JPH05288728A - 超音波音速測定装置 - Google Patents

超音波音速測定装置

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JPH05288728A
JPH05288728A JP4084400A JP8440092A JPH05288728A JP H05288728 A JPH05288728 A JP H05288728A JP 4084400 A JP4084400 A JP 4084400A JP 8440092 A JP8440092 A JP 8440092A JP H05288728 A JPH05288728 A JP H05288728A
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Ichiro Furumura
一朗 古村
Satoshi Nagai
敏 長井
Taiji Hirasawa
泰治 平澤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検体の材質劣化を自動的にして的確に測定
するにあたり、被検体に伝わる超音波の音速を求めるこ
と。 【構成】 プローブの送信子からの超音波を第1、第2
受信子がそれぞれ受け、受けた時間差を求める時間差演
算部と、時間差演算部からの出力にもとずいて被検体の
表面波音を算出する音速演算部と、算出した表面波音速
をディスプレーする表示装置とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えば火力、原子力
等発電用であって、超高温蒸気を扱う蒸気タービンの、
その部材の経年材質劣化を、超音波でモニタリングする
超音波音速測定装置にかかり、とりわけ、受信波の時間
的遅れ要素を取り入れて被検体の表面波音速を的確に検
出する超音波音速測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、蒸気タービンのロータ、ケーシ
ング、あるいは原子力発電の圧力容器などでは、超高
温、超高圧蒸気にさらされている関係上、長時間の使用
に対し、クリープボイドと称する微小な空孔や、荷重一
定でも塑性変形が進むことに伴うクリープ損傷などの不
測の事象が発生することがある。
【0003】また、蒸気タービンは、需要者側の電力需
要増減要求の変化で、起動停止、再起動の繰り返しがあ
り、この運転変動に伴う蒸気の温度・圧力変化の影響を
受け、上述機器の材料は、結晶粒の密度転位、マイクロ
クラックなどが出、ついには変形から破断に進展するこ
とがある。さらに、この種装置に使用される合金鋼は、
超高温、超高圧の場で、金属組織に結晶粒界が折出し、
靭性低下による焼き戻し脆化という特有の問題点があ
る。
【0004】このような不測の事象を未然に防止するに
は、上述クリープ損傷、疲労損傷、焼き戻し脆化などの
材質劣化を非破壊的に、かつ迅速に検出する必要があ
る。特に、製作年代の古い機械のリプレース時期を考え
ると、その計測技術の出現が望まれている。
【0005】ところで、材質劣化の計測技術には、電気
化学的方法、X線回折法、電気抵抗法、磁気的方法、超
音波法があり、このうち、超音波法は超音波の音速変
化、超音波の減衰率変化を考慮して計測するため、比較
的確度の高いデータが得られる点で、多く採用されてい
る。
【0006】超音波法を利用した材質劣化の計測には、
例えばクリープ損傷によるボイドの増加と超音波音速変
化とを関係づける研究(例えば、日本非破壊検査協会誌
第34巻第2号第140 ページ)、疲労損傷に伴う超音波高
速変化と歪振幅の関係に関する研究(火力原子力発電技
術協会第16回新技術発表会予稿)などがあるが、これら
研究は、材質劣化を計測するに当り、超音波の音速測定
を考慮に入れれば測定データに信頼感を増すことにもと
ずくからである。
【0007】ところで音速測定装置には、例えば、図6
にも見られるように、被検体1の表面25に送受信子27
を、その裏面26に受信子28を置き、高圧パルスPからの
信号で送受信子27を励振させ、受信子28からの反射超音
波Bの時間を算出し、その時間と被検体1の板厚との関
係から音速を測定するか、あるいは、同図にも示されて
いるように、送受信子27から受信子28までに要する透過
超音波Tの時間と、被検体1の板厚との関係から音速を
算出していた。
【0008】しかしながら、このような測定法は、被検
体1の表面、裏面の平行二面が必要であり、実験室的レ
ベルのものならともかく、実機の被検体1ではテストピ
ース採取後の保修を考えると到底採用し難い。一方、半
無限体のような実機の被検体1の音速測定には図7に示
すものがある。
【0009】被検体1には、プローブ35の外被OCによ
って覆設された送信シュー30、受信シュー33,34が配さ
れ、これら送受信シュー30,33上に斜角跳ね返り路の互
の発受位置に送信子29、第1受信子31が、また送受信シ
ュー34上に第1受信子31と距離をはなして平行に第2受
信子32が設けられている。そして、送信子29から出た超
音波は、アクリル製などの送信シュー30を通り、被検体
1でこれに沿って表面波Sを得、その一部表面波S1
反射波として第1受信子31で検出される一方、時間的に
遅れて他の一部表面波S2 が反射波として第2受信子32
で検出されるようにしてある。こうして第1受信子31、
第2受信子32が得る被検体1からの表面波S1 ,S2
時間差、および距離差から超音波の音速を算出してい
る。
【0010】このような測定法だと、被検体1に伝わる
超音波の音速を考慮している点ですぐれているものの、
被検体1の表面に凸凹が激しかったり、うねりなどを伴
うと送受信シュー30,33,34との密着度合が悪くなり、
このため測定波形の歪みに伴う音速に多くの誤差があら
われる等の一抹の不安をかかえている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、蒸
気タービンのロータ、ケーシング、あるいは原子力発電
に使用される圧力容器、配管等、常に高温高圧の蒸気に
さらされ、クリープ損傷、疲労損傷、焼き戻し脆化など
を受ける材質においては、その劣化測定に被検体を伝わ
る音速を考慮した超音波測定の適用が考えられてはいる
ものの、被検体表面の凹凸、うねり等にも十分対拠して
超音波の音速を考慮した超音波測定技術の出現を未だ見
ていない。また、この種装置においては、自動測定化、
その操作にあたり、容易化についても、未だ出現を見て
いない。そこで、この本発明は、上記諸々の点に鑑み、
新らたに創作した超音波音速装置を公表することを目的
とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は、第1構成か
ら第6構成までを有す。 第1構成;
【0013】斜角跳ね返り路の互の発受位置に送信子、
第1受信子を備える一方、第1受信子と距離をはなして
平行に第2受信子を有するプローブであって、このプロ
ーブの送信子からの超音波を第1、第2受信子がそれぞ
れ受け、受けた時間差を求める時間差演算部と、時間差
演算部からの出力にもとずいて被検体の表面波音速を算
出する音速演算部と、算出した表面波音速をディスプレ
ーする表示装置とを有する。 第2構成;
【0014】斜角跳ね返り路の互の発受位置に送信子、
第1受信子を備える一方、第1受信子と距離をはなして
平行に第2受信子を有するプローブは、液室を形成する
とともに、送信子と第1受信子との間に液室に向って遮
板を配する。 第3構成;プローブの被検体当接部位にパッキンを装着
する一方、パッキンには排気路を設ける。 第4構成;プローブに形成される液室には液給排路を備
える。 第5構成;
【0015】送信子に振動を与える超音波パルサー、第
1、第2受信子に振動を与える第1、第2超音波レシー
バ、時間差演算部、音速演算部、表示装置、液給排路の
作動部の個々に送り出す指令信号を一個所にまとまった
ところから送り出せるように総括指令部を備える。 第6構成;
【0016】斜角跳ね返り路の互の発受位置に送信子、
第1受信子を備える一方、第1受信子と距離をはなして
平行に第2受信子を有するプローブは、内被、外被の二
重構造を形成するとともに、内被のリード部が外被を通
動する部位に首振部を備える。
【0017】
【作用】第1構成によれば、第1受信子、第2受信子か
ら時間を置いて検出した信号にもとずいて時間差演算
部、音速演算部で超音波の音速を自動的に算出するので
自動化を図ることができる。また、自動算出された超音
波の音速をデジタル化してディスプレーするので、可視
化されオペレータにとって好都合となる。
【0018】第2構成によれば、プローブは液室を有し
ているので、被検体表面に凹凸、うねりがあっても超音
波の乱反射を防ぐことができる。さらに、送信子と第1
受信子との間に遮板があるので、超音波反射波の方向性
を一様にすることができる。第3構成によれば、プロー
ブにパッキン、排気路があるので、被検体との載置にあ
たり、密着性が増す。第4構成によれば、プローブの液
室に液給排路があるので、液の交換、とりわけ不純物の
混入に際し、清浄化を図ることができる。第5構成によ
れば、総括指令部によって超音波パルサー、第1、第2
超音波レシーバ等個々の操作作動に時間を費やすことが
なく、操作時間の省力化になる。第6構成によれば、内
被、外被の二重構造のプローブには内被の首振部がある
ので、被検体の測定範囲が広角になる
【0019】以上第1構成から第6構成をまとめると、
この発明にかかる超音波音速測定装置では、被検体の材
質劣化の測定にあたり、その操作の容易化と相まって自
動測定ができ、被検体表面にうねり等があってもその劣
化度合を的確に測定することができる。
【0020】
【実施例】この発明にかかる超音波音速測定装置の一実
施例を図面を参照して説明する。
【0021】図1において、符号Pは被検体1に載置す
るプローブを示し、このプローブPの外被OC内には遮
音部6と液室11とが区画されている。また、遮音部6と
液室11との境界には部分的にマッチング層4を有し、こ
のマッチング層4に送信子5a、第1受信子5b、第2
受信子5cが取付けられている。すなわち、送信子5a
と第1受信子5bとは、斜角跳ね返り路の互の発受位置
に配され、また第2受信子5cは第1受信子と距離をは
なして平行に配している。送信子5aと第1受信子5b
との間には液室11に向って遮板7が設けられ、超音波反
射波の方向性を一様に導くようにしている。
【0022】一方、外被OCの被検体1との当接部位に
は、パッキン8a,8bが装着され、これらパッキン8
a,8b間に排気路9が設けられている。したがって、
外被OCの被検体1に対する押圧による密着性が増す。
外被OCの側部は液室11の液、例えば水を給排する給排
路12,13を備え、水の出入りによる清浄化を図ってい
る。
【0023】上記構成において、リード線から送信子5
aに与えられた励振によって超音波が出、水を通して被
検体1に入射し、被検体1の軸方向に沿って伝わり、一
定時間経過後に第1受信子5b、第2受信子5cに至
り、こうして被検体1の材質劣化の測定データを得る。
検被体1に与えられる超音波の音速測定にあたり、図2
に示す制御回路が使用される。
【0024】先ず、被検体1にプローブOCが載置され
ると、総括指令部21から排気装置19(図1の排気路9の
バルブ)に開口信号を与え、被検体1の周囲(図1のパ
ッキン8a,8b間)を排気(減圧)し、外被1と密着
性を増す。つづいて、総括指令部21から給排装置20(図
1の水給排路12,13のバルブ)に開閉信号が与えられ、
液室11に水が供され、水の清浄化を図る。
【0025】上述測定準備ができた後、総括指令部21か
ら超音波パルサー14に作動指令が与えられ、これによっ
て送信子5aは超音波を出す一方、時間差演算部16も作
動させる。
【0026】送信子5aから出た超音波は、被検体1を
経て第1受信子5b、第2受信子5cに送られ、超音波
レシーバ15a,15bでそれぞれ受波した信号の時間差は
時間差演算部16に与えられる。ここで受波の時間差が演
算され、その演算信号は音速演算部17で音速が算出され
る。音速の算出後は、表示装置18に数値として可視化さ
れる。
【0027】このように、一つの総括指令部21から排気
装置19、給排装置20、各演算部16,17などに同時に作動
指令を出すことができるので、自動操作ができるように
なる。ところで、プローブPから被検体1に出される超
音波の挙動を図3を用いて今少し詳しく説明する。
【0028】被検体1に対し、角度θで送信子5aから
出された縦波超音波Vは、水中を伝播し、点aにおいて
入射・屈折し、被検体1の表面を伝播する表面波Sを得
る。この表面波Sの伝播経路上の点bでは、入射と等し
い角度θとして第1受信子5bでも縦波V1 を得る。ま
た、点bから距離Lを離れた点cでも角度θの縦波V2
が第2受信子5cに与えられる。こうして2点間の距離
と縦波V1 ,V2 の時間差から上述音速演算部17で表面
波Sの音速を測定することができる。図4は、この発明
にかかる超音波音速装置の他の実施例を示す。
【0029】この実施例はプローブPを、外被OC、内
被ICの二重構造に形成し、外被OCを通動する内被I
Cのリード部23に首振部24を設けたものである。首振部
24によって次の作用を得る。すなわち、図5に示すよう
に、送信子5aから出る超音波に対し、第1受信子5b
の測定面がある方向ωを向いたとき、その方向に対して
微少角度変位±δあるいは±2δなど異なった方向(超
音波の伝播路)25a,25b…の音波を測定し、これら測
定値を平均化することでその方向ωの音速とし、測定精
度向上に役立せることができる。また、測定方向ωを±
180 ゜の範囲内で変化させることによって、超音波の音
速方向依存性を測定することができる。
【0030】
【発明の効果】以上述べたように、この発明にかかる超
音波音速測定装置では、プローブと被検体との当接を密
にし、被検体に伝わる表面波の時間差から音速を算出し
て被検体の測定を自動化し、しかも的確値を得るように
したので、この種分野の発展が期待される。また、被検
体の測定の際、プローブの首振部を設けているので、被
検体の測定範囲を広角にすることができる等、すぐれた
効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明にかかるプローブの一実施例を示す概
略図。
【図2】この発明にかかるプローブを自動操作する制御
ブロック図。
【図3】被検体の表面波による音速測定の動作説明図。
【図4】この発明の他の実施例を示す概略図。
【図5】図4の作動説明図。
【図6】従来の実施例を示す概略図。
【図7】従来のプローブを示す概略図。
【符号の説明】
P プローブ OC 外被 IC 内被 1 被検体 5a 送信子 5b 第1受信子 5c 第2受信子 7 遮板 8a,8b パッキン 9 排気路 11 液室 12,13 給排路 21 総括指令部 16 時間差演算部 17 音速演算部 18 表示装置 24 首振部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 斜角跳ね返り路の互の発受位置に送信
    子、第1受信子を備える一方、第1受信子と距離をはな
    して平行に第2受信子を有するプローブであって、この
    プローブの送信子からの超音波を第1、第2受信子がそ
    れぞれ受け、受けた時間差を求める時間差演算部と、時
    間差演算部からの出力にもとずいて被検体の表面波音速
    を算出する音速演算部と、算出した表面波音速をディス
    プレーする表示装置とを有することを特徴とする超音波
    音速測定装置。
  2. 【請求項2】 斜角跳ね返り路の互の発受位置に送信
    子、第1受信子を備える一方、第1受信子と距離をはな
    して平行に第2受信子を有するプローブは、液室を形成
    するとともに、送信子と第1受信子との間に液室に向っ
    て遮板を配することを特徴とする超音波音速測定装置。
  3. 【請求項3】 プローブの被検体当接部位にパッキンを
    装着する一方、パッキンには排気路を設けることを特徴
    とする超音波音速測定装置。
  4. 【請求項4】 プローブに形成される液室には液給排路
    を備えていることを特徴とする超音波音速測定装置。
  5. 【請求項5】 送信子に励振を与える超音波パルサー、
    第1、第2受信子に励振を与える第1、第2超音波レシ
    ーバ、時間差演算部、音速演算部、表示装置、液給排路
    の作動部の個々に送り出す指令信号を、一個所にまとま
    ったところから送り出せるように総括指令部を備えるこ
    とを特徴とする超音波音速測定装置。
  6. 【請求項6】 斜角跳ね返り路の互の発受位置に送信
    子、第1受信子を備える一方、第1受信子と距離をはな
    して平行に第2受信子を有するプローブは、内被、外被
    の二重構造を形成するとともに、内被のリード部が外被
    を通動する部位に首振部を備えていることを特徴とする
    超音波音速測定装置。
JP4084400A 1992-04-07 1992-04-07 超音波音速測定装置 Pending JPH05288728A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008190968A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Toshiba Corp 超音波探傷装置および同探傷方法
US7415880B2 (en) * 2002-07-17 2008-08-26 Agfa Ntd Gmbh Method for determining the sound velocity in a basic material, particularly for measuring the thickness of a wall
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CN112903082A (zh) * 2021-03-05 2021-06-04 西安热工研究院有限公司 一种用于测量高温下纵波声速的装置及方法

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