JPH08201351A - 複合形回転超音波プローブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱交換器等の円筒管の探傷を行う複合形回転
超音波プローブに関し、周方向、軸方向、減肉を同時に
探傷できる。 【構成】 被探傷体４内には超音波プローブ本体１１ａ
が挿入される。１１ａには回転駆動モータ７に接続し、
回転するフレーム１２が伸び接触媒体検出用８、軸方向
欠陥用３、周方向欠陥検出用２、減肉量検出用２１の各
探触子が設けられ、回転すると共に移動して回転位置信
号検出器２３の回転信号に同期し、同期送信波パルス発
生装置２５より超音波パルスを各接触子へ発射し、探傷
を行う。被探傷体４とプローブ間には水位制御装置２４
から接触子８からの信号により弁１９、チューブ１を介
して水を供給し、接触媒体が切れないように供給するの
で、軸、周方向、減肉が同時に測定され、探傷性能、効
率が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は熱交換器伝熱管等の円筒
管の超音波探傷試験に好適なセンサを回転形とした複合
形回転超音波プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】超音波探傷試験は鉄鋼構造物、原子力構
造物等の非破壊検査の主要な手法のひとつとして広く用
いられている。特にパイプ等の細管に対してはパイプの
内側から探傷用のプローブを挿入し検査する方法がとら
れている。

【０００３】探傷プローブとしては図４に示す回転形超
音波プローブあるいは図５および図６に示すようなマル
チ型の超音波プローブが用いられている。

【０００４】図４は回転形超音波プローブの側面図で、
１部断面で示したものである。図において、超音波プロ
ーブは、軸方向に延びているプローブ本体３１の探傷域
に対応する部分に、１個の超音波探触子３２を斜めの向
きに設け、さらにプローブ本体３１内に回転駆動装置３
７を内蔵させて、同回転駆動装置３７にて超音波探触子
３２を周方向に回転させながら、超音波探触子３２から
送信ビーム３２ａ（超音波ビーム）を直接、探傷域に発
信させるようにしている。

【０００５】超音波探触子３２により発信された送信ビ
ーム３２ａが、被探傷体３４に投入されることで、これ
が被探傷体３４中を進行する探傷用ビーム３５となり、
被探傷体３４に存在する円周方向の欠陥３６を探傷す
る。なお、３５ｂはスタビライザ、３５ｃは内部に封入
する接触媒体用の水である。

【０００６】こうした探傷が、回転しながら繰返し行わ
れ、被探傷体３４となるパイプ全周を探傷する。そし
て、超音波プローブの移動によって、パイプの長さ方向
の検査領域に渡り探傷するものである。

【０００７】図５はマルチ型超音波プローブの側面図
で、１部断面で示したものである。図において、超音波
プローブは、軸方向に延びているプローブ本体４１の探
傷域に対応する部分に、複数、例えば８個の超音波探触
子４２を二段、プローブ本体４１の軸心回りに、ビーム
発受信側を軸心方向に向けて配設し、それぞれの超音波
探触子群の前方にそれぞれ円錐ミラー４３を設けて、超
音波探触子４２からの送信ビーム（超音波ビーム）４２
ａを拡げながら探傷域に向かわせるようにしている。な
お、４２ｂは各超音波探触子群の周囲に配設された複数
本の反射棒、４５ｂはスタビライザ、４５ｃは充満して
いる超音波の接触媒体である水を示す。

【０００８】図６は前述の複数の超音波探触子４２を示
し、（ａ）は図５のＢ−Ｂ矢視、（ｂ）はＣ−Ｃ矢視図
であり、探触子４２の配列角をずらせて配置している。

【０００９】つまり、超音波探触子４２からの送信ビー
ム４２ａが円錐ミラー４３によって拡げられて被探傷体
４４に投入されることで、これが被探傷体４４中を進行
する探傷用ビーム４５となり、被探傷体４４に在る周方
向の欠陥４６を探傷する。

【００１０】こうした探傷が、電子的な切換えによる２
段の超音波探触子群の各超音波探触子４２にて行われ、
被探傷体４４となるパイプ全周を探傷する。そして、超
音波プローブの移動によって、パイプの長さ方向の検査
領域に渡り探傷する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが図４，図５に
示すいずれのタイプの超音波プローブも探傷用ビーム３
５，４５は被探傷体の軸方向に伝播しているためそれと
直交する周方向に発生する欠陥３６，４６しか検出でき
ない。

【００１２】また、図４に示す回転形超音波プローブは
被探傷体３４に入射したことを示す表面エコーを検出す
る機能がないため欠陥の内・外面判定が難しく、かつ探
傷データも接触媒体３５ｃ中のデータも採取せざるを得
ないため非常に膨大になってしまう。

【００１３】しかも接触媒体３５ｃの状態を監視し、制
御する機能がないので探傷中に接触媒体がきれる等の問
題があった。

【００１４】また負荷トルク変動により回転ムラが発生
した場合超音波の送信パルスを一定時間間隔で送信して
いるためデータが飛んでしまうという問題があった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するために、回転超音波プローブの超音波探傷部
に周方向欠陥、軸方向欠陥、減肉量および超音波の触媒
媒体の水位を検出する検出用探触子を設け、これら各探
触子に回転に同期した送信パルスを送る送信パルス発生
装置と、水位検出探触子からの検出信号で水位を制御す
る水位制御装置とを設けた構成とする。更に、このよう
な回転超音波プローブにおいて、周方向および軸方向欠
陥検出用探触子の受信ラインにダイオードを設けた構成
も提供する。

【００１６】即ち、本発明は、（１）超音波探傷部を有
し、パイプ等の円筒管内に挿入し、同超音波探傷部を回
転すると共に同円筒管の管軸方向に移動して同円筒管の
超音波探傷を行う回転超音波プローブにおいて、前記超
音波探傷部に周方向欠陥検出用探触子、軸方向欠陥検出
用探触子、減肉量検出用探触子および水位検出用探触子
を設け、前記超音波探傷部の回転位置信号を検出し、そ
の信号と同期した超音波送信波パルスを発生し、前記超
音波探傷部に設けた各探触子に送り、これら探触子を駆
動する送信パルス発生装置と、前記水位検出用探触子の
検出する信号を受け、接触媒体となる水の流入を制御す
る水位制御装置とを具備してなり、周方向欠陥、軸方向
欠陥および減肉量を探傷可能としたことを特徴とする複
合形回転超音波プローブを提供する。

【００１７】更に、（２）前述の（１）の発明におい
て、前記周方向欠陥および軸方向欠陥検出用探触子の各
信号受信ラインには送信パルスの流入を防止するダイオ
ードが設けられていることを特徴とする複合形回転超音
波プローブも提供する。

【００１８】

【作用】本発明は前述のような手段により、その（１）
の発明においては、まず超音波プローブを被探傷体の円
筒内に挿入し、円筒と超音波探傷部との間に水を満す。
ついで、プローブ全体を軸方向に移動させながら回転さ
せ、周方向欠陥、軸方向欠陥、減肉状態および水位検出
用の各探触子に送信パルス発生装置から回転に同期して
ほぼ同時に超音波が送信され、周方向欠陥、軸方向欠陥
および減肉が探傷される。また周方向および軸方向欠陥
用の受信信号には各欠陥検出用の探触子から発射された
超音波が円筒内表面で一部が反射して対向した探触子の
経路で得られる円筒体の入射点を示す表面エコー信号が
常に得られる。更に、超音波の接触媒体の水位検出用の
超音波探触子により円筒体表面の信号が得られるまで水
位制御装置により接触媒体となる水が供給され、リーク
等によりレベルが下がると自動的に一定レベルに保たれ
る。

【００１９】このように、周方向、軸方向欠陥および減
肉状態が同時に監視できるようになり、接触媒体である
水が、常に確保されるように制御されているので従来生
じていた接触媒体切れがなくなり、探傷の信頼性が向上
すると共に効率化がはかれる。また、回転位置信号と同
期した送信波パルスが探触子に与えられるため回転ムラ
が発生してもデータの抜けが発生せず探傷能率が向上す
る。

【００２０】（２）の発明においては、前述の（１）の
発明と同様の作用、効果を奏すると共に、更に、周方向
および軸方向欠陥検出用探触子の信号ラインに挿入され
たダイオードにより、送信パルスが加わらない様になっ
ており受信機能だけが働くので、円筒内の表面エコーが
確実に検出され、内・外面の判定が確実にできるもので
ある。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。図１は本発明の一実施例に係る複合形回
転超音波プローブの側面図で、１部断面で示したもの、
図２はそのＡ−Ａ矢視図である。図１は本発明を適用し
た超音波プローブの先端部分を示し、図中１１はチュー
ブである。このチューブ１１内には出力軸７ａを先端に
向けて回転駆動モータ７（回転駆動装置に相当）、水チ
ューブ１、信号線１７で代表される信号線及び配管群が
内装してある。

【００２２】出力軸７ａの先端部には、同出力軸７ａと
共に回転する探触子支持フレーム１２（以下、単にフレ
ームと称す）が連結してある。フレーム１２は、出力軸
７ａの軸心方向に沿って前方へ延びている。そして、こ
のフレーム１２およびチューブ１１を利用して軸心方向
に延びるプローブ本体１１ａを構成している。

【００２３】またフレーム１２の先端側には、ラジアル
ベアリング１３を介して、スタビライザ５ｂが設けら
れ、さらに先端には挿入ヘッド１４が結合してある。ス
タビライザ５ｂは、回転駆動モータ７の周側となるチュ
ーブ１１の外周部にも設けられている。そして前後のス
タビライザ５ｂによってパイプなどの被探傷体４に挿入
され、配置されたとき、超音波プローブ１１ａの先端側
の全体が定位置に配置されるように調芯されている。

【００２４】探触子支持用のフレーム１２は、中央部に
凹部１５が形成され、外周方向に向く凹側の開口部分を
探傷域１８にしてある。探傷域１８の内側となる凹部１
５の内底部（プローブ本体１１ａ内）には、超音波探触
子群１６が軸心方向に設けられている。

【００２５】超音波探触子群１６には周方向欠陥検出用
の超音波探触子２、軸方向欠陥検出用の超音波探触子
３、減肉量検出用の超音波探触子２１および接触媒体で
ある水の有無検出用の超音波探触子８の４種類の探触子
が設けられている。

【００２６】図２のＡ−Ａ矢視図、図３の波形図を参照
して説明すると、軸方向欠陥検出用の超音波探触子３に
は、被探傷体４の入射点３ｄからの表面エコー２６を探
知できる様に超音波探触子３ｃが対向配置されている。
また、電気的には同期送信波パルス発生装置２５によっ
て回転位置検出器２３の信号に同期して送信波１０が発
射される。この送信波１０が超音波探触子３ｃに加わら
ず表面エコー２６だけが検出されるようにダイオード２
２が探触子３ｃの出力線に直列に設けられている。

【００２７】同様に周方向欠陥用探触子２にも表面エコ
ー探知用の超音波探触子２ｃが設けられており電気的に
は図示されていないが前述と同様にダイオードが直列に
設けられている。

【００２８】接触媒質である水の有無検出用の超音波探
触子８と、水位制御装置２４により被探傷体４の表面か
らの信号８ａが受信された場合は、水位５ｄが所望以上
あると判断し受信信号により水のＯＮ−ＯＦＦ弁１９が
閉じる構成となっている。逆に、表面からの信号８ａが
受信されない場合は水位５ｄが所望以下であると判断し
水のＯＮ−ＯＦＦ弁１９が開くように制御される。この
ように探傷時には常に接触媒質が確保される構成になっ
ている。

【００２９】接触媒質である水は水チューブ１１から供
給され、流量のＯＮ−ＯＦＦ弁１９を経て供給出口５ｅ
から注入され、水シール２０により超音波探触子群１６
に供給される。

【００３０】このように構成された超音波プローブを用
いて、被探傷体４の超音波探傷試験を行うときには、図
１に示されるように試験すべき被探傷体４の内面に超音
波プローブの先端部を挿入し、同先端部と被探傷体４と
の間に上述の制御方式により水５ｃが先端部に満され
る。ついで、プローブ全体を矢印αで示す右方向へ移動
させながら、回転駆動モータ７を駆動して一定の回転速
度で、超音波探触子群１６をプローブ本体１１ａの軸心
回りに回転させるとともに、各探触子８，３，２，２１
の順に交互に回転位置検出器２３に同期した送信パルス
１０を送り探傷する。

【００３１】周方向欠陥６があった場合には周方向欠陥
用探触子２の周方向用探傷ビーム５により検出される。
また軸方向欠陥９があった場合には軸方向欠陥用探触子
３の軸方向欠陥用探傷ビーム３ｅ（図２参照）により検
出される。更に被探傷体４の減肉量は減肉量検出用の探
触子２１による多重反射エコー２１ａから計算により求
められる。これらの欠陥は図３の波形図に示すように、
同期送信波パルス発生装置２５から送信パルス１０を発
射し、その欠陥エコー２７を観測することにより検出さ
れる。

【００３２】以上説明の実施例によればプローブ本体１
１ａのプローブ支持フレーム１２に周方向欠陥検出用探
触子２、軸方向欠陥検出用探触子３、減肉量検出用探触
子２１および接触媒体検出用探触子８を設け、また、信
号を検出するラインにダイオード２２を設け、回転位置
検出器２３の信号に同期して同期送信波パルス発生装置
２５から各探触子８，３，２，２１の順に交互に送信パ
ルス１０を発射し、それらから欠陥エコー２７を検出す
る構成としたので周方向、軸方向および減肉状態が同時
に監視できるようになり、また、接触媒体の水が探触子
８で検知され、弁１９をＯＮ−ＯＦＦするので媒体の切
れもなくなり、探傷効率が大幅に向上するものである。

【００３３】

【発明の効果】以上、具体的に説明したように、本発明
は回転超音波プローブの超音波探傷部に周方向欠陥、軸
方向欠陥、減肉量および超音波の接触媒体の水位を検出
する検出用探触子を設け、これら各探触子に回転に同期
した送信パルスを送る送信パルス発生装置と、水位検出
探触子からの検出信号で水位を制御する水位制御装置と
を設けた構成とする。更に、このような回転超音波プロ
ーブにおいて、周方向および軸方向欠陥検出用探触子の
受信ラインにダイオードを設けた構成も提供するので次
のような効果を有するものである。

【００３４】（１）周方向、軸方向欠陥および減肉状態
が同時に監視できるので探傷時間の短縮がはかれるとと
もに欠陥検出の信頼性が向上する。

【００３５】（２）また周・軸方向欠陥探触子には表面
エコーを検知するので表面エコーを基準とした時間測定
により欠陥の内・外面判定が容易にでき、表面エコーを
探傷データ採取のトリガ信号に用いることにより従来採
取していた接触媒質である水の部分のデータは採取され
なくなり、大幅なデータ量削減が可能となりシステムへ
の負担が軽減される。

【００３６】（３）また、接触媒体である水が、常に確
保されるように制御されているので従来生じていた接触
媒体切れがなくなり探傷の効率化がはかれる。

【００３７】（４）更に、回転位置信号と同期した送信
波パルスが探触子に与えられるため回転ムラが発生して
もデータの抜けが発生せず探傷効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る複合形回転超音波プロ
ーブの側面図で、１部断面で示す。

【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視図である。

【図３】本発明の実施例における探触子の代表的な波形
図である。

【図４】従来の回転形超音波プローブの側面図で、１部
断面で示す。

【図５】従来のマルチ型超音波プローブの側面図で、１
部断面で示す。

【図６】図５の矢視図で、（ａ）はＢ−Ｂ矢視図、
（ｂ）はＣ−Ｃ矢視図である。

【符号の説明】

１ 水チューブ ２ 周方向欠陥検出用探触子 ３ 軸方向欠陥検出用探触子 ４ 被探傷体 ５ 周方向欠陥探傷ビーム ６ 周方向欠陥 ７ 回転駆動モータ ８ 接触媒体検出用探触子 ９ 接触媒体検出ビーム １０ 送信パルス １１ チューブ １２ フレーム １６ 超音波探触子群 ２１ 減肉量検出用探触子 ２２ ダイオード ２３ 回転位置信号検出器 ２４ 水位制御装置 ２５ 同期送信波パルス発生装置 ２６ 表面エコー ２７ 欠陥エコー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波探傷部を有し、パイプ等の円筒管
   内に挿入し、同超音波探傷部を回転すると共に同円筒管
   の管軸方向に移動して同円筒管の超音波探傷を行う回転
   超音波プローブにおいて、前記超音波探傷部に周方向欠
   陥検出用探触子、軸方向欠陥検出用探触子、減肉量検出
   用探触子および水位検出用探触子を設け、前記超音波探
   傷部の回転位置信号を検出し、その信号と同期した超音
   波送信波パルスを発生し、前記超音波探傷部に設けた各
   探触子に送り、これら探触子を駆動する送信パルス発生
   位置と、前記水位検出用探触子の検出する信号を受け、
   接触媒体となる水の流入を制御する水位制御装置とを具
   備してなり、周方向欠陥、軸方向欠陥および減肉量を探
   傷可能としたことを特徴とする複合形回転超音波プロー
   ブ。
2. 【請求項２】 前記周方向欠陥および軸方向欠陥検出用
   探触子の各信号受信ラインには送信パルスの流入を防止
   するダイオードが設けられていることを特徴とする請求
   項１記載の複合形回転超音波プローブ。