JPH0318144B2 - - Google Patents

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JPH0318144B2
JPH0318144B2 JP57154535A JP15453582A JPH0318144B2 JP H0318144 B2 JPH0318144 B2 JP H0318144B2 JP 57154535 A JP57154535 A JP 57154535A JP 15453582 A JP15453582 A JP 15453582A JP H0318144 B2 JPH0318144 B2 JP H0318144B2
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JP
Japan
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angle
axis
inner corner
nozzle
probe
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JP57154535A
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JPS5944651A (ja
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Kenichi Tanimoto
Kazuteru Naruo
Koji Enami
Yoshimichi Yoshida
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Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication of JPS5944651A publication Critical patent/JPS5944651A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating 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
    • G01N29/22Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/26Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor
    • G01N29/265Arrangements for orientation or scanning by relative movement of the head and the sensor by moving the sensor relative to a stationary material
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
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  • Analytical Chemistry (AREA)
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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、斜角法に基づく超音波探傷、殊に2
つの曲面が相交わるコーナ部分の内部欠陥等を調
べる超音波探傷法に関する。
プラント等の圧力容器には各種寸法のノズルが
取付けられている。このノズル内面のコーナ部
は、応力集中が起るなど応力条件が厳しく、安全
上重要な部位であることから、超音波探傷で健全
性を確認している。本体たる圧力容器の形状は一
般に円筒又は球状であるが、ここにパイプ状のノ
ズルが取付けられていることから、コーナ部の形
状は複雑なものとなる。この部分を容器外表面か
ら超音波探傷する場合、超音波を正確にノズル内
面コーナ部に入射する方法が未だ確立されていな
いため、検査員が探触子の首振操作等を広範囲に
わたつて行なう効率の悪い探傷を実施しているの
が現状である。
本発明は、ノズル内面コーナ部の如く2つの管
材が相交わる内面のコーナ部分を外表面から正確
に探傷する方法を確立することを目的とするもの
である。
この目的を達成する本発明のノズル内面コーナ
部の超音波探傷法にかかる構成は、中心軸yを有
し外周半径がRの球殻状又は円筒状の形をもつ本
体部分と前記中心軸yに直交する別の中心軸zを
もつ小径円筒状ノズルとを有する被検体の前記ノ
ズルの内面コーナ部の位置C(xc、yc、zc)を探
傷する超音波探傷法において、次式(1)(2)(3)(4)(5)(6)
(7)で決定される位置(xs、ys、zs)から(8)式で決
定される首振角θで超音波ビームを発射するよう
にしたことを特徴とするもである。
xs=a・zs+b …(1) ys=yc+c(xs−xc)/a …(2) zs= √a2・b2−(1+a2)(b2−R2)−a・b/1+a2…(3
) α=−tan-1(yc/xc) …(4) a=sinα/cosp・tanq+cosα・tanp …(5) b=xc−a・zc …(6) c=cosα/cosp・tanq−sinα・tanp …(7) 但し、上記式において、xc、xs、yc、ys、zs
zsは、中心軸y、zの交点を原点とし、中心軸y
をY軸、中心軸zをZ軸とする直交座標系X、
Y、Z上の座標、角度pは位置Sと内面コーナ部
の位置Cとを結ぶ直線のY−Z平面への投影線が
Z軸となす角、角度qは位置Sと内面コーナ部の
位置Cとを結ぶ直線と、同内面コーナ部の位置C
を通りY軸と平行な軸となす角である。
以下、本発明の構成を図面に示す装置実施例に
基づいて詳細に説明する。
第1図はノズル内面コーナ部を容器外表面から
探傷する場合の説明図であるが、この場合の被検
体1は、円筒体から成る容器本体3に対して円筒
状のノズル2が取付けられたものである。そし
て、ノズル2の内面コーナ部は、ノズル2の中心
線4を中心に軸方向にノズル2を切つた断面にお
いて符号Cで示されている。また、符号Sは内面
コーナ部の位置Cを探傷するための超音波探触子
の位置であり、従つて超音波ビームのパス(路
程)はで表される。
なお、探触子の位置S等を算出するため、第1
図に示すように容器3の中心線5をy軸、ノズル
2の中心線4をz軸、これらの交点を原点10と
してy軸及びz軸にそれぞれ直交する軸をx軸と
する座標系を定める。また、内面コーナ部Cを原
点10にz軸と平行なz″軸及びy軸と平行なy″軸
及びx軸と平行なx″軸をそれぞれ設定する。
いま、内面コーナ部の位置Cに入射する超音波
ビームがy″軸となす角をq、前記超音波ビームの
パスをz″軸とx″軸とを含む平面上に投影した
線分′とz″軸とのなす角をpとした場合、探傷
しようとする内面コーナ部の位置Cの座標(xc
yc、zc)と超音波ビームの方向p、qとを決定し
た時、この超音波ビームのパスは一義的に定
まり、容器3との交点、即ち探触子の位置Sの座
標(xs、ys、zs)が算出されることは、下式によ
り証明される。即ち、 xs=a・zs+b …(1) ys=yc+c(xs−xc)/a …(2) zs= √a2・b2−(1+a2)(b2−R2)−a・b/1+a2…(3
) 但し、α=−tan-1(yc/xc)として a=sinα/cosp・tanq+cosα・tan b=xc−a・zc c=cosα/cosp・tanq−sinα・tanp また、探触子の屈折角θrは超音波ビームのパス
SCと、探触子の位置Sから容器3の中心線5へ
下ろした垂線とのなす角であることから で表される。
従つて、内面コーナ部の位置Cを決定すると共
に角度p,q,θrの内の任意の2つの角度を決定
すれば、探触子の位置Sを決めることができる
が、本実施例では角度p,qを決定して探触子の
位置Sを決めている。
また、超音波ビームの向き(首振角)θは、下
式に示すように、探触子の位置Sと探傷しようと
する内面コーナ部の位置Cとで決めることができ
る。
以上のことから、超音波ビームの入射角が最適
となる、すなわち超音波が欠陥に当たつた場合に
最も反射振幅(エコー)が大きくなるような超音
波の欠陥面の入射状態となるp角及びq角を設定
し、この両角に基づいて探触子位置sと首振角θ
及び屈折角θrを計算により決定して探傷を行なえ
ば、効率良く正確な探傷が可能となる。
このような超音波探傷法を実施する装置の概略
図は第3図に示されるが、この装置は、ノズル2
の周囲に敷設されたレール20の上を移動してノ
ズル中心線4囲りに旋回しつつその旋回角度θm
を出力する移動台車21と、この移動台車21に
可動的に取付けられた探触子ユニツト23及び第
5図に示すように、この探触子ユニツト23の作
動を制御する演算回路26と駆動制御回路27と
から成る。探触子ユニツト23は、アーム22の
先端に首振に可能に取付けられて移動台車21に
載置されている。このアーム22は、ノズル2の
接線方向に図示しない駆動手段によつて摺動し得
る。つまり、移動台車21と探触子ユニツト23
との間の距離L′は可変である。また探触子ユニツ
ト23は、空気又は油圧シリンダの先端部にジン
バル機構を取付けて探触子本体を保持し、被検体
1と探触子間の接触状態を安定に保つように設け
られている。探触子本体は、探傷方法によつて適
宜選択すればよいが、本実施例にあつては第4図
に示すような可変角探触子が採用されている。可
変角探触子は、その側面図である第4図に示すよ
うに、アクリル樹脂等などから成る楔材24に倣
つて移動可能に振動子25が取付けられており、
入射角θiを可変とすることにより被検体1に入る
超音波ビームの屈曲角θrを変える。また、演算回
路26は、移動台車21の旋回移動によつて検出
された旋回角度θmと、探触子ユニツト23の接
線方向移動量、即ち移動台車21と探触子ユニツ
ト23との間の距離L′とを基に探触子ユニツト2
3の位置を算出する回路である。駆動制御回路2
7は、首振角θ′、入射角θiの検出信号と演算回路
26において算出された探触子位置信号を基にあ
らかじめ設定された前記最適のp角,q角及びノ
ズル2および容器3の形状データ等の突合せ比較
することにより、θm、L′、θ′、θiの各偏差値を求
めて各軸を最適値に修正するための駆動信号を出
力するものである。
斯様に構成された超音波探傷装置による探傷方
法は、まず、制御回路27の中に前記最適p角,
q角及びノズル2および容器3の外径および内
径、ノズル2の形状を設定しておく。次いで、 探傷しようとする位置(欠陥位置)6(第2
図参照)を決め、制御回路27中で前述の(1)〜
(3)式及び(8)式、(9)式を用いて前記最適探触子の
位置Sの座標(xs、ys、zs)首振角θ、屈折角
θrを計算する。
ここで、ノズル中心と探触子間の距離LはL
=√s 2s 2と表わされるから、L′=√2
L″2より探触子ユニツト23の接線方向移動量
L′を求め、アーム22の摺動量をコントロール
する。但し、L″は、ノズル中心線4からアー
ム22の軸心までの距離であり、一定である。
また、θs=tan-1(ys/xs)であり、θm′=
cos-1(L″/L)と計算できるので、移動台車2
1の旋回角度θmを θm=θs+θm′を満たすようにコントロールす
る。そして、L、θmを決めることで前記最適
探触子位置Sが決まる。勿論、コントロール前
の探触子位置は、コントロール前の移動台車2
1の旋回角度θm及び接線方向移動量L′に基づ
いて制御回路26で算出されているので、この
値と前記最適位置との偏差値に基づいて移動台
車21及びアーム22を作動させてL、θmを
コントロールすればよい。
次いで、首振角θ′は、θ′=θm′−θと計算で
きるので、この関係を満たすべく探触子ユニツ
ト23を操作してコントロールする。
また、入射角θiはVωを楔24中の音速、
Vmを被検体1中の音速とすれば、θi=sin-1
(Vω/Vmsinθr)と表わされる。そこで振動子25 の操作により入射角θiを変化させて所定の屈折
角θrにコントロールする。
上記〜の操作で、ある欠陥位置に対する
前記最適p角,q角の得られる探作法が実現で
きる。このため、次の欠陥位置を想定し、上記
〜の操作を行なうことにより、順次ノズル
コーナ部を自動的に探傷できる。なお、ここで
は首振を規定するθは、実際は超音波ビームの
方向を示している。容器3の径が大きく、ノズ
ル2の径が小さい時には近似的に上記(8)式のθ
でもよいが、その他の場合には、制御回路内に
補正値をセツトしておき補正する。
また、効率良い探傷法として通常よく実施され
る固定屈折角探傷についても(1)〜(3)式及び(8)式、
(9)式を使つて本発明方法を実施できる。この場
合、制御回路27内には、屈折角θr、ノズル2等
の形状パラメータ、第6図に示すようなp,q角
による検出特性をセツトしておく。そしてこれら
を使い下記のように探傷する。
まず探傷する位置(欠陥位置)6を決める。
屈折角θrは既に決まつているため、p角あるい
はq角のいずれか一方の角を仮定し、他の角を
(1)〜(3)式及び(9)式を用いて求める。この操作を
順次実施しp角およびq角のとりうる値を算出
する。
次にこれらのp角およびq角の時にエコーレ
ベルはいくらになるかを実験により求めた第6
図のようなデータをもとに推定し、最良の検出
性の得られるp角およびq角を選択する。これ
らの操作は制御回路27内で実施する。
p角およびq角が求まつたことから、これが
得られる探触子位置等の設定は上述の可変屈折
角探傷法と同様に実施できる。
以上の説明より明らかなように、本発明によれ
ば、可変屈折角又は固定屈折角の如何を問わず最
適な斜角探傷が可能となると共に、必要以上に探
触子の首振操作を行なう必要もなくなるため、探
傷の効率化並びに精度向上が図れる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ノズル内面のコーナ部探傷法の説明
図、第2図は同法における探触子の向きを示す平
面図、第3図は本発明に係る超音波探傷装置の概
略平面図、第4図は可変角斜角探触子の概略構成
図、第5図は制御回路図、第6図a,bはp角及
びq角とエコーレベルとの関係を示す特性図であ
る。 図面中、1は被検体、2は被検体を構成するノ
ズル(円筒)、3は被検体を構成する容器(本
体)、4はノズルの中心線(軸)、5は容器の中心
線(軸)、6は欠陥位置、10は座標原点、21
は移動台車、22はアーム、23は探触子ユニツ
ト、25は振動子、26は演算回路、27は駆動
制御回路、Cは内面コーナ部の位置、pは位置S
と内面コーナ部の位置Cとを結ぶ直線のy−z平
面への投影線がy軸となす角、qは位置Sと内面
コーナ部の位置Cとを結ぶ直線と、同内面コーナ
部の位置Cを通りy軸と平行な軸となす角、Rは
容器外周面の半径、Sは探触子の位置、θ,θ′は
超音波ビームの首振角、θrは超音波ビームの屈折
角である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 中心軸yを有し外周半径Rの球殻状又は円筒
    状の形をもつ本体部分と前記中心軸yに直交する
    別の中心軸zをもつ小径円筒状ノズルとを有する
    被検体の前記ノズルの内面コーナ部の位置C(xc
    yc、zc)を探傷する超音波探傷法において、次式
    (1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)で決定される位置S(xs、ys、z
    s
    から(8)式で決定される首振角θで超音波ビームを
    発射するようにしたことを特徴とするノズル内面
    コーナ部の超音波探傷法。 xs=a・zs+b …(1) ys=yc+c(xs−xc)/a …(2) zs= √a2・b2−(1+a2)(b2−R2)−a・b/1+a2…(3
    ) α=−tan-1(yc/xc) …(4) a=sinα/cosp・tanq+cosα・tanp …(5) b=xc−a・zc …(6) c=cosα/cosp・tanq−sinα・tanp …(7) 但し、上記式において、xc、xs、yc、ys、zc
    zsは、中心軸y、zの交点を原点とし、中心軸y
    をY軸、中心軸zをZ軸とする直交座標系X、
    Y、Z上の座標、角度pは位置Sと内面コーナ部
    の位置Cとを結ぶ直線のY−Z平面への投影線が
    Z軸となす角、角度qは位置Sと内面コーナ部の
    位置Cとを結ぶ直線と、同内面コーナ部の位置C
    を通りY軸と平行な軸となす角である。
JP57154535A 1982-09-07 1982-09-07 ノズル内面コーナ部の超音波探傷法 Granted JPS5944651A (ja)

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JPS5944651A JPS5944651A (ja) 1984-03-13
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP6826949B2 (ja) * 2017-05-22 2021-02-10 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 超音波検査システム

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4324033Y1 (ja) * 1965-05-24 1968-10-09
JPS528275U (ja) * 1975-07-04 1977-01-20
JPS5213132U (ja) * 1975-07-16 1977-01-29
JPS5419704U (ja) * 1977-07-11 1979-02-08

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