JPH0385442A - 超音波探傷検査方法 - 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、一定の曲率の曲面部を有する部品の超音波探
傷検査方法に関し、更に詳しくは、部品曲面部の曲率中
心軸と探触子の中心軸を偏心させる超音波探傷検査方法
に関する。

（従来の技術〕 鋼材、鋼板、鍛造品等の欠陥検出の検査法として、水浸
式の超音波探傷検査法が行われている。

これらの探傷は被検査体が比較的大型であり、また検出
すべき欠陥も数服以上と大きいため、超音波を送受する
探触子としては、単純な平面振動子で、振動子径の大き
い水浸用探触子が用いられている。また厳しい条件下で
使用される製品に対しては、数１１００１Ｉの欠陥を検
出して信頼性を高めていた。この場合、振動子に凹型の
樹脂レンズを付属したり、振動子自身を凹型に加工した
焦点型の探触子が用いられている。一方、高信頼性が要
求される軸受部材等にセラミックスを用いる研究がなさ
れているが、セラミックスは脆性材料であることから、
これらの欠陥検出のためにより高分解能な検査方法が望
まれていた。このため最近では、セラミックス等の欠陥
検出のために用いられる超音波探傷検査では、従来０．
５〜ｌＯＭＨｚ程度であった探傷周波数を１５〜１００
Ｍ＆という高周波にしたり、コンピューターを併用して
画像処理を行う等欠陥検出の感度や精度を向上させる試
みがなされている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、これらの従来技術は平板や円柱、角柱、円筒と
いった単純な形状の比較的大型の製品に適用され、検出
する欠陥の大きさも端々０．５Ｗ以上で、かつ表面から
敵船以上の深さにある欠陥に限られていた。

これら従来技術で曲率半径が１０ｍｍ以下の製品で表面
及び表面近傍の欠陥を探傷すると、発信された超音波が
製品の表面で散乱、反射すると共に伝播された超音波は
複雑に屈折してしまい到底検査できるものでなかった。

近年開発されつつある軸受用のセラミックボールやエン
ジン、ガスタービン用のセラ貴ツタ部品ではこのような
小さい曲率を持つ部品が多くあり、特にこれらの部品の
微小な欠陥を検出する検査方法の確立が望まれている。

発明者らは、超音波探傷検査法において、種々の探触子
により曲率半径が比較的小さく数Ｌｏａｍ以下の曲面を
有する部品について実験検討した結果、本発明に至った
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、該曲面部の曲率中心軸と探触子の中心
軸を偏心させ超音波の屈折角が９０度となるようにする
と共に、該曲面部と同種の曲面を有し、その曲率半径が
該曲面部の曲率半径の１．０〜３．０倍である探触子先
端部を含む探触子を用いることを特徴とする超音波探傷
検査方法が提供される。

本発明の方法は、被検査体の曲面に合せた探触子、例え
ば、被検査体が球面であれば被検査体に対面する探触子
先端部即ち音響レンズまたは振動子が球面である探触子
、被検査体が円筒面であれば探触子先端部である音響レ
ンズまたは振動子が円筒面である探触子を用いて超音波
検査を行うことにより、超音波を集中的に探傷面に入射
させ、曲率半径が数１０ｍｍ以下の曲面を有する被検査
体内の欠陥を検出することができるものである。

本発明で用いる探触子について第１図に基づき説明する
。第１図は本発明で用いる探触子及び曲面部を有する被
検査体と探触子との関係を示す概念的な説明図である。

なお、探触子先端部とは上記したように、振動子または
音響レンズをいう。

第１図（ａ）において、被検査体２に対面する探触子１
の探触子先端部を、被検査体の曲面と同種の曲面例えば
球面とし、該先端部の曲面の曲率半径ｒを、被検査体２
が有する曲率半径Ｒの１．０〜３゜０倍、好ましくは１
．５〜２．５倍となるように形成する。該先端部曲率半
径ｒが、該被検査体曲率半径Ｒの１．０倍より小さい場
合には、超音波の被検査体の表面近傍での散乱が大きく
、ノイズエコーが増加し欠陥検出能力が悪くなる。また
３、０倍を超えると超音波の収束が悪くなるため、音圧
が高くならず欠陥の検出能力が悪くなる。

更に本発明で用いる探触子は、第１図（ｂ）または（Ｃ
）に示すように、探触子１はダンパー３内を経て超音波
送受機に接続するコネクター７からのリード線４に結合
した振動子５を有し、被検査体に対面する探触子先端部
は、振動子５に密接した音響レンズ６または振動子５自
体となる。本発明では、音響レンズ６または振動子５を
被検査体２の曲面に合せ、曲面の種類及び曲率半径を設
定し、相当する曲面に形成して探触子に用いることがで
きる。

本発明の超音波探傷検査方法においては、被検査体が有
する曲面部の曲率中心軸と上記したような探触子の中心
軸を偏心させ、超音波の屈折角が９０度となるように調
整して検査する。

例えば、第１図（ｄ）に示すように探触子１の中心軸の
偏心１ｘとし、超音波探傷検査装置を設置する液体例え
ば水中における超音波横波音速をｖＬ（ｍ／５ｅｃ）と
し、被検査体２例えば曲率半径Ｒ（ｍｍ）のセラミック
ボール中の超音波縦波音速をＶＢ（ｍ／５ｅｃ）　とす
ると、偏心１ｘは下記（１）式により算出できる。

Ｘ＝Ｒ’ＶＬ／ＶＢ　　”’（１） 本発明は、上記のような構成の超音波による探傷検査方
法であって、曲面部特に１０ｗ以下の曲面を有するセラ
ミックス等の構造部材部品の微小な欠陥を精度よく検出
することができる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例について図面を参照にして詳し
く説明する。但し、本発明は、本実施例に限定されるも
のでない。

実施例１ 第２図は本発明の超音波探傷検査方法の一実施例を示す
説明図である。

原料中に樹脂製粒子を混入することにより、内部に直径
５０．１００．３００．５００μｍの空孔を含む直径１
０及び２０ｎ＋ｍの窒化珪素製セラミックボール計８種
類を用意した。第２図ににおいて、まず水槽１４中に設
置した手動でボールを自由に回転できるようにした保持
具８にセラミックボール２をセットした。つぎに探傷周
波数５０Ｍ止で探触子先端部の振動子面が曲率半径７．
５１ｍの凹球面である探触子１を探触子保持具９にセッ
トし、セラミックボール２と探触子の中心軸の偏心量を
直径１０飾の場合は、１．３　ｔｒｒｍ、直径２０ｍｍ
の場合は、２．６ｒＩＩｆｎとし、超音波の屈折角が９
０°となるようにして、更に探触子の振動子とセラミッ
クボール表面との距離を探触子の曲率半径と同一の７．
５　ｍｍになるように、探触子保持具９を調整した。ま
た探触子１は水槽外においた超音波送受信機１０に高周
波ケーブル１１を介して接続した。

さらにセラくツクボール２より反射してくる超音波エコ
ーを観察するために、オシロスコープ１２を超音波送受
信機１０に高周波ケーブル１３を介して接続した。この
ようにした状態でオシロスコープにてエコーを観察しな
がらセラミックボール２を手動にて回転させた。セラミ
ックボール２の全面を観察した後、セラミックボールを
交換することを繰り返し、全部のセラミックボールを検
査したところ、直径１０ｍｍのボールについてはすべて
の欠陥を検出できたが、直径２０ｍのボールでは直径５
００ｔ！ｍ（φ）の欠陥のみしか検出できなかった。

つぎに探触子を探傷周波数５０ＭＨｚで振動子面が曲率
半径１５ａｍの凹球面である探触子に交換し、振動子と
セラミックボール表面との距離を１５ｍｍとして同様の
実験を行ったところ、直径２０閣のボールではすべての
欠陥を検出したが、直径１０圓のボールでは直径５０μ
ｍ（φ）の欠陥は検出できなかった。

比較例１ 探触子を探傷周波数５０ＭＨｚで振動子径５ｍ＋＋＋の
平面振動子である探触子に交換し、実施例１と同様に実
験を行ったところ直径１０及び２０ｍｍの両方のボール
ともいずれの欠陥も検出できなかった。

結果を表１にまとめて示した。

（以下、余白） 表 実施例２ 第３図（ａ）は本発明の超音波探傷検査方法の他の実施
例を示す説明図、第３図中）は第３図（ａ）のａ　−ａ
”における円筒試験体と探触子との配置関係を示す横断
面図である。

成形特に内部に直径５０．１００，３００．５００μｍ
の樹脂製粒子を配置し、人工的に空孔欠陥を内在させた
直径６．１０．２０ｍｍで長さ各５０ｍｍに窒化珪素製
円筒試験体３本を用意した。第３図（ａ）において、先
ず水槽１４中に置いた水平方向に自由に回転できる保持
具８に円筒試験体２′をセットし、回転に対する円筒試
験体２゛の偏心量が０．１ｍｍ以下になるように保持具
８を調整した。

次に探傷周波数５０ＭＨｚで探触子先端部の振動子面が
曲率半径１５ｍｍの凹円筒面である探触子１を探触子保
持具９にセットし、第３図（ｂ）に示したように円筒試
験体２°に対して探触子１の振動子面１４の曲面が試験
体２′の円筒面と方向が一致するようにし、円筒面の中
心軸と探触子の振動子の中心軸との偏心量を１．３Ｍと
し、超音波の屈折角が９０°となるようにして、更に振
動子面と試験体の円筒表面との距離が振動子面の曲率半
径１５飾と同一となるように探触子保持具９を調整した
。

また探触子１は水槽外においた超音波送受信機１０に、
高周波ケーブル１１を介して接続し、さらに円筒試験体
２′より反射してくる超音波エコーを観察するために、
オシロスコープ１２を超音波送受信機１０に高周波ケー
ブル１３を介して接続した。このようにした状態でオシ
ロスコープ１２にてエコーを観察しながら、円筒試験体
２゛を手動にて回転させた。円筒試験体２′の全面を観
察した後、円筒試験体を交換することを繰り返し、３個
の円筒試験体を検査したところ、直径６ａｉの試験体で
は直径５００μｍの欠陥しか検出できなかったのに対し
、直径１０ｍｍの試験体に対しては直径１００μｍ以上
の欠陥を、直径２０ｍｍの試験体ではすべての欠陥を検
出することができた。

次に、探触子を探傷周波数５０ＭＨｚ、振動子径５ａ＋
で振動子面が曲率半径７．５１１ＩＩ１１の凹円筒面で
あるものに交換し、振動子面と円筒試験体２′表面との
距離を７．５ｍとして同様の実験を行った結果、直径６
及び１０閣の試験体では全ての欠陥を検出したが、直径
２０閣の試験体では直径３００μｍ（φ）以上の欠陥し
か検出できなかった。

また探触子を探傷周波数５０ＭＨｚ、振動子径５鴫で振
動子面が曲率半径１０ｍｍの凹球面である探触子に交換
し同様の実験を行った結果、直径２０服の試験体で直径
５００μｍの欠陥を検出したが、他の直径６及び１０ｍ
ｍの試験体ではいずれの欠陥も検出できなかった。

比較例２ 探触子を探傷周波数５０ＭＨｚで振動子径５ｍｍの平面
振動子である探触子に交換し、実施例２と同様にして実
験を行ったところ、直径６．１０．２０１ｍ１１のすべ
てにおいて、いずれの欠陥も検出できなかった。結果を
表２にまとめて示した。

（以下、余白） 表 〔発明の効果〕 本発明の方法によれば超音波探傷検査において、被検査
体の曲面部の曲率中心軸と探触子の中心軸を偏心させ、
超音波の屈折角が９０度となるようにすると共に、被検
査体の曲面と同種の曲面を有し、その曲率半径が被検査
体の曲率半径の１．０〜３．０倍、好ましくは１．５〜
２．５倍である先端部を含む探触子を用いることにより
、直径数十間以下の曲面を有する被検査体内の微小欠陥
を検出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる探触子及び曲面部を有する被検
査体と探触子との関係を示す説明図である。第２図は本
発明の超音波探傷検査方法の一実施例を示す説明図、第
３図（ａ）は本発明の超音波探傷検査方法の他の実施例
を示す説明図で、第３図（１））は第３図（ａ）のａ−
ａ’における円筒試験体と探触子との配置関係を示す横
断面図である。 １・・・探触子　　　　　２・・・被検査体２°・・・
円筒試験体　　３・・・探触子ダンパー・・・リード線
　　　　５・・・振動子・・・音響レンズ　　　７・・
・コネクター・・・保持具　　　　　９・・・探触子保
持具０・・・超音波送受信機 １及び１３・・・高周波ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）曲面部の超音波探傷検査において、該曲面部の曲
   率中心軸と探触子の中心軸を偏心させ超音波の屈折角が
   ９０度となるようにすると共に、該曲面部と同種の曲面
   を有し、その曲率半径が該曲面部の曲率半径の１．０〜
   ３．０倍である探触子先端部を含む探触子を用いること
   を特徴とする超音波探傷検査方法。