単位領域に分割する１例を示す平
面図、第３図は単位領域の走査要領を示す図式
図、第４図ａ，ｂは夫々欠陥平面画像と対応する
欠陥実態の一例を模写して示す平面図、第５図は
平面画像評価法で使用される評価線の１例を示す
グラフ、第６図は上記評価線を求めるための画像
密度と欠陥深さの関係を示す多数の実験点と、こ
れにより決定された評価線を示すグラフ、第７図
は各評価領域の画像密度を読取るための画像密度
標準例を示す図式図、第８図は断面画像評価法に
使用する評価係数を求めるための画像深さと欠陥
深さとの関係を示す多数の実験点とその平均直線
を示すグラフ、第９図は公知の超音波によるコー
ナーエコー法による内面欠陥探傷原理を説明する
図式図、第１０図ａ，ｂは夫々断面画像評価法の
作画原理を示す板断面図及び表示画像正面図、第
１１図ａ，ｂは平面画像評価法の作画原理を示す
同様の図、第１２図は放電加工による人工欠陥を
設けた供試材による各種欠陥深さに対する超音波
探傷断面画像と平面画像の一例を模写して示す図
式図である。 １……探触子（超音波送受波器）、２……板
（圧力容器壁）、３……内面欠陥、５……位置検出
器、１０……圧力容器、１１……ハンドスキヤ
ナ、１２……超音波探傷器、１３……映像制御装
置、１４，１５……モニターテレビ、１６……プ
リンタ、１８……単位領域、１９……評価領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 圧力容器又は管類内表面の欠陥をその外面よ
   り探査する探傷方法において、超音波探触子によ
   り外面より超音波を斜に入射させて走査を行な
   い、その反射波による欠陥信号と上記探触子の走
   査移動による位置信号とより、欠陥探傷平面画像
   を表示手段に表示し、画像中より所定寸法の評価
   視野における画像密度を求め、あらかじめ実験デ
   ータより作成された画像密度と欠陥深さとの関係
   より評価領域の圧力容器又は管類内面の欠陥深さ
   を評価することを特徴とする探傷方法。 ２ 上記の評価視野の寸法が概ね25mm×25mmであ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の探傷方法。 ３ 上記の画像密度は評価視野内画像を標準例と
   対比して10％単位で読取り欠陥深さの評価を行な
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の探傷方法。 ４ 圧力容器又は管類内表面の欠陥をその外面よ
   り探査する探傷方法において、探傷すべき範囲に
   圧力容器又は管類の外面より超音波を斜に入射さ
   せて走査を行ない、その反射波による欠陥信号と
   上記探触子の走査移動による位置信号とより、欠
   陥探傷平面画像と欠陥探傷断面画像とを夫々表示
   手段に表示し、欠陥探傷平面画像中より所定寸法
   の評価視野における画像密度を求め、あらかじめ
   実験データより作成された画像密度と欠陥深さと
   の関係より評価領域の圧力容器又は管類内面の欠
   陥深さを求めこれを欠陥深さ第１評価値とし、上
   記の評価領域の断面画像より最大画像深さを求
   め、検出レベルに応じて予め定められた評価係数
   を乗じてこれを圧力容器内面欠陥深さ第２評価値
   とし、上記の第１及び第２評価値を比較して最終
   評価深さを求めることを特徴とする探傷方法。 ５ 上記画像密度は評価視野内画像を標準例と対
   比して10％単位で読取り欠陥深さの評価を行なう
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
   探傷方法。 ６ 上記の欠陥深さの第１評価値と第２評価値と
   の差が１mm以下の場合は大きい方の値を、両者の
   差が１mmを超える場合は両者の平均値を欠陥の最
   終評価深さとすることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の探傷方法。