JPH0253746B2 - - Google Patents
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- JPH0253746B2 JPH0253746B2 JP59208806A JP20880684A JPH0253746B2 JP H0253746 B2 JPH0253746 B2 JP H0253746B2 JP 59208806 A JP59208806 A JP 59208806A JP 20880684 A JP20880684 A JP 20880684A JP H0253746 B2 JPH0253746 B2 JP H0253746B2
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- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
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- G01N29/4445—Classification of defects
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- G01N29/04—Analysing solids
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- G01N2291/2634—Surfaces cylindrical from outside
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は厚肉管の超音波による斜角探傷方法
に関するものである。 〔従来の技術〕 周知のように金属材料中の探傷に用いられる超
音波の代表的波動には縦波と横波があるが、従来
鋼管の探傷方式としてはJISのＧ−0582やＺ−
2344などに定められた横波による超音波斜角探傷
法が多用されていることは良く知られている。 それらの規格においては肉厚と外径の比率（以
下ｔ／Ｄ比と称する）により斜角探触子の屈折角
が定められているが、特にｔ／Ｄ比が20％をこえ
る厚肉鋼管の場合には超音波の屈折の法則
（Snellの法則）から（通常横波斜角探傷に使用す
る屈折角を持つた超音波ビームでは鋼管内面に到
達しない）斜角探傷法では内面にある軸方向の欠
陥（以下内面欠陥と略する。）が検出しにくくな
り安定した探傷が実施不可能なため規定から除外
されていることは「超音波探傷法（改訂新版）」
昭和49年７月30日（日刊工業新聞社）発行〔490
〜493ページ〕や「超音波探傷試験Ａ」昭和49年
５月１日（社団法人日本非破壊検査協会）発行
〔231〜244ページ〕はどにより良く知られた事実
である。 そのため従来からｔ／Ｄ比が20％をこえる厚肉
鋼管の内面探傷に対し種々の提案がなされてき
た。 第７図は厚肉鋼管の内面欠陥の検出方法を示す
説明図、第８図は第７図で説明された検出方法で
の超音波の往復通過率と屈折角との関係を示した
図で、例えば特公昭56−17024号公報に示された
従来の厚肉鋼管の内面欠陥の検出方法を示す図で
ある。 第７図において１は内面欠陥を検出するための
送・受信用探触子、２は肉厚・外径比＝ｔ／Ｄの
大きな被検査鋼管である。 従来の方式においては探触子１から円周方向
に、入射角度αoにて被検査鋼管２へ入射された
超音波ビームは屈折角度θLoの縦波Ｌと屈折角度
θsの横波S′を同時に発生させる。さらに縦波Ｌは
外壁に反射されモード変換により横波Ｓを発生す
る。その横波Ｓは屈折角度θsでの被検査鋼管内面
のＢ点に到達する。 Ｂ点に欠陥があれば欠陥により反射された横波
が入射された経路とは逆の順序で外壁に反射しモ
ード変換されて縦波にて入射点までもどり探触子
１へ欠陥エコーとして入力される。 なお縦波と同時に発生した屈折角度θsの横波
S′はＡ点に到達し欠陥があれば逆の経路にて探触
子１へ欠陥エコーとして戻る。 第８図においてTLは縦波Ｌの往復通過率を入
射角度α及び屈折角度θLoにて示した線図であり
Ｃは図７の方法における有効な探傷範囲を示し、
TSは入射点から直接発生した横波S′の往復通過
率を入射角度α及び屈折角度θsにて示した線図で
ある。縦波Ｌ→横波Ｓ→欠陥の経路での往復通過
率は（TL RL−Ｓ−Ｓ−Ｌ）にて示されており、
被検査鋼管の内面探傷の感度が向上したことを示
している。 しかしながら、従来の方法での範囲で往復通過
率が向上したとは言えるが、一般的に使用されて
いる横波屈折角35〜70度の往復通過率におよばな
いことも事実である。 さらに探傷に使用する屈折角の範囲が15〜31度
とせまいため、鋼管の自動探傷によく用いられる
水浸探傷法などにおいては超音波ビームの被検査
鋼管に対する許容入射角度範囲が約７〜14度と非
常にせまく探傷機構装置の精度維持が困難なため
自動化された例は少ない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の発明により厚肉鋼管の内面欠陥探傷の可
能性が示されたが、主な適用対象であるボイラ
ー・熱交換器用鋼管においては、パイプを圧延し
ながら製造するが圧延比が比較的小さため通常圧
延したままでは外径及び内径の変形度合が大きく
かつ表面も粗い。 したがつてそれらの被検査鋼管に超音波ビーム
を一度外壁に反射させモード変換を行つて探傷す
る従来の探傷法では外壁の影響による超音波ビー
ムの散乱などにより、内面欠陥検出の再現性が著
しく悪化するため内面欠陥の探傷方法として採用
することは困難である。 ころで加工した材料を検査するのでは不合格に
なつた場合のエネルギー・ロスが大きいため加工
前に検査を実施するとが可能な内面欠陥探傷法の
開発が従来から強く望まれていた。 この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、横波の超音波ビームを被検査体の厚
肉管の外面に反射させず、厚肉管の内面に直接入
射させることで厚肉管外径、内径の変形及び表面
の粗さの影響を受けにくくし、かつ高い変換効率
にて入射させることにより、厚肉管の内面に発生
した軸方向欠陥を安定に高感度で検出することを
目的とする。 そのため圧延したままのボイラー、熱交換器用
鋼管などの内面探傷へ超音波探傷法が適用可能と
なつた。 〔問題を解決するための手段〕 この発明に係わる厚肉管の超音波斜角探傷法は
探触子から厚肉管への超音波ビームの入射角度を
往復通過率の良い横波屈折角度θs＝35〜70度の範
囲を用いるよう選択して内面欠陥へ横波の超音波
ビームを入射させることを目的とし、探触子を厚
肉鋼管の軸方向及び、円周方向に傾けて配置す
る。その場合、内面の欠陥が軸方向に延びたスリ
ツト状欠陥の場合には反射した超音波ビームは送
信した探触子には戻らないため内面欠陥より反射
された超音波ビームが外面に到達する場所（幾何
的に定まる）に受信用の探触子を配置し厚肉管の
内面の探傷を行うものである。 〔作用〕 この発明においては探触子から厚肉管へ入射す
る角度と厚肉管内面の欠陥に入射する角度を従来
円周方向のみに与えられていた入射角度以外に軸
方向へも与えることにより探傷に最適な屈折角度
を35〜70度の範囲に設定し内面欠陥へ横波の超音
波ビームを入射する事が可能となつた。 さらに被検査鋼管の外壁に超音波ビームを反射
させる必要がなく、被検査鋼管に起因する外径・
内径の変形及び表面の粗さの影響を受けにくくな
り、従来超音波による内面探傷が不可能だつた圧
延したままのボイラー・熱交換器用鋼管などの内
面探傷へ超音波探傷法が適用可能となつた。 以上の手順で設定された超音波ビームの内面欠
陥への入射角度と同じ屈折角度をもつた斜角探傷
子にて通常のパイプ探傷を実施すれば屈折した横
波の超音波ビームは外面にある軸方向の欠陥に屈
折角度と同じ角度で入射することになり厚肉管の
内・外面の欠陥検査を同一感度（保証レベル）で
Ｓ／Ｎ比の良い探傷が可能となる。 〔実施例〕 第１図は本発明の説明図であり、１は超音波ビ
ームの送・受信用探触子、被検査対象の厚肉管で
ある鋼管（以下被検査鋼管という。）、３は内面欠
陥からのエコーを検出する受信用探触子、４は内
面欠陥、αは探触子１から被検査鋼管２へ入射さ
れる超音波ビームの入射角度、θは被検査鋼管中
の屈折角度、γは内面欠陥４への超音波ビームの
入射角度、Ｌは探触子１及び３の超音波ビームの
入射点間の距離である。 以後本文中で使用する送・受信用探触子１と受
信用探触子２の間隔とは各々の探触子の超音波ビ
ームの入射点間隔と同じとする。 第２図は第１図を被検査鋼管の軸方向から見た
超音波ビームの伝搬状況の概念図で、Ｄは被検査
鋼管２の外径、ｔは肉厚、αLは探触子１から被
検査鋼管２へ入射される超音波ビームの軸方向か
ら見た入射角度、θLは被検査鋼管中の軸方向か
ら見た屈折角度、γLは内面欠陥４への軸方向か
ら見た超音波ビームの入射角度である。 第３図は第１図を被検査鋼管の円周方向から見
た超音波ビームの伝搬状況の概念図で、Ｅ，Ｆは
被検査鋼管２の中心線、αtは探触子１から被検査
鋼管２へ入射される超音波ビームの円周方向から
見た入射角度、θtは被検査鋼管中の円周方向から
見た屈折角度、γtは内面欠陥４への円周方向から
見た超音波ビームの入射角度、βは超音波ビーム
内面欠陥４に入射した位置と被検査鋼管２の中心
点及び中心線Ｅによつて幾何的に定まる角度で一
般的に「内角増加角度」と定義されているもので
ある。 第４図は探触子のアタツチ・メントの材料であ
るアクリルと鋼の超音波の往復通過率と屈折角度
の関係を示したものでありTsは横波の往復通過
率、TLは縦波の往復通過率、αO（TL）は縦波を
発生する入射角度、αO（Ts）は横波を発生する
入射角度、θLOは縦波の屈折角度、θsは横波の屈
折角度、Ｇは本発明の有効範囲である。 第４図にて有効範囲Ｇで示された横波の往復通
過率の大きい範囲（35〜70度）の屈折角度をもつ
た横波は従来の方法ではｔ／Ｄの大きな厚肉鋼管
の内面探傷には使用不可能と考えられていたもの
である。この屈折角を使用し厚肉鋼管の内面探傷
に用いるための手段を以下説明する。 送・受信用探触子１から被検査鋼管２へ送出さ
れる超音波ビームの入射点での垂線に対する入射
角度αは幾何的に２つの成分に分けることが出来
る。１つは第２図における軸方向から見た場合の
αLで示される角度成分で、もう一方は第３図に
おける円周方向から見た場合のαtで示される角度
成分である。 その場合のα、αL及びαtの関係は(1)式にて示
すことが出来る。 tan（α）＝√2（）＋2（）…
…(1) 同様に被検査鋼管中に伝搬する超音波ビームも
軸及び円周方向にそれぞれθL，θtの角度成分を
もつてθの屈折角度にて被検査鋼管内へ放射され
る。 その場合のθ，θL及びθtの関係は(1)式と同様
に(2)式にて示すことが出来る。 tan（θ）＝√2（）＋2（）…
…(2) さらに入射角度αと屈折角度θの間には音波の
屈折の法則により探触子(1)の中にある振動子から
被検査鋼管２へ超音波を効率的に入射するために
用いられるアタツチ・メント、例えばアクリル中
の縦波音速Caと被検査鋼管の鋼中横波音速Csを
用いて(3)式の関係がある。 sinθ＝Cs／Ca・sinα sinθL＝Cs／Ca・sinαL ……(3) sinθt＝Cs／Ca・sinαt ここで一般的に鋼中横波はCs＝3240ｍ／sec、
アタツチ・メントの縦波音速はアクリルの場合
Ca＝2730ｍ／secである。 被検査鋼管中を伝搬する超音波ビームは内面の
欠陥に入射角度γにて入射するがこの場合、軸方
向の入射角度γLは軸方向の屈折角度θLと同一で
ある。 しか、円周方向の角度成分はγtは第３図で示す
ように幾何的にβの角度分だけ円周方向の屈折角
度θtに比べ増加している。この場合超音波ビーム
が内面欠陥に入射する角度は屈折角度よりβの角
度成分だけ増加したと考えることが出来るため、
βは一般的に「内角増加角」と呼ばれている。さ
らに「内角増加角」βは一般的な超音波斜角探傷
法による試験体の内面探傷を行なう場合の制約条
件になつている。 それらの関係を(4)式から(6)式に示す。 γL＝θL ……(4) γt＝θt＋β ……(5) sin（Ct）＝sinθt／（１−2t／Ｄ） ……(6) その場合の内面欠陥入射角度γはγL及びγtを用
いて(7)式にて示すことが出来る。 tan（γ）＝√2（）＋2（） さらに(4)，(5)，(6)式を用いてθLとθtにて表現
すると次式となる。 但しθtは(8)式を満足することが必要である。満
足しない場合超音波ビームは被検査鋼管の内面に
到達しなくなり内面探傷は不可能となる。 sin（θt）≦（１−２・ｔ／Ｄ） (8)式 以上の条件から被検査鋼管中の横波超音波の屈
折角度θ及び内面欠陥への入射角度γは(2)式及び
(7)式により軸方向の屈折角度θLと円周方向の屈
折角度θtを適宜に選択することにより横波による
超音波斜角探傷に最も適した第４図に示した探傷
有効範囲Ｇの屈折角35〜70度を選択することが可
能となる。 このように効率良く被検査鋼管の内面に入射さ
れた超音波ビームは内面欠陥により反射され、欠
陥反射角度γ（軸方向成分γL、円周方向成分γt）
にて外面に向い外面入射角度θ（軸方向成分θL、
円周方向成分θt）にて外面に到達する。その場所
｛送信用探触子１と同一軸上にあり(9)式にて示す
距離Ｌだけはなれている｝に受信用探触子を第１
図に示すように円周方向にαt、軸方向にαLを傾
けて送信用探触子に対向するよう配置することに
より内面欠陥から反射された超音波ビームを効率
良く受信することが可能となる。 Ｌ＝Ｄ×｛cosθt−√（１−２・）2−
2｝×cosθt×tanθL……(9) 先に選択した軸方向の屈折角度θLと円周方向
角度θtにおいて、被検査鋼管の外径と探触子の超
音波ビームの巾の比率が比較的小さい場合は探触
子から送出され拡がつた超音波ビームの一部が軸
方向成分だけでパイプの内面に直接反射し受信用
探触子に進入する透過波が発生する場合がある。 その場合は透過波が伝搬する距離LLと欠陥か
らの反射波が伝搬する距離Luをずらすように考
慮して軸方向の屈折角度θLと円周方向角度θtを
選択する必要がある。LLとLuをもとめる式を
(10)，(11)式に示す。 LL＝２・ｔ／cosθL ……(10) Lu＝Ｄ・｛cosθt−√（１−2）2−
2｝／cos θL……(11) 第１表は本発明による探傷条件を計算した一例
である。
に関するものである。 〔従来の技術〕 周知のように金属材料中の探傷に用いられる超
音波の代表的波動には縦波と横波があるが、従来
鋼管の探傷方式としてはJISのＧ−0582やＺ−
2344などに定められた横波による超音波斜角探傷
法が多用されていることは良く知られている。 それらの規格においては肉厚と外径の比率（以
下ｔ／Ｄ比と称する）により斜角探触子の屈折角
が定められているが、特にｔ／Ｄ比が20％をこえ
る厚肉鋼管の場合には超音波の屈折の法則
（Snellの法則）から（通常横波斜角探傷に使用す
る屈折角を持つた超音波ビームでは鋼管内面に到
達しない）斜角探傷法では内面にある軸方向の欠
陥（以下内面欠陥と略する。）が検出しにくくな
り安定した探傷が実施不可能なため規定から除外
されていることは「超音波探傷法（改訂新版）」
昭和49年７月30日（日刊工業新聞社）発行〔490
〜493ページ〕や「超音波探傷試験Ａ」昭和49年
５月１日（社団法人日本非破壊検査協会）発行
〔231〜244ページ〕はどにより良く知られた事実
である。 そのため従来からｔ／Ｄ比が20％をこえる厚肉
鋼管の内面探傷に対し種々の提案がなされてき
た。 第７図は厚肉鋼管の内面欠陥の検出方法を示す
説明図、第８図は第７図で説明された検出方法で
の超音波の往復通過率と屈折角との関係を示した
図で、例えば特公昭56−17024号公報に示された
従来の厚肉鋼管の内面欠陥の検出方法を示す図で
ある。 第７図において１は内面欠陥を検出するための
送・受信用探触子、２は肉厚・外径比＝ｔ／Ｄの
大きな被検査鋼管である。 従来の方式においては探触子１から円周方向
に、入射角度αoにて被検査鋼管２へ入射された
超音波ビームは屈折角度θLoの縦波Ｌと屈折角度
θsの横波S′を同時に発生させる。さらに縦波Ｌは
外壁に反射されモード変換により横波Ｓを発生す
る。その横波Ｓは屈折角度θsでの被検査鋼管内面
のＢ点に到達する。 Ｂ点に欠陥があれば欠陥により反射された横波
が入射された経路とは逆の順序で外壁に反射しモ
ード変換されて縦波にて入射点までもどり探触子
１へ欠陥エコーとして入力される。 なお縦波と同時に発生した屈折角度θsの横波
S′はＡ点に到達し欠陥があれば逆の経路にて探触
子１へ欠陥エコーとして戻る。 第８図においてTLは縦波Ｌの往復通過率を入
射角度α及び屈折角度θLoにて示した線図であり
Ｃは図７の方法における有効な探傷範囲を示し、
TSは入射点から直接発生した横波S′の往復通過
率を入射角度α及び屈折角度θsにて示した線図で
ある。縦波Ｌ→横波Ｓ→欠陥の経路での往復通過
率は（TL RL−Ｓ−Ｓ−Ｌ）にて示されており、
被検査鋼管の内面探傷の感度が向上したことを示
している。 しかしながら、従来の方法での範囲で往復通過
率が向上したとは言えるが、一般的に使用されて
いる横波屈折角35〜70度の往復通過率におよばな
いことも事実である。 さらに探傷に使用する屈折角の範囲が15〜31度
とせまいため、鋼管の自動探傷によく用いられる
水浸探傷法などにおいては超音波ビームの被検査
鋼管に対する許容入射角度範囲が約７〜14度と非
常にせまく探傷機構装置の精度維持が困難なため
自動化された例は少ない。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記の発明により厚肉鋼管の内面欠陥探傷の可
能性が示されたが、主な適用対象であるボイラ
ー・熱交換器用鋼管においては、パイプを圧延し
ながら製造するが圧延比が比較的小さため通常圧
延したままでは外径及び内径の変形度合が大きく
かつ表面も粗い。 したがつてそれらの被検査鋼管に超音波ビーム
を一度外壁に反射させモード変換を行つて探傷す
る従来の探傷法では外壁の影響による超音波ビー
ムの散乱などにより、内面欠陥検出の再現性が著
しく悪化するため内面欠陥の探傷方法として採用
することは困難である。 ころで加工した材料を検査するのでは不合格に
なつた場合のエネルギー・ロスが大きいため加工
前に検査を実施するとが可能な内面欠陥探傷法の
開発が従来から強く望まれていた。 この発明はかかる問題点を解決するためになさ
れたもので、横波の超音波ビームを被検査体の厚
肉管の外面に反射させず、厚肉管の内面に直接入
射させることで厚肉管外径、内径の変形及び表面
の粗さの影響を受けにくくし、かつ高い変換効率
にて入射させることにより、厚肉管の内面に発生
した軸方向欠陥を安定に高感度で検出することを
目的とする。 そのため圧延したままのボイラー、熱交換器用
鋼管などの内面探傷へ超音波探傷法が適用可能と
なつた。 〔問題を解決するための手段〕 この発明に係わる厚肉管の超音波斜角探傷法は
探触子から厚肉管への超音波ビームの入射角度を
往復通過率の良い横波屈折角度θs＝35〜70度の範
囲を用いるよう選択して内面欠陥へ横波の超音波
ビームを入射させることを目的とし、探触子を厚
肉鋼管の軸方向及び、円周方向に傾けて配置す
る。その場合、内面の欠陥が軸方向に延びたスリ
ツト状欠陥の場合には反射した超音波ビームは送
信した探触子には戻らないため内面欠陥より反射
された超音波ビームが外面に到達する場所（幾何
的に定まる）に受信用の探触子を配置し厚肉管の
内面の探傷を行うものである。 〔作用〕 この発明においては探触子から厚肉管へ入射す
る角度と厚肉管内面の欠陥に入射する角度を従来
円周方向のみに与えられていた入射角度以外に軸
方向へも与えることにより探傷に最適な屈折角度
を35〜70度の範囲に設定し内面欠陥へ横波の超音
波ビームを入射する事が可能となつた。 さらに被検査鋼管の外壁に超音波ビームを反射
させる必要がなく、被検査鋼管に起因する外径・
内径の変形及び表面の粗さの影響を受けにくくな
り、従来超音波による内面探傷が不可能だつた圧
延したままのボイラー・熱交換器用鋼管などの内
面探傷へ超音波探傷法が適用可能となつた。 以上の手順で設定された超音波ビームの内面欠
陥への入射角度と同じ屈折角度をもつた斜角探傷
子にて通常のパイプ探傷を実施すれば屈折した横
波の超音波ビームは外面にある軸方向の欠陥に屈
折角度と同じ角度で入射することになり厚肉管の
内・外面の欠陥検査を同一感度（保証レベル）で
Ｓ／Ｎ比の良い探傷が可能となる。 〔実施例〕 第１図は本発明の説明図であり、１は超音波ビ
ームの送・受信用探触子、被検査対象の厚肉管で
ある鋼管（以下被検査鋼管という。）、３は内面欠
陥からのエコーを検出する受信用探触子、４は内
面欠陥、αは探触子１から被検査鋼管２へ入射さ
れる超音波ビームの入射角度、θは被検査鋼管中
の屈折角度、γは内面欠陥４への超音波ビームの
入射角度、Ｌは探触子１及び３の超音波ビームの
入射点間の距離である。 以後本文中で使用する送・受信用探触子１と受
信用探触子２の間隔とは各々の探触子の超音波ビ
ームの入射点間隔と同じとする。 第２図は第１図を被検査鋼管の軸方向から見た
超音波ビームの伝搬状況の概念図で、Ｄは被検査
鋼管２の外径、ｔは肉厚、αLは探触子１から被
検査鋼管２へ入射される超音波ビームの軸方向か
ら見た入射角度、θLは被検査鋼管中の軸方向か
ら見た屈折角度、γLは内面欠陥４への軸方向か
ら見た超音波ビームの入射角度である。 第３図は第１図を被検査鋼管の円周方向から見
た超音波ビームの伝搬状況の概念図で、Ｅ，Ｆは
被検査鋼管２の中心線、αtは探触子１から被検査
鋼管２へ入射される超音波ビームの円周方向から
見た入射角度、θtは被検査鋼管中の円周方向から
見た屈折角度、γtは内面欠陥４への円周方向から
見た超音波ビームの入射角度、βは超音波ビーム
内面欠陥４に入射した位置と被検査鋼管２の中心
点及び中心線Ｅによつて幾何的に定まる角度で一
般的に「内角増加角度」と定義されているもので
ある。 第４図は探触子のアタツチ・メントの材料であ
るアクリルと鋼の超音波の往復通過率と屈折角度
の関係を示したものでありTsは横波の往復通過
率、TLは縦波の往復通過率、αO（TL）は縦波を
発生する入射角度、αO（Ts）は横波を発生する
入射角度、θLOは縦波の屈折角度、θsは横波の屈
折角度、Ｇは本発明の有効範囲である。 第４図にて有効範囲Ｇで示された横波の往復通
過率の大きい範囲（35〜70度）の屈折角度をもつ
た横波は従来の方法ではｔ／Ｄの大きな厚肉鋼管
の内面探傷には使用不可能と考えられていたもの
である。この屈折角を使用し厚肉鋼管の内面探傷
に用いるための手段を以下説明する。 送・受信用探触子１から被検査鋼管２へ送出さ
れる超音波ビームの入射点での垂線に対する入射
角度αは幾何的に２つの成分に分けることが出来
る。１つは第２図における軸方向から見た場合の
αLで示される角度成分で、もう一方は第３図に
おける円周方向から見た場合のαtで示される角度
成分である。 その場合のα、αL及びαtの関係は(1)式にて示
すことが出来る。 tan（α）＝√2（）＋2（）…
…(1) 同様に被検査鋼管中に伝搬する超音波ビームも
軸及び円周方向にそれぞれθL，θtの角度成分を
もつてθの屈折角度にて被検査鋼管内へ放射され
る。 その場合のθ，θL及びθtの関係は(1)式と同様
に(2)式にて示すことが出来る。 tan（θ）＝√2（）＋2（）…
…(2) さらに入射角度αと屈折角度θの間には音波の
屈折の法則により探触子(1)の中にある振動子から
被検査鋼管２へ超音波を効率的に入射するために
用いられるアタツチ・メント、例えばアクリル中
の縦波音速Caと被検査鋼管の鋼中横波音速Csを
用いて(3)式の関係がある。 sinθ＝Cs／Ca・sinα sinθL＝Cs／Ca・sinαL ……(3) sinθt＝Cs／Ca・sinαt ここで一般的に鋼中横波はCs＝3240ｍ／sec、
アタツチ・メントの縦波音速はアクリルの場合
Ca＝2730ｍ／secである。 被検査鋼管中を伝搬する超音波ビームは内面の
欠陥に入射角度γにて入射するがこの場合、軸方
向の入射角度γLは軸方向の屈折角度θLと同一で
ある。 しか、円周方向の角度成分はγtは第３図で示す
ように幾何的にβの角度分だけ円周方向の屈折角
度θtに比べ増加している。この場合超音波ビーム
が内面欠陥に入射する角度は屈折角度よりβの角
度成分だけ増加したと考えることが出来るため、
βは一般的に「内角増加角」と呼ばれている。さ
らに「内角増加角」βは一般的な超音波斜角探傷
法による試験体の内面探傷を行なう場合の制約条
件になつている。 それらの関係を(4)式から(6)式に示す。 γL＝θL ……(4) γt＝θt＋β ……(5) sin（Ct）＝sinθt／（１−2t／Ｄ） ……(6) その場合の内面欠陥入射角度γはγL及びγtを用
いて(7)式にて示すことが出来る。 tan（γ）＝√2（）＋2（） さらに(4)，(5)，(6)式を用いてθLとθtにて表現
すると次式となる。 但しθtは(8)式を満足することが必要である。満
足しない場合超音波ビームは被検査鋼管の内面に
到達しなくなり内面探傷は不可能となる。 sin（θt）≦（１−２・ｔ／Ｄ） (8)式 以上の条件から被検査鋼管中の横波超音波の屈
折角度θ及び内面欠陥への入射角度γは(2)式及び
(7)式により軸方向の屈折角度θLと円周方向の屈
折角度θtを適宜に選択することにより横波による
超音波斜角探傷に最も適した第４図に示した探傷
有効範囲Ｇの屈折角35〜70度を選択することが可
能となる。 このように効率良く被検査鋼管の内面に入射さ
れた超音波ビームは内面欠陥により反射され、欠
陥反射角度γ（軸方向成分γL、円周方向成分γt）
にて外面に向い外面入射角度θ（軸方向成分θL、
円周方向成分θt）にて外面に到達する。その場所
｛送信用探触子１と同一軸上にあり(9)式にて示す
距離Ｌだけはなれている｝に受信用探触子を第１
図に示すように円周方向にαt、軸方向にαLを傾
けて送信用探触子に対向するよう配置することに
より内面欠陥から反射された超音波ビームを効率
良く受信することが可能となる。 Ｌ＝Ｄ×｛cosθt−√（１−２・）2−
2｝×cosθt×tanθL……(9) 先に選択した軸方向の屈折角度θLと円周方向
角度θtにおいて、被検査鋼管の外径と探触子の超
音波ビームの巾の比率が比較的小さい場合は探触
子から送出され拡がつた超音波ビームの一部が軸
方向成分だけでパイプの内面に直接反射し受信用
探触子に進入する透過波が発生する場合がある。 その場合は透過波が伝搬する距離LLと欠陥か
らの反射波が伝搬する距離Luをずらすように考
慮して軸方向の屈折角度θLと円周方向角度θtを
選択する必要がある。LLとLuをもとめる式を
(10)，(11)式に示す。 LL＝２・ｔ／cosθL ……(10) Lu＝Ｄ・｛cosθt−√（１−2）2−
2｝／cos θL……(11) 第１表は本発明による探傷条件を計算した一例
である。
この発明は以上説明したとおり、探触子を被検
査鋼管の軸方向及び円周方向に傾けることにより
斜角探傷に最適な35〜70度の横波の超音波ビーム
を内面に存在する軸方向の欠陥に入射し従来の方
法より高い感度にて探傷が出来るという効果があ
る。 また被検査鋼管の外面に超音波ビームを反射さ
せる必要が無いため被検査鋼管の内・外径の変形
や表面あらさの影響をうけにくい探傷が出来ると
いう効果がある。さらに内面欠陥への入射角度と
同じ屈折角度を持つ外面探傷専用の探触子を持つ
外面欠陥探傷法と組合せることにより内・外面の
欠陥検査を同一感度（保証レベル）で探傷可能と
なる。 なお上記実施例では厚肉管として鋼管を例に上
げて説明したが、この発明は鋼管に限定されるも
のではない。
査鋼管の軸方向及び円周方向に傾けることにより
斜角探傷に最適な35〜70度の横波の超音波ビーム
を内面に存在する軸方向の欠陥に入射し従来の方
法より高い感度にて探傷が出来るという効果があ
る。 また被検査鋼管の外面に超音波ビームを反射さ
せる必要が無いため被検査鋼管の内・外径の変形
や表面あらさの影響をうけにくい探傷が出来ると
いう効果がある。さらに内面欠陥への入射角度と
同じ屈折角度を持つ外面探傷専用の探触子を持つ
外面欠陥探傷法と組合せることにより内・外面の
欠陥検査を同一感度（保証レベル）で探傷可能と
なる。 なお上記実施例では厚肉管として鋼管を例に上
げて説明したが、この発明は鋼管に限定されるも
のではない。
第１図はこの発明の一実施例を示す概念図、第
２図は被検査鋼管の軸方向から見た超音波ビーム
の伝搬状況の概念図、第３図は被検査鋼管の円周
方向から見た超音波ビームの伝搬状況の概念図、
第４図は横波超音波ビームの屈折角と往復通過率
を模式的に示した図、第５図はこの発明の具体的
実施例の外観図、第６図は円周方向入射角度調整
の原理図、第７図は従来の厚肉鋼管における内面
探傷の原理図、第８図は従来の方法による往復通
過率と屈折角を模式的に示したグラフである。 図において１は送・受信用探触子、３は受信用
探触子である。なお図中同一符号は同一または相
当部分を示す。
２図は被検査鋼管の軸方向から見た超音波ビーム
の伝搬状況の概念図、第３図は被検査鋼管の円周
方向から見た超音波ビームの伝搬状況の概念図、
第４図は横波超音波ビームの屈折角と往復通過率
を模式的に示した図、第５図はこの発明の具体的
実施例の外観図、第６図は円周方向入射角度調整
の原理図、第７図は従来の厚肉鋼管における内面
探傷の原理図、第８図は従来の方法による往復通
過率と屈折角を模式的に示したグラフである。 図において１は送・受信用探触子、３は受信用
探触子である。なお図中同一符号は同一または相
当部分を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 厚肉管に屈折角35〜70度の範囲で入射した横
波の超音波ビームが内面に存在する軸方向の欠陥
に対し入射するように軸及び円周方向に傾けられ
配置された送信用探触子と、内面の欠陥から反射
された超音波ビームを受信するように幾何的に配
置された受信用探触子とにより、横波にて厚肉管
の内面欠陥を探傷することを特徴とする厚肉管の
超音波斜角探傷法。 ２ 内面欠陥探傷での内面欠陥入射角度と同じ屈
折角度になるような探触子により厚肉管表面から
横波を円周方向にのみ斜入射して、この横波によ
り厚肉管の外面欠陥を探傷することを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の厚肉管の超音波斜角
探傷法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208806A JPS6193952A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 厚肉管の超音波斜角探傷法 |
| SU853974449A SU1514252A3 (ru) | 1984-10-04 | 1985-10-03 | Способ ультразвукового контроля толстостенных стальных труб |
| EP85112596A EP0177053B1 (en) | 1984-10-04 | 1985-10-04 | Method of detecting flaws in thick wall steel pipe with ultrasonic angle beam technique and apparatus therefor |
| US06/784,081 US4679437A (en) | 1984-10-04 | 1985-10-04 | Method of detecting flaws in thick wall steel pipe with ultrasonic angle beam technique |
| DE8585112596T DE3582773D1 (de) | 1984-10-04 | 1985-10-04 | Verfahren zur feststellung von fehlern in einem dickwandigen stahlrohr mittels einer ultraschallwinkelprueftechnik und vorrichtung dazu. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59208806A JPS6193952A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 厚肉管の超音波斜角探傷法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6193952A JPS6193952A (ja) | 1986-05-12 |
| JPH0253746B2 true JPH0253746B2 (ja) | 1990-11-19 |
Family
ID=16562427
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59208806A Granted JPS6193952A (ja) | 1984-10-04 | 1984-10-04 | 厚肉管の超音波斜角探傷法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4679437A (ja) |
| EP (1) | EP0177053B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6193952A (ja) |
| DE (1) | DE3582773D1 (ja) |
| SU (1) | SU1514252A3 (ja) |
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