JPH11211704A

JPH11211704A - 内面フィン付き管の超音波探傷方法および超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH11211704A
Application number: JP10018700A
Authority: JP
Inventors: Shigetoshi Hyodo; 繁俊兵藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-01-30
Filing date: 1998-01-30
Publication date: 1999-08-06

Abstract

(57)【要約】【課題】内面フィン付き管の内周面谷底部の管軸長方向
に発生する欠陥を検出する超音波探傷法。【解決手段】内面フィン付き管の内周面の谷底部の中央
に対して、谷底部の中央を通る管の直径線とほぼ直交す
る角度（９０〜７０°）で、管の外面側から超音波を入
射し、検出される探傷信号を２値化処理して複数レベル
の信号に区分した上でＢスコープ表示させ、このＢスコ
ープ表示画像を画像処理することによって谷底部に発生
した欠陥を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内面フィン付き管
のパルス反射方式による超音波探傷方法とその探傷装置
にかかわり、特に管内周面の谷底部に発生した管軸長方
向の割れ状欠陥をより確実に検出することができる超音
波探傷方法とその探傷装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エチレンの製造プラントに用いられる鋼
管のなかには、熱伝達効率を上げるために、その内周面
に、横断面形状が三角丸ねじ山状で、管の軸長方向に真
直な複数条（通常、８〜１２条）のフィンを形成した、
いわゆる内面フィン付き管がある。

【０００３】図６は、上記の内面フィン付き管Ｐの一例
を示す模式的横断面図で、その内周面は、山部（フィン
部）Ｍと、谷部Ｒとからなっている。このような内面フ
ィン付き管Ｐは、通常、高Ｃｒ−高ＮｉのＦｅ基合金を
素材とし、遠心鋳造法またはユジーンセジュルネ法に代
表される熱間押し出し製管法によって製造される。

【０００４】しかし、上記のような内面フィン付き管Ｐ
を熱間押し出し製管法で製造する場合には、素材の高Ｃ
ｒ−高ＮｉのＦｅ基合金が熱間加工性に劣るので、山部
Ｍの形状、特にその頂部の形状が所定の形状になりにく
という特性がある。このため、山部Ｍの形状が所定の形
状になるように、例えば押し出し比を大きくするなどの
対策がとられるが、この場合、谷底部Ｒｓのほぼ中央
に、管軸長方向に延びた微小な割れ疵状の欠陥Ｋが発生
することがある。

【０００５】上記の場合、欠陥Ｋの発生を見逃すと、そ
の使用中に重大事故を招く要因になるので、製品の出荷
前に検査して欠陥Ｋを手入れ除去などの処置が必要であ
り、そのための高能率な非破壊検査方法として超音波探
傷方法が適用される。

【０００６】しかし、その適用時、図７に示すように、
内外面ともにフィンが形成されていない通常の鋼管、す
なわち内外面が円周方向に同心かつ同一曲率半径の円弧
面の鋼管を検査するのと同じ鋭角な角度θ（概ね４０〜
５０°）で超音波を入射させたのでは、谷底部Ｒｓの近
傍までにわたって極めて過大な山部Ｍの側面からの形状
エコー信号が発生し、谷底部Ｒｓのほぼ中央に存在する
微小な欠陥Ｋからの欠陥エコー信号との識別ができず、
欠陥Ｋを確実に検出することができないという問題があ
った。

【０００７】ところで、フィン付き管を対象にした超音
波探傷技術としては、特開昭５２−７６９８６号公報、
同５９−９４０６３号公報および実開昭６１−４２４６
３号公報に示されるような方法や装置がある。しかし、
そこに示される技術は、いずれも外周面に複数条のフィ
ンが形成された外面フィン付き管を検査対象にしたもの
であり、しかも欠陥検出用の斜角探触子からは前述の図
７に示したのと同じ鋭角な角度θで超音波を入射する方
法でしかない。

【０００８】また、上記各公報に示される技術は、これ
をそのまま上記の内面フィン付き管Ｐの谷底部Ｒｓのほ
ぼ中央に発生する欠陥Ｋを検出すべく適用した場合に
は、次に述べるような問題が生じるという欠点もある。

【０００９】すなわち、特開昭５２−７６９８６号公報
に示される技術では、外面フィン付き管の軸心周りに斜
角探触子を回転させ、フィン部に対応する位置に斜角探
触子がきた時、具体的には管の回転角度に応じて超音波
の発信を遮断することによって外面フィンによる形状エ
コー信号の障害を除くことにしている。従って、この方
法を内面フィン付き管Ｐに適用すると、管１回転当たり
８〜１２回の形状エコー信号が生じるので、その都度超
音波の発信を遮断する必要がある。

【００１０】しかし、内面フィン付き管Ｐのフィン（山
部Ｍ）は、その熱間押し出し製管法の特性から必ずしも
管軸長方向に真直かつ円周方向に均一でなく、わずかで
はあるが管軸心周りに螺旋状に捻れたり不均一になって
いる場合があり、また管回転速度も必ずしも常時一定で
あるとは限らない。このため、これらの影響で超音波の
発信を遮断するタイミングに大きな誤差が生じて欠陥を
見逃すことが多くなる。

【００１１】また、特開昭５９−９４０６３号公報に示
される技術では、上記と同様の外面フィン付き管を検査
対象とし、その管軸心周りに欠陥検出用の斜角探触子と
フィン検出用の垂直探触子を配置し、垂直探触子による
外面フィン検出時に斜角探触子の受信信号出力を停止す
ることとしている。しかし、この方法もこれをそのまま
内面フィン付き管Ｐに適用すると、上記同様の理由によ
って欠陥を見逃すことが多くなる。また、この方法の場
合、同公報に記載されるように、検査対象の管寸法が異
なる場合の段取り替え時に細かな角度毎のデーター確認
が必要であり、このために多大な工数を要する。

【００１２】さらに、実開昭６１−４２４６３号公報に
示される技術では、上記同様の外面フィン付き管の軸心
周りに斜角探触子を揺動させることによって外面フィン
の形状エコー信号が発生しない部分のみ検査することに
している。しかし、この方法は、斜角探触子を高速で揺
動させることが容易でなために高速での検査が困難であ
るほか、フィンの数だけ斜角探触子が必要で、内面フィ
ン付き管Ｐのようにフィンの数が多い場合、装置全体が
大型化して設備費が高くつく。

【００１３】このため、上記の内面フィン付き管Ｐの谷
部Ｒの谷底部Ｒｓに発生する微小な欠陥Ｋを確実に検出
することができる超音波探傷装置の開発が望まれてい
た。

【００１４】そこで、本発明者は、上記の形状エコー信
号と欠陥エコー信号とを容易に識別することができる方
法を開発し、先に特願平９−７８６６１号で特許出願し
た。すなわち、その方法は、図８に示すように、欠陥Ｋ
からの欠陥エコー信号を識別するのに障害になる山部Ｍ
の側面からの形状エコー信号を過小にするために、内面
フィン付き管Ｐの内周面の谷底部Ｒｓの中央に対して、
谷底部Ｒｓの中央を通る管の直径線Ｌとほぼ直交する角
度γ（γ＝９０〜７０°）で、管の外面側から超音波を
入射する方法である。

【００１５】しかし、上記の方法は、内面フィン付き管
Ｐの内面形状が円周方向でほぼ均一な場合、具体的には
谷底部Ｒｓの管肉厚ｔ（前述の図６参照）がほぼ同じで
ある場合には何らの問題もないが、内面形状が円周方向
で不均一、すなわち谷底部Ｒｓの管肉厚ｔが不均一であ
ると、山部Ｍの側面からの形状エコー信号と欠陥Ｋから
の欠陥エコー信号との識別が困難になったり、著しい場
合は欠陥Ｋを全く検出できなくなるという欠点のあるこ
とが判明した。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、内面
フィン付き管Ｐの内面形状が円周方向で不均一な場合で
あっても、谷部の谷底部Ｒｓに発生した微小な欠陥Ｋを
確実に検出することができる内面フィン付き管の超音波
探傷方法とこの方法の実施に用いる超音波探傷装置を提
供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の目的
を達成するために、種々実験検討を行った結果、次の
およびのことを知見した。

【００１８】谷底部Ｒｓに発生した欠陥Ｋの検出精度
を高めるためには、本発明者が先に提案したのと同様
に、谷底部Ｒｓの中央に対して、谷底部Ｒｓの中央を通
る管の直径線Ｌとほぼ直交する角度γ（γ＝９０〜７０
°）で超音波を入射させる必要がある（前述の図８参
照）。

【００１９】上記ののようにして超音波を入射させ
て得られる探傷信号は、従来のＡスコープ表示に変え
て、縦軸が探傷信号の有無で管肉厚方向の位置を表し、
横軸が走査位置で管円周方向の位置を表すＢスコープ表
示させる。そして、このＢスコープ表示させた画像を画
像処理すると、谷底部Ｒｓの欠陥Ｋからの欠陥エコー画
像と山部Ｍの側面からの形状エコー画像とを確実に識別
でき、内面形状が円周方向で不均一ものであっても、谷
底部Ｒｓに発生した欠陥Ｋを高精度に検出できることを
確認した。

【００２０】上記の知見に基づく本発明の要旨は、下記
（１）の内面フィン付き管の超音波探傷方法と、下記
（２）の内面フィン付き管の超音波探傷装置にある。

【００２１】（１）内面フィン付き管の内周面の谷底部
に管軸長方向へ向かって発生した欠陥の超音波探傷方法
であって、前記の谷底部の中央に対して、谷底部の中央
を通る管の直径線とほぼ直交する角度で管の外面側から
超音波を入射し、探触子で検出される探傷信号を２値化
処理して複数レベルの信号に区分した上でＢスコープ表
示させ、このＢスコープ表示させた画像を画像処理する
ことによって谷底部に発生した欠陥を検出することを特
徴とする内面フィン付き管の超音波探傷方法。

【００２２】（２）上記の（１）に記載の超音波探傷方
法の実施に用いられる超音波探傷装置であって、前記の
谷底部の中央に対して、谷底部の中央を通る管の直径線
とほぼ直交する角度で管の外面側から超音波を入射する
斜角探触子と、この斜角探触子で検出される探傷信号を
２値化処理して複数レベルの信号に区分した上でＢスコ
ープ表示する画像表示手段と、この画像表示手段に表示
されたＢスコープ画像を画像処理して谷底部からの欠陥
エコー画像を抽出し、この欠陥エコー画像の２値化信号
レベルと予め定められた閾値とを対比して欠陥の有無を
判定する画像処理手段とを具備することを特徴とする内
面フィン付き管の超音波探傷装置。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の方法と装置につい
て、図１〜図５を参照して詳細に説明する。

【００２４】図１は、本発明の実施態様を示す模式的ブ
ロック図であり、被検査対象の内面フィン付き管Ｐは、
スキューローラ５からなるコンベアー上を、その軸心周
りに回転されながら管軸長方向に搬送される。

【００２５】上記のようにして搬送される内面フィン付
き管Ｐの外部には、角度調整自在な斜角探触子１が所定
の位置に配置されており、前述の図８に示したのと同様
に、内周面に形成された谷底部Ｒｓの中央に対して、谷
底部Ｒｓの中央を通る管の直径線Ｌとほぼ直交する角度
γ（γ＝９０〜７０°）で、管外面側から超音波を入射
するとともに探傷信号を受信するようになっている。

【００２６】なお、検査は、所定の位置にあって同一円
周上を回転するように設けられた斜角探触子１に対し
て、その軸心を斜角探触子１の回転中心に一致させた状
態で、内面フィン付き管Ｐを管軸長方向に非回転搬送さ
せるようにして行ってもよい。

【００２７】上記の斜角探触子１は、超音波発振器を備
える超音波探傷器２を介して画像表示手段３に接続され
ており、材料（内面フィン付き管Ｐ）中に入射されて材
料中を伝搬し、内周面に形成された山部Ｍの側面や欠陥
Ｋなどで反射される超音波を探傷信号として受信し、画
像表示手段３に出力するようになっている。

【００２８】上記の画像表示手段３は、図２に示すよう
に、Ａ／Ｄ変換器３ａ、レベル判定器２ｂ、ＣＰＵ３ｃ
およびＣＲＴ３ｄからなっている。そして、この画像表
示手段３のＣＰＵ３ｃには、内面フィン付き管Ｐの外面
に接触するように設けられた回転量検出器ＰＧが接続さ
れており、内面フィン付き管Ｐがその軸心周りに所定の
周長、例えば１ｍｍだけ回転する度毎のパルス信号が入
力されるようになっている。

【００２９】上記の画像表示手段３は、斜角探触子１か
ら入力される探傷信号を、図４に示すフローに従って処
理し、処理結果であるＢスコープ画像をＣＲＴ３ｄに表
示する一方、そのＢスコープ画像の全データを画像処理
手段４に出力するようになっている。

【００３０】具体的に説明すると、斜角探触子１で検出
された探傷信号は、Ａ／Ｄ変換器３ａで電気信号に変換
された後、その信号の大きさ、具体的にはＣＲＴ上にＡ
スコープ表示させた場合における信号の高さに基づいて
予め定められた複数Ｎ（Ｌ₁〜Ｌ_n ）の閾値で２値化処
理され、閾値Ｌ₁ 以上の電気信号（探傷信号）のみが処
理対象データとされる。

【００３１】次いで、２値化処理された処理対象のデー
タ（探傷信号）は、回転量検出器ＰＧからのパルス信号
と関連付けてＣＰＵ３ｃ内に設けられた各閾値毎の画像
メモリー３０ｃにその２値化ＯＮ信号が記憶される。

【００３２】そして、上記の各閾値毎の画像メモリー３
０ｃに記憶された複数レベルの探傷信号は、被検査対象
の内面フィン付き管Ｐが一回転する度毎に、ＣＰＵ３ｃ
によってＭＡＰ化されてＢスコープ画像に編集され、Ｃ
ＲＴ３ｄに表示されるとともに、そのＢスコープ画像の
全データが画像処理手段４に出力される。

【００３３】ここで、上記の２値化処理に用いられる複
数Ｎ（Ｌ₁ 〜Ｌ_n ）の各閾値は、斜角探触子１で検出さ
れた探傷信号をＡスコープ表示させた場合におけるＣＲ
Ｔ上の信号の大きさが、例えば、２０％、２５％、３０
％、・・・８０％というように５％刻みの値が用いられ
る。また、欠陥Ｋの有無判定のための信号の大きさは、
例えば、７０％に設定される。

【００３４】なお、２値化処理された複数レベルの探傷
信号は、各閾値毎または適宜な数の複数グループ毎に色
分けしてＣＲＴ３ｄに表示させるのが好ましい（以下、
同じ）。

【００３５】一方、上記の画像処理手段４は、ＣＰＵか
らなっており、画像表示手段３から入力されたＢスコー
プ画像の全データを、図４に示すフローに従って処理
し、欠陥Ｋの有無を判定するようになっている。

【００３６】具体的に説明すると、画像処理手段４に
は、被検査対象の内面フィン付き管Ｐと同じ寸法で、谷
底部Ｒｓの中央に人工欠陥を加工した試験材を対象に探
傷試験を行って予め求められた画像処理用のデータ、す
なわち、山部Ｍの側面からの形状エコー画像を抽出する
ための形状エコー検出線、谷底部Ｒｓの欠陥Ｋからの欠
陥エコー画像を抽出するための欠陥エコー検出線および
ＣＲＴ３ｄ上から形状エコー画像を消去するための形状
エコー画像消去ゲートが入力される。

【００３７】なお、上記３つの画像処理用のデータう
ち、形状エコー検出線と欠陥エコー検出線は、画像表示
手段３のＣＲＴ３ｄ上に予め表示される。

【００３８】上記３つの画像処理用のデータが入力され
た画像処理手段４は、先ず始めに、画像表示手段３から
入力されたＢスコープ画像のうち、上記の形状エコー検
出線と交わる画像を山部Ｍの側面からの形状エコー画像
として抽出する。

【００３９】そして、抽出した形状エコー画像の幅方向
のうちの管外面側の輪郭線と形状エコー検出線との交点
を算出し、この交点を基点にして予め入力された上記の
形状エコー画像消去ゲートをＣＲＴ３ｄ上に設定し、こ
の形状エコー画像消去ゲート内に含まれる画像を、山部
Ｍの側面からの形状エコー画像とみなしてＣＲＴ３ｄ上
から消去する。

【００４０】次いで、上記の画像消去処理後、ＣＲＴ３
ｄ上に表示される画像のうち、上記の欠陥エコー検出線
と交わる画像を、谷底部Ｒｓの欠陥Ｋからの欠陥エコー
画像として抽出し、その画像中に予め定めた判定レベル
（例えば、７０％）を超える信号があるか否かを調べ、
判定レベルを超える信号がある場合に欠陥Ｋが存在する
としてアラームを発する。

【００４１】図５は、内周面に８条のフィン（山部Ｍ）
が形成された内面フィン付き管を対象に、本発明の方法
に従って探傷を行った場合におけるＢスコープ表示画像
の一例を示す模式図で、同図（ａ）は画像表示手段３に
よる出力画像、同図（ｂ）は画像処理手段４による形状
エコー画像消去ゲート設定画像、同図（ｃ）は画像処理
手段４による形状エコー画像消去後の画像である。

【００４２】図５に示すように、内周面に形成された谷
底部Ｒｓの中央に対して、谷底部Ｒｓの中央を通る管の
直径線Ｌとほぼ直交する角度γ（γ＝９０〜７０°）
で、管外面側から超音波を入射して得られる探傷信号
を、ＣＲＴ３ｄ上にＢスコープ表示させる場合には、山
部Ｍの側面からの形状エコー画像が所定の間隔をおいて
規則的に表示される一方、谷底部Ｒｓの欠陥Ｋからの欠
陥エコー画像は形状エコー画像間に表示される。

【００４３】しかも、形状エコー画像と欠陥エコー画像
は、縦軸方向の位置が異なるので、形状エコー画像と欠
陥エコー画像を明確に識別することが可能なために、谷
底部Ｒｓの欠陥Ｋを確実に検出することできる。

【００４４】ここで、斜角探触子１から谷底部Ｒｓの中
央に対して超音波の入射角度γは、上記の９０〜７０°
であれば十分であるが、好ましくは８０〜７０°とする
のが望ましい。

【００４５】なお、上記の図４は、検出すべき欠陥Ｋの
深さが浅く、形状エコー画像が欠陥エコー検出線に交わ
る場合の処理フロー図であるが、検出すべき欠陥Ｋの深
さが比較的深く、形状エコー画像が欠陥エコー検出線に
交わらない場合には、形状エコー検出線による形状エコ
ー画像の抽出、抽出形状エコー画像の幅方向のうちの管
外面側の輪郭線と形状エコー検出線との交点を算出、こ
の交点を基点にしての形状エコー画像消去ゲート設定、
およびこの形状エコー画像消去ゲート内に含まれる画像
消去は、これを省略することができる。

【００４６】

【実施例】図６示す寸法諸元（Ｄ、ｄ₁ 、ｄ₂ 、ｔ、
ｈ）が表１に示す値（ｍｍ）で、フィン（山部Ｍ）の数
が８の内面フィン付き管であり、３ケ所の谷底部の中央
に、長さが２５ｍｍ、幅が０．５ｍｍで、深さがそれぞ
れ０．３ｍｍ、０．５ｍｍおよび１ｍｍの人工欠陥を加
工した試験材を準備した。

【００４７】

【表１】

【００４８】そして、上記の試験材を対象に、本発明の
方法と、本発明者が先に提案した方法（特願平９−７８
６６１号参照）とで超音波探傷試験を行った。その際、
斜角探触子としては、いずれの場合も振動子径が９．５
ｍｍφで、超音波のビーム径が０．９ｍｍ×３ｍｍのも
のを用いた。また、超音波の入射角度γ（図８参照）
は、いずれの場合も８０°に設定した。

【００４９】その結果、本発明の方法によった場合に
は、いずれの人工欠陥も検出することができた。

【００５０】これに対し、本発明者が先に提案した方法
によった場合には、深さが０．５ｍｍと１ｍｍの人工欠
陥については検出できたが、深さが０．３ｍｍの人工欠
陥は検出できない場合があった。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、内面フィン付き管の谷
底部からのエコーと山部側面からのエコーとを明確に識
別することが可能なために、谷底部の微小な欠陥を見逃
すことなくほぼ確実に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様を示す模式的ブロック図であ
る。

【図２】画像表示手段の構成を示す図である。

【図３】画像表示手段による探傷信号の処理フローの一
例を示す図である。

【図４】画像処理手段によるＢスコープ表示画像の処理
フローの一例を示す図である。

【図５】Ｂスコープ表示画像の一例を示す模式図で、同
図（ａ）は画像表示手段による出力画像、同図（ｂ）は
画像処理手段による形状エコー画像消去ゲート設定画
像、同図（ｃ）は画像処理手段による形状エコー画像消
去後の画像、を示す図である。

【図６】内面フィン付き管の内面形状の一例を示す模式
的横断面図である。

【図７】内面フィン付き管に一般的な超音波探傷方法を
適用した場合における斜角探触子による超音波の入射態
様を示す模式的横断面図である。

【図８】本発明における斜角探触子による超音波の入射
態様を示す模式的横断面図である。

【符号の説明】

１：斜角探触子、２：超音波探傷装置、３：画像表示手段、３ａ：Ａ／Ｄ変換器、３ｂ：レベル判定器、３ｃ：ＣＰＵ、３０ｃ：画像メモリー、３ｄ：ＣＲＴ、４：画像処理手段（ＣＰＵ）、５：スキューローラ、ＰＧ：回転量検出器、Ｐ：内面フィン付き管、Ｋ：欠陥、Ｍ：山部（フィン部）、Ｒ：谷部、Ｒｓ：谷底部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】内面フィン付き管の内周面の谷底部に管軸
長方向へ向かって発生した欠陥の超音波探傷方法であっ
て、前記の谷底部の中央に対して、谷底部の中央を通る
管の直径線とほぼ直交する角度で管の外面側から超音波
を入射し、探触子で検出される探傷信号を２値化処理し
て複数レベルの信号に区分した上でＢスコープ表示さ
せ、このＢスコープ表示させた画像を画像処理すること
によって谷底部に発生した欠陥を検出することを特徴と
する内面フィン付き管の超音波探傷方法。
【請求項２】請求項１に記載の方法の実施に用いられる
超音波探傷装置であって、前記の谷底部の中央に対し
て、谷底部の中央を通る管の直径線とほぼ直交する角度
で管の外面側から超音波を入射する斜角探触子と、この
斜角探触子で検出される探傷信号を２値化処理して複数
レベルの信号に区分した上でＢスコープ表示する画像表
示手段と、この画像表示手段に表示されたＢスコープ画
像を画像処理して谷底部からの欠陥エコー画像を抽出
し、この欠陥エコー画像の２値化信号レベルと予め定め
られた閾値とを対比して欠陥の有無を判定する画像処理
手段とを具備することを特徴とする内面フィン付き管の
超音波探傷装置。