JPS5831871B2 - 超音波探傷方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋼管特に継目無鋼管の斜角超音波探傷方法に
関し、特にＡＧＣ回路を備えた超音波探傷器による鋼管
の斜角探傷方法に関する。

継目無鋼管の超音波探傷では、一般に管軸方向の欠陥を
検出するため超音波を斜入射させる斜角探傷法がとられ
、更に鋼管の全面全長にわたり探傷する必要性から鋼管
上をスパイラル状に接触子を走査することが行われる。

この探触子の走査方式には、探触子を固定して鋼管を回
転させながらスパイラル状に送りを与える方法や、鋼管
を回転させて探触子を管軸方向に移動させる方法、又は
探触子を高速回転させ管を直進させる方法等があるが、
上記いずれの方法であっても、その超音波探傷の過程は
第１図に示すブロック図の如くなる。

即ち超音波探傷器３１で高周波パルス信号が作られ、ケ
ーブルを通して探触子３２に高周波パルス電圧が印加さ
れ、ここで電気エネルギーが超音波に変換されて探触子
から超音波が発振される。

この超音波は接触媒質３３を通じて鋼管３４に斜入射さ
れる。

鋼管３４に欠陥３５がある場合には、欠陥で反射した超
音波は接触媒質を通って探触子に戻り、ここで電気信号
に変換されて超音波探傷器に入力され、その結果の評価
に提供される。

この結果の評価は一般に事前に標準試験片を用いて、欠
陥エコーレベルの合否判定規準を設定し、欠陥エコーが
該設定規準値より大きい場合に不合格とし、小さい場合
に合格としている。

上記一連の過程の中で超音波探傷を常に安定して一定感
度で行うためには、上記超音波探傷器、探触子、接触媒
質、鋼管表面等の各要素や条件が一定に保持されること
が前提条件である。

しかしながら実際には超音波探傷器そのものの感度変化
や探触子の経時変化、また接触媒質が水の場合には気泡
の発生やゴミ、汚れによる超音波伝播の特性変化及び接
触媒質がグリセリンや油の場合には厚みの変化、更には
鋼管の表面状況の変化や探触子と鋼管との相対位置変化
等により音響結合が不安定でかつ感度変化が大きくなり
、常に安定した一定水準で超音波探傷を行うのは困難で
あるのが現状である。

そのため、本来不合格となるような欠陥がある場合でも
、超音波探傷器に受信された欠陥エコーは、上記の様々
な要因により、設定基準値より小さく現われ合格とされ
てしまうようなこともあり、従来これが大きな問題とな
っていた。

このような問題を解決するためには、何らかの方法で上
述の様々な要因による欠陥エコーの変動を補償すればよ
いが、その方法として従来次のようなものがあった。

即ち第２図及び第３図に示すように、斜角探傷用の送受
信兼用の探触子ＴＲを用いて通常の超音波探傷を行う一
方、送信用探触子３６と受信用探触子３７を用いて垂直
探傷を行いＢエコーを得る方法である。

このＢエコーは、上述の様々の要因により変動するもの
であるから、このＢエコーをモニター信号としてＡＧＣ
回路付超音波探傷器を用いて自動的に感度補償を行い、
それに従って探触子ＴＲで得られた欠陥エコーの補償を
行おうとするものである。

しかしながら、この方法では被検材の肉厚が薄い場合に
は、Ｂエコーと欠陥エコーとの判別が困難であること、
またＢエコーは縦波であり、欠陥エコーは横波であるた
め、Ｂエコー即ち縦波の変動が必ずしも欠陥エコー即ち
横波の変動とはならないこと、更には探触子ＴＲと送信
用探触子３６とは被検材上具なる位置をチェックしてい
ること等から、欠陥エコーの変動を確実充分に補償して
いるとは言いがたいものであった。

本発明は以上のような現状を打開するために研究創案さ
れたもので、その基本的特徴は、受信用探触子を送信用
探触子から発せられた超音波が被検管外径部で反射する
スキップ点のうち第４乃至第６のスキップ点に配設し、
該受信用探触子で管周エコーを受信し、該管周エコーを
モニター信号としてＡＧＣ回路に人力して自動感度補償
することに７ある。

以下本発明を図面に基づいて説明する。

第４図は探触子を固定し被検管を回転させスパイラル状
に送りを与えて被検管全面全長を水浸法により斜角探傷
する際に、本発明を応用した場合の説明図である。

本発明による方法においては、まず送信用探触子１を被
検管３上適当な位置に配設した後、受信用探触子２を前
記送信用探触子１から発振された超音波が被検管外径部
で反射するスキップ点に配設する。

このスキップ点は第４乃至第６スキップ点とする。

然る後、上述のように被検管３を回転させなから探傷を
行えば、上記送信用探触子１から超音波が発せられ、該
超音波は水４を介して被検管３に斜入射され、被検管３
内を伝播し再び水４を介して受信用探触子２に受信され
る（以下この超音波信号を管周エコー８とする）。

一方欠陥Ｆ１．Ｆ２．Ｆ３等で反射された欠陥エコー９
も、受信用探触子２の配設点に戻り、同様に水４を介し
て受信用探触子２に受信される。

上述の管周エコー８は従来全く省りみられることのなか
ったものであるが、本発明の発明者らは、下記の知見に
基づいて、この管周エコー８を重要な情報として取扱う
ことにより本発明を創案したものである。

即ち管周エコー８には、上述した超音波探傷を不安定に
する様々の原因の情報がすべて含まれており超音波探傷
器５の感度が低下すれば管周エコー８は小さくなり、逆
に感度が上昇すれば管周エコー８は大きくなる。

また送信用探触子１或は受信用探触子２が劣化して感度
が低下すれば管周エコーは小さくなり、接触媒質である
水４に気泡が発生したり、ゴミ、汚れ、錆等がある場合
、超音波の透過が悪くなり管周エコー８は低下する。

更に被検管３の表面にスチールが付着したり、錆、油、
ゴミ等で表面状態が音響的に不均一の場合、たとえ探触
子１から一定の超音波が送られても、水４、被検管３、
水４、探触子２を経て受信される管周エコー８は一定で
なく不均一で変動が大きい。

また送信用探触子１及び受信用探触子２と被検管３との
相対位置関係が、被検管３の曲り等によって変化しても
、管周エコー８は変化する。

従って、この管周エコー８は超音波探傷における安定性
感度変化のモニターになり得ることは明白であり、また
管周エコー８と欠陥エコー９は共に横波であること、ま
た被検管３内の透過点も全く同一であるため、同一の位
置をチェックしていること、更には被検管３の肉厚によ
りその判別性に影響を及ぼさないことから、十分に信頼
性のある優秀なモニター信号になり得る。

即ち、この管周エコー８の変動は欠陥エコー９の変動に
十分に比例しており、管周エコー８が一定の水準に保持
されていれば、超音波探傷も安定し、一定感度が保持さ
れていることになる。

この管周エコー８は上述のように受信用探触子２を、ス
キップ点に配設することにより受信できるが、屈折角θ
の条件や、一般に送信用探触子と受信用探触子は反応の
位置にあることが望ましいことから本発明においては上
記受信用探触子２は下記条件のスキップ点に配設する。

即ち第５図において、Ｄを被検管３外径、ｄを偏心量、
ｔを被検管３肉厚、ｌを水距離、θを屈折角、ｉを入射
角、 プ点とすれば、 βを内面増加角、 ｎをスキン ここで、θ−３５°〜４５°が望ましく、上記条件から
、ｎ＝４，５，６に限定される。

従って受信用探触子２は第４乃至第６スキップ点に配設
され、ここで管周エコー８と欠陥エコー９を受信する。

なお、受信用探触子２の振動子半径はｌ！ ｊａｎ １
以上であれば、管周エコー８を十分受信出来る。

またｔ ／ Ｄ≧０．２０以上の超厚内鍋管を被検材と
する場合には、本願の出願人により既に出願された特願
昭５１−５６４６１号で明らかにされた縦波→横波のモ
ード変換による超音波探傷法が応用可能である。

即ち第６図に示すように上記先順の発明は、送信用探触
子１からＬ波を発振し、被検管外径部でモード変換した
Ｔ波により管の内部疵を検出しようとするものであり、
本発明を実現するためには、被検管外径部のＬ波→Ｔ波
のスキップ点に受信用探触子１２を配設してＬ波を管周
エコーとして受信すればよい。

このスキップ点は、第６図においてθＬを縦波屈折角、
θＳを横波屈折とすれば、入射点Ａより、１８０°−２
θＬの位置となる。

第４図は本発明方法を実施するための具体的構成を示す
もので、５は超音波探傷器、６はＡＧＣ回路、７はゲー
ト装置、１１は記録器である。

まず標準試験片を用いて、超音波探傷を行い、受信用探
触子２で管周エコー８及び欠陥エコー９を受信してＣＲ
Ｔ１３上に表示して、管周エコー８及び欠陥エコー９の
基準値を設定する。

しかる後、被検管３の探傷を行えば、前記管周エコー８
は同様に受信用探触子２で受信されて、超音波探傷器５
に送られ、ゲート装置７を介してゲート１の出力で取り
出され、この出力はＡＧＣ回路６に送られ、ＡＧＣ回路
６で前記基準値と比較され、その不足分を電気的に補正
される。

この補正値はＡＧＣ回路６の電気的常数により決定でき
、また補正時間も一定時間内は補正せず、一定時間を越
えた時補正する等の時間調整もＡＧＣ回路６の常数で任
意に可変調整可能である。

なお、管周エコー８が一定値以下または以上の時には前
記ゲート装置７の警報装置により警報される。

第７図は、ＡＧＣ回路６により管周エコー８の出力を使
用して自動感度補償をした時の説明図で、横軸は管周エ
コー８の変化時間を表わし、縦軸は管周エコー８の大き
さを表わしている。

ここで管周エコー８の大きさは上述の様々な原因により
変化し、それを補償値２１により電気的に自動感度補償
をして一定にされた管周エコー８′を得ている。

この場合、補正時間及び補正の大きさの可変調整は容易
に可能である。

以上のように本発明の方法によれば、常に一定水準に感
度補償された状態で超音波探傷が実施され、欠陥から反
射される欠陥エコーは受信用探触子２で受信され、超音
波探傷器５のＣＲＴ１３上に表示され、ゲート■の出力
となってゲート装置７を介して記録器１１により記録紙
１２に記録され、標準試験片を用いて設定された基準値
と比較され結果の評価に供される。

なお、鋼管を超音波探傷していない時は、第８図に示す
ように、超音波は送信用探触子１から送られ、水４を介
して直接受信用探触子２に受信され、透過エコー１０と
してＣＲＴ１３上に表示される。

この透過エコー１０は探傷していない時は管周エコー８
の代わりとしてモニター信号となり得る。

この透過エコー１０と欠陥エコー９との区別は、管周エ
コー８の有無と、透過エコー１，０は欠陥エコー９より
はるかに大きいことから容易に可能である。

この透過エコー１０は探傷していない時記録紙１２に記
録される。

ここで、上記管周エコー８、欠陥エコー９及び透過エコ
ー１０が超音波探傷器５のＣＲＴ１３上どのような分布
で表わされるかを示せば、第５図において、管周エコー
８、被検管３の内部疵１４で反射される欠陥エコー９１
及び外面底１５で反射される欠陥エコー９２及び送信用
探触子１から受信用探触子２へ直接入力される透過エコ
ー１０のビーム路程は次式の如く表わされる。

管周エコー８のビーム路程 ここで、Ｄ＝７２ｍｍ、ｔ＝７．５ｍｍ、 θ＝４５
°、β＝１８°、１＝１５山とすれば、上記各ビーム路
程は次のようになる。

上記の各エコーは、ＣＲＴ１３の時間軸を横波２００
ｍｒｎとした時、ＣＲＴ１３上第９図に示す如く表われ
、その弁別は容易に可能である。

以上のように本発明によれば、受信用探触子を第４〜第
６のスキップ点に配設し、この受信用探触子より管周エ
コーを受信し、この管周エコーをモニター信号としてＡ
ＧＣ回路に入力して自動感度補償を行うようにしている
ため、常に一定した水準で超音波探傷することが可能で
あり、超音波探傷の信頼性が向上する等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波探傷過程のブロック図、第２図及び第３
図は従来技術による探傷法の説明図、第４図と第５図及
び第６図は本発明による超音波探傷法の説明図、第７図
は管周エコーの自動補償の説明図、第８図及び第９図は
超音波探傷器のＣＲＴ表示の説明図である。 図中、１は送信用探触子、２は受信用探触子、３は被検
管、４は水、５は超音波探傷器、６はＡＧＣ回路、７は
ゲート装置、８は管周エコー９．９１，９２は欠陥エコ
ー １０は透過エコー１１は記録器、１２は記録紙、１
３はＣＲＴ、１４は内面疵、１５は外面疵、２１は補償
値である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｉ ＡＧＣ回路を備えた超音波探傷器による鋼管の斜
   角超音波探傷方法において、送信用探触子から発せられ
   た超音波が被検管外径部で反射するスキップ点のうち第
   ４乃至第６のスキップ点に受信用探触子を配設し、該受
   信用探触子で管周エコーを受信し、該管周エコーをモニ
   ター信号として前記ＡＧＣ回路に入力し自動感度補償す
   ることを特徴とする超音波探傷方法。