JPH06317571A - 超音波探触子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 探傷能力を何等低下させることなく、探触範
囲の広い超音波斜角探触子を提供すること。 【構成】 クサビ材とその上に配置した振動子とからな
る超音波探傷試験におけるギャップ法、あるいは、直接
接触法に用いる斜角探触子において、前記振動子の面積
を前記クサビ内の前記振動子からの超音波ビーム路程の
長い側と短かい側とに二分し、同長い側の振動子の面積
を短かい側の面積よりも大きく形成した。これによっ
て、振動子の形状の調整のみで、感度の平坦化や、探傷
幅の調整などを行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管又は板材等の表面疵
を探傷する超音波斜角探傷試験機の探触子に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動化された超音波探傷機は、非検査材
と単数又は複数の探触子がそれぞれ、搬送装置または治
具等により一定の位置に保持され、あるいは規則的に移
動することによって、探触子が被検査材表面を一定の間
隔あるいはパターンで走査して全面の探傷を可能とし、
自動化、多チャンネル化の点から探傷能率の飛躍的向上
と省力化に寄与している。

【０００３】この超音波斜角探傷試験機の探触子自体
は、実公平２−２５１６６号公報にも記載されているよ
うに、超音波振動子の被検材との対向面に有機ガラス製
のクサビを取付け、このクサビと被検材との間の間隙に
水、油等の接触媒体を介在させて斜角探傷を行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７および図８は、こ
の斜角探触子による探傷時における問題を説明するため
の図である。

【０００５】図７は側面からの図であり、図８は平面か
ら見た図を示す。

【０００６】これらの図において、Ｗは鋼板のような被
検査材を示し、探触子３内に斜めに配置された振動子１
と有機ガラス製のクサビ２とからなる。

【０００７】探触子３は探傷幅を有し、これを一方向に
移動させることによって探傷範囲Ｆ内に存在する欠陥Ｇ
を検知する。

【０００８】この超音波による探傷幅の広さは、図８に
おいて、超音波の進行方向に対して直角な方向の探傷幅
ｗａと、平行な方向の探傷幅ｗｂとに分類される。

【０００９】図８において、探傷幅ｗａは、振動子１の
幅寸法ａに比例して大きくなる。このため、振動子１の
幅寸法ａを大きくした探触子３を超音波の進行方向と同
じ方向に走査させることで広い範囲の探傷が可能とな
る。

【００１０】しかしながら、超音波の進行方向に対して
平行な探傷幅ｗｂは、振動子１の幅寸法ｂを大きくして
も広くならない。

【００１１】このような探傷幅特性を有する超音波傾斜
角探触子を用いて探傷試験を行なう時、図８の幅寸法ａ
の大きい探触子を用いて超音波の進行方向と同じ方向に
探触子３を走査させる方が能率的である。

【００１２】ところで、超音波探傷試験において検出可
能な疵の方向は、超音波の進行方向と直角な方向に長さ
を有する欠陥であることは周知のことである。このた
め、図９に示すように、直行する２方向に長さを有する
欠陥を探傷する時は、２個以上の探触子Ｌ，Ｍを用いる
必要がある。ここで、探触子を走査させる方法として、
被検査材Ｎを方向Ｍに動かす場合、探触子Ｍの探傷範囲
Ｐは広いが、探触子Ｌの探傷範囲Ｏは狭くなる。

【００１３】これは、前述の如く、超音波の進行方向に
対して平行な探傷幅Ｑを広くすることは困難なためであ
る。

【００１４】この対策として、従来は探触子数を多くし
て狭い探傷域をカバーするか、走査能率を下げて走査ピ
ッチを密にする必要があり、何れにしても、探傷能率は
著しく低下するという欠点があった。

【００１５】本発明の目的は、探傷能力を何等低下させ
ることなく、探傷幅の広い超音波斜角探触子を提供し
て、探傷能率の向上や、探触子数の減少による設備費の
抑制に直接寄与しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、クサビ材とそ
の上に配置した振動子とからなる超音波探傷試験に使用
する斜角探触子において、前記振動子の面積を前記クサ
ビ内の前記振動子からの超音波ビーム路程の長い側と短
かい側とに二分したとき、同長い側の振動子の面積を短
かい側の面積よりも大きく形成した超音波探触子であ
る。

【００１７】この振動子の高さ方向の上半分と下半分の
面積の割合は、超音波の屈折角，クサビ内の減衰程度等
によって、任意に決定することができる。

【００１８】また、条件を満たす具体的な斜角探触子の
平面形状としては、台形、段付矩形、円弧形等、任意の
形状のものが採用できる。

【００１９】

【作用】本発明は、振動子１の幅寸法ｂを大きくして
も、超音波の進行方向に対して平行な探傷幅ｗｂが大き
くならない原因が、クサビ材料として用いられている有
機ガラス内における超音波の減衰にあるという知見に基
づいて完成した。

【００２０】図１０は、クサビ材料として用いられてい
る有機ガラスの超音波の減衰を示す図である。

【００２１】同図において、斜角探傷においては振動子
を所定の角度θをもって傾斜させるために、クサビ内で
ビーム路程差ΔＬが発生し、ビーム路程の長い場所で
は、感度が低くなってしまう。振動子寸法ｂを大きくす
ることは、高さ方向に対してクサビ内ビーム路程の大き
い所に振動子を延長することになるが、アクリル内にお
ける感度は減衰するために、この部分から発せられる音
波は十分な効果を発揮せず、探傷幅は殆ど広くならな
い。

【００２２】この問題を解決するためには、前記本発明
以外にも多様な方法が考えられる。その第１は、減衰の
少ないクサビ材料の使用である。しかし、振動子から発
せられた超音波は、全て被検査材料内に透過せず、一部
はクサビ内で反射を繰り返す。この反射エコーを早期に
減衰させノイズとならないようにするため、一定以上の
減衰がクサビ材料として不可欠であり、この点から、減
衰の少ないクサビ材料の使用は不適である。

【００２３】その第２は、減衰程度の異なる２種類以上
のクサビによる感度の平坦化が考えられる。つまり、ク
サビ内ビーム路程の短い場所に減衰の大きい材料をクサ
ビとして用い、クサビ内ビーム路程の長い場所には、比
較的減衰の小さいクサビ材料を使用することである。し
かし、この対策では、クサビ境界面近傍の感度が極端に
低くなってしまうことがわかった。クサビを分割するこ
とは、音波の経路を分割することであり、境界面近傍の
音圧強度は極端に低くなってしまう。

【００２４】さらにその第３は、感度の異なる２個以上
の振動子による感度の平滑化が考えられる。つまり、ク
サビ内ビーム路程の短い場所に低い振動子を用い、クサ
ビ内ビーム路程の長い場所には、比較的感度の高い振動
子を用いることである。しかし、振動子を隙間なく並べ
ても振動子の間の感度の極端な落ち込みが発生する。

【００２５】また、さらには、クサビ内ビーム路程の短
い場所のクサビ底面に減衰材料を張りつける方法があ
る。しかし、この方法は感度が低下し、特性も不安定と
なる。

【００２６】このように、以上の対策は、超音波斜角探
触子の探傷幅を広くするための目的のみからは、一応の
効果を発揮することができるが、それぞれが有する欠点
のために、探触子に求められる様々な仕様に柔軟に対応
できる方法ではない。

【００２７】これに対して、クサビ内ビーム路程の長い
位置の振動子面積を、クサビ内ビーム路程の短い側の振
動子面積より大きくする手段は、上記の他の対策のよう
に、付帯する問題がなく、超音波斜角探触子の探傷幅を
広くするために最も有効であった。

【００２８】その上、振動子の形状の調整のみで、感度
の平坦化や、探傷幅の調整などを行うことができるの
で、安定した特性を有する探触子を容易に製造すること
が可能である。

【００２９】

【実施例】

実施例１ クサビ内ビーム路程の長い位置の振動子面積をクサビ内
ビーム路程の短い側の振動子面積より大きくするための
具体的な手段として、平面形状を台形とした振動子を用
いた例を示す。

【００３０】図１は、この平面形状を台形とした振動子
１を、有機ガラス製のクサビ２の上に傾斜して配置した
超音波斜角探触子３を被検査材Ｗに接触状態で配置した
例を示す。図２は図１に示す探触子４をＡ−Ａ線から見
た平面図である。

【００３１】図において、クサビ２内のビーム路程Ｌの
長い方、すなわち振動子高さＨの高い方の上側半分の振
動子面積Ｓ１を、クサビ内ビーム路程の短い下側半分す
なわち振動子高さＨの低い方の下側半分の振動子面積Ｓ
２より大きく形成した。

【００３２】同図に示す台形状の振動子１のＳ１側の端
辺の長さａを７ｍｍ、Ｓ２側の端辺の長さｃを４ｍｍ、
端縁ｂの長さを１５ｍｍとし、被検査材Ｗに対する超音
波進行角度θ１を４５°にして、探触子を鋼管管軸方向
に移動させ、被検査材Ｗとして２４５ｍｍ径の鋼管の管
周方向スリット欠陥Ｘの探傷に適用し、欠陥感度と探触
子移動距離を測定した。

【００３３】さらに、この端縁の長さｂの長さを変えて
探傷幅の変化を調べた。

【００３４】その結果を図４のＡに示す。

【００３５】探傷幅の定義は、欠陥のピーク感度から３
ｄＢ低下する範囲の探触子移動距離とした。

【００３６】比較のために、端縁の長さが図２でａ＝５
ｍｍ、ｃ＝５ｍｍでｂ＝５ｍｍ，１０ｍｍ，１５ｍｍの
３個の長方形の振動子を用いて行った探傷幅測定結果を
同図のＢに示す。

【００３７】同図から、振動子の端縁長さｂを大きくす
るだけでは探傷幅は殆ど大きくならないが、台形型にす
ると従来の３〜４倍程度にまで大きくなることがわか
る。

【００３８】実施例２ 図５（１）〜（３）は、実施例１に示す台形以外の振動
子の他の形状を示す。

【００３９】同図に示すように、色々な形状であっても
Ｓ１＞Ｓ２の関係であれば、感度の補正が可能である。
同図（１）は、二分したそれぞれのＳＩとＳ２の形状を
それぞれ矩形にして、その間に段差を設けた形状を示
す。（２）は、全体を楕円状にして、Ｓ２部を先細りと
した例を示す。（３）は実施例１の台形において、その
角部を切り落とした形状を示す。

【００４０】図６は、図５の（３）に示す形状の振動子
として、実施例１に示す台形の感度Ａと同一寸法で角の
みを落とした形状の振動子を実施例１と同様の探傷を行
った場合の感度Ｃを比較して示す。

【００４１】同図に示すように、実施例１に示す台形の
感度Ａのぶれは３〜４ｄＢであって、このような形状調
整を行った振動子による感度Ｃの場合、そのふれは２ｄ
Ｂ内に収まっており、より感度特性の平坦化が達成され
ていることがわかる。

【００４２】このように、Ｓ１＞Ｓ２範囲内において、
振動子の形状や面積を変化させることによって、探傷幅
の調整や感度特性の平坦化が可能となることが判る。

【００４３】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。

【００４４】（１）探触子がカバーし得る探触範囲が広
がり、探傷能率の向上と、探触子数の減少による設備費
が抑制される。

【００４５】（２）従来の数倍の探傷幅を有する探触子
を、その振動子形状を適宜設計することで、安定して供
給することが可能となる。

【００４６】（３）クサビ内減衰の程度に応じて単に面
積比率を調整することによって、求められるビーム幅
や、感度など各種の仕様に対して、振動子の形状で自由
に調整することができ、製造上のバラツキも小さい探触
子を供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の超音波斜角探触子の適用状態を示
す。

【図２】 本発明に係る振動子の形状を示す。

【図３】 本発明の超音波斜角探触子による感度の形態
を示す。

【図４】 本発明の超音波斜角探触子による探傷幅を従
来例との比較で示す。

【図５】 本発明の振動子形状例を示す。

【図６】 本発明の第１の実施例と第２の実施例による
効果の差を感度によって示す。

【図７】 超音波斜角探触子による探傷域の形成状態を
示す。

【図８】 超音波斜角探触子による探傷域の形成状態を
平面図によって示す。

【図９】 従来の超音波斜角探触子による感度分布を示
す。

【図１０】 クサビ材料として用いられている有機ガラ
スの超音波の減衰を示す図である。

【符号の説明】

１ 振動子 ２ クサビ ３ 超音波斜角探触子

フロントページの続き (72)発明者 吉村 精一 福岡県北九州市小倉北区井堀４丁目10番13 号 新日本非破壊検査株式会社内 (72)発明者 今橋 政幸 福岡県北九州市小倉北区井堀４丁目10番13 号 新日本非破壊検査株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クサビ材とその上に配置した振動子とか
   らなる超音波探傷試験に使用する斜角探触子において、
   前記振動子の面積を前記クサビ内の前記振動子からの超
   音波ビーム路程の長い側と短かい側とに二分したとき、
   同長い側の振動子の面積を短かい側の面積よりも大きく
   形成した超音波探触子。