JPH0346070B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種産業用プラント機器および構造
物などの材料欠陥を超音波を用いて非破壊的に検
査する装置、とくに金属材料内部のクリープ損傷
を精度よく検出し得る超音波探傷装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

各種産業プラントの安全性、信頼性、経済性を
向上させるため、稼動中のプラントを構成する機
器、構造物などを非破壊検査し余寿命を予測する
上で重要な役割を果たしてきた従来の超音波探傷
装置は、第６図ないし第８図に示すように探触子
ａから被検査材ｂの板厚方向に超音波ｃを入射
し、被検査材底面ｄから反射したエコーｅ，ｆ、
（ｅは第１回目のエコー、ｆは第２回目のエコー）
が現われる時間差ｇおよび振幅差ｈを計測装置ｉ
を用いてそれぞれ測定し、プラント稼動前、すな
わち新材について同じ検査を行つて得られた時間
差および振幅差のデータg′，h′を用いて音速変化
量ｇ−g′および減衰率変化量ｈ，h′を求め、これ
らの変化量の大きさとクリープ損傷量の対応関係
からクリープの進行状態を把握し、機器などの安
全性を確認するようにしていた。なお、第７図
中、符号ｊは入射される送信波の電気信号を示
す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前述の測定方法によると第８図に示す
ように被検査材底面ｄに腐食または孔食ｋが発生
し板厚が不同になつた場合その影響がエコーｅ，
ｆに強く現われ音速変化量および減衰率変化量の
測定、すなわちクリープ損傷量の推定を困難にす
るなどの問題点があつた。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前述の問題点を解決するためになし
たもので、その目的は、探触子を介して超音波を
発信および受信する超音波送受信器と、該超音波
送受信器から送られた電気信号のうちから一部の
電気信号を取り出すゲート回路と、該ゲート回路
から送られた電気信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換器と、該Ａ／Ｄ変換器から送られたデ
ジタル信号を周波数分析する演算器と、種々のク
リープ量に対応するデジタル波形を記憶した記憶
器と、前記演算器から送られたデジタル波形と前
記記憶器から取り出したデジタル波形を比較する
比較器とを備え、前記ゲート回路のゲート間隔
を、被検査材から反射した第１回目のエコーを受
取つた時点に先行させて設定した超音波探傷装置
によつて達成される。

〔作用〕

材料内部の微小欠陥によつて散乱・反射した音
波をノイズとして検出し、クリープ損傷量との対
応関係からクリープの進行状況を把握するので、
材料の腐食、偏肉などによる悪影響を受けること
がない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。第１図及び第２図は本発明の一実施例を示す
もので、図中、１は被検査材、２は探触子、３は
超音波送受信器、４は超音波送受信器３から送ら
れた、増幅した反射波の電気信号を所定のタイミ
ングで且つ所定の経過時間、すなわち第１回目の
エコーの電気信号ｍ（第２図参照）が現われる時
点７よりｔ＋Δtだけ先行する時点６とΔtだけ先
行する時点６の間をゲート間隔とするノイズ採取
用ゲート回路、８はゲート回路４が取り出した電
気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
で、小さな振幅をもつ数多くの信号の集団である
ノイズ波形を精度よくデジタル化するためサンプ
リング点数を2048点と多くとれるようにしてい
る。９はデジタル化された波形を周波数分析しそ
の結果を記憶器１０および比較器１２に送ると共
にすでに記憶されているデジタル波形を記憶器１
０から取り出して比較器１２に送る演算器、１３
は比較した結果をCRT画面上に画像表示するモ
ニタである。

次に、本装置の作動について説明する。被検査
材１に探触子２を当てると超音波は被検査材１表
面に垂直に伝わつていく。このとき、超音波が結
晶の粒界に当たるとそのエネルギーの一部が散乱
され、探触子２へ戻つてきてノイズ（後方散乱イ
イズ）として現れる。超音波が被検査材１の裏面
（底面）まで到達すると、底面によつて反射して
被検査材１表面まで戻つてくる。ここでその一部
は探触子２内に伝わり第１回目底面エコーとして
観察され、残りは表面で反射して、被検査材１内
部に再び伝わつていき、同様な過程を繰り返す。
いま、内部微小欠陥１４（ヘアクラツクまたはキ
ヤビイテイなど）が存在する被検査材１に超音波
信号ｎが入射すると、この信号ｎの一部は結晶の
粒界並びに内部微小欠陥１４によつて散乱・反射
し、また、残りは被検査材底面１５で反射し、こ
れらは探触子２を通つて電気信号に変換され超音
波送受信器３に送られる。超音波送受信器３は、
第２図に示すように前記散乱・反射した音波ｐを
ノイズとして観測される電気信号ｑに、また底面
１５で反射した音波ｒをエコーとして観測される
電気信号ｍ，ｓにそれぞれ増幅してゲート回路４
に送る。

ゲート回路４は受け取つた各信号ｑ，ｍ，ｓの
うちゲート間隔ｔの間に受け取つた信号ｑすなわ
ちノイズ分だけを取り出してＡ／Ｄ変換器８に送
る。Ａ／Ｄ変換器８は小さな振幅をもつ小さな波
形の集団からなるノイズ信号を正確にデジタル化
するためサンプリング間隔0.1〜1nsで2048ポイン
トデジタル化してこのデジタル化されたノイズ波
形を演算器９に送り、演算器９は受け取つたノイ
ズを周波数分析する。

一方、記憶器１０には、一例として第３図ａ，
ｂに示されるように、被検査材１が健全な状態
（新材）および種々のクリープ損傷状態にあると
きに同じタイミングで採取し且つ周波数分析した
デジタル波形が標本として記憶されており、比較
器１２は、この標本と検出波形を一つ一つ比較し
て検出波形に近似する標本を選び出し、この標本
と検出波形をモニタ１３に画像表示し、検査員は
波形の類似の程度を観察して被検査材１のクリー
プ損傷量を数量的に把握する。なお、比較器１２
には図示しない警報装置が設けてあり、検出波形
が“しきい値”で規定した波形を逸脱した際に警
報を発する。

前述したように、被検査材１がクリープ損傷を
受け、結晶粒界に内部微小欠陥１４が発生してく
ると、超音波はこれらによつても散乱され、結果
として後方散乱ノイズが増加してくるが、以上の
ノイズは底面エコーが現れる以前に探触子２に戻
つてくる。従つて、必ず底面からのエコーより前
の信号を採取しなければならないが、第２回目、
第３回目と反射回数が増えるに従つて、超音波エ
ネルギが減少していくので、第１回目のエコー信
号より先行するものを採取している。

第４回目は、周波数分析して求めたノイズ値と
ステンレス鋼SUS321クリープ破断材の微小き裂
面積率との関係を示すものであり、クリープ損傷
が累積し微小き裂（１結晶粒程度）が増してくる
と、ノイズ値が増加する。この図から、ノイズ値
を計測することによりクリープ損傷量が推定でき
る。

また、第５図ａ，ｂ図にクリープ損傷を受けた
ボイラ主蒸気管を本装置で計測した結果を示す。
図中、き裂位置と矢印した箇所にはわれが発くし
ており、その両サイドは微小き裂が発生している
部分である。本装置で求めたノイズ値は、われの
箇所で大きな値を示し、その位置から離れるにし
たがつて減少していき、健全部である計測位置Ｐ
１およびＰ８でノイズ値は最小となつている。

なお、本発明は前述の実施例にのみ限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて種々の変更を加え得ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上に述べたごとく、本発明は次の優れた効果
を発揮する。

(i) 材料内部の微小欠陥によつて散乱、反射する
音波をノイズとして検出するので、腐食などに
よる板厚変化の影響を受けることなく、クリー
プ損傷量を正確に把握することができる。

(ii) 第(i)項と同じ理由により本装置は厚肉材料の
検査にも幅広く適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の実施例を示し、
第１図は本装置のブロツク線図、第２図は本装置
による測定原理を示す説明図、第３図ａ，ｂは新
材とクリープ破断材（鋳鋼）のノイズを周波数分
析したデジタル波形の一例を示す線図、第４図は
周波数分析して求めたノイズ値とステンレス鋼
SUS321クリープ破断材の微小き裂面積率との関
係を示す線図、第５図ａ，ｂはクリープ損傷を受
けたSUS316鋼主蒸気管のノイズ分析結果を示す
説明図、第６図ないし第８図は従来の装置の測定
原理の説明図である。 図中、１は被検査材、２は探触子、３は超音波
送受信器、４はゲート回路、８はＡ／Ｄ変換器、
９は演算器、１０は記憶器、１２は比較器を示
す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 探触子を介して超音波を発信および受信する
   超音波送受信器と、該超音波送受信器から送られ
   た電気信号のうちから一部の電気信号を取り出す
   ゲート回路と、該ゲート回路から送られた電気信
   号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、該
   Ａ／Ｄ変換器から送られたデジタル信号を周波数
   分析する演算器と、種々のクリープ量に対応する
   デジタル波形を記憶した記憶器と、前記演算器か
   ら送られたデジタル波形と前記記憶器から取り出
   したデジタル波形を比較する比較器とを備え、前
   記ゲート回路のゲート間隔を、被検査材から反射
   した第１回目のエコーを受取つた時点に先行させ
   て設定したことを特徴とする超音波探傷装置。