JPS59122944A - 探触子および超音波探傷方法 - Google Patents

探触子および超音波探傷方法

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JPS59122944A
JPS59122944A JP57233559A JP23355982A JPS59122944A JP S59122944 A JPS59122944 A JP S59122944A JP 57233559 A JP57233559 A JP 57233559A JP 23355982 A JP23355982 A JP 23355982A JP S59122944 A JPS59122944 A JP S59122944A
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JP
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transducer
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JP57233559A
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Kuniharu Uchida
内田 邦治
Satoshi Nagai
敏 長井
Ichiro Furumura
古村 一朗
Taiji Hirasawa
平沢 泰治
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、構造物の表層部近傍の欠陥、或いは構造物の
幾何学的不連続部における欠陥を探傷するに用いる探触
子および超音波探傷方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
構造物の強度を保証する上で、構造物の表層部近傍では
、欠陥は、尭落しなく検出されなくてはならない。
上記の理由により、従来から、構造物の表層部近傍の欠
陥を検出するための各種探傷方法が検討されている。例
えば表面波を送受波する探触子を用い、表層部近傍の欠
陥を探傷する方法があるが、この方法では、構造物の表
面に対し超音波ビームの波長程度以上の深さに存在する
欠陥に対しては検出能力が々いため、構造物の表層部近
傍の欠陥を探傷する方法としては問題があった。
また、第1図に示すように、送波用探触子1により、被
検査体2(構造物)の表面に超音波ビームを拡げて入射
し受波用探触子3により、表層部近傍の欠陥によって反
射【、た超音波を受波し、超音波送受波により信号を得
て、この信号を解析して欠陥の有無を判定する方法もあ
る。
しかし乍らこの方法では、次のような問題点がある。す
なわち送波用探触子1から送波される超音波ビームの指
向性Aと、受信用探触子3が受波する超音波ビームの指
向性Bとによって、欠陥CRの検出可能欠陥範囲Cが限
定されてしまうことである。したがって、従来は、一対
で構成された送波用振動子1および受波用探触子3から
なる探触子を被検査体上で、様々に移動させる、所謂探
触子走査によって欠陥の探傷を行ったシ、所望の探傷領
域に応じて、超音波送受波時の屈折角度が異なる探触子
を用い、探傷を実施していた。しかしながら、上述した
種々の方法では、超音波ビームの探傷走査に長時間を必
要とするばかりでなく、欠陥の寸法、形状の推定が不十
分であり、実用性に欠けていた。
〔発明の目的〕
本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、被検査体の表層部近傍の欠陥を効率よ
く検出するとともに1形状寸法を精度よく推定すること
を可能とする探触子および超音波探傷方法を提供するこ
とにある。
〔発明の概要〕
本発明による第1の発明としての探触子は、1つの振動
子を屈折角設定体を取付けた送波用撮動子とし、との送
波用振動子を除く他の振動子群を受波用振動子群としで
構成したことを特徴としている。また、第2の発明とし
ての超音波探傷方法は前記探触子を用い、被検査体に対
し送波用振動子から超音波ビームを送波し、被検査体内
の欠陥にて反射、回折した超音波−ビームを受波用振動
子群に受波して被検査体内の欠つ。
陥から前記探触子受波用摂動子群までの超音波ビーム路
程時間を算出するとともに、前記探触子における送波用
振動子と受渡用振動子群との位置関係を知ることにより
、被検査体内の欠陥の位置を探傷することを特徴として
いる。更に第3の発明としての超音波探傷方法は、前記
探触子を用い、被検査体に対し送波用撮動子から前記屈
折角設定体により屈折角度が設定された超音波ビームを
送波し、この送波された超音波ビームの深さ領域に応じ
て受波される超音波ビームが集束されるように受波用振
動子群における各振動子の励信組合せを順次変更するよ
うに電子走査するようにして、被検査体内の欠陥の位置
を探傷することを特徴としている。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第2
図は本発明による探触子の一実施例を示す図である。第
2図においては、第1図と同一部分には同一符号を付し
ている。第2図において4は取付体であり、この取付体
4の一端部には、クサビシュー5が送波面に取付けられ
た送波用振動子6が設置され、この送波用振動子6の側
方向には、n個の受波用振動子7(い。
7(→ 、7(−・・・7tnlが設置され、探触子8
を構成している。クサビシュー6は、耐摩耗性、耐食性
を有する金属材料もしくは、アクリルなど摩耗に応じて
交換の可能な非金属材材料、さらにとなく密着可能とす
る液体などを容器に封入したものからなり、被検査体2
0表面状況ならびに被検査体2の材質に応じて適宜選定
することができる。ここで、前記クサビシー−V簀液体
を用いる場合には、液体の流出を防止するための、被膜
を付することも可能である。
次に本実施例の作用について述べる。第2図において送
波用振動子6から送波された超音波ビームは、送波用振
動子6に取付けられたりMビジー−5により、超音波ビ
ームの屈折の法則に従い被検査体2に入射される。被検
査体2に2の内部で広範囲に広がシ送波用振動子6の送
波指向性りによシ、第2図の破線で示した領域に超音波
ビームは入射される。なお、ここで、発射される超音波
ビームの主ビーム方向は、クサビシュー5の形状材質な
らびに被検査体2の゛ 材質に応じた音響特性から決定
される。一般的には、超音波ビームの広がυは、超音波
ビームの波長λが大きく、振動子の幅寸法力ttJ−さ
いtlど大きい。
なお、クサビシュー5の形状選定に応じ超音波ビームに
含まれる縦波あるいは横波を適宜選択できる。被検査体
2に入射された縦波あるいは横波の超音波ビームは、被
検査体2の内部の欠陥CRで反射、散乱、回折等の挙動
を行なう。
欠陥CRに入射された超音波ビームのこれらの挙動につ
いてはよく知られているところであり、例えば、第3図
に示す様に、面状欠陥CR’の端部αでは、横波、縦波
等が回折現象によって送波指向性りの場合、面状欠陥C
R’によシ、横波回折波E1縦波回折波Fが生じる。し
かしながら、これらの回折によって生じた超音波ビーム
は、欠陥端部αからある特定方向(図中矢印G、 H回
折波主ビームの方向)にまた、実際の被検査体2の内部
に生じる欠陥CRは、その位置関係が不明であるから、
主ビームの放射方向は、欠陥の位置、形状によシことご
とく異なっている。
一方、本実施例では被検査体2内の欠陥CR(位置、形
状は不明)によって得られた主ビームを含む超音波ビー
ム、受波用振動子7(s) * 7(ω。
7(3)・・・7(n)のいずれかによって受波するこ
とができる。例えば、受波用振動子7山によって、主ビ
ームが受波されたこすると、上記受波用振動子7ωp 
7(x) e 7C1)・・・、7(ロ)は夫゛々微小
な幅を有しているため、また受波指向性は極めて低いの
で、欠陥CRによる超音波ビームは高感度に受波される
次に本発明の第2の実施例として、前記探触子を用いた
超音波探傷方法について述べる。第4図に示す様に、送
波用振動子6から送波された超音波ビームの送波時刻T
tと、受波用振動子7(*) e 76) 、7(al
 −,7fn)のうち欠陥CRによって生じた超音波ビ
ームを検出した受波用振動子7(1)の信号検出時刻T
iの時間差から次の(1)式が成立する。
<1vvt) +(llv” ) =−rt−Tt−(
1)21は送波用探触子6と欠陥CRとの距離、/iは
欠陥CRと受波用振動子7(1)との距離、ここでvl
は送波用振動子6によって送波される超音波ビームモー
ドの音速 vrは受波用振動子7(公によって力先られ
る超音波ビームモードの音速である。
ここで、前記探触子8の構成では、縦波を選択的に受波
することを可能としているので、上記受波用振動子7(
りの他に、他の受波用振動子7(i)によって、欠陥C
Rによって生じた超音波ビームを検出することにより、
同様に次の下記(2)式が成立する。ただしljは欠陥
CRと受波用振動子7(j)との距離である。
(1lvv ”) + (1jivす=−rj−Tt 
−(2)したがって、上記(1)、(2)式は、第5図
に示すように二つの楕円曲線P、Qを表わしており、こ
の二本の楕円曲線P1αの交点Sが、欠陥CRによって
生じた超音波ビームの放射源であり、欠陥CRの位置は
容易に演算可能としている・上記以外に二つ以上の多く
の受波用振動子7(dt%)+7(s)e・・・7(ロ
)によって上記と同様の演算を繰返せば、欠陥CRの位
置精度が向上するばかシでなく、被検査体2内に複数個
の反射源および回折源があっても分離して、欠陥CRの
検出及び欠陥CRの位置を測定できる。
上記実施例は、主に欠陥端部の回折によって生じる超音
波を例としたが、欠陥CRの欠陥端部αの回折波と、欠
陥CRめ面の反射波とを含む場合についても同様に、欠
陥CRの検出及び欠陥CRの位置測定が可能であること
は言うまでもない。
次に、本発明の第3の実施例として、前記探触子を用す
た超音波探傷方法について述べる。
第6図において、クサビシー−5付きの送波用振動子6
から被検査体2に対し屈折角θで超音波ビームを送波す
る。そして探傷深さに応じて受波される超音波ビームが
、探傷深さ及び探傷方向に応じて集束するように受渡用
振動子’(1)。
7(2) 、 7(3)・・・7か)の励信数及び組み
合せを電子束査により行ない、受波した超音波ビームに
よる受信信号を遅延加算して探傷を行な5ようにしても
よい。このような方法によれば、被検査体2の表面に対
し深い領域については、超音波ビームの反射或いは回折
波の減衰を補い、欠陥   ”を高感度に探傷すること
が可能となる。
さらに本発明は、第7図に示すようにクサビシュー5の
代わシに送波用振動子6から被検査体2へ入射する超音
波ビームの屈折角を、機械的に可変する機構9を付加し
て、受波用振動子7(+) 、 7(2) l・・・7
(旬と共に探触子を構成することによシ被検査体2の表
層部のみ外らず、深層部の探傷にも、上述したのと同様
の使用法及びその作用効果が得られる。
なお、上述した実施例において、探触子は送波用振動子
6及び受波用振動子7(1) p 7(2) r・・・
7(ロ)は、同一の取付体にて構成して単体品としたも
のであるが、第8図に示すように、クサビシュー5を付
加した送波用振動子6と、受渡用振動子7(1) + 
7Gl) p・・・7(ロ)とを距離を存して分割した
構成の探触子1oであってもよい。このように構成され
た探触子1oでは、被検査体2の曲面部に位置する表層
面近傍の欠陥CRの検出には有効に探傷が可能となる。
なお、この場合には、曲面部に微小幅の送波用振動子6
を設置させることにより、曲面に対しても音響的結合能
力を高くして、超音波ビームを入射させることが可能で
ある。更に、本発明にょる探触子においては、各振動子
に、バッキング材及びコーテイング材が付加され不こと
は右うまでもない。
本発明による探触子を、水浸法による超音波探傍に用い
ても、上述したのと同様の効果が得られる。
〔発明の効果〕
以上述べたようf本発明によれば、1つの振動子を屈折
角設定体を取付けた送波用振動子と、この送波用振動子
を除く他の振動子群を受波用振動子群として構成したこ
と、また前記探触子を用い、被検査体に対して送波用振
動子から超音波ビームを送波し、被検査体内の欠陥にて
反射・回折した超音波ビームを受波用振動子群に受波し
て被検査体内の欠陥がら前記探触子の受波用振動子群ま
での超音波ビーム路程時間を算出するとともに、前記探
触子における送波用振動子と受波用振動子群との位置関
係を用いることにより、被検査体内の欠陥の位置を探傷
するようにしたこと、更に、前記探触子を用い、被検査
体に対し送波用振動子から前記屈折角設定体によシ屈折
角度が設定された超音波ビームを送波し、この送波され
た超音波ビームの深さ領域に応じて受波される超音波ビ
ームが集束されるように受波用振動子群における各振動
子の励信組合せを順次変更するように電子走査するよう
にして、被検査体内の欠陥の位置を探傷するようにした
ので、被検査体の表面近傍の欠陥を、極めて高効率に検
出可能とするとともに、欠陥の形状寸法を高精度に推定
することを可能とする探触子および超音波探傷方法が提
供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の超音探傷法に用いる探触子を説明するた
めの図、第2図は本発明による、第1の実施例を示す図
、第3図乃至第5図は、同第1の実施例の作用を説明す
るための図、第6図乃至第8図は本発明による第2乃至
第4の実施例を説明するための図である。 2・・・被検査体、5・・・クサビシュー、6・・・送
波用振動子、7(+) + 7(2) t 7(3)・
・・71’l)・・・受波用振動子、8・・・探触子、
9・・・駆動機構、10・・・探触子、CR・・・欠陥
、CR′−・・面状欠陥。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 音部1図 第2図 第3図 第4図 第5図 第6図 第7図 第8図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)超音波ビームを送・受波する複数の振動子を有し
    たアレイ型の探触子において、1つの振動子を屈折角設
    定体を取付けた送波用振動子とし、との送波用振動子を
    除く他の振動子群を受波用振動子群として構成したこと
    を特徴とする探触子。
  2. (2)超音波ビームを送・受波する複数の振動子を有し
    たアレイ型の探触子における1つの振動子を屈折角設定
    体を取付けた送波用振動子とし、この送波用の振動子を
    除く他の振動子群を受波用振動子群として構成した探触
    子を用い、被検査体に対し前記探触子の送波用振動子か
    ら超音波ビームを送波し、被検査体内の欠陥にて反射・
    回折した超音波ビームを前記探触子の受波用振動子群に
    受波して被検査体内の欠陥から前記探触子の受波用振動
    子群までの超音波ビーム路程時間を算出し、この超音波
    ビーム路程時間算出値と、前記探触子における送波用振
    動子と受波用振動子群との位置関係とを用いて、被検査
    体内の欠陥の位置を探傷することを特徴とする超音波探
    傷方法。
  3. (3)超音波ビームを送・受波する複数の振動子を有し
    たアレイ型の探触子における1つの振動子を屈折角設定
    体を取付けた送波用振動子とし、との送波用振動子を除
    く他の振動子群を受波用振動子群として構成した探触子
    を用い、被検査体に対し前記探触子の送波用振動子から
    前記屈折角設定体により屈折角度が設定された超音波ビ
    ームを送波し1.この送波された超音波ビームの深さ領
    域に応じて、受波される超音波ビームが集束されるよう
    に前記探触子の受波用振動子群における各振動子の励信
    組合せを順次変
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JP (1) JPS59122944A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS626164A (ja) * 1985-07-03 1987-01-13 Hitachi Ltd 凹形角部の超音波検査方法および装置
JPH01202656A (ja) * 1988-02-08 1989-08-15 Taisei Corp 構造物のクラック診断方法
JP2002214204A (ja) * 2001-01-19 2002-07-31 Toshiba Corp 超音波探傷装置およびその方法
JP2007000073A (ja) * 2005-06-23 2007-01-11 Kubota Corp 収穫機

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