JPH06341975A - 超音波探傷装置 - Google Patents
超音波探傷装置Info
- Publication number
- JPH06341975A JPH06341975A JP6126344A JP12634494A JPH06341975A JP H06341975 A JPH06341975 A JP H06341975A JP 6126344 A JP6126344 A JP 6126344A JP 12634494 A JP12634494 A JP 12634494A JP H06341975 A JPH06341975 A JP H06341975A
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- JP
- Japan
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- wedge
- angle
- refraction
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- Pending
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
- G01N2291/04—Wave modes and trajectories
- G01N2291/044—Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects
Abstract
(57)【要約】
【目的】 接触媒体および楔の温度変化による被検材内
部の超音波屈折角の変化を小さくできる超音波探傷方法
を得る。 【構成】 楔５の被検材４との対向面Ａに、被検材４の
入射点における法線（Ｙ−Ｙ´）と垂直な面でかつ超音
波の屈折方向に対して４゜〜１０゜（θ5 ）の傾斜を設
ける。なお楔５と超音波振動子２は、接触媒体３と楔５
との接触面Ａに対する垂線（Ｘ−Ｘ´）と超音波中心ビ
ーム線（Ｆ）とのなす角度θ6 をなして結合されてい
る。
部の超音波屈折角の変化を小さくできる超音波探傷方法
を得る。 【構成】 楔５の被検材４との対向面Ａに、被検材４の
入射点における法線（Ｙ−Ｙ´）と垂直な面でかつ超音
波の屈折方向に対して４゜〜１０゜（θ5 ）の傾斜を設
ける。なお楔５と超音波振動子２は、接触媒体３と楔５
との接触面Ａに対する垂線（Ｘ−Ｘ´）と超音波中心ビ
ーム線（Ｆ）とのなす角度θ6 をなして結合されてい
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は鋼管の内外表面や丸棒
の表層部に発生する欠陥を検出するための超音波探傷方
法の改良に関するものである。
の表層部に発生する欠陥を検出するための超音波探傷方
法の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】まず、従来の水浸式の超音波探触子及び
斜角探傷方法について図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明
する。図３（ａ）は従来の超音波探触子と超音波探触子
を被検材中心軸に対して平行移動させて所定の屈折角を
出し、探傷する方法を示す図である。図３（ｂ）は従来
の超音波探触子を被検材中心軸に対して傾けて所定の屈
折角を出し、探傷する方法を示す図である。図３
（ａ）、（ｂ）において１は超音波探触子、２は送受信
用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は鋼管や丸棒等
の被検材、Ｉは超音波が被検材４へ入射する入射点、θ
1 は入射角、θ2 は設計温度（例えば２０℃）の屈折
角、θ3 は設計温度より高い温度の時の屈折角、θ4 は
設計温度より低い温度の時の屈折角、Δｌは被検材４の
中心軸Ｙ−Ｙ´から超音波探触子１の中心ビームまでの
距離である。
斜角探傷方法について図３（ａ）、（ｂ）を用いて説明
する。図３（ａ）は従来の超音波探触子と超音波探触子
を被検材中心軸に対して平行移動させて所定の屈折角を
出し、探傷する方法を示す図である。図３（ｂ）は従来
の超音波探触子を被検材中心軸に対して傾けて所定の屈
折角を出し、探傷する方法を示す図である。図３
（ａ）、（ｂ）において１は超音波探触子、２は送受信
用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は鋼管や丸棒等
の被検材、Ｉは超音波が被検材４へ入射する入射点、θ
1 は入射角、θ2 は設計温度（例えば２０℃）の屈折
角、θ3 は設計温度より高い温度の時の屈折角、θ4 は
設計温度より低い温度の時の屈折角、Δｌは被検材４の
中心軸Ｙ−Ｙ´から超音波探触子１の中心ビームまでの
距離である。
【０００３】ところで鋼管の超音波探傷においては被検
材４中の屈折角θ2 の選定が大変重要なことは今さら言
うまでもないが（肉厚）／（外径）の比によって超音波
の中心ビームが内表面に当たらなくなり、欠陥検出が不
可能になる場合が生じる。特に超音波自動探傷装置で高
速で探傷を行なう場合には、被検材４と超音波探触子１
の位置関係を常に一定に保つことは極めて困難であり、
この位置ずれによっても屈折角θ2 が変化することにな
る。従ってこの屈折角θ2 の変化を少なくさせるために
は温度変化による屈折角θ3 〜θ4 の変化量を少なくさ
せることが重要になってくる。
材４中の屈折角θ2 の選定が大変重要なことは今さら言
うまでもないが（肉厚）／（外径）の比によって超音波
の中心ビームが内表面に当たらなくなり、欠陥検出が不
可能になる場合が生じる。特に超音波自動探傷装置で高
速で探傷を行なう場合には、被検材４と超音波探触子１
の位置関係を常に一定に保つことは極めて困難であり、
この位置ずれによっても屈折角θ2 が変化することにな
る。従ってこの屈折角θ2 の変化を少なくさせるために
は温度変化による屈折角θ3 〜θ4 の変化量を少なくさ
せることが重要になってくる。
【０００４】図３（ａ）、（ｂ）に示すような従来の水
浸法の超音波探触子１においては振動子２の表面に薄い
整合層（エポキシ樹脂等）が振動子２と平行にコーティ
ングされているだけであるため、振動子２から放射され
た超音波は接触媒体３中を伝播し、被検材４表面の入射
点Ｉへ到達するまでの条件はいかなる温度においても不
変である。
浸法の超音波探触子１においては振動子２の表面に薄い
整合層（エポキシ樹脂等）が振動子２と平行にコーティ
ングされているだけであるため、振動子２から放射され
た超音波は接触媒体３中を伝播し、被検材４表面の入射
点Ｉへ到達するまでの条件はいかなる温度においても不
変である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、水、油等の
液体の接触媒体３と鉄等の固体の被検材４とは温度と音
速の関係がまったく逆の特性である。すなわち、接触媒
体３の水は温度が上昇すると音速も速くなり、逆に被検
材４の鉄は温度が上昇すると音速が遅くなってしまうた
め、スネルの法則により、温度が低い時は屈折角θ4 が
大きくなり、温度が高い時は屈折角θ3 が小さくなる。
例えば２０℃の温度で屈折角θ2 が３８゜で設計された
超音波探触子１の場合には温度が１０℃〜３５℃に変化
するとそれぞれの屈折角θ4 、θ3 は３９．４゜〜３
６．７゜となり実際の設計値とは異なり超音波探傷上屈
折角がばらつく原因となる。この角度ばらつきの原因は
液体である接触媒体３の温度特性によるものがほとんど
である。
液体の接触媒体３と鉄等の固体の被検材４とは温度と音
速の関係がまったく逆の特性である。すなわち、接触媒
体３の水は温度が上昇すると音速も速くなり、逆に被検
材４の鉄は温度が上昇すると音速が遅くなってしまうた
め、スネルの法則により、温度が低い時は屈折角θ4 が
大きくなり、温度が高い時は屈折角θ3 が小さくなる。
例えば２０℃の温度で屈折角θ2 が３８゜で設計された
超音波探触子１の場合には温度が１０℃〜３５℃に変化
するとそれぞれの屈折角θ4 、θ3 は３９．４゜〜３
６．７゜となり実際の設計値とは異なり超音波探傷上屈
折角がばらつく原因となる。この角度ばらつきの原因は
液体である接触媒体３の温度特性によるものがほとんど
である。
【０００６】この発明はこの様な従来の欠点を大幅に改
善し、周囲温度が変化してもほぼ同一の屈折角が得られ
る超音波探傷方法を得ることを目的とする。
善し、周囲温度が変化してもほぼ同一の屈折角が得られ
る超音波探傷方法を得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る超音波探
傷方法は楔の被検材との対向面に、被検材の入射点にお
ける法線と垂直な面でかつ超音波の屈折方向に対して４
゜〜１０゜の傾斜を設けたものである。
傷方法は楔の被検材との対向面に、被検材の入射点にお
ける法線と垂直な面でかつ超音波の屈折方向に対して４
゜〜１０゜の傾斜を設けたものである。
【０００８】
【作用】この発明は接触媒体、楔の温度が変化しても楔
の温度による音速変化と接触媒体の温度による音速変化
との関係を利用して温度変化による被検材内部の超音波
屈折角の変化量を小さくする。
の温度による音速変化と接触媒体の温度による音速変化
との関係を利用して温度変化による被検材内部の超音波
屈折角の変化量を小さくする。
【０００９】
実施例１．以下この発明の一実施例について図１を用い
て詳述する。図１はこの発明の超音波探傷装置を構成す
る超音波探触子の断面図と超音波ビームの経路を示す図
である。図１において、１は水浸式の超音波探触子、２
は送受信用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は鋼管
や丸棒等の被検材、５は被検材４との対向面Ａに所定の
角度θ5 を設けた有機ガラス等の楔であり、振動子２の
被検材４との対向面に配置されている。Ｆは超音波中心
ビーム線、Ｐは楔５のＡ面における超音波の中心ビーム
の入射点、θ6 は楔のＡ面となす法線Ｘ−Ｘ´に対する
入射角であり、被検材４中の屈折角および音速と楔５中
の音速によって決定される角度、θ1 は設計温度（例え
ば２０℃）における被検材４への入射角、θ1aは設計温
度より高い温度での入射角、θ1bは設計温度より低い温
度での入射角、Ｉ0 は設計温度での入射点、Ｉ1 は設計
温度より高い温度での入射点、Ｉ2 は設計温度より低い
温度での入射点、θ2 は設計温度での被検材４中の屈折
角、θ2aは設計温度より温度が高い時の屈折角、θ2bは
設計温度より温度が低い時の屈折角である。
て詳述する。図１はこの発明の超音波探傷装置を構成す
る超音波探触子の断面図と超音波ビームの経路を示す図
である。図１において、１は水浸式の超音波探触子、２
は送受信用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は鋼管
や丸棒等の被検材、５は被検材４との対向面Ａに所定の
角度θ5 を設けた有機ガラス等の楔であり、振動子２の
被検材４との対向面に配置されている。Ｆは超音波中心
ビーム線、Ｐは楔５のＡ面における超音波の中心ビーム
の入射点、θ6 は楔のＡ面となす法線Ｘ−Ｘ´に対する
入射角であり、被検材４中の屈折角および音速と楔５中
の音速によって決定される角度、θ1 は設計温度（例え
ば２０℃）における被検材４への入射角、θ1aは設計温
度より高い温度での入射角、θ1bは設計温度より低い温
度での入射角、Ｉ0 は設計温度での入射点、Ｉ1 は設計
温度より高い温度での入射点、Ｉ2 は設計温度より低い
温度での入射点、θ2 は設計温度での被検材４中の屈折
角、θ2aは設計温度より温度が高い時の屈折角、θ2bは
設計温度より温度が低い時の屈折角である。
【００１０】なお上記楔５の被検材４との対向面Ａは被
検材４の入射点における法線（中心軸Ｙ−Ｙ´）と垂直
な面でかつ超音波の屈折方向に対して４゜〜１０゜（θ
5 ）の傾斜を有している。
検材４の入射点における法線（中心軸Ｙ−Ｙ´）と垂直
な面でかつ超音波の屈折方向に対して４゜〜１０゜（θ
5 ）の傾斜を有している。
【００１１】この発明の実施例による超音波探触子１に
おいては振動子２との接触媒体３の間に楔５が設けられ
ているため、楔５の入射点Ｐを基準として法線Ｘ−Ｘ´
に対する楔５内での超音波の入射する方向が超音波の進
行方向で後方より入射する条件であれば楔５から接触媒
体３への放射角βと被検材４への接触媒体３中の入射角
θ1 はそれぞれ第（１）及び第（２）式となる。
おいては振動子２との接触媒体３の間に楔５が設けられ
ているため、楔５の入射点Ｐを基準として法線Ｘ−Ｘ´
に対する楔５内での超音波の入射する方向が超音波の進
行方向で後方より入射する条件であれば楔５から接触媒
体３への放射角βと被検材４への接触媒体３中の入射角
θ1 はそれぞれ第（１）及び第（２）式となる。
【００１２】
【数１】
【００１３】又、被検材４中の屈折角θ2 は第（３）式
となる。
となる。
【００１４】
【数２】
【００１５】すなわち第（３）式より明らかなように被
検材４への入射角θ1 は被検材の音速Ｖ3 と接触媒体の
音速Ｖ2 の温度特性がまったく逆であることを利用し
て、接触媒体の音速Ｖ2 の値が大きくなったら接触媒体
３中の入射角θ1 の値が大きくなり、逆の接触媒体の音
速Ｖ2 の値が小さくなったら接触媒体３中の入射角θ1
の値も小さくなるようにすることにより被検材４中の屈
折角θ2 の温度変化によるばらつきを極めて少なくする
ことが可能となる。楔５が有機ガラスの場合の楔５のＡ
面の角度θ5 の最適値は２゜〜４゜位に存在する。又被
検材４中の屈折角θ2 を非破壊検査技術シリーズ超音波
探傷試験Ａ１９７５（昭和５０年３月２０日発行、発行
所；社団法人日本非破壊検査協会）の２４５頁に示すよ
うに４５゜もしくはそれ以下例えば４０゜、３８゜に設
定し、楔５の音速Ｖ1 を２，３００〜２，７５０ｍ／
ｓ、被検材４の音速１Ｖ3 を３，２３０ｍ／ｓとする
と、楔５中の入射角θ6 は次式に示すスネルの法則によ
り下表のようになる。
検材４への入射角θ1 は被検材の音速Ｖ3 と接触媒体の
音速Ｖ2 の温度特性がまったく逆であることを利用し
て、接触媒体の音速Ｖ2 の値が大きくなったら接触媒体
３中の入射角θ1 の値が大きくなり、逆の接触媒体の音
速Ｖ2 の値が小さくなったら接触媒体３中の入射角θ1
の値も小さくなるようにすることにより被検材４中の屈
折角θ2 の温度変化によるばらつきを極めて少なくする
ことが可能となる。楔５が有機ガラスの場合の楔５のＡ
面の角度θ5 の最適値は２゜〜４゜位に存在する。又被
検材４中の屈折角θ2 を非破壊検査技術シリーズ超音波
探傷試験Ａ１９７５（昭和５０年３月２０日発行、発行
所；社団法人日本非破壊検査協会）の２４５頁に示すよ
うに４５゜もしくはそれ以下例えば４０゜、３８゜に設
定し、楔５の音速Ｖ1 を２，３００〜２，７５０ｍ／
ｓ、被検材４の音速１Ｖ3 を３，２３０ｍ／ｓとする
と、楔５中の入射角θ6 は次式に示すスネルの法則によ
り下表のようになる。
【００１６】
【数３】
【００１７】
【表１】
【００１８】次に具体的な超音波の伝播経路を以下に説
明する。温度が常温より低い場合の超音波は楔５の入射
点Ｐから被検材４上の入射点Ｉ2 へ到達する経路となる
ため被検材４への入射角θ1bの値は小さくなる。又、温
度が常温より高い場合の超音波は楔５の入射点Ｐから被
検材４上の入射点Ｉ1 へ到達する経路となるため被検材
４への入射角θ1aの値は大きくなる。
明する。温度が常温より低い場合の超音波は楔５の入射
点Ｐから被検材４上の入射点Ｉ2 へ到達する経路となる
ため被検材４への入射角θ1bの値は小さくなる。又、温
度が常温より高い場合の超音波は楔５の入射点Ｐから被
検材４上の入射点Ｉ1 へ到達する経路となるため被検材
４への入射角θ1aの値は大きくなる。
【００１９】図２にこの発明による超音波探触子の温度
と被検材中の屈折角の関係の実測値と、いくつかの計算
例を示す。図２においてイはこの発明による超音波探触
子１の楔５のＡ面の角度θ5 が４゜の時の実測値、ロは
楔５のＡ面の角度θ5 が６゜の時の計算値、ハは楔５の
Ａ面の角度θ5 が１０゜の時の計算値、ニは楔５のＡ面
の角度θ5 が１３゜の時の計算値、ホは従来の超音波探
触子の実測値、θ2 は被検材４中の屈折角、Ｔは温度で
ある。
と被検材中の屈折角の関係の実測値と、いくつかの計算
例を示す。図２においてイはこの発明による超音波探触
子１の楔５のＡ面の角度θ5 が４゜の時の実測値、ロは
楔５のＡ面の角度θ5 が６゜の時の計算値、ハは楔５の
Ａ面の角度θ5 が１０゜の時の計算値、ニは楔５のＡ面
の角度θ5 が１３゜の時の計算値、ホは従来の超音波探
触子の実測値、θ2 は被検材４中の屈折角、Ｔは温度で
ある。
【００２０】図２からも明かなように、この発明による
超音波探触子は例えば温度Ｔが２０℃で屈折角θ2 が３
８゜の設計値の場合でも周囲温度が１０℃〜３５℃と変
化しても被検材中の屈折角θ2a〜θ2bは楔５のＡ面の角
度が１゜〜１０゜の範囲であれば設計値の屈折角θ2 に
対して±０．５゜以内の精度に入れることが可能であ
り、探傷性能の信頼性が大幅に向上する。
超音波探触子は例えば温度Ｔが２０℃で屈折角θ2 が３
８゜の設計値の場合でも周囲温度が１０℃〜３５℃と変
化しても被検材中の屈折角θ2a〜θ2bは楔５のＡ面の角
度が１゜〜１０゜の範囲であれば設計値の屈折角θ2 に
対して±０．５゜以内の精度に入れることが可能であ
り、探傷性能の信頼性が大幅に向上する。
【００２１】
【発明の効果】以上述べたように、この発明の超音波探
傷方法は超音波の伝播方向の前後方向で、かつ被検材と
対向する楔の面に４゜〜１０゜の傾斜を設けることによ
り、温度変化に対する被検材中の屈折角の変化を少なく
した実用的な超音波探触子を得ることができるので、温
度変化に拘わらず被検材の結果を精度良く検出できると
いう効果を有する。
傷方法は超音波の伝播方向の前後方向で、かつ被検材と
対向する楔の面に４゜〜１０゜の傾斜を設けることによ
り、温度変化に対する被検材中の屈折角の変化を少なく
した実用的な超音波探触子を得ることができるので、温
度変化に拘わらず被検材の結果を精度良く検出できると
いう効果を有する。
【図１】 この発明の超音波探傷方法を示す図である。
【図２】 各超音波探触子の温度と屈折角の関係を示す
図である。
図である。
【図３】 従来の超音波探傷方法を示す図である。
１ 超音波探触子、２ 超音波振動子、３ 接触媒体、
４ 被検材、５ 楔、Ａ 楔の被検材との対向面、Ｆ
超音波中心ビーム線、θ１ 接触媒体の屈折角、θ２
被検材中の屈折角、θ５ 楔のＡ面に設けられた角度、
θ６ 楔中の入射角。
４ 被検材、５ 楔、Ａ 楔の被検材との対向面、Ｆ
超音波中心ビーム線、θ１ 接触媒体の屈折角、θ２
被検材中の屈折角、θ５ 楔のＡ面に設けられた角度、
θ６ 楔中の入射角。
Claims (1)
- 【請求項１】 超音波振動子２の被検材４との対向面に
楔５を有し、かつ上記楔５と被検材４との間に液体の接
触媒体３を介在させて斜角探傷を行うための水浸式の超
音波探触子１を使用し、上記被検材４中の屈折角θ2 お
よび超音波の速度ν3 と、上記接触媒体３の超音波の速
度ν2 とから上記接触媒体３の屈折角θ1 を求め、上記
接触媒体３と上記楔５との接触面Ａに対する垂線（Ｘ−
Ｘ´）と超音波中心ビーム線（Ｆ）とのなす角度θ6
を、上記屈折角θ2 と上記超音波速度ν3 と上記楔５の
超音波速度ν1 によって決定し、上記楔５と上記超音波
振動子２が上記角度θ6 をなして結合し、上記楔５の被
検材４との対向面に被検材４の入射点における法線と垂
直な面でかつ超音波の屈折方向に対して４゜〜１０゜
（θ5 ）の傾斜を設けたことを特徴とする超音波探傷方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6126344A JPH06341975A (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 超音波探傷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6126344A JPH06341975A (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 超音波探傷装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06341975A true JPH06341975A (ja) | 1994-12-13 |
Family
ID=14932847
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6126344A Pending JPH06341975A (ja) | 1994-06-08 | 1994-06-08 | 超音波探傷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06341975A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE29503253U1 (de) * | 1995-02-28 | 1996-06-27 | Nukem Gmbh | Rotationsprüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines länglichen Gegenstandes wie Rohr |
-
1994
- 1994-06-08 JP JP6126344A patent/JPH06341975A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE29503253U1 (de) * | 1995-02-28 | 1996-06-27 | Nukem Gmbh | Rotationsprüfvorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung eines länglichen Gegenstandes wie Rohr |
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