JPH08285828A - 超音波探触子 - Google Patents

超音波探触子

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JPH08285828A
JPH08285828A JP8505895A JP8505895A JPH08285828A JP H08285828 A JPH08285828 A JP H08285828A JP 8505895 A JP8505895 A JP 8505895A JP 8505895 A JP8505895 A JP 8505895A JP H08285828 A JPH08285828 A JP H08285828A
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JP
Japan
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vibrator
ultrasonic probe
wedge
width
transducer
Prior art date
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Pending
Application number
JP8505895A
Other languages
English (en)
Inventor
Yukimichi Iizuka
幸理 飯塚
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
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Publication of JPH08285828A publication Critical patent/JPH08285828A/ja
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    • 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

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 傾いた欠陥に対する検出能を向上させた超音
波探触子を得る。 【構成】 超音波の指向角が5°以上となるように振動
子5の幅dまたは取付幅dが下記の式を満たすように楔
2に取り付ける。 d<0.44λ/sin(5π/180) 但し、λは被検体中の超音波の波長である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波探傷法において
使用する超音波探触子に関し、特に傾いた欠陥の検出能
を向上させる超音波探触子に関する。
【0002】
【従来の技術】超音波探傷は、被検体中の欠陥の有無を
検査する技術であり、超音波探触子を用い、被検体に超
音波パルスを送波し、被検体内部からの超音波エコーを
受波する、パルス反射法が一般的である。鋼管の製造中
におけるオンライン探傷を例にとると、管軸に対し直角
に超音波探触子を配置して管軸方向の欠陥を検出する
(この方法は「管周斜角探傷法」と呼ばれる。)か、管
軸に平行に超音波探触子を配置して管周方向の欠陥を検
出する(この方法は「管軸斜角探傷法」と呼ばれる。)
ことが行われている。しかしながら、実際に鋼管に発生
する欠陥は、管軸に対して傾いたものが多く、その角度
も様々であるため、傾いた欠陥を検出できないという問
題があった。これは、ロールの表面傷の探傷においても
同様の問題がある。
【0003】このような傾いた欠陥を検出する従来法と
して、例えば特公昭59−33226号では超音波探触
子を管軸と平行な面内で傾ける方法を開示している。す
なわち、図14に示すように、鋼管10の欠陥20に対
し直角に近い角度で超音波ビームを当てるように超音波
探触子1を管軸に直角の1Aの位置から入射方向を含む
管軸と平行な面内で角度αだけ傾けて検出するようにし
ている。Pは超音波ビームの鋼管への入射点である。こ
の場合、αは5°以上20°以下とされている。また、
同公報第3欄18〜21行目には、「振動子直径が小さ
いほど、また周波数が低いほど、傷の傾きによるエコー
高さの低下が小さくなる。すなわち傷の傾きによる影響
を受けにくくなる。」旨記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法では、傾いた欠陥を検出するためには特定の角度に超
音波探触子を傾ける調整機構が必要となるので、実際に
様々な角度に傾いた欠陥を検出するには装置が複雑にな
り、操作も面倒で時間がかかり、コスト高ともなる。ま
た、振動子直径を小さくすれば超音波の指向角を拡大す
ることになるが、反面、反射波のエネルギーが小さくな
るため、SN比が小さくなり、欠陥を見落とす可能性が
大となる。
【0005】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、様々な角度に傾いた欠陥を、簡
単かつ安価な構成で、しかもSN比を低下させることな
く確実に検出できる超音波探触子を提供することを目的
としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係る超音波探触
子は、楔と、この楔に取り付けられた振動子とからなる
超音波探触子において、平板からなる前記振動子の幅ま
たは該振動子の前記楔への取付幅が下記の式(1)を満
たすことを特徴とするものである。 d<0.44λ/sin(5π/180) …(1) ここに、dは振動子幅または振動子取付幅、λは被検体
中の超音波の波長である。
【0007】前記楔は前記振動子を取り付けるための山
形状の取付部を有し、その取付部の頂部が幅dを持つ振
動子取付平面になっていることを特徴とする。
【0008】また、本発明の他の態様によると、前記楔
が凹面の振動子取付面を有し、この取付面に取り付けら
れる前記振動子が下記の近似式を満たす凸状曲面板に形
成されていることを特徴とする超音波探触子である。
【数2】
【0009】さらに、本発明の他の態様によると、前記
楔がその底面に対し逆円錐状の振動子取付面を有し、こ
の取付面に取り付けられる前記振動子が中空皿型板に形
成されていることを特徴とする超音波探触子である。
【0010】
【作用】超音波探触子の幅または楔との取付幅が式
(1)を満たすものであれば、超音波の指向角が5°以
上となり、広い広がり角度でもって被検体中を超音波が
進むので、傾き角度の大きい欠陥でも確実に検出するこ
とができる。また、振動子の面積が大きいので、反射波
のエネルギーを高く保つことができ、SN比が低下しな
い。
【0011】また、式(2)を満たす凸状曲面板の振動
子を有する超音波探触子を使用した場合には、超音波が
山形状になって被検体中を進むので、傾いた欠陥に対す
る検出能がさらに向上する。
【0012】また、中空皿型板の振動子を有する超音波
探触子では、超音波が円錐状になって被検体中を進むの
で、同様に、傾いた欠陥に対する検出能が向上する。
【0013】
【実施例】
(第1実施例)図1は本発明の第1実施例に係る超音波
探触子の斜視図である。本実施例の超音波探触子1は、
アクリル樹脂等からなる楔2の底面3に対し傾斜した斜
面4に、幅dの細長い平板からなる振動子5をその長辺
が斜面4の傾斜方向に平行になるように接着剤で固定し
たものである。本実施例では斜面4が振動子取付面とな
っている。振動子5には、例えば圧電振動子を使用して
いる。振動子5の幅dは、式(1)を満たすように定め
る。この式を満たす振動子幅dであれば、図2に示すよ
うに超音波の指向角θが5°以上となるので、広い指向
角を得ることができる。本実施例では、d=2mmとした
ので、指向角θは8°である。振動子5の長さxは6mm
である。また、屈折角は40°としたので、楔2の角度
αは32.9°である。このように振動子5は細長い平
板からなるものであるため、反射波のエネルギーを高く
保つことができ、SN比の低下が少ない。
【0014】図2はこの超音波探触子1を用いて鋼管や
ロール等の管状被検体の欠陥を探傷する方法を示す説明
図である。図中、6は超音波の指向角θを示す線、7は
パルス送信部、8は受信部、9は評価部、10は被検
体、20は欠陥である。超音波探触子1は、楔2を被検
体10に接触させるか、もしくは被検体10との間に水
を介在させて設置する。被検体10は回転しながら移動
している。そして、パルス送信部7より、例えば正弦波
の電気信号を振動子5へ送出する。超音波探触子1は正
弦波の電気信号を超音波へ変換し、楔2を介して被検体
10へ送出する。超音波ビームは図中6のような広がり
を持って被検体中を進む。このため、欠陥20のように
傾いた欠陥に対しても直角に入射し、入射方向に反射す
る。反射波は再び超音波探触子1に戻り、電気信号に変
換され、受信部8にて増幅され、評価部9にて欠陥の有
無や大きさなどが評価される。
【0015】図3は図2の方法による実験結果を示す図
である。ここでは、被検体に外径213mm、肉厚13mm
の鋼管を用い、外面に様々な傾き角度の10mm長のノッ
チ傷を加工して、それらを探傷した。超音波の周波数は
5MHzとし、屈折角40°の横波斜角探傷を行った。
横軸はノッチ傷の傾き角度を表わし、縦軸はエコー高さ
を傾き角度0°のときを基準として表わしている。図
中、aは従来広く用いられているd=12.5mmの超音
波探触子での結果であり、bは本発明の超音波探触子1
を用いた結果である。欠陥検出の判定基準は図中−6d
Bとした。図3から、従来の超音波探触子では2°以下
の傾きの傷しか検出できないのに対し、本発明の超音波
探触子1を用いれば、8°の傾きの傷まで検出できるこ
とが分かる。
【0016】図4は超音波探触子の他の配置方法を示す
図である。この例では90°ごとに4個の超音波探触子
1を配置している。各々の超音波探触子1には、図示は
省略するが図2で示した回路部が接続されている。この
ような、超音波探触子1の配置構成とすると、様々に傾
いた欠陥を4個の超音波探触子1で確実に検出すること
ができる。
【0017】(第2実施例)図5は本発明の第2実施例
を示す斜視図、図6は側面図、図7は図6の矢印Aの方
向から見た図である。本実施例の超音波探触子11は、
楔21の振動子取付部24を山形状に形成し、その頂部
の幅をdとする細長い傾斜した平面41に形成し、この
傾斜平面41にやや幅広い平板の振動子51を接着剤で
取り付けたものである。つまり、振動子51は楔21と
幅d長さxの細い面で接しており、その取付幅dが式
(1)を満たすようにする。本実施例では、取付幅dを
1mmとし、振動子51の大きさはx=6mm、y=12mm
のものを用いている。ここで、xは小さすぎると反射波
のエネルギーが小さくなり、大きすぎると縦方向のビー
ム幅が太くなって分解能が悪くなるため、周波数5MH
zの場合は5〜10mmが適当である。振動子51の幅y
はdより大きければよい。本実施例の超音波探触子11
によっても、指向角は振動子取付幅dで決まるため、図
3と同じ結果が得られる。この超音波探触子11も図4
に示した配置構成とすることができる。
【0018】なお、山形状の振動子取付部24は、図5
のように楔21と一体に形成してもよく、この取付部2
4のみを別体に形成し、図1の斜面4上にネジ等で固定
する方法でもよい。
【0019】(第3実施例)図8は本発明の第3実施例
を示す斜視図、図9は断面側面図、図10は図9の矢印
Bの方向から見た図である。本実施例の超音波探触子1
2は、楔22の振動子取付面42を凹面に形成し、この
凹面に曲率半径rの凸状曲面板の振動子52を取り付け
たものである。この場合、近似的には、凸状振動子52
の曲面中心角の半分が指向角θと考えられるので、振動
子52の弦の長さy及び振動子42の曲面の曲率半径r
は式(2)を満たすように定める。したがって、超音波
は山形状に広がって被検体中を進む。振動子52の長さ
xは上に述べた理由で5〜10mmが適当である。振動子
52の弦の長さyは、あまり小さいと曲率の効果がなく
なるので5mm以上が適当であり、大きい方には制限はな
いが、一般的には12mm程度にされる。
【0020】本実施例の場合の検出能は、指向角θが振
動子52の曲率半径rで決まるため、図11のようにな
る。図11は図3に対応する実験結果であり、y=1
0.0mmとしたときの結果である。図11から、r=5
0mm以下であれば、相当大きい傾き角度の傷まで検出で
きることが分かる。
【0021】(第4実施例)図12は本発明の第4実施
例を示す断面正面図、図13は平面図である。本実施例
の超音波探触子13は、楔23の振動子取付面43を底
面3に対し逆円錐状に形成し、この逆円錐面に中空皿型
板の振動子53を取り付けたものである。本実施例で
は、屈折角は振動子取付面43の傾斜角θで決まり、超
音波は円錐状の広がりを持って被検体中を進むことにな
る。したがって、1個の超音波探触子13で様々に傾い
た欠陥を確実に検出することができる。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明の超音波探触子は、
超音波の指向角を5°以上にすることができるので、様
々に傾いた欠陥を確実に検出することができる。しか
も、探傷に際して超音波探触子を傾ける必要はなく、固
定状態で使用することができ、かつ、SN比を低下させ
ないので、検出能が高いものである。また、超音波探触
子の使用個数が少なくてすむため、構成が簡単で安価に
できる。
【0023】凸状曲面板からなる振動子を有する超音波
探触子または中空皿型板からなる振動子を有する超音波
探触子では、さらに検出能を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す超音波探触子の斜視
図である。
【図2】第1実施例による超音波探傷方法を示す説明図
である。
【図3】第1実施例による実験結果を欠陥の傾き角度と
エコー高さの関係で表わした図である。
【図4】超音波探触子の他の配置例を示す説明図であ
る。
【図5】本発明の第2実施例を示す超音波探触子の斜視
図である。
【図6】図6の側面図である。
【図7】図6の矢印Aの方向から見た図である。
【図8】本発明の第3実施例を示す超音波探触子の斜視
図である。
【図9】図8の断面側面図である。
【図10】図9の矢印Bの方向から見た図である。
【図11】第3実施例による実験結果を示す図である。
【図12】本発明の第4実施例を示す超音波探触子の断
面正面図である。
【図13】図13の平面図である。
【図14】従来の超音波探傷法を示す説明図である。
【符号の説明】
1、11、12、13 超音波探触子 2、21、22、23 楔 24 振動子取付部 4、41、42、43 振動子取付面 5、51、52、53 振動子 10 被検体 20 欠陥

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 楔と、この楔に取り付けられた振動子と
    からなる超音波探触子において、 平板からなる前記振動子の幅または該振動子の前記楔へ
    の取付幅が下記の式を満たすことを特徴とする超音波探
    触子。 d<0.44λ/sin(5π/180) ここに、dは振動子幅または振動子取付幅、λは被検体
    中の超音波の波長である。
  2. 【請求項2】 前記楔は前記振動子を取り付けるための
    山形状の取付部を有し、その取付部の頂部が幅dを持つ
    振動子取付平面になっていることを特徴とする請求項1
    記載の超音波探触子。
  3. 【請求項3】 楔と、この楔に取り付けられた振動子と
    からなる超音波探触子において、 前記楔が凹面の振動子取付面を有し、この取付面に取り
    付けられる前記振動子が下記の近似式を満たす凸状曲面
    板に形成されていることを特徴とする超音波探触子。 【数1】
  4. 【請求項4】 楔と、この楔に取り付けられた振動子と
    からなる超音波探触子において、 前記楔がその底面に対し逆円錐状の振動子取付面を有
    し、この取付面に取り付けられる前記振動子が中空皿型
    板に形成されていることを特徴とする超音波探触子。
JP8505895A 1995-04-11 1995-04-11 超音波探触子 Pending JPH08285828A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110261489A (zh) * 2019-07-01 2019-09-20 河海大学常州校区 线性相控阵超声斜探头辐射偏转声场扩散角的计算方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110261489A (zh) * 2019-07-01 2019-09-20 河海大学常州校区 线性相控阵超声斜探头辐射偏转声场扩散角的计算方法
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