JPS594663B2 - 超音波を用いるひれ管の非破壊材料検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ２０本発明は、少なくとも１つの欠陥検査ヘッドが固定
して設けられている検査ヘッド保持体およびひれ管が相
対的に回転し、ひれの範囲で生ずるエコーが残りの管部
分のエコーと異なつているパルス−エコー方式による超
音波を用いたひれ管の非２５破壊材料検査方法に関する
。

ひれ管、即ち２つの相互に対向する外側に突出したリブ
またはひれを有する継ぎ目のない鋼管に超音波−反射方
法を用いると欠陥エコー並びに形状エコーが発生する。

材料の欠陥を発見するため３０には欠陥エコー、即ち材
料の欠陥に起因するエコーのみが重要である。しかし形
状エコー、即ち専らひれ管の幾何学形状によつて生じる
エコーは決して排斥することができない。形状エコーは
ひれ管の外側および内側の表面の３５随所で発生する。

ひれの外側、従つて管の平滑な壁部分に達するエコーは
ここでは管の幾何学形状が不変であるため一様であり即
ち欠陥検査ヘッドｉウウーおよびひれ管の相互の位置に
無関係である。

これに対しひれの領域で生ずる形状エコーはこの領域の
管の寸法は厚さが変化するために欠陥検査ヘツドおよび
ひれ管の相互の位置に大幅に依存している。超音波一反
射方法を用いたひれ管の満足のゆく材料検査は、欠陥エ
コーだけが管材料の品質を指示しているのでエコーが欠
陥エコーなのかまたは形状エコーなのかを確認する必要
がある。

従つてこの検査は欠陥エコーと形状エコー間の相異を前
提とする。ひれの領域でこれら管部分の管幾何学的形状
が大幅に変化するために欠陥エコーおよび形状エコー間
の識別は通例十分には達成されていない。

従つて一方ではひれの領域で生ずる欠陥エコーおよび形
状エコーおよび他方では管のその他の部分の欠陥エコー
と形状エコーとの間を明確に区別できるように努力され
てきた。ひれの領域に生ずるエコーをその他の管部分の
エコーと区別するための公知の方法では少なくとも１つ
の欠陥検査ヘツドと並んで少なくとも１つの補助検査ヘ
ツドが使用された。

補助検査ヘツドはその際、欠陥検査ヘツドと同様にひれ
管自体に直接に音波を送波して欠陥検査ヘツドが何時ひ
れの領域に入りまたこの領域を出るのかを検出する。こ
の方法の欠点は補助検査ヘツドもひれ管に直接作用する
ことである。従つて補助検査ヘツドを即ちひれ管の出来
るだけ近傍に設けなければならない。このことは欠陥検
査ヘツドを被検物に結合する際、特に各々１つ以上の欠
陥検査ヘツドおよび補助検査ヘツドを使用するとき因難
性を伴う。公知の方法ではその上欠陥検査ヘツドおよび
補助検査ヘツドの機能が相互に障害を与える。この場合
得られる指示は材料の品質を正確に指示するものではな
い。補助検査ヘツドは例えば欠陥検査ヘツドと同様に超
音波検査ヘツドである場合超音波は相互に重畳し合うこ
とがある。この種の相互障害の危険性は複数の欠陥検査
および同様に多数の補助検査ヘツドが存在するとき特に
大きい。本発明の課題は冒頭に述べた形式の方法におい
て複数の欠陥検査ヘツドを用いても障害なく作動する方
法を提供することである。更に機械的にも電気的にも簡
単な装置を用いてこの方法を実施できるようにすること
である。本発明は、同一のひれ管において２つのひれの
幾何学的形状が全体の管の長さにわたつて一様であると
いう考えに基づいている。

事実ひれ管製造の公知技術を用いる場合ひれの幾何学的
形状は僅かな相異が生じるだけである。従つてひれの領
域で生ずる指示と残りの管部分の指示を区別するために
、何時欠陥検査ヘツドがひれの領域に入り何時再びこの
領域を出ていくかを確認するために欠陥検査ヘツドがそ
の領域の通過中ひれ自体に作用する必要がなく、むしろ
支持体の回転の間管に対する検査ヘツド交持体の位置を
追跡することで十分である。この課題はこの考えを追求
することにおいて本発明によればひれと周囲の間に調節
された角度を保ちながらひれ管を並進運動を行なわない
検査ヘツド保持体のところを回転軸線の方向に移動させ
、空間的に固定されているセンサが検査ヘツド支持体の
回転運動を検出することによつて解決される。

この方法で回転中のひれ管に対する検査ヘツド支持体の
位置が簡単に検出される。検査ヘツド支持体、従つて欠
陥検査ヘツドの回転運動を検出すると同時に欠陥検出ヘ
ツドが何時ひれにまた何時残りの管部分に作用するかに
ついての情報が得られる。検査ヘツド支持体の回転速度
が一連の検査の間一定だとすると、センサは検査ヘツド
支持体の位置を一連の検査の始めに一度検出すればよい
。

回転速度が同一である場合、ひれに相当する時間空間は
即ち回転速度を介して検査ヘツド支持体の位置が一度だ
け確定されれば、検出される。検査ヘツド支持体の回転
速度は通例、特に検査ヘツド支持体の回転駆動の給電エ
ネルギーが変化に基づく時間的な変動を受ける。

この場合センサが一連の検査の間検査ヘツド支持体の位
置を繰り返し検出することが望ましい。センサが検査ヘ
ツド支持体の位置を各々の回転毎に少なくとも一回検出
すると有利である。ひれの領域で生ずる指示とその他の
管部分の指示との区別はセンサが検出ヘツド支持体の位
置を、欠陥検出ヘツドがひれの領域に入りこの領域から
再びでていくとき即ち各々の回転毎に検出することによ
つて確実になる。センサが検出ヘツド支持体に固定して
取り付けられている信号発生器を通過する時この発生器
から識別信号が得られるようにするのが望ましい。この
方法は、このセンサがエコーを検出する装置部分で検出
ヘツド支持体の位置に相応するスイツチング信号を発生
するように構成される。このスイツチング信号は有利に
は装置部分におけるひれの領域に起因するエコーの処理
を妨げるために用 ５いられる。この方法を実現するた
めに検査ヘツド支持体が回転軸として構成される装置が
用いられる。

この軸は有利にはひれ管を収容する中空軸である。とい
うのは検査ヘツド支持体への回転エネルギーの供給、欠
陥検査ヘツドへのエネルギーの供給および欠陥検査ヘツ
ドからのエネルギー取出はこの方法で簡単に行なえるか
らである。検査ヘツド支持体の周囲に少なくとも１つの
、検査ヘツド支持体の位置についての信号を送出する信
号発生器を固定して取り付けることが好ましい。

信号発生器は例えば回転軸に対して垂直に設けられた少
なくとも１つの歯を有する環として構成できる。この環
とセンサの相互運動はセンサを機械的信号受信装置とし
て構成すると特に簡単である。この場合検査ヘツド支持
体の位置は例えば歯環の歯をセンサに印加することによ
つて固定できる。しかしセンサは電磁誘導受信装置とし
て構成できる。次に本発明を図面に基づいて説明する。

１はひれ管、２はひれ管のひれ部、３はひれ管の残りの
平滑な壁の管部である。

ひれ管１は回転する、中空軸として構成される回転する
検査ヘツド支持体４の中を通して回転軸線Ｒの方向に移
動される。

その際ひれ２と周囲との間で与えられる角度は一定であ
る。矢印Ｘは回転運動の方向を示す。検出ヘツド支持体
４の壁には欠陥検出ヘツド５乃至５ａおよび５ｂが装着
されている。

第１，１ａ，２および２ａ図では各々１つの欠陥検出ヘ
ツド５が第３，４および５図では各々２つの欠陥検出ヘ
ツド５ａ，５ｂが装着されている。各々の欠陥検出ヘツ
ドは１つのピエゾ水晶結晶を有している。

このピエゾ水晶結晶はヘツドに印加される電気振動を超
音波振動に変換し、超音波を管１の内部に送出する。こ
の超音波の一部は内壁６およびひれ２を含む管１の外壁
７での反射後、同じ結晶に戻る。反射した超音波はそれ
から結晶により電気振動に再び変換される。この振動は
適当に増幅した後例えば陰極線オシログラフに可視像と
して指示される。この超音波ビーム路に材料欠陥がなけ
れば陰極線オシログラフのスクリーンに単に送りパルス
ＳＩｌ管１の外壁へ最初の到達の際の反射による入射エ
コーＥＥ並びに管表面での後での反射によつて生ずる形
状エコーが現れる。他方材料の継続欠陥、からみ封入物
、裂目またはその他の材料欠陥が、入射超音波ビーム束
の路にあるとビーム束の１部は欠陥エコーとして結晶に
戻る。それは材料欠陥が管１の内壁６または外壁７に存
在するかどうかにより内側欠陥エコーまたは外側欠陥エ
コーとして反射される。この内側および外側欠陥エコー
は陰極線オシログラフのスクリーンの内側欠陥遮断ゲー
トＩＦＢ並びに外側欠陥遮断ゲートＡＦＢにおいて検出
される。超音波ビーム路は、第１図〜第３図において８
で示されている。

第１，１ａ，２および２ａ図はひれ２の範囲の形状エコ
ーの発生を説明するものである。

第１，第１ａ図の場合欠陥検査ヘツド５は管の平滑壁部
分３に指向される。

超音波８はこの場合内壁６での第１回の反射後平滑な壁
部３およびひれ２の間の移行領域で管の外壁７に達する
。この移行領域での反射の際ひれエコーＦｌＥが発生す
る。このエコーは平滑な壁の管部３とひれ２との間の移
行領域の同一の箇所にある材料の欠陥によつて生ずる外
側欠陥エコーと同じ走行時間を有する。このことは第１
ａ図から明らかである。第１ａ図では送信パルスＳＩの
隣りに入射エコーＥＥ並びにひれエコーＦｌＥが、オシ
ログラフのスクリーン音波の走行時間に依存して現れる
ように指示されている。第２，２ａ図の場合欠陥検出ヘ
ツド５はひれに直接向けられている。

ここではひれにより生ずるひれエコーＦｌＥが発生し、
このエコーは走行時間によれば内部欠陥指示と分離でき
ない。ひれ２の領域では材料欠陥により生ずる欠陥エコ
ーおよび管の幾何学的形状に起因する形状エコーの明確
な区別は不可能である。

この困難性はひれ領域で生ずるエコー全体を抑止するこ
とによつて回避される。第３図の場合は２つの欠陥検査
ヘツド５ａおよび５ｂが、検査ヘツド５ａの超音波走行
方向が検査ヘツド支持体４の回転方向Ｘと同じであり検
査ヘツド５ｂの超音波走行方向は回転方向Ｘとは対向す
る。

超音波入射角度は両方の場合約４５？ある。第３図から
明らかなことは角度範囲１の検査ヘツド５ａおよび角度
範囲の検出ヘツドは超音波検査を可能にするためにフエ
ードアウトしなければならない。第４図および第５図に
示す２つの本発明の方法を実施する装置の実施例におい
て管１は検査ヘツド支持体４により均一速度で走査され
るように送り込まれる。

ひれ２と周囲との間の角度の維持はこの場合検査ヘツド
支持体４の両側に設けられている導入部９および導出部
１０により行われる。ひれ管回転軸線Ｒの矢印Ｙの方向
に進む。検査ヘツド支持体４の回転は図示されていない
モータに所属するＶベルト伝動を介して行なわれる。検
査ヘツド支持体は例えば３０００ｒ．ｐ．ｍで回転する
。浸漬技術により作動されているので検査ヘツド支持体
４は導入部および導出部は液密に構成され、検査ヘツド
支持体の内側からの水もれを少なくするようにまた欠陥
検査ヘツドおよびひれ管の音響結合を出来るだけよくす
る。

両方の装置において検査ヘツド支持体４は２つの欠陥検
査ヘツド５ａおよび５ｂが設けられている。

これらの両ヘツドは相互に１８０けｒれて検査ヘツド支
持体４にはめ込まれている。１方の検査ヘツドは回転運
動の方向に、他方の検査ヘツドはそれとは逆方向に音波
を伝送する。

欠陥検査ヘツド５ａ，５ｂに検査ヘツド支持体４を取り
巻いている導体リング１３並びに１４が所属している。

導体リング１３並びに１４は装置部分と電気接続されて
いる。欠陥検査ヘツド５ａ，５ｂには導体リング１３，
１４を介して電気振動が誘導的に印加される。この電気
振動はその後超音波振動に変換される。他方欠陥検査ヘ
ツドは導体リング１３，１４へ送出された超音波ビーム
束の反射後電気振動を発生し、この振動は材料欠陥に関
する情報を含んでいる。装置部分１５と接続されている
カツトスィツチを１６，１７で示ず。

このスイツチはひれを通過ｉするときに生ずるエコーが
装置部分１５により利用されないようにする。

２つの実施例においてひれ管１に関する検査ヘツド支持
体４の位置を検出するために磁気誘導作用をするセンサ
１８が用いられる。

このセンサは検査ヘツド支持体１４の外側に取付けられ
ている歯１９に応答し装置部分１５に歯１９が何時この
装置部分を通過するかを伝達する。第４図の実施例の場
合では一連の検査の間の検査ヘツド支持体の回転速度は
一定である。

この場合センサ１８は歯１９に対して一連の検査の始め
に一度だけ応答する。この一回のみの応答に基づいて、
検査全体の間カツトスイツチ１６および１７は欠陥検査
ヘツドがひれ２を通過する間このヘツドを遮断するよう
に作用する。第２の実施例では検査ヘツド支持体４の回
転速度は一定でない。

この場合検査は歯環２０およびこの歯環と磁気誘導的に
共働するパルス発生器２１を介して公知の方法で外部同
期する。歯環２０は検査ヘツド支持体４に形成されてお
り例えば５８の歯が具備されている。この場合もセンサ
１８は歯１９を一連の検査の始めに一度だけ検出する。
更に検査ヘツド支持体４のひれ管１に対する位置は歯環
２０の歯の数によつて検出される。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は欠陥検査ヘツドを有するひれ管の
正面略図、第１ａ図および第２ａ図は第１図および第２
図による欠陥検査ヘツド位置の超音波パルス螢光スクリ
ーン上の表示、第３図は２つの欠陥検査ヘツドを有する
ひれ管の正面略図、第４図は検査ヘツド支持体を一定の
回転速度で駆動する場合の装置の斜視略図、第５図は検
査ヘツド支持体を一定でない回転速度で，駆動する場合
の装置の斜視略図を示す。 １・・・・・・ひれ管、２・・・・・・ひれ、４・・・
・・・検査ヘツド支持体、５・・・・・・欠陥検査ヘツ
ド、１８・・・・・・センサ、１９・・・・・・信号発
生器、ＳＩ・・・・・・送信パルス、ＥＥ・・・・・・
入射エコー、ＩＦＢ・・・・・・内側欠陥エコー、ＡＦ
Ｂ・・・・・・外側欠陥エコー、ＦｌＥ・・・・・・ひ
れエコー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも１つの欠陥検査ヘッドが固定されている
   検査ヘッド支持体とひれ管が相対的に回転しひれの領域
   に作用するエコーと、その他の管部のエコーとが異なつ
   ているパルス−エコー方式による超音波を用いたひれ管
   の非破壊材料検査方法においてひれ管１をひれ２と周囲
   との間に形成される角度を保持しながら並進運動を行な
   わない検査ヘッド支持体４のところを回転軸線Ｒの方向
   に通過させ、空間的に固定されているセンサ１８が検査
   ヘッド支持体４の回転運動を検出することを特徴とする
   方法。 ２ センサ１８が検査ヘッド支持体４の位置を一連の検
   査の始めに一度だけ検出する特許請求の範囲１記載の方
   法。 ３ センサ１８が検査ヘッド支持体４の位置を一連の検
   査の間繰り返して検出する特許請求の範囲１記載の方法
   。 ４ センサ１８が検査ヘッド支持体４の位置を各回転の
   間少なくとも１回検出する特許請求の範囲１記載の方法
   。 ５ センサ１８が検査ヘッド支持体４の位置を各回転の
   間欠陥検査ヘッド５、５ａ、５ｂがひれ２の領域に入り
   この領域から再度出る毎に検出する特許請求の範囲３ま
   たは４記載の方法。 ６ センサ１８が検査ヘッド支持体４に固定されている
   信号発生器１９を通過するときにこの発生器から識別信
   号を受け取る特許請求の範囲１〜５のいずれかに記載の
   方法。 ７ センサ１８がエコーを検出する装置部分１５で検査
   ヘッド支持体４の位置に相応するスイッチング信号を発
   生する特許請求の範囲１〜６のいずれかに記載の方法。 ８ スイッチング信号がひれ２の領域に起因するエコー
   の装置部分１５での処理を阻止する特許請求の範囲７記
   載の方法。