JPH09257764A

JPH09257764A - 手動走査型超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH09257764A
Application number: JP8066368A
Authority: JP
Inventors: Toru Nakajima; 透中島; Yuuichi Maki; 雄一萬來; Yutaka Arai; 豊新井
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Tokyo Rigaku Kensa Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd; Tokyo Rigaku Kensa Co Ltd
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】検査作業を容易にすると共に欠陥検出の信頼
性及び検査作業の効率を向上させ、さらには、低コスト
で実用性に優れた手動走査型超音波探傷装置を提供す
る。【解決手段】検査対象の鋼管１の溶接箇所２周辺にガ
イドレール１０を取り付け、ガイドレール１０に斜角探
傷子１４を手動で周方向及び軸方向に走査するための走
査治具１１，１２を取り付ける。走査治具１１，１２に
は斜角探傷子１４の走査位置を検出する走査位置検出手
段１３が設けられている。斜角探傷子１４にはポンプ１
５から水が供給され、接触空間を常に水で満たした状態
で走査する。斜角探傷子１４からの欠陥エコー信号は走
査位置検出信号と共にパソコン２３で分析され探傷結果
の表示及び記録が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼管の溶接部等の非破
壊検査に用いられる超音波探傷装置に関し、特に、超音
波探触子を手動で走査する手動走査型の超音波探傷装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼管溶接部の検査には、溶接部周辺の鋼
管表面から斜めに超音波を入射させ、鋼管内を伝搬して
溶接部に到達する超音波の欠陥エコーを検出することに
よって欠陥の存在を認識する斜角超音波探傷と呼ばれる
手法が一般に採用されている。

【０００３】この斜角超音波探傷を行うための探傷装置
としては、通常、手動走査による装置が用いられてい
る。これは、横軸に時間（ビーム路程），縦軸にエコー
高さを示す表示器と各種の調整つまみを備えた前面パネ
ルとを有する超音波探傷器本体に斜角探触子のコードを
接続したもので、作業者が斜角探触子を持って溶接部周
囲の鋼管表面を手動で走査し、表示装置に映し出される
Ａスコープ波形により溶接欠陥の判定を行うものであ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の手動走査による探傷装置では、欠陥エコーの高さや
ビーム路程が表示画面上のアナログ信号として把握され
るだけで探傷結果の良否が理解しにくく、また、表示画
面上の探傷波形から直感的に欠陥の存在位置や欠陥の大
きさを把握するのが難しいことから、探傷作業に熟練を
要するという問題がある。さらには、探触子を走査する
際の走査ピッチにむらが生じ易いことで探傷結果の再現
性が悪くなる点や結果の記録が取れないことから、欠陥
検出の信頼性という面でも問題がある。

【０００５】一方で、上述した手動探傷の欠点を補うべ
く、探触子の走査を機械的に行うと共にエコー波形を自
動解析して探傷結果を表示或いは記録する全自動探傷装
置の開発が進められている。しかしながら、システム全
体の製作費が高価であり、それに伴って検査コストも高
くなる、或いは現場で適用する際に走査部や駆動部に機
械的なトラブルが起こり易いといった不具合があり、実
用性に問題がある。

【０００６】また、手動走査においても機械的な走査に
おいても言えることであるが、検査の精度或いは能率を
上げるためには、走査中に探触子からの超音波が確実に
検査対象である鋼管内に入射されることが必要である。
このためには、走査中常に探触子が接触媒質を介して検
査対象物の表面に密着されていること、つまり、探触子
と検査対象物の表面との間に空気層が介在しないことが
要求される。しかしながら、鋼管の溶接部を検査するに
は鋼管の全周に渡って探触子を走査させる必要があり、
特に鋼管の下面で、手動走査の場合には作業がやり難
い、機械的な走査の場合には探触子の自重で表面から離
れ易いということで、探触子と検査対象物との間に空気
層が入って音響結合の不良状態を引き起こし易く、この
ような結合不良が度々生じる従来の装置では、その都度
走査をやり直さなければならないので検査作業の効率が
低下してしまう問題がある。

【０００７】本発明はこのような事情に対処するために
提案されたものであって、検査作業を容易にすると共に
欠陥検出の信頼性及び検査作業の効率を向上させ、さら
には、低コストで実用性に優れた手動走査型超音波探傷
装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による手動走査型超音波探傷装置は、検査対
象の鋼管周囲に取り付けられるガイドレールと、該ガイ
ドレールに規制され周方向にのみ移動可能な治具本体及
び該治具本体に取り付けられ上記鋼管の軸方向にのみ移
動可能なスライド部材から成る走査治具と、該走査治具
の位置を検出する走査位置検出手段と、上記スライド部
材の先端部に取り付けられた斜角探触子とを備えた手動
走査型超音波探傷装置であって、上記探触子は鋼管表面
に対面する底面に磁石を備えると共に、接触空間に給水
する給水装置が接続されており、探触子からの探傷信号
を上記走査位置検出手段からの走査位置信号と合わせて
解析し、探傷結果を記録及び表示することを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】本発明の探傷装置は探触子の走査を簡単な構造
の走査治具を用いて手動で行うものであって、操作が簡
便になると同時に、走査治具に沿って走査位置を検出し
ながら検査を行えるので走査むらをなくすることがで
き、探傷結果の再現性が良い。

【００１０】そして、探触子は底面に設けた磁石によっ
て走査中は常に鋼管表面に密着され、また、接触空間に
は常に水が供給されるので、音響結合不良を極力少なく
することができる。これによって、走査むらがなくなる
ことと合わせて検査作業の効率が向上する。さらに、接
触空間への水の供給にはダイヤフラム式液体マイクロポ
ンプを用いて気泡の入らない層流を送り込んでいるの
で、検査対象物の表面が多少荒い場合でも気泡等の空気
層が形成されることはなく、超音波の伝達効率が良い。
したがって、安定した一定強さの超音波を鋼管内に伝搬
させることができ、作業効率のみならず作業精度の向上
も図れる。

【００１１】さらには、得られた探傷結果はパソコン等
によってリアルタイムにＡ及びＣスコープ画像として表
示され、Ａ，Ｃスコープ画像をモニターしながら探傷で
きるので欠陥判定が容易になり、操作の簡便さと相俟っ
て検査作業に熟練要することがなくなる。また、探傷結
果の表示と同時に探傷結果と走査位置情報がフロッピー
ディスク等に記録されることから、探傷データが保存で
きると共にデータ収集後に任意の位置のＢスコープ（断
面図）画像の表示が可能になり、検査の信頼性が向上す
る。

【００１２】また、ガイドレールを含めて装置は検査対
象物に対して着脱可能であり、構造も簡素であるから、
現場での実用性に富み、システム全体の製作費も低く抑
えられるので検査作業に要するコストも低減する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明の一実施例に係る手動走査型超音波
探傷装置のシステム構成を示す説明図である。１は検査
対象となる鋼管、２は欠陥検査が行われる溶接箇所を示
している。この鋼管１にガイドレール１０が着脱自在に
取り付けられる。ガイドレール１０には、この上を転動
する転輪１１ａを備えガイドレール１０に規制され周方
向にのみ移動可能な治具本体１１が設置され、この治具
本体１１には鋼管１の軸方向のみに移動可能なスライド
部材１２が取り付けられている。治具本体１１とスライ
ド部材１２によって２軸方向に走査可能な走査治具が構
成される。この走査治具には走査位置検出手段であるＸ
軸・Ｙ軸エンコーダ１３が設けられて、ガイドレール１
０に対する治具本体１１の位置と治具本体１１に対する
スライド部材１２の位置関係から、スライド部材１２の
先端部に取り付けられる斜角探触子１４の走査位置を検
出している。

【００１４】斜角探触子１４には、給水装置であるダイ
ヤフラム式液体マイクロポンプ１５が送水管１６を介し
て接続しており、探触子１４と検査対象物である鋼管１
の表面との間に形成される接触空間に接触媒質である水
を供給している。１７は水タンク、１８は吸水管を示し
ている。ここで、接触媒質として供給される水には防錆
剤を混入して、検査後に鋼管が錆びるのを防いでいる。

【００１５】斜角探触子１４からの探傷信号は、一方で
探傷器２０に送られ探傷器の表示画面で探傷波形のＡス
コープ表示がなされ、もう一方ではＡ／Ｄ変換器２１を
介して、Ｘ軸・Ｙ軸エンコーダ１３からの走査位置信号
をデジタル変換するエンコーダカウンタボード２２から
の走査位置情報信号と共にパーソナルコンピュータ２３
に送られる。そして、このパーソナルコンピュータ２３
で探傷結果の分析がなされ、その結果がパーソナルコン
ピュータ２３の表示画面にＣスコープ画像としてリアル
タイムにグラフィック表示される。また同時にパーソナ
ルコンピュータ２３におけるフロッピーディスク等の記
録媒体に探傷結果及び走査位置情報の記録が取られる。
したがって、一通りの検査を終了してデータを収録後に
任意の位置のＢスコープ画像を表示することができる。
ここで、パーソナルコンピュータ２３として携帯に便利
なノート型のパソコンを用いることによって、現場での
設置が簡単になり、より実用的になる。

【００１６】次に、斜角探触子１４の一例を図２によっ
て説明する。図２（ａ）は斜角探触子１４を接触面側か
ら見た正面図であり、同図（ｂ）はそのＡＡ断面図であ
る。斜角探触子１４は、ケース３０をベースとしてお
り、ケース３０の検査対象物に対面する底面には磁石３
６が埋め込まれている。また、ケース３０の前方中央部
付近には斜めにカットされた楔状の接触空間３７が形成
されており、該空間の斜面に沿って超音波振動子３１が
設置されている。そして、接触空間３７の前方には振動
子３１に接して円柱状のシリコン３２が設けられケース
３０前面に貼り付けられたアクリル板３３によって支持
されている。アクリル板３３の外面にはコルク３４が貼
り付けられており、これらのシリコン３２，アクリル板
３３，コルク３４が接触空間３７内の雑音を吸収する吸
音材の作用をしている。

【００１７】また、ケース３０には、振動子３１の両側
に配置され接触空間３７に開口する給水孔３５が設けら
れる。この給水孔３５には上述の送水管１６が接続さ
れ、使用時には、接触空間３７はダイヤフラム式液体マ
イクロポンプ１５から送り込まれた水によって常時満た
されることになる。

【００１８】ここで用いられる斜角探触子１４の作用と
最適な態様について更に説明すると、斜角探触子１４
は、ケース３０の底面に設けられる磁石によって検査対
象物である鋼管表面に密着し、検査作業時にも鋼管表面
に密着した状態で走査を行う。したがって、通常の手動
走査で行うように探触子を接触面に押し付ける必要がな
くなり、作業を楽に行うことができる。また、鋼管の下
側を走査する場合にも接触面が離れることがなく、音響
結合不良を起こし難い。さらに、接触空間３７を使用時
には常に水で満たすようにし、また水の供給にはダイヤ
フラム式液体マイクロポンプ１５を用いて気泡の入らな
い層流を送り込んでいるので、検査対象物の表面が多少
荒い場合でも気泡等の空気層が形成されることはなく、
超音波の伝達効率が良い。したがって、安定した一定強
さの超音波を鋼管内に伝搬させることができ、作業効率
のみならず作業精度の向上も図れる。

【００１９】また、ここで用いられる斜角探触子１４は
５×５ｍｍの振動子寸法で１０ＭＨ_Z程度の高周波・広
帯域探触子を用い、接触空間３７の楔角、つまり超音波
の入射角を２０〜２６°と小さく設定している。本実施
例によれば接触媒質として水を用いているので超音波の
入射角を小さくしても十分な屈折角で検査対象物内に超
音波を伝搬させることができ、また、超音波の入射面を
均一な水で満たしているので短波長波を用いても感度の
低下がない。これによって検査対象領域への接近限界が
短く、感度の高い検査を行うことができる。

【００２０】以下、本発明による手動走査型超音波探傷
装置を用いた鋼管溶接部の探傷方法の一例を図３及び図
４に基づいて説明する。

【００２１】鋼管１の溶接箇所２に対して、片側からの
探傷を左右両面に渡って行う。探触子１４の走査は周方
向のみで、１周毎に探触子の軸方向の位置を変えて片側
３周（左右両面で６周）の走査を行う。走査の軸方向位
置は図３の（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、
溶接箇所から順次離れるように設定される。（ａ）の位
置は、図４（ａ）に示すように、ルート部の溶け込み不
良（ＩＰ）を検出するために予め測定した屈折角と検査
対象の鋼管の厚さとによって算出される位置である。
（ｂ）の位置は、図４（ｂ）に示すように、層間中央部
の融合不良（ＬＦ），スラブ巻き込み（ＳＩ），ブロー
ホール（ＢＨ），パイピング（Ｐ）を検出するために
（ａ）同様に屈折角と鋼管厚さから算出される位置であ
る。（ｃ）の位置は、図４（ｃ）に示すように、層間上
部の融合不良（ＬＦ），スラブ巻き込み（ＳＩ），ブロ
ーホール（ＢＨ），パイピング（Ｐ）を検出する位置で
ある。

【００２２】検査中は、探触子１４の走査位置がＸ軸・
Ｙ軸エンコーダ１３によって検出されエンコーダカウン
タボード２２を介してパソコン２３に走査位置信号とし
て入力される。それと同時に、検出された欠陥エコー信
号がＡ／Ｄ変換器を介してパソコン２３に入力される
が、この欠陥エコー信号に対しては、検出目標とする欠
陥エコーが得られるビーム路程を算出してそのビーム路
程に合わせた１つのゲートを設定する１ゲート１エコー
式のゲート設定を行いＳ／Ｎ比の向上を図っている。そ
して、得られた欠陥エコー信号及び走査位置信号に対し
てパソコン２３で解析がなされ、探傷結果をリアルタイ
ムでパソコン２３の表示画面にＡ或いはＣスコープ画像
として表示する。また、探傷結果及び走査位置信号はパ
ソコン２３のフロッピーディスク等の記録媒体に記録さ
れ、データ収録後に任意の位置のＢスコープ画像を表示
する。

【００２３】鋼管の溶接箇所の探傷では、裏波の形状に
よるエコーが妨害エコーとなって現れるため、この疑似
エコーと欠陥エコー（特にルート部の溶け込み不良）と
の区別が困難であるが、上述の実施例による検査では、
各エコーの反射源の位置をビーム路程と探触子の位置か
ら幾何学的に計算しパソコン２３の画面上にＣスコープ
表示するので、溶接中心からの位置が３ｍｍ以上ある裏
波による疑似エコーと１ｍｍ以下の溶け込み不良による
欠陥エコーが明確に区別できた。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記のように構成されるので、
次に記載する効果を奏する。（１）探触子の走査を簡単な構造の走査治具を用いて手
動で行うので、操作が簡便になると同時に、システム全
体の製作費も低く抑えられるので検査作業に要するコス
トも低減する。（２）ガイドレールを含めて装置は検査対象物に対して
着脱可能であり、構造も簡素であるから、現場での実用
性に富む。（３）走査治具に沿って走査位置を検出しながら検査を
行えるので走査むらをなくすことができる。（４）探触子は底面に設けた磁石によって走査中は常に
鋼管表面に密着され、また、接触空間には常に水が供給
されるので、結合不良を極力少なくすることができる。
したがって、検査の作業効率が著しく向上する。（５）接触空間を使用時に常に水で満たすようにし、ま
た水の供給にはダイヤフラム式液体マイクロポンプを用
いて気泡の入らない層流を送り込んでいるので、表面荒
さの影響を受けにくく超音波の伝達効率が良い。したが
って、安定した一定強さの超音波を鋼管内に伝搬させる
ことができ、作業精度の向上が図れる。（６）得られた探傷結果はパソコン等によってリアルタ
イムにＡ及びＣスコープ画像として表示されので、画面
をモニターしながら探傷することによって欠陥判定が容
易になり、操作の簡便さと相俟って検査作業に熟練要す
ることがなくなる。（７）探傷結果の表示と同時に探傷結果と走査位置情報
がフロッピーディスク等に記録されることから、データ
の保存が可能になると共にデータを収録後にＢスコープ
画像を表示することもでき、検査の信頼性が向上する。（８）従来区別し難かったＩＰによるエコーと裏波によ
る疑似エコーを、表示されるＣスコープ画像及びＢスコ
ープ画像により容易に区別することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る手動走査型超音波探傷
装置のシステム構成を示す説明図である。

【図２】本発明に係る手動走査型超音波探傷装置に用い
られる斜角探触子の一例を示す正面図及び断面図であ
る。

【図３】本発明による手動走査型超音波探傷装置を用い
た鋼管溶接部の探傷方法の一例を示す説明図である。

【図４】本発明による手動走査型超音波探傷装置を用い
た鋼管溶接部の探傷方法の一例を示す説明図である。

【符号の説明】

１鋼管２溶接箇所１０ガイドレール１１走査治具本体１２スライド部材１３Ｘ軸・Ｙ軸エンコーダ１４斜角探傷子１５ダイヤフラム式液体マイクロポンプ１６送水管１７水タンク１８吸水管２０探傷器２１Ａ／Ｄ変換器２２エンコーダカウンタボード２３パーソナルコンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新井豊東京都品川区南大井６丁目24番６号東京理学検査株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検査対象の鋼管周囲に取り付けられるガ
イドレールと、該ガイドレールに規制され周方向にのみ
移動可能な治具本体及び該治具本体に取り付けられ上記
鋼管の軸方向にのみ移動可能なスライド部材から成る走
査治具と、該走査治具の位置を検出する走査位置検出手
段と、上記スライド部材の先端部に取り付けられた斜角
探触子とを備えた手動走査型超音波探傷装置であって、上記探触子は鋼管表面に対面する底面に磁石を備えると
共に、接触空間に給水する給水装置が接続されており、
探触子からの探傷信号を上記走査位置検出手段からの走
査位置信号と共に解析し、探傷結果を記録及び表示する
ことを特徴とする手動走査型超音波探傷装置。
【請求項２】上記探傷信号は、上記走査位置信号と共
にＡ／Ｄ変換器を介してパーソナルコンピュータに入力
され、パーソナルコンピュータの表示画面上で探傷結果
をＡ，Ｂ及びＣスコープ画像として表示すると共に、探
傷結果及び走査位置情報をフロッピーディスクに記録す
ることを特徴とする請求項１記載の手動走査型超音波探
傷装置。
【請求項３】上記給水装置はダイヤフラム式液体マイ
クロポンプであることを特徴とする請求項１又は２に記
載の手動走査型超音波探傷装置。
【請求項４】上記給水装置によって接触空間に供給さ
れる水は防錆剤入りの水であることを特徴とする請求項
１〜３の何れか１項に記載の手動走査型超音波探傷装
置。