JPH05333000A - 超音波探傷装置 - Google Patents

超音波探傷装置

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JPH05333000A
JPH05333000A JP4136605A JP13660592A JPH05333000A JP H05333000 A JPH05333000 A JP H05333000A JP 4136605 A JP4136605 A JP 4136605A JP 13660592 A JP13660592 A JP 13660592A JP H05333000 A JPH05333000 A JP H05333000A
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JP
Japan
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inspected
ultrasonic
fault
scanner
ultrasonic flaw
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JP4136605A
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English (en)
Inventor
Shinichi Fukuda
真一 福田
Hideo Ueno
英雄 上野
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH05333000A publication Critical patent/JPH05333000A/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
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/11Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Abstract

(57)【要約】 【目的】 欠陥からの多重反射エコーにより鋼材の表面
近傍に存在する微小欠陥を確実に検出し、探傷結果の定
量的評価が可能となる。 【構成】 液中に浸漬された被検査材に相対させて超音
波を送受信する高周波数集束型探触子と、一定ピッチで
方形走査するためのスキャナーと、スキャナーを駆動す
るためのモーターと、高周波数集束型探触子からの信号
を受ける超音波探傷器と、モーターへの動作指示と欠陥
信号の演算処理および作図処理をするマイクロコンピュ
ータと、マイクロコンピュータからの処理結果を一括表
示する出力装置と、前記データを保存する記憶装置で構
成されている。 【効果】 表面近傍に存在する微小欠陥を確実に検出で
き、各欠陥の定量的評価が可能であり、被検査材全体の
欠陥分布情報が得られ、品質評価精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼材の表面近傍(皮
下)に存在する微小欠陥を検出し、定量的評価するため
の超音波探傷装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、サワーガス用のラインパイプ等、
使用条件の厳しい製品が増加し、品質の均一性に対する
要求が強くなってきている。特に、水素誘起割れ(以下
HICと記す)等で問題となる10〜500μm程度の
大きさのAl2 3 系の微小介在物は表面直下1mm以内
に存在し、またMnS系の微小介在物は肉厚中央部に存
在することが多い。
【0003】一般的な超音波探傷方法として被検査材の
表面から垂直に超音波を入射する垂直法では、日本学術
振興会・日刊工業新聞社発行(昭和52年12月20
日)の「超音波探傷法(改訂新版)」と題する文献中の
179〜180頁において論じられているように、肉厚
中央部の欠陥は十分検出可能であるが、表面から数mm以
内の皮下に存在する欠陥は送信パルス(水浸法の場合は
表面エコー)による探傷不能領域いわゆる不感帯が生じ
て、探傷できない部位が残るという不都合がある。
【0004】図2は従来の水浸垂直超音波探傷法を示
す。探触子1から水2を介して超音波ビーム3を被検査
材4内に垂直入射したときの超音波探傷器5のブラウン
管図形6としては、超音波ビーム3が入射した点Sに
て、表面エコーS1 が現れ、裏面側にて底面エコーB1
が現れる。この場合、表面近傍2mm以内は表面エコーS
1の不感帯(図2の交差斜線部)となり探傷不能であっ
た。鋼材表面および皮下に存在する欠陥を検出する手段
としては、前記文献に論じられているように表面波を使
用して表層部のみを探傷する超音波探傷法がある。この
探傷法は波長の2倍以内(例えば周波数が10MHz の場
合には0.6mm程度である)に存在する欠陥は検出可能
であるが、一般的な垂直探傷法の不感帯を確実に補える
ものではない。周波数を低くすることにより表面波の浸
透深さは深くなるが、検出特性が低下する。
【0005】また、超音波による欠陥評価法としては例
えば日本鉄鋼協会発行(1982年3月5日)の鉄と鋼
(Vol.68,No. 5)の文献中の409頁において示さ
れているように、探傷結果のBスコープ図(側面図およ
び断面図)およびCスコープ図(平面図)を表示した
り、欠陥面積・欠陥面積率を自動演算する超音波探傷装
置はあるが、これらは欠陥の全体的な概略状況を示唆す
るのみで、どの程度の微細欠陥がどれくらい分布してい
たかという重要な探傷情報が欠落していた。従って、皮
下に存在する微小欠陥およびHICを確実に検出し、定
量的評価が可能な超音波探傷装置が望まれている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術の欠点をなくすためになされたもので、欠陥か
らの多重反射エコーにより鋼材の表面から2mm以内の領
域に存在する微小欠陥を確実に検出し、探傷結果の定量
的評価が可能な超音波探傷装置を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、液中に浸漬さ
れた被検査材に相対させて超音波を送受信する高周波数
集束型探触子(以下探触子と記す)と、被検査材の表面
上をX・Y方向に一定ピッチで方形走査するためのスキ
ャナーと、スキャナーを駆動するためのモーターの演算
処理と、探触子からの信号を受ける超音波探傷器と、モ
ーターへの動作指示と欠陥信号〔例えば欠陥の位置(X
方向、Y方向、深さ方向)・長さ・幅・面積・エコー反
射強度・個数・面積率・合計面積等〕および作図処理
〔例えばBスコープ図・Cスコープ図・三次元図(X・
Y面におけるエコー反射強度)・音圧分布図(X・Y面
におけるエコー反射強度の等高線図)〕するマイクロコ
ンピュータと、マイクロコンピュータからの処理結果を
表示する出力装置と、前記データを保存する記憶装置で
構成されていることを特徴とする超音波探傷装置であ
る。
【0008】
【実施例】以下、本発明の詳細を図面により説明する。
図1は本発明の一実施例である超音波探傷装置の全体概
略図を示す。超音波探傷装置は探触子1の走査駆動部
7、超音波送受信部8、信号演算処理部9で構成されて
いる。X・Yスキャナー10の探触子ポジショナー11
に探触子1を取り付ける。水距離L(探触子1と被検査
材4との距離)は被検査材4の表面で超音波ビーム3が
集束するように、探触子ポジショナー11に取り付けら
れたモーター12をZ方向(上下方向)に移動させて設
定する。超音波探傷器5から高圧電気パルスを探触子1
に加え、超音波ビーム3を被検査材4に入射し、被検査
材4の表面および欠陥から反射して帰ってきた信号は前
記探触子1で受信され、超音波探傷器5により増幅され
る。
【0009】探触子1は、マイクロコンピュータ14に
よりX・Yスキャナー10に取り付けられたモーター1
5に指示を与えることにより、図1に示した一点鎖線で
描いたような範囲18を一定のピッチでXおよびY方向
に連続的に方形走査を行う。各走査位置での位置情報と
探傷ゲート内の欠陥信号レベルおよび欠陥深さ情報をマ
イクロコンピュータ14に取り込み、例えば各欠陥の位
置・長さ・幅・面積・エコー反射強度および被検査材4
内に存在する欠陥の個数・面積率・合計面積等の欠陥評
価パラメータを自動演算処理する。また、マイクロコン
ピュータ14により欠陥分布情報を得るために例えばB
スコープ図・Cスコープ図と、更にエコー反射強度分布
情報を得るための三次元図・音圧分布図を自動演算処理
し、前記欠陥評価パラメータと共に一括してブラウン管
およびプリンター等の出力装置16に表示する。探傷デ
ータは記憶装置17に保存する。
【0010】次に、本発明装置を用いての実測例につい
て述べる。本発明者等は種々の実験を重ね、超音波波形
を解析した結果、探触子1の周波数f・焦点距離Fおよ
び水距離L等の探傷条件の最適化によって、つまり周波
数fが15MHz 以上50MHz以下、且つ焦点距離Fが1
2.7mm以上25.4mm以下で超音波ビームを点集束し
た探触子1を用いて被検査材4の表面を含む皮下2mmの
範囲で超音波ビーム3が集束するように水距離Lを設定
することにより、表面エコーS1 による不感帯が著しく
減少し、表面から2mm以内に存在する微小欠陥から多重
反射エコーが得られることを見出した。従って、この多
重反射エコーを検出することにより、表面エコーS1
に隠れていた微小欠陥を検出できるとの確信を得た。な
お、パルス幅が狭く周波数帯域が広い探触子を使用する
ことにより表面エコーS1 の不感帯をより少なくするこ
とが可能である。
【0011】一例として、周波数f:25MHz 、振動子
寸法D:10mmφ、焦点距離F:25.4mmの点集束広
帯域型の探触子1を、被検査材4の表面で超音波ビーム
3が集束するように水距離Lを25.4mmに設定し、探
傷ゲートを表面エコーS1 の立ち上がりから0.2〜
2.5mmの範囲に設定し、X・Yスキャナー10の走査
ピッチPを0.1mmとしてCスキャン探傷した。なお、
被検査材4はHIC試験後の平板(幅:10mm、長さ:
15mm、板厚:9.5mm)を用いた。図3は被検査材探
傷後のBスコープ図・Cスコープ図・音圧分布図および
三次元図を示す。なお、音圧分布図はCスコープ図の破
線で囲んだ部分の欠陥(表1のNo. 28の欠陥)を拡大
表示したものである。
【0012】表1は各欠陥の位置(XおよびY方向の位
置はCスコープ図の左端上部を原点とする)・長さ・幅
・面積・エコー反射強度および被検査材内に存在する欠
陥の個数・面積率・合計面積等の欠陥評価パラメータの
出力結果を示す。本発明装置により、被検査材内の欠陥
分布状況、欠陥レベル評価および各欠陥の定量化が十分
可能である。探傷後、切断試験を詳細に行った結果、表
面直下から2mmの範囲に存在する微小欠陥を確実に検出
できることが確認できた。図4はCスコープ図のA−
A′面を切断試験した結果(表1のNo. 11の欠陥)を
示す。本実測例は点集束広帯域型の探触子を用いて表面
欠陥を検出するものであるが、探触子の選択により肉厚
中心部の欠陥評価が可能である。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、従来の水浸垂直超音波
探傷法では表面エコーの不感帯となっていた表面から
2.0mm以内に存在する微小欠陥を確実に検出すること
ができ、各欠陥の定量的評価が可能であり、かつ被検査
材全体の欠陥分布情報が得られ、鋼材の表面近傍の品質
評価精度を著しく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である超音波探傷装置の全体
概略図を示す図。
【図2】従来の水浸垂直超音波探傷法を示す図。
【図3】被検査材探傷後のBスコープ図・Cスコープ図
・音圧分布図および三次元図を示す図。
【図4】Cスコープ図のA−A′面を切断試験した結果
を示す図。
【符号の説明】
1 探触子 2 水 3 超音波ビーム 4 被検査材 5 超音波探傷器 6 ブラウン管図形 7 走査駆動部 8 超音波送受信部 9 信号演算処理部 10 X・Yスキャナー 11 探触子ポジショナー 12 モーター(探触子Z方向移動用) 14 マイクロコンピュータ 15 モーター(X・Yスキャナー移動用) 16 出力装置 17 記憶装置 18 走査範囲 S 超音波ビームが入射した点 S1 表面エコー B1 底面エコー

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 液中に浸漬された被検査材に相対させて
    超音波を送受信する高周波数集束型探触子(1)と、被
    検査材の表面上をX・Y方向に一定ピッチで方形走査す
    るためのX・Yスキャナー(10)と、X・Yスキャナ
    ー(10)を駆動するためのモーター(15)と、高周
    波数集束型探触子(1)からの信号を受ける超音波探傷
    器(5)と、モーター(15)への動作指示と欠陥信号
    の演算処理および作図処理をするマイクロコンピュータ
    (14)と、マイクロコンピュータ(14)からの処理
    結果を表示する出力装置(16)と、前記データを保存
    する記憶装置(17)で構成されていることを特徴とす
    る超音波探傷装置。
JP4136605A 1992-05-28 1992-05-28 超音波探傷装置 Pending JPH05333000A (ja)

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Effective date: 19970204