JPH0326958A - 管体の超音波探傷方法 - 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、二重透過法を用いて母材表面に金属，セラミ
ックス等の各種被膜材料を被覆した表面改質鋼管や２種
類以上の材料等をはり合わせたクラッド鋼管等における
被膜材や被膜境界面に生ずる剥離性欠陥，腐蝕孔等の異
含部分を検出する管体の超音波探傷方法に関する。

〔従来の技術〕

この種の表面改質鋼管は、母材表而となる母村内面或い
は母材外面にプラズマ溶Ｉ１Ｌ　イオンブレーディング
等を用いて各種機能材料の被膜を施したもので、その披
膜厚さは数ｐｒｗＬから数百，ｘｍと極めて薄い。一方
、クラッド鋼管は各種圧延法によって複数の材料をはり
合せて製造するが、そのａぜ材の厚さは非常に薄いもの
から厚いものでも数１程度である。

従来、以上のようにクラソド合せ材を含む薄い被膜材自
身のほか、この被膜材と母材との境界面に生ずる欠陥等
による異常部分を検査する場合には垂直超音波探傷方法
が用いられているが、この探傷方法では特に外面披換の
場合には母材の境界面欠陥からの反射波（以下、欠陥波
という）と表面からの反射波、内面被膜の場合には同じ
く境界面欠陥波と底面からの反射波（以下、底面波とい
う）を分離するのが難しい。そこで、この探傷方法では
底面波の欠陥による減衰を検出する底面波高値法を併用
することもａるが、例えば境界而に生ずる剥離性欠陥の
ような異常部分の場合には欠陥波ε底面波との波高値の
挙動が相反する関係にあることから同様に両波の分離検
出が困難であり、仮に異営部分があっても検査周辺部と
殆んど変らない検出結果が得られるためにむしろ健全と
誤認する場合が多い。

そこで、近年，以上のような不合理な問題を改連するた
めに、二重透過法を用いた超音波探傷方法が用いられて
いる。この探傷方法は、第５図（ａ）（Ｊ．　　クラウ
トクレーマー／Ｈ．　　クラウトクレーマー著「超音波
試験技術一理論と実際一」（社）日本能率協会Ｐ　３　
５　３．図２２．１０参照）に示す如く、超音波探触子
１から送信された超音波を水中に没した被検査板材２に
垂直に透過した後、この被検査板材１の裏面側に所定の
距離をＨして配置された反射材３で反射されて再度彼検
査板材２を透過して得られる二重透過波を検出する方法
である。第５図（ｂ）は同図（ａ）の探傷方法を用いた
ときの探傷波形であって、ＲＥは被険査板材２を２度透
過した得られた二重透過波である。

この探傷方法では、超音波探触子１から送信された超音
波は例えば被膜境界面に欠陥部分が存在すればその欠陥
部分の寸法に応じて減衰するので、二重透過波はその分
だけ二度減衰することになる。

従って、二重透過波の超音波を測定することにより、健
全部との差異に基づいて欠陥部の検出が可能となる。し
かし、第５図（ｂ）に示す如く被検査板材２が比較的薄
い例えば被膜材等の場合にはその被検査板材２の表面波
および底面波の繰返しによる多重反射波ＺＥ・・・が発
生するが、この多重反射波ＺＥは二重透過波ＲＥのみを
分離独立して抽出するときには妨害波となり、そのうち
特，に底面多重波はＲＥの直前まで発生する。そこで、
披険査板材２を第５図（ｃ）に示す如く探触子面に対し
若干傾きをもたせて配置し、多重反射波ＺＥを図示矢印
で示すように散乱させることにより、二重透過波ＲＥの
みを受信検出する工夫がなされている。同図（ｄ）は同
図（Ｃ）の探傷方法を用いたときの探傷波形を示す図で
ある。

ところで、この二重透過法は、薄鋼板，ＦＲＰ専の板材
に適用例をみるものの、管体に関する限り管体内部に反
射板を配置しなければならず、未だ適用例をみないもの
である。

しかし、仮に被検査管体に二重透過法を適用するとすれ
ば、従来のａｌ傷方法に従うと第６図のような配置横或
となることが考えられる。なお、同図は、単純化のため
超音波探触子１による超音波入射点を管天頂に配置した
が、実用的には水中の気泡の集結による疑似欠陥信号の
発生防止を考慮して天頂を外すことが考えられ、また被
検査管体４として例えば表面改質鋼管４ａを用い、かつ
、管内表面に被膜材４ｂを施した例を示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、被検査管体４の探傷方法に二重透過法を
適用した場合、種々の要因の減衰から二重透過波６の感
度の確保が問題となってくる。すなわち、域衰要囚を挙
げれば、超音波探触子１から反射板折逗しによる超音波
ビーム路工程の減衰ａ１このうち特に底面波高値法との
比較によれば管内而以降の往復路程の増大による減衰ａ
′がある。さらに、管外表面入射時の曲面による散乱し
１肢膜材５の境界面での反射Ｃ１管内面（底面）での反
射ｄ，反射板３での反射率に関する損失ｅ等がある。特
に、管体であるが故に、ｂ，ｃ，ｄの要因による感度上
の損失が大きい。

そこで、超音波探触子１を用いた探傷器の感度（ゲイン
）を上げる必要があるが、この場合には第７図に示す如
く管内面の反射ｄによる第４次底面波Ｂ４が問題となっ
てくる。つまり，底面波Ｂ４は真に底面反射による反射
波と被膜材４ｂ中で反射を繰返す多重反射波とから成る
が、この底面波Ｂ４の中に二重透過波Ｔを得ることにな
り、底面波Ｂ４の前記多重反射波と二重透過波Ｔとが重
なることになる。この点では第５図（ｂ）に示すＺＥと
ＲＥと同様な関係となり、二重透過波Ｔの分離・抽出の
妨害となり、欠陥検出精度を著しく妨害することになる
。よって、板材の場合には第５図（ｃ）の工夫が可能で
あるが、管体４に適用する場合にはそれも不可能である
。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、二重透過波
を比較的感度良く検出でき、しかも二重透過波を安定的
に分離・抽出することにより、欠陥評価の１８１！Ｊ性
を高めうる管体の超音波探傷方法を提供することを目的
とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するために、被検査管体の管紬
と垂直をなすラインから所定距離偏芯させて超音波探触
子を配置するとともに、前記被検査管体内部に配置され
る反射板の反射板面と前記超音波探触子面とを相対的に
所定の角度の傾きをもって配置する構成である。

〔作用〕

従って、本発明は以上のような手段を講じたことにより
、超音波探触子から送信された超音波は探触子の偏芯に
よって被検査管体を斜め方向に透過した後、ある角度を
もって反射板に入射し、ここで反射されて再度被検査管
体を透過して被検査管体外に出てくる。このとき、超音
波探触子から送信された超音波は前述した如く被検査管
体を斜め方向に透過するので、被検査管体の底面波およ
び被膜材の境界面反射波は曲面反射によって大きく逸路
する。一方、被検査管体を透過して反射板に入射する超
音波の透過波はある角度をもって反射板に入射するが、
この反射板の反射板面を被検査管体からの透過波に対し
垂直になるように配置すれば，つまり反射板面をある角
度だけ傾きをもたせれば、反射板からの超音波は垂直折
返しの反射により送信された超音波の伝播経路と同一の
経路を通って再度被検査管体を透過するので、最強の二
重透過波を得ることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例として例えば表面改質鋼管の内
面に被膜材を施してなる被検査管体の超音波探傷方法に
ついて図面を参照して説明する。

先ず、各構成要素は次に述べる手順にしたがって第１図
に示す如く設定する。

（１）　超音波探触子１は被検査管体４の天頂，つまり
被検査管体４の中ノじ目−線（ｙ輌線）と垂直をなす方
向の軸線（２軸線）上に所定の水距離Ｗを有して設定す
る。この水距離Ｗは使用する超音波探触子１の焦点距離
等によって決定される。このとき、反射板３はほぼ水平
位置にある。

（２）　また、超音波探触子１は被検査管体外表面から
の反射波である表面波の波高値が最大となるように前記
ｙ軸およびｚ軸に対してそれぞれ垂直となるＸ軸に関す
る［１整を行う。このときの超音波探触子１の位置がＸ
輪原位置，つまりｘ　−０となる。

（３）　次に、前記２軸線から左右何れかのＸ方向に所
定の距離ΔＸだけ平行移動して偏芯させる。

その後、必要に応じて超音波探触子１を２方向に移動さ
せて前記（１）項で説明した水距離Ｗに合わせる。この
操作は探傷波形上，前記（１）項での表面波の時間軸上
での起点に一致するようにして行う。

（４）　さらに、探傷波形上の二重透過波をみながら、
その波高鎧が最大となるように反射板３を回転させるこ
とにより、反射板３を最適な傾き角度θに設定する。

第２図は超音波探触子１から送信された超音波の伝播挙
動をシュミレーションした図である。このシュミレーシ
ジン結果は探触子１の偏芯距離ΔＸにより変化するもの
であるが、二重透過波の実用的な感度獲得のためにはΔ
Ｘには最適距離が存在する。このシュミレーション結果
からも明らかなように、二重透過波抽出の妨害となる底
面波Ｂは超音波探触子１の受信経路より著しく逸路，散
乱するに対し、二重透過波Ｔはむしろ超音波探触子１の
方向へ屈折する。従って、超音波探触子１の偏芯距離と
反射板３の回転角度との調整により底面波Ｂを抑制し、
二重透過波Ｔを相対的に大とすれば、すなわちＴ／Ｂを
増大することができる。

ちなみに、第３図は超音波探触子１の偏芯距離ΔＸに対
する底面波Ｂ３（３次）．Ｂ４（４次）と二重透過波Ｔ
との各波高値の関係を示す図であるが、同図から明らか
な如く偏芯距離ΔＸが例えば３ｌ一を越えると底面波Ｂ
３，Ｂ４が急激に低下し、これに対して二重透過波Ｔの
低下は緩やかである。特に、偏芯距離ΔＸが小さいとき
には底面波Ｂ３，Ｂ４の波高値が二重透過波Ｔの波高鎧
よりも高いが、偏芯距離ΔＸが３■に達すると相対波高
値が逆転し底面波Ｂ３，Ｂ４が極端かつ急激に低下して
消去するに至る。一方、二重透過波Ｔは偏芯距離ΔＸが
大きくなるにしたがって多少なり乙も減衰するので、二
重透過波Ｔの絶対的感度を獲得する観点から偏芯距離は
一定限度内に選定される。

そこで、以上のようにして超音波探触子１および反射板
３を設定し終えたならば、被検査管体４の欠陥の有無お
よび欠陥の大きさ等について探傷を行う。すなわち、超
音波探触子１から送信された超音波は２軸線と平行な方
向を経て被検査管体４に入射するが、このとき超音波探
触子】の偏芯により入射方向に対しある傾きをもって被
検査管体４を透過する。この被検査管体４を透過する超
音波は被膜材４ｂの境界面で反射して被膜材４ｂの境界
面反射波Ｉが発生し、また被検査管体４の底面，つまり
被膜材４ｂの底面部から被検査管体底面波Ｂが発生する
。この境界面反射波Ｉおよび底面波Ｂは曲面反射となる
ので、本来の透過波Ｔと比べて大きく逸路する。

一方、被検査管体４を経て出力された透過波Ｔは彼検査
管体４の透過進行方向と異なる方向に進行し、予めθな
る頼き角度をもつ反射板３に垂直に入射して反射される
。従って、反射板３で反射された透過波Ｔは再度被検査
管体４内の同一経路を通って透過した後、２紬からΔＸ
だけ離れた位置より２袖方向に出力するので、この二重
透過波を超音波探触子１で受信することができる。

次に、被検査管体４のある位置の測定が終了すると、引
き続き、被検査管体４を所定角度だけ回転させて同様の
検査を実行し、これを一回転するまで行う。さらに、超
音波探触子１の超音波有効ビームに相当する量だけ被検
査管体４をｙ軸方向に移動し、前述と同様に彼検査管体
４を回転させ紅から検査を行うこεにより、被検査管体
４の全而全長にわたって超音波探傷を行う。

従って、以上のような実施鍔によれば、超音波探触子１
を被検査管体４の中心軸線と垂直をなす軸線から所定距
離偏芯させて配置することにより、被検査管体４を透過
する透過波は被膜材４ｂの境界部および被検査管体４の
底面で曲面反射するので、二重透過波の伝播経路から大
きく逸路させて散乱させることができ、ひいては二重透
過波Ｔを確実に分離，抽出できる。第４図は超音波探触
子２および反射板３を最適設定したときの探傷波形を示
す図であるが、この図から二重透過波Ｔの抽出妨害とな
る底面波Ｂ３，Ｂ４が殆んど完全に消去され、第７図と
比較しても格段に底面波の消去効果の高いことが分る。

また、本方式では超音波探触子面と平行関係にある反射
板３を所定角度傾けることにより、透過波の垂直折返し
反射が適切に機能し、前記超音波探触子１の偏芯距離の
設定を含めて，二重透過波Ｔを感度良く受信できる。

なお、上記実施例では被検査管体４の母材として表面改
ｉ鋼管を用いたが、クラッドｊ′！４管その他被模材４
ｂを施した種々の管体について適用できる。また，被膜
材４ｂは管内表面だけでなく、管外表面に施しても適用
可能である。さらに、上記実施例では被検査管体４を回
転．かつ，移動させるようにしたが、この走査方法に限
るものではない。例えば被検査管体４を回転し、かつ、
超音波探触子１をｙ軸方向に移動することにより、スバ
イラル走査によって超音波探傷を行ってもよい。

その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、二重透過波を比較
的感度良く検出でき、しかも二重透過波を安定的に分離
・抽出することにより、欠陥評価の信頼性を高めるここ
ができる。特に、鋼管製品は、用途上，高温２高腐蝕等
使用条件の苛酷な環境で使用することが多く、そのため
に激しい品質要求がなされるが、本探傷方法を適用すれ
ば高精度かつ信頼性の高い二重１！ｉ適法を実現でき、
ひいては上記要求品質の鋼管を生産することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

１ｍ１図ないし第４図は本発明に係わる管体の超音波探
傷方法を説明するために示したもので、第１図は本発明
方法の一実施例を説明する超音波探触子および反射板の
配置構成例を示す図、第２図は超音波探触子の偏芯距離
と被検査管体底面波反射方向を示す図、第３図は超音波
探触子の偏芯距離に対する底面波と二重透過波との波高
値の関係を示す図、第４図は超音波探触子および反射板
を最適設定したときの底面波と二重透過波とのレベル波
形図、第５図ないし第７図は従来方法を説明するために
示した図であって、第５図（ａ）は二重透過法を用いて
被検査板材を平行に配置したときの図、第５図（ｂ）は
同図（ａ）による検査による得られた波形図、第５図（
ｃ）は被検査板材を傾斜させたときの図、第５図（ｄ）
は同図（Ｃ）による検査による得られた波形図、第６図
は仮想的に管体に適用したときの超音波探触子と反射板
との関係図、第７図は第６図の配置横或としたときの底
面波と二重透過波とのレベル波形図である。 １・・・超音波探触子、３・・・反射板、４・・・被検
査管体、４ａ・・・表面改質鋼管、４ｂ・・・被膜材、
Ｔ・・・二重透過波、Ｉ・・・境界面反射波、Ｂ・・・
被検査管体底面波。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 二重透過法を用いて被検査管体の欠陥を検査する管体の
   超音波探傷方法において、前記被検査管体の管軸と垂直
   をなすラインから所定距離偏芯させて超音波探触子を配
   置するとともに、前記被検査管体内部に配置される反射
   板の反射板面と前記超音波探触子面とを相対的に所定の
   傾斜角度をもって配置し、前記超音波探触子から前記被
   検査管体を透過する前記超音波の透過波のうち少なくと
   も被検査管体底面では曲面反射させて前記二重透過波か
   ら逸路する如く反射させ、かつ、前記被検査管体からの
   透過波を前記反射板で垂直に反射することを特徴とする
   管体の超音波探傷方法。