JPH10153587A - 複合型斜角探触子 - Google Patents
複合型斜角探触子Info
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- JPH10153587A JPH10153587A JP8315034A JP31503496A JPH10153587A JP H10153587 A JPH10153587 A JP H10153587A JP 8315034 A JP8315034 A JP 8315034A JP 31503496 A JP31503496 A JP 31503496A JP H10153587 A JPH10153587 A JP H10153587A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超音波自動探傷装置により鋼管の円周方向に
長さを有する欠陥を全面にわたって検査するために不可
欠な、欠陥検出能を低下させずに広い有効ビーム幅を有
する複合型斜角探触子を提供する。 【解決手段】 鋼管の軸長方向と円周方向とにそれぞれ
ずらして配置した凸状に湾曲した振動子群と、円周方向
にずれた振動子からの超音波ビームが鋼管の中心を向く
ように角度を設けた音響プリズムとを備えたものであ
る。
長さを有する欠陥を全面にわたって検査するために不可
欠な、欠陥検出能を低下させずに広い有効ビーム幅を有
する複合型斜角探触子を提供する。 【解決手段】 鋼管の軸長方向と円周方向とにそれぞれ
ずらして配置した凸状に湾曲した振動子群と、円周方向
にずれた振動子からの超音波ビームが鋼管の中心を向く
ように角度を設けた音響プリズムとを備えたものであ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は円筒形状の試験体
例えば金属管の超音波探傷試験に使用する水浸式の超音
波斜角探触子に関するものである。
例えば金属管の超音波探傷試験に使用する水浸式の超音
波斜角探触子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は鋼管における円周方向に長さを有
する欠陥を探傷するための従来の斜角探触子の断面図で
ある。図において１ａ，１ｂ，１ｃは従来の斜角探触
子、２ａ，２ｂ，２ｃは斜角探触子１ａ，１ｂ，１ｃに
それぞれ内蔵されている平板の振動子、３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄはアクリル樹脂等からなる音響プリズム、４
ａ，４ｂ，４ｃは超音波ビーム、５は試験体である鋼
管、６は水等からなる接触媒体、Ｌは斜角探触子１ａか
ら１ｃの鋼管５の軸長方向における寸法、Ｗ１，Ｗ２，
Ｗ３は振動子１ａ，１ｂ，１ｃで形成される鋼管５の軸
長方向における有効ビーム幅、ＤＺは斜角探触子１ａ，
１ｂ，１ｃの鋼管５の軸長方向寸法Ｌから有効ビーム幅
Ｗを差し引いた未探傷幅である。
する欠陥を探傷するための従来の斜角探触子の断面図で
ある。図において１ａ，１ｂ，１ｃは従来の斜角探触
子、２ａ，２ｂ，２ｃは斜角探触子１ａ，１ｂ，１ｃに
それぞれ内蔵されている平板の振動子、３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄはアクリル樹脂等からなる音響プリズム、４
ａ，４ｂ，４ｃは超音波ビーム、５は試験体である鋼
管、６は水等からなる接触媒体、Ｌは斜角探触子１ａか
ら１ｃの鋼管５の軸長方向における寸法、Ｗ１，Ｗ２，
Ｗ３は振動子１ａ，１ｂ，１ｃで形成される鋼管５の軸
長方向における有効ビーム幅、ＤＺは斜角探触子１ａ，
１ｂ，１ｃの鋼管５の軸長方向寸法Ｌから有効ビーム幅
Ｗを差し引いた未探傷幅である。
【０００３】従来の斜角探触子は上記に示すようにそれ
ぞれの斜角探触子１ａ，１ｂ，１ｃの内部にそれぞれ１
個の平板振動子２ａ，２ｂ，２ｃが組み込まれており、
鋼管５の軸長方向において同一軸上に複数個配置され
る。１個の斜角探触子１ａの動作としては振動子２ａか
ら送信された超音波ビーム４ａは音響プリズム３ａと接
触媒体６との境界でスネルの法則に従って、所定の角度
で斜めに接触媒体６に入射し、さらに広がりながら接触
媒体６を経由して鋼管５表面に到達し、鋼管５中でさら
に広がりながら内面と外面に挟まれた肉厚内をジグザグ
に伝搬する。この時に鋼管５内の軸長方向のビームの広
がりのうち、最大感度を示す振幅から感度が−３ｄＢ、
または−６ｄＢとなるビームの広がりが有効ビーム幅Ｗ
１となり、上記有効ビーム幅Ｗ１内に存在する欠陥は規
定の欠陥出能で検出可能である。上記有効ビーム幅Ｗ１
は一般的には欠陥検出能を確保する条件から斜角探触子
１ａの鋼管５の軸長方向における寸法Ｌより小さくなる
ため、斜角探触子１ａの鋼管５軸長方向の寸法Ｌで配置
された寸法内には未探傷領域ＤＺが多く発生し、上記未
探傷領域ＤＺを無くして鋼管５の全面を探傷する場合に
は鋼管５の搬送速度を遅くしたり、同一軸上に複数の斜
角探触子１ｂ，１ｃを配置したり、鋼管５の円周方向に
複数の斜角探触子を配置させて探傷試験を行っていた。
ぞれの斜角探触子１ａ，１ｂ，１ｃの内部にそれぞれ１
個の平板振動子２ａ，２ｂ，２ｃが組み込まれており、
鋼管５の軸長方向において同一軸上に複数個配置され
る。１個の斜角探触子１ａの動作としては振動子２ａか
ら送信された超音波ビーム４ａは音響プリズム３ａと接
触媒体６との境界でスネルの法則に従って、所定の角度
で斜めに接触媒体６に入射し、さらに広がりながら接触
媒体６を経由して鋼管５表面に到達し、鋼管５中でさら
に広がりながら内面と外面に挟まれた肉厚内をジグザグ
に伝搬する。この時に鋼管５内の軸長方向のビームの広
がりのうち、最大感度を示す振幅から感度が−３ｄＢ、
または−６ｄＢとなるビームの広がりが有効ビーム幅Ｗ
１となり、上記有効ビーム幅Ｗ１内に存在する欠陥は規
定の欠陥出能で検出可能である。上記有効ビーム幅Ｗ１
は一般的には欠陥検出能を確保する条件から斜角探触子
１ａの鋼管５の軸長方向における寸法Ｌより小さくなる
ため、斜角探触子１ａの鋼管５軸長方向の寸法Ｌで配置
された寸法内には未探傷領域ＤＺが多く発生し、上記未
探傷領域ＤＺを無くして鋼管５の全面を探傷する場合に
は鋼管５の搬送速度を遅くしたり、同一軸上に複数の斜
角探触子１ｂ，１ｃを配置したり、鋼管５の円周方向に
複数の斜角探触子を配置させて探傷試験を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来の斜角探触子１ａ
から１ｃでは内部に平板振動子２ａから２ｃをそれぞれ
１個備えているだけであるため、鋼管５中で形成される
有効ビーム幅Ｗ１からＷ３が狭く、探傷条件として鋼管
５の全面を探傷する場合に、鋼管５の同一軸上、および
円周方向に多くの斜角探触子を配置させる必要があり、
その結果、斜角探触子を固定して一定条件で鋼管５との
位置関係を保つための機構装置が大型化し、さらには段
取り替えやメンテナンス性を悪くする課題があった。
から１ｃでは内部に平板振動子２ａから２ｃをそれぞれ
１個備えているだけであるため、鋼管５中で形成される
有効ビーム幅Ｗ１からＷ３が狭く、探傷条件として鋼管
５の全面を探傷する場合に、鋼管５の同一軸上、および
円周方向に多くの斜角探触子を配置させる必要があり、
その結果、斜角探触子を固定して一定条件で鋼管５との
位置関係を保つための機構装置が大型化し、さらには段
取り替えやメンテナンス性を悪くする課題があった。
【０００５】この発明は、かかる課題を解決するために
なされたものであり、欠陥検出能を低下させずに円筒形
状の試験体の軸長方向における超音波ビームのカバー率
を向上させて全面探傷を可能とし、機構装置の小型化を
図ることを目的としている。
なされたものであり、欠陥検出能を低下させずに円筒形
状の試験体の軸長方向における超音波ビームのカバー率
を向上させて全面探傷を可能とし、機構装置の小型化を
図ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明における複合型
斜角探触子においては１個の振動子で成形される有効ビ
ーム幅より若干小さい寸法だけ円筒形状の試験体の軸長
方向に振動子をずらし、かつ、上記試験体の円周方向に
おいて振動子の幅以上にずらして２個以上配置した振動
子と、上記それぞれの振動子で送受信される超音波ビー
ムが鋼管の略中心をそれぞれ向くように超音波を屈折さ
せる音響プリズムとを備えたものである。
斜角探触子においては１個の振動子で成形される有効ビ
ーム幅より若干小さい寸法だけ円筒形状の試験体の軸長
方向に振動子をずらし、かつ、上記試験体の円周方向に
おいて振動子の幅以上にずらして２個以上配置した振動
子と、上記それぞれの振動子で送受信される超音波ビー
ムが鋼管の略中心をそれぞれ向くように超音波を屈折さ
せる音響プリズムとを備えたものである。
【０００７】また、この発明はそれぞれの振動子におい
ては、試験体の軸長方向に超音波が拡散するように凸状
に湾曲した振動子と、上記それぞれの振動子の取付け面
は振動子の曲率と同じ曲率を有した音響プリズムとを備
えたものである。
ては、試験体の軸長方向に超音波が拡散するように凸状
に湾曲した振動子と、上記それぞれの振動子の取付け面
は振動子の曲率と同じ曲率を有した音響プリズムとを備
えたものである。
【０００８】この発明は試験体の搬送方向に対して上流
側と下流側に同一軸上にそれぞれ振動子を配置し、上流
側に配置された振動子群は上流方向に超音波を送受信
し、下流側に配置された振動子群は下流方向に超音波を
送受信するようにそれぞれの振動子群を背中合わせで固
定する音響プリズムとを備えたものである。
側と下流側に同一軸上にそれぞれ振動子を配置し、上流
側に配置された振動子群は上流方向に超音波を送受信
し、下流側に配置された振動子群は下流方向に超音波を
送受信するようにそれぞれの振動子群を背中合わせで固
定する音響プリズムとを備えたものである。
【０００９】また、この発明は試験体の半径が変化した
場合でも試験体の円周方向に配置されたそれぞれの振動
子から送受信される超音波ビームが常に試験体のほぼ中
心を向くように、複合型斜角探触子の音響プリズム表面
と試験体表面間の距離を自在に可変できる昇降軸を備え
たものである。
場合でも試験体の円周方向に配置されたそれぞれの振動
子から送受信される超音波ビームが常に試験体のほぼ中
心を向くように、複合型斜角探触子の音響プリズム表面
と試験体表面間の距離を自在に可変できる昇降軸を備え
たものである。
【００１０】
実施の形態１．図１ａ、図１ｂ、および図１ｃはこの発
明の実施の形態１を示す複合型斜角探触子のそれぞれ上
から見た断面図、軸長方向における断面図、円周方向に
おける断面図である。図において１０はこの発明による
複合型斜角探触子、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは凸状に湾
曲して鋼管５の搬送方向において上流側に超音波を送受
信する第１群の振動子、１２ａ，１２ｂ，１２ｃは鋼管
５の搬送方向において下流側に超音波を送受信する凸状
に湾曲した第２群の振動子、１３は上記第１群の振動子
１１ａ，１１ｂ，１１ｃと第２群の振動子１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを固定する音響プリズム、１４ａ，１４ｂ，
１４ｃは振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃで送受信される
超音波ビーム、１５は鋼管５の搬送方向を示す矢印、Ｐ
は第１群の振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃの配置間隔、
および第２群の振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの鋼管５
の軸長方向における配置間隔、ｘ１，ｘ２，ｘ３は各振
動子で形成される鋼管５の軸長方向の有効ビーム幅、Ｏ
は鋼管５の中心、Ｙ１は振動子１１ａと１２ａの中心と
鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心線、Ｙ２は振動子１１ｂと１
２ｂの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心線、Ｙ３は振動
子１１ｃと１２ｃの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心
線、ｍはそれぞれの振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよ
び１２ａ，１２ｂ，１２ｃの幅寸法、ｎはそれぞれの振
動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび１２ａ，１２ｂ，１
２ｃの円周方向に互いに隣接する間隔、θは接触媒体６
に当接する音響プリズム１３表面に設けられた角度であ
る。
明の実施の形態１を示す複合型斜角探触子のそれぞれ上
から見た断面図、軸長方向における断面図、円周方向に
おける断面図である。図において１０はこの発明による
複合型斜角探触子、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは凸状に湾
曲して鋼管５の搬送方向において上流側に超音波を送受
信する第１群の振動子、１２ａ，１２ｂ，１２ｃは鋼管
５の搬送方向において下流側に超音波を送受信する凸状
に湾曲した第２群の振動子、１３は上記第１群の振動子
１１ａ，１１ｂ，１１ｃと第２群の振動子１２ａ，１２
ｂ，１２ｃを固定する音響プリズム、１４ａ，１４ｂ，
１４ｃは振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃで送受信される
超音波ビーム、１５は鋼管５の搬送方向を示す矢印、Ｐ
は第１群の振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃの配置間隔、
および第２群の振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃの鋼管５
の軸長方向における配置間隔、ｘ１，ｘ２，ｘ３は各振
動子で形成される鋼管５の軸長方向の有効ビーム幅、Ｏ
は鋼管５の中心、Ｙ１は振動子１１ａと１２ａの中心と
鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心線、Ｙ２は振動子１１ｂと１
２ｂの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心線、Ｙ３は振動
子１１ｃと１２ｃの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心
線、ｍはそれぞれの振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよ
び１２ａ，１２ｂ，１２ｃの幅寸法、ｎはそれぞれの振
動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび１２ａ，１２ｂ，１
２ｃの円周方向に互いに隣接する間隔、θは接触媒体６
に当接する音響プリズム１３表面に設けられた角度であ
る。
【００１１】上記のように構成された複合型斜角探触子
１０においては、第１群の振動子１１ａ，１１ｂ，１１
ｃおよび第２群の振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは超音
波が拡散する凸状の湾曲形状をしているため、それぞれ
の振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび１２ａ，１２
ｂ，１２ｃから送信された超音波ビーム１４ａ，１４
ｂ，１４ｃは平板振動子から送信される超音波ビーム４
ａ，４ｂ，４ｃより広がって接触媒体６中を伝搬し、さ
らに鋼管５中で広がりながら鋼管５の内面と外面に挟ま
れた肉厚内をジグザグに伝搬し、広い有効ビーム幅Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３を形成する。また、第１群の振動子１１
ａ，１１ｂ，１１ｃおよび第２群の振動子１２ａ，１２
ｂ，１２ｃはそれぞれ鋼管５の円周方向において振動子
１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
の幅寸法ｍに相当する寸法以上ずれた間隔ｎで配置さ
れ、かつ、鋼管５の軸長方向において有効ビーム幅Ｘ１
よりわずかに小さい間隔Ｐで配置されているため、上記
第１群のそれぞれの振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃで形
成される鋼管５の軸長方向に有効ビーム幅Ｘ１，Ｘ２，
Ｘ３は隙間なくオーバーラップして形成される。この時
に有効ビーム幅Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は同一軸上に形成され
ていないが、鋼管５の自動探傷では一般的に探触子の有
効ビーム幅の軌跡が鋼管５の表面を螺旋状に走査される
ように探触子と鋼管５とが相対的に移動するため、第１
群の振動子１ａ，１ｂ，１ｃおよび第２群の振動子２
ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ探触子１０と鋼管５の相対的
な螺旋状の動きに沿ったように鋼管５の円周方向にずら
して配置すれば良い。
１０においては、第１群の振動子１１ａ，１１ｂ，１１
ｃおよび第２群の振動子１２ａ，１２ｂ，１２ｃは超音
波が拡散する凸状の湾曲形状をしているため、それぞれ
の振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび１２ａ，１２
ｂ，１２ｃから送信された超音波ビーム１４ａ，１４
ｂ，１４ｃは平板振動子から送信される超音波ビーム４
ａ，４ｂ，４ｃより広がって接触媒体６中を伝搬し、さ
らに鋼管５中で広がりながら鋼管５の内面と外面に挟ま
れた肉厚内をジグザグに伝搬し、広い有効ビーム幅Ｗ
１，Ｗ２，Ｗ３を形成する。また、第１群の振動子１１
ａ，１１ｂ，１１ｃおよび第２群の振動子１２ａ，１２
ｂ，１２ｃはそれぞれ鋼管５の円周方向において振動子
１１ａ，１１ｂ，１１ｃおよび１２ａ，１２ｂ，１２ｃ
の幅寸法ｍに相当する寸法以上ずれた間隔ｎで配置さ
れ、かつ、鋼管５の軸長方向において有効ビーム幅Ｘ１
よりわずかに小さい間隔Ｐで配置されているため、上記
第１群のそれぞれの振動子１１ａ，１１ｂ，１１ｃで形
成される鋼管５の軸長方向に有効ビーム幅Ｘ１，Ｘ２，
Ｘ３は隙間なくオーバーラップして形成される。この時
に有効ビーム幅Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３は同一軸上に形成され
ていないが、鋼管５の自動探傷では一般的に探触子の有
効ビーム幅の軌跡が鋼管５の表面を螺旋状に走査される
ように探触子と鋼管５とが相対的に移動するため、第１
群の振動子１ａ，１ｂ，１ｃおよび第２群の振動子２
ａ，２ｂ，２ｃはそれぞれ探触子１０と鋼管５の相対的
な螺旋状の動きに沿ったように鋼管５の円周方向にずら
して配置すれば良い。
【００１２】また、鋼管５の円周方向にずらして配置し
た振動子１１ａ，１１ｃおよび振動子１２ａ，１２ｃの
超音波ビームの中心線Ｙ１，Ｙ３は鋼管５の中心Ｏを向
くように音響プリズム１３の表面に所定の角度θを設け
ているため、それぞれの振動子群１１ａ，１１ｂ，１１
ｃおよび１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中央で鋼管５の中心
Ｏ上に配置された振動子１１ｂと１２ｂとほぼ同じ条件
で鋼管５に対して超音波の送受信ができる。上記音響プ
リズム１３の表面に設けられた角度θは、鋼管５の中心
Ｏ上に配置された振動子１１ｂ，１２ｂと上記振動子１
１ｂ，１２ｂの両側に配置された振動子１１ａ，１１
ｃ，１２ａ，１２ｃとのそれぞれの間隔ｎが一定である
ことから中心線Ｙ１とＹ２に挟まれる角度、および中心
線Ｙ３とＹ２に挟まれる角度βに等しくするのが良い。
すなわち、鋼管５の中心Ｏから音響プリズム１３の表面
までの距離を一定条件にすればそれぞれの振動子１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ、および１２ａ，１２ｂ，１２ｃで
送受信される超音波は鋼管５の外径寸法によらず、常に
鋼管５の中心Ｏを向くことになる。
た振動子１１ａ，１１ｃおよび振動子１２ａ，１２ｃの
超音波ビームの中心線Ｙ１，Ｙ３は鋼管５の中心Ｏを向
くように音響プリズム１３の表面に所定の角度θを設け
ているため、それぞれの振動子群１１ａ，１１ｂ，１１
ｃおよび１２ａ，１２ｂ，１２ｃの中央で鋼管５の中心
Ｏ上に配置された振動子１１ｂと１２ｂとほぼ同じ条件
で鋼管５に対して超音波の送受信ができる。上記音響プ
リズム１３の表面に設けられた角度θは、鋼管５の中心
Ｏ上に配置された振動子１１ｂ，１２ｂと上記振動子１
１ｂ，１２ｂの両側に配置された振動子１１ａ，１１
ｃ，１２ａ，１２ｃとのそれぞれの間隔ｎが一定である
ことから中心線Ｙ１とＹ２に挟まれる角度、および中心
線Ｙ３とＹ２に挟まれる角度βに等しくするのが良い。
すなわち、鋼管５の中心Ｏから音響プリズム１３の表面
までの距離を一定条件にすればそれぞれの振動子１１
ａ，１１ｂ，１１ｃ、および１２ａ，１２ｂ，１２ｃで
送受信される超音波は鋼管５の外径寸法によらず、常に
鋼管５の中心Ｏを向くことになる。
【００１３】但し、この場合には検査の対象となる鋼管
５の外径範囲が広がると鋼管の最小半径ｒ１から最大半
径ｒ２までの差だけ接触媒体６中の距離Ｈ１，Ｈ２が変
化することを伴う。尚、音響プリズム１３上には鋼管５
の搬送方向１５に対して上流側に超音波を送受信する第
１の振動子群１１ａ，１１ｂ，１１ｃと下流側に超音波
を送受信する第２の振動子群１２ａ，１２ｂ，１２ｃが
内蔵されているため、鋼管５の軸長方向において両側か
ら検査を実施できる。
５の外径範囲が広がると鋼管の最小半径ｒ１から最大半
径ｒ２までの差だけ接触媒体６中の距離Ｈ１，Ｈ２が変
化することを伴う。尚、音響プリズム１３上には鋼管５
の搬送方向１５に対して上流側に超音波を送受信する第
１の振動子群１１ａ，１１ｂ，１１ｃと下流側に超音波
を送受信する第２の振動子群１２ａ，１２ｂ，１２ｃが
内蔵されているため、鋼管５の軸長方向において両側か
ら検査を実施できる。
【００１４】実施の形態２．図２はこの発明による実施
の形態２を示す複合型斜角探触子の円周方向断面図であ
る。図において１６は鋼管５の中心Ｏと複合型斜角探触
子１０の音響プリズム１３表面との距離を可変するため
の昇降軸、Ｈは鋼管５表面と複合型斜角探触子１０の音
響プリズム１３表面間の空間距離、ｒは鋼管５の半径、
βは振動子１１ａの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心線
Ｙ１と振動子１１ｂの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心
線Ｙ２で挟まれる角度である。
の形態２を示す複合型斜角探触子の円周方向断面図であ
る。図において１６は鋼管５の中心Ｏと複合型斜角探触
子１０の音響プリズム１３表面との距離を可変するため
の昇降軸、Ｈは鋼管５表面と複合型斜角探触子１０の音
響プリズム１３表面間の空間距離、ｒは鋼管５の半径、
βは振動子１１ａの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心線
Ｙ１と振動子１１ｂの中心と鋼管５の中心Ｏを結ぶ中心
線Ｙ２で挟まれる角度である。
【００１５】図３は実施の形態２を補足説明するための
図である。図の中心線ＡＡの右側は検査範囲中における
最小径を示した図で、中心線ＡＡの左側は検査範囲中に
おける最大径を示した図である。図において５ａは最小
径の鋼管、５ｂは最大径の鋼管、ｒ１は最小径の鋼管５
ａの半径、ｒ２は最大径の鋼管５ｂの半径、Ｈ１は最小
径の鋼管５ａにおける音響プリズム１３と鋼管５ａとの
間の超音波伝搬距離、Ｈ２は最大径の鋼管５ｂにおける
音響プリズム１３と鋼管５ｂとの間の超音波伝搬距離、
Ｓ１は鋼管５ａの表面における超音波の入射点と鋼管５
ａの中心線ＡＡとの水平距離、Ｓ２は鋼管５ｂの表面に
おける超音波の入射点と鋼管５ｂの中心線ＡＡとの水平
距離、Ｚ１は鋼管５ａの中心Ｏと超音波の入射点とを結
ぶ線、Ｚ２は鋼管５ｂの中心Ｏと超音波の入射点とを結
ぶ線、β１は鋼管５ａの中心Ｏを通る線ＡＡと線Ｚ１と
に挟まれる角度、β２は鋼管５ｂの中心Ｏを通る線ＡＡ
と線Ｚ２とに挟まれる角度である。
図である。図の中心線ＡＡの右側は検査範囲中における
最小径を示した図で、中心線ＡＡの左側は検査範囲中に
おける最大径を示した図である。図において５ａは最小
径の鋼管、５ｂは最大径の鋼管、ｒ１は最小径の鋼管５
ａの半径、ｒ２は最大径の鋼管５ｂの半径、Ｈ１は最小
径の鋼管５ａにおける音響プリズム１３と鋼管５ａとの
間の超音波伝搬距離、Ｈ２は最大径の鋼管５ｂにおける
音響プリズム１３と鋼管５ｂとの間の超音波伝搬距離、
Ｓ１は鋼管５ａの表面における超音波の入射点と鋼管５
ａの中心線ＡＡとの水平距離、Ｓ２は鋼管５ｂの表面に
おける超音波の入射点と鋼管５ｂの中心線ＡＡとの水平
距離、Ｚ１は鋼管５ａの中心Ｏと超音波の入射点とを結
ぶ線、Ｚ２は鋼管５ｂの中心Ｏと超音波の入射点とを結
ぶ線、β１は鋼管５ａの中心Ｏを通る線ＡＡと線Ｚ１と
に挟まれる角度、β２は鋼管５ｂの中心Ｏを通る線ＡＡ
と線Ｚ２とに挟まれる角度である。
【００１６】上記のように構成された複合型斜角探触子
１０では音響プリズム１３と鋼管５表面との距離Ｈを自
在に可変させるための昇降軸１６を備えているため、鋼
管５の外径寸法が変化した場合でも音響プリズム１３と
鋼管５の表面との距離Ｈが大幅に変化しないようにでき
る。特に生産能力の高い鋼管５の検査では、超音波探傷
装置の高速処理が要求されるため、超音波の送信周期を
短くする必要があり、そのためには鋼管５の外径が変化
しても音響プリズム１３と鋼管５の表面との距離Ｈが大
幅に変化しないように調整しなければならない。すなわ
ち、音響プリズム１３と鋼管５の表面間の接触媒体６で
ある水等の液体媒体は超音波の伝搬速度が鋼管５中を伝
搬する横波の約１／２程度と遅いため、距離Ｈが長くな
り過ぎと超音波の送信周期を短くできなくなり、その結
果鋼管５の生産能力に見合った高速の探傷処理ができな
くなることを避けるために、昇降軸１６により音響プリ
ズム１３と鋼管５表面との距離を可変させることが必要
となる。
１０では音響プリズム１３と鋼管５表面との距離Ｈを自
在に可変させるための昇降軸１６を備えているため、鋼
管５の外径寸法が変化した場合でも音響プリズム１３と
鋼管５の表面との距離Ｈが大幅に変化しないようにでき
る。特に生産能力の高い鋼管５の検査では、超音波探傷
装置の高速処理が要求されるため、超音波の送信周期を
短くする必要があり、そのためには鋼管５の外径が変化
しても音響プリズム１３と鋼管５の表面との距離Ｈが大
幅に変化しないように調整しなければならない。すなわ
ち、音響プリズム１３と鋼管５の表面間の接触媒体６で
ある水等の液体媒体は超音波の伝搬速度が鋼管５中を伝
搬する横波の約１／２程度と遅いため、距離Ｈが長くな
り過ぎと超音波の送信周期を短くできなくなり、その結
果鋼管５の生産能力に見合った高速の探傷処理ができな
くなることを避けるために、昇降軸１６により音響プリ
ズム１３と鋼管５表面との距離を可変させることが必要
となる。
【００１７】上記のように構成された複合探触子１０で
は鋼管５の中心Ｏと音響プリズム１３との距離（Ｈ＋
ｒ）が常に一定値でなくなるように昇降軸１６で距離Ｈ
を可変するため鋼管５の中心Ｏから円周方向にずれて配
置された例えば振動子１１ａ，１１ｃから送信された超
音波は鋼管５の中心Ｏからずれてしまう現象が生じるこ
とになるが、上記超音波ビームの鋼管５中心Ｏからずれ
たことによる感度低下を超音波の指向性で許容できる値
として例えば３ｄＢ以内になるように距離Ｈを調整すれ
ば実用的には問題なく使用ができる。
は鋼管５の中心Ｏと音響プリズム１３との距離（Ｈ＋
ｒ）が常に一定値でなくなるように昇降軸１６で距離Ｈ
を可変するため鋼管５の中心Ｏから円周方向にずれて配
置された例えば振動子１１ａ，１１ｃから送信された超
音波は鋼管５の中心Ｏからずれてしまう現象が生じるこ
とになるが、上記超音波ビームの鋼管５中心Ｏからずれ
たことによる感度低下を超音波の指向性で許容できる値
として例えば３ｄＢ以内になるように距離Ｈを調整すれ
ば実用的には問題なく使用ができる。
【００１８】また、いくつかの条件のもとで複合探触子
１０の音響プリズムに設けられた角度θと鋼管の最小半
径ｒ１、鋼管の最大半径ｒ２、距離Ｈ１，Ｈ２の関係を
以下に求める。音響プリズム１３表面に設けられた角度
θと距離Ｈ１，Ｈ２、振動子の間隔ｎ、水平距離Ｓ１，
Ｓ２との間には（１）式の関係が成立する。 ｓｉｎθ＝（ｎ−Ｓ１）／Ｈ１＝（ｎ−Ｓ２）／Ｈ２ （１）
１０の音響プリズムに設けられた角度θと鋼管の最小半
径ｒ１、鋼管の最大半径ｒ２、距離Ｈ１，Ｈ２の関係を
以下に求める。音響プリズム１３表面に設けられた角度
θと距離Ｈ１，Ｈ２、振動子の間隔ｎ、水平距離Ｓ１，
Ｓ２との間には（１）式の関係が成立する。 ｓｉｎθ＝（ｎ−Ｓ１）／Ｈ１＝（ｎ−Ｓ２）／Ｈ２ （１）
【００１９】また、線ＡＡと線Ｚ１とに挟まれる角度β
１と線ＡＡと線Ｚ２とに挟まれる角度β２と鋼管の半径
ｒ１，ｒ２、鋼管の中心線ＡＡと超音波入射点間の水平
距離Ｓ１，Ｓ２との間には（２）（３）式が成立する。 ｓｉｎβ１＝Ｓ１／ｒ１ （２） ｓｉｎβ２＝Ｓ２／ｒ２ （３）
１と線ＡＡと線Ｚ２とに挟まれる角度β２と鋼管の半径
ｒ１，ｒ２、鋼管の中心線ＡＡと超音波入射点間の水平
距離Ｓ１，Ｓ２との間には（２）（３）式が成立する。 ｓｉｎβ１＝Ｓ１／ｒ１ （２） ｓｉｎβ２＝Ｓ２／ｒ２ （３）
【００２０】鋼管５ａ，５ｂへの超音波の入射角度は最
小径ではβ１−θ、最大径ではθ−β２で与えられる。
ここで例えば周波数５ＭＨｚ、振動子の寸法が８ｍｍ、
接触媒体６を常温の水と仮定すると最大値より３ｄＢ感
度低下する角度は約０．７゜である。すなわち、鋼管５
ａ，５ｂへの入射角度は音響プリズム１３表面の角度θ
に対して±０．７゜位の幅以内になるようにすれば実用
的に問題ない条件で使用できることになる。また他の条
件として鋼管５の中心からずれて配置された振動子の間
隔ｎ＝１０ｍｍ、鋼管５ａの最小半径ｒ１＝５０ｍｍ、
鋼管５ｂの最大半径ｒ２＝２００ｍｍ、最小半径ｒ１を
有する鋼管５ａと音響プリズム１３との距離Ｈ１＝２０
０ｍｍ、最大半径ｒ２を有する鋼管５ｂと音響プリズム
１３との距離Ｈ２＝１００ｍｍとした場合のθとβ１と
β２の関係を表１に示す。
小径ではβ１−θ、最大径ではθ−β２で与えられる。
ここで例えば周波数５ＭＨｚ、振動子の寸法が８ｍｍ、
接触媒体６を常温の水と仮定すると最大値より３ｄＢ感
度低下する角度は約０．７゜である。すなわち、鋼管５
ａ，５ｂへの入射角度は音響プリズム１３表面の角度θ
に対して±０．７゜位の幅以内になるようにすれば実用
的に問題ない条件で使用できることになる。また他の条
件として鋼管５の中心からずれて配置された振動子の間
隔ｎ＝１０ｍｍ、鋼管５ａの最小半径ｒ１＝５０ｍｍ、
鋼管５ｂの最大半径ｒ２＝２００ｍｍ、最小半径ｒ１を
有する鋼管５ａと音響プリズム１３との距離Ｈ１＝２０
０ｍｍ、最大半径ｒ２を有する鋼管５ｂと音響プリズム
１３との距離Ｈ２＝１００ｍｍとした場合のθとβ１と
β２の関係を表１に示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】すなわち、上記表１の上段に記載されるθ
と下段に記載されるθが同じ値を示し、かつ、β１−θ
の値とθ−β２の絶対値が０．７゜より小さい値を示す
ことが必要条件となり、表１の条件では音響プリズム１
３の表面に設けられた角度がθは２．３゜の時となる。
と下段に記載されるθが同じ値を示し、かつ、β１−θ
の値とθ−β２の絶対値が０．７゜より小さい値を示す
ことが必要条件となり、表１の条件では音響プリズム１
３の表面に設けられた角度がθは２．３゜の時となる。
【００２３】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を有する。
れているので、以下に記載されるような効果を有する。
【００２４】１個の振動子で形成される有効ビーム幅よ
り若干小さい寸法だけ円筒形状の試験体の軸長方向にず
れ、かつ試験体の円周方向に振動子の幅以上にずらして
配置した２個以上の複数個の振動子が備えられているた
め、Ｓ／Ｎ比を大幅に低下させずに試験体の軸長方向に
おいて広い有効ビームを得ることができる。
り若干小さい寸法だけ円筒形状の試験体の軸長方向にず
れ、かつ試験体の円周方向に振動子の幅以上にずらして
配置した２個以上の複数個の振動子が備えられているた
め、Ｓ／Ｎ比を大幅に低下させずに試験体の軸長方向に
おいて広い有効ビームを得ることができる。
【００２５】複数個配置されたそれぞれの振動子は鋼管
の軸長方向に超音波が拡散するように凸状に湾曲した形
状をしているため、試験体の軸長方向において広い有効
ビーム幅を得ることが可能となる。
の軸長方向に超音波が拡散するように凸状に湾曲した形
状をしているため、試験体の軸長方向において広い有効
ビーム幅を得ることが可能となる。
【００２６】試験体の搬送方向に対して上流側の下流側
の両方向に超音波を送受信できるように第１の振動子群
と第２の振動子群を備えているため、超音波を試験体の
軸長方向の両側に超音波を送受信でき、より精密な超音
波探傷試験を行うことにより信頼性の高い検査結果を提
供できる。
の両方向に超音波を送受信できるように第１の振動子群
と第２の振動子群を備えているため、超音波を試験体の
軸長方向の両側に超音波を送受信でき、より精密な超音
波探傷試験を行うことにより信頼性の高い検査結果を提
供できる。
【００２７】探触子の昇降軸を備えているため、試験体
の半径が変化した場合でも探触子表面と試験体表面との
距離を自在に可変させることにより、高速な探傷処理を
可能とし、かつ円周方向にずれて配置された振動子から
送受信される超音波ビームを試験体のほぼ中心に向かせ
ることができることにより、欠陥検出能を低下させない
探触子を提供できる。
の半径が変化した場合でも探触子表面と試験体表面との
距離を自在に可変させることにより、高速な探傷処理を
可能とし、かつ円周方向にずれて配置された振動子から
送受信される超音波ビームを試験体のほぼ中心に向かせ
ることができることにより、欠陥検出能を低下させない
探触子を提供できる。
【００２８】なお、上記の複合型斜角探触子では、試験
体の搬送方向に対して第１の振動子群は上流側に、第２
の振動子群は下流側にそれぞれ超音波を送受信する配置
を説明したが、第１の振動子群を下流側に、第２の振動
子群を上流側にそれぞれ超音波が送受信されるように配
置しても同様な効果が得られることは言うまでもない。
体の搬送方向に対して第１の振動子群は上流側に、第２
の振動子群は下流側にそれぞれ超音波を送受信する配置
を説明したが、第１の振動子群を下流側に、第２の振動
子群を上流側にそれぞれ超音波が送受信されるように配
置しても同様な効果が得られることは言うまでもない。
【図１】 この発明の実施の形態１の複合型斜角探触子
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の複合型斜角探触子
の円周方向断面図である。
の円周方向断面図である。
【図３】 この発明の実施の形態２を補足説明する図で
ある。
ある。
【図４】 従来の斜角探触子の軸方向断面図である。
１０ 複合型斜角探触子、１１ａ〜１１ｃ 第１群の湾
曲振動子、１２ａ〜１２ｃ 第２群の湾曲振動子、１３
音響プリズム、１６ 昇降軸。
曲振動子、１２ａ〜１２ｃ 第２群の湾曲振動子、１３
音響プリズム、１６ 昇降軸。
Claims (4)
- 【請求項１】 円筒形状の試験体の軸長方向に横波を斜
めに伝搬させて検査を行う超音波探傷装置に用いる超音
波斜角探触子において、１個の振動子で形成される試験
体軸長方向の有効ビーム幅より小さい寸法だけ振動子の
それぞれを試験体の軸長方向にずらして配置し、かつ、
上記それぞれの振動子は試験体の円周方向に振動子の幅
以上にずれて配置された複数個の振動子と、上記それぞ
れの振動子の試験体との対応面に備えられ、それぞれの
振動子から送受信される超音波ビームが試験体の円周方
向において試験体の略中心を向くように超音波ビームを
屈折させる音響プリズムとを備えたことを特徴とする複
合型斜角探触子。 - 【請求項２】 上記振動子として、試験体の軸長方向に
超音波が拡散するように凸状に湾曲した振動子を用い、
かつ上記音響プリズムとして上記それぞれの振動子の取
付け面が上記振動子の湾曲と同じ曲率を有した音響プリ
ズムを用いたことを特徴とする請求項１記載の複合型斜
角探触子。 - 【請求項３】 試験体の搬送方向に対して上流側に配置
された振動子は上流方向に超音波を送受信し、下流側に
配置された振動子は下流方向のそれぞれに超音波を送受
信するように同一軸上で背中合わせに配置したことを特
徴とする請求項１記載の複合型斜角探触子。 - 【請求項４】 試験体の半径の変化に応じて上記複合型
斜角探触子の音響プリズムの表面と試験体表面間の距離
を可変できる昇降軸を備えたことを特徴とする請求項１
記載の複合型斜角探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8315034A JPH10153587A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 複合型斜角探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8315034A JPH10153587A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 複合型斜角探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10153587A true JPH10153587A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18060634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8315034A Pending JPH10153587A (ja) | 1996-11-26 | 1996-11-26 | 複合型斜角探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10153587A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006003150A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-01-05 | Nippon Steel Corp | 斜角探触子及び超音波探傷装置 |
| WO2010058784A1 (ja) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | 住友金属工業株式会社 | 溶接部の超音波探傷方法及び装置 |
| WO2010058783A1 (ja) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | 住友金属工業株式会社 | 超音波探傷方法及び装置 |
| CN102375076A (zh) * | 2010-08-17 | 2012-03-14 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 扫描设备 |
| JP2014185895A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Jfe Steel Corp | 超音波探傷の探触子および超音波探傷方法 |
-
1996
- 1996-11-26 JP JP8315034A patent/JPH10153587A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006003150A (ja) * | 2004-06-16 | 2006-01-05 | Nippon Steel Corp | 斜角探触子及び超音波探傷装置 |
| CN102282462A (zh) * | 2008-11-19 | 2011-12-14 | 住友金属工业株式会社 | 超声波探伤方法及装置 |
| WO2010058783A1 (ja) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | 住友金属工業株式会社 | 超音波探傷方法及び装置 |
| JP2010122072A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-06-03 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 超音波探傷方法及び装置 |
| JP2010230692A (ja) * | 2008-11-19 | 2010-10-14 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 溶接部の超音波探傷方法及び装置 |
| JP4614150B2 (ja) * | 2008-11-19 | 2011-01-19 | 住友金属工業株式会社 | 溶接部の超音波探傷方法及び装置 |
| WO2010058784A1 (ja) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | 住友金属工業株式会社 | 溶接部の超音波探傷方法及び装置 |
| CN102282463A (zh) * | 2008-11-19 | 2011-12-14 | 住友金属工业株式会社 | 焊接部的超声波探伤方法及装置 |
| JPWO2010058784A1 (ja) * | 2008-11-19 | 2012-04-19 | 住友金属工業株式会社 | 溶接部の超音波探傷方法及び装置 |
| US8387462B2 (en) | 2008-11-19 | 2013-03-05 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Method and apparatus for ultrasonic testing of weld zones |
| US8393218B2 (en) | 2008-11-19 | 2013-03-12 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Ultrasonic testing method and apparatus |
| CN102375076A (zh) * | 2010-08-17 | 2012-03-14 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 扫描设备 |
| JP2014185895A (ja) * | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Jfe Steel Corp | 超音波探傷の探触子および超音波探傷方法 |
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