JPS60158350A - 超音波探傷法及びその装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、通常の超音波探傷法に係り、特に被検部に発
生した微細な欠陥を探傷するのに好適な超音波探傷法及
びその超音波探傷装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の超音波探傷は、被検体に垂直に超音波を発振する
か、又は斜角即ち被検体に対し角度をもって超音波を発
振させる超音波探触子により、その探傷を実施している
。ところが従来技術にあっては、例えば配管の溶接部な
どの場合、溶接部周辺の内面に５ＣＣ（応力腐食割れ）
又は疲労割れによる欠陥が発生した時、その欠陥の大き
さ・形状・欠陥の開口部の大きさ等によっては、これら
欠陥を必ずしも超音波探傷によっては発見できるわけで
はないという問題がある。すなわち、欠陥の大きさが被
検部の肉厚に対して非常に小さい場合、又は欠陥が内表
面で開口せず密着している場合には、欠陥と母材との音
圧反射率の変化の影響から探傷を行なうものである超音
波探傷では、その欠陥を検出することが困難であった。

かかる従来技術の問題点につき、第１図及び第２図を参
照して更に詳述すると、次の通りである。

一般に超音波探傷法とは、第１図に示す如く異なる２つ
の媒質Ｉ、■が接している時に、各媒質Ｉ、Ｈの音響イ
ンピーダンスｚＩ　＊　２２の違いにより、超音波の高
圧反射率が変化することに基づいて、探傷を行うもので
ある。音響インピーダンスとは、２媒質の境界において
、音波の反射状態により定まる物性値であり、このデー
タから媒質の境界の状態を知ることができる。材料に欠
陥があると、そこに媒質の境界（つまり例えば材料と空
気などの境界）ができるので、欠陥の存在もわかること
になる。

第２図に示すように、被検体１に十分開口した欠陥２が
生じている場合は、２媒質の境界つまりこの場合被検体
ｌの材料と空気との境界がはっきりと生ずるので、上記
探傷は確実に行なえる。ところが第２図の２′で示すよ
うに、被検体１の表面において欠陥が閉じていて密着し
ている場合は、境界が生じず、従って探傷不可能なこと
がある。

２〃で示す如く、被検体１の厚みに比して欠陥の高さが
小さい場合、やはり探傷しにくい場合がある。

従来技術はこのように、すべての欠陥について必ずしも
探傷し得るものでは表いという問題を残しているわけで
ある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来技術の欠点を考慮し、鋼構造
物、溶接部その地被検体に発生した微細な欠陥について
、特にその欠陥が内表面で開口せず密着している場合に
も、確実に該欠陥を検出できる超音波探傷法及びそれに
用いる探傷装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、欠陥に応力（欠陥が開口する方向の応力）を
負荷するか、欠陥内面に酸化皮膜等の腐食生成被膜を付
与することにより、欠陥を開口させ、あるいは開口させ
た状態にして、探傷を行うことを特徴とする。かかる状
態においては、欠陥の超音波エコーが通常の場合よ抄も
高く検出できることは実験により確認法であり、従って
本発明によれば、従来は検出が困難であった欠陥も確実
。

に検出できるものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。具体的な例に
ついて説明するに先立ち、まず、本発明の原理について
述べておく。

本発明で提供する超音波探傷法は、理論的には、第１図
に示す様な物質の音響インピーダンスによって左右され
る超音波の音圧反射率の式から、下記で表わせる。

但し、γ　：音圧反射率 ｐＩ　：入射波の音圧 ｐ、：反射波の音圧 Ｚｌ　：媒質■の音響インピーダンス ｚ２　＝媒質■の音響インピーダンス とれを第２図に示す欠陥に関して適用すると、次のとお
りである。

すなわち、第２図に示す様に被検体１の表面の欠陥２に
図の矢印の如く引張応力が負荷された場合、欠陥は徐々
に開口し、ある種度欠陥が開口すると、欠陥内部の空気
（被検体が液体中にある場合には液体）の音響インピー
ダンス（ｚｔ　）はｔｌぼ一定となる。すなわち、音圧
反射率（ｒ）は一定となり、超音波のエコー高さは飽和
すると考えられる。この場合、被検体１と欠陥内部との
音響インピーダンスの差から、探傷は可能である。

一方、被検体１０表面の欠陥２に圧縮応力が加わった場
合、欠陥は徐々に閉じ、欠陥内部の空気（又は液体）の
音響インピーダンス（Ｚ＊）が被検体１の音響インピー
ダンス（ｚｌ）に近づき、ある応力に達すると第２図の
２′で示す如き無欠陥のような状態になり、欠陥内部の
空気（又は液体）の音響インピーダンス（ｚ２）は被検
体１の音響インピーダンス（”＋　）に近い値で一定と
なる。すなわち音圧反射率γはほぼ一定とな抄、超音波
のエコー高さは飽和すると考えられる。この場合、探傷
は困難になり、欠陥を発見できないこともある。

これらの内容を実際に試験片を作成して確認した結果を
第３図に示す。これ線、平板の試験片の中央に付与した
疲労欠陥に曲げ荷重を負荷し、応力の変化（引張・圧縮
）Ｋよる欠陥エコー高さの変化を測定した結果である。

図の８点が開始点で、矢印イにおいて圧縮応力を加え、
次いで矢印口において引張り応力を加えである。ｌが終
点である。この第３図から、欠陥に圧縮応力を負荷して
いくのに伴ない、矢印イに沿う曲線かられかるように欠
陥エコー高さも低下し、一方矢印口に沿う曲線の如く、
引張り応力側になると欠陥エコー高さは高く々す、約１
２に９／ｗ”以上になると欠陥エコー高さは飽和してし
まう仁とが知られる。この結果から引張り応力が加わ如
欠陥が開口した状態になると、欠陥に応力が加わらない
状態に比して、約６ｄＢ以上の高感度が得られることが
わかる。これは超音波で確実に検出できるエコー高さで
ｓｂ、これを利用すれば、確実な超音ｉ探傷が可能なら
しめられる。

以上述べた如く、欠陥に欠陥が開口する方向の応力を負
荷しながら超音波探傷を行なうと欠陥が確実に検出でき
ることが、理論的にも実験的にも確められた。

次に、本発明を具体化した実施例の内の数例について説
明する。

（実施例１） 第４図に実際にこの方法を配管３の超音波探傷に適用す
る場合の実施例を示す。通常、配管の溶接部の場合、溶
接部５近傍の内表面に欠陥が発生する場合が多い。従っ
て第４図に矢印で示す如く溶接部外周に一様荷重を付加
し、これにより溶接部５近傍の内表面に引張り側の応力
が負荷されるようにした状態で、超音波探触子４により
超音波探傷を行なう。

本実施例においては、このように配管３の溶接部５外周
面に均一な圧縮荷重を負荷して欠陥５を開口させるべく
、配管３の外周を囲って外周面全体を内側に押付ける治
具を用いる。すなわち、第５図及び第６図に示す構造を
有する超音波探傷治具を用いる。本治具紘、基本的に、
配管３の外周側を囲う荷重負荷連結リング６と、該リン
グ６の内側に位置し配管３に接して負荷を与える荷重負
荷シリンダ８とを備え、これらが応力により欠陥を開口
させる部をなし、更に実際に超音波探傷を行なうための
機構として、超音波ビームを入射する超音波探触子４と
、これを支持する探触子支持アーム７と、この探触子支
持アーム７を配管円周方向に電動又は手動で走査させる
こ色ができる探触子走査機構９と、該探触子走査機構を
走行させるための軌道ｌＯとを備えて構成される。

各々の構成及び動作は以下の通りである。

まず、荷重負荷連結リング６は、２分割が可能でワンタ
ッチで着脱ができる構造になっている。

この結果、２つに分けて配管３の任意の位置で両側から
組符けて一体化することにより、簡単にこのリング６を
装着できる。２分割以上の多分割可能な構造にしてもよ
い。本連結リング６の内側には、第７図に示すようにチ
ューブ１１が設けられており、荷重負荷シリンダ８はこ
のチューブ１１と接続されている。チューブ１１は油（
オイル）あるいは水等の液圧を伝達するものであゆ、か
かるチューブ１１を介して核油（オイル）おるいは水等
の液圧によって作動がなされ、荷重を負荷することが可
能となる。具体的に荷重負荷は、後記詳述スルピストン
１５による抑圧により行う。又、液体に圧力を負荷して
、これによりチューブ１１を介してピストン１５を作動
させるのは、リング６に設けられた取手１２を操作する
ことにより行う。すなわち荷重負荷連結リング６には、
液圧を負荷するための取手１２が取付けられており、こ
の取手１２を回すことによって圧縮ピストン１４を動か
し、液体に圧力を与える。この取手１２は１箇所か２箇
所設けるが、あるいはそれ以上あっても良い。

第６図は第５図の左側面図を示す。第６図に示す如く、
荷重負荷シリンダ８は２つ以上であれば、４つ又は８つ
あるいはそれ以上あっても良い。

荷重負荷連結リング６は、本実施例の構造ではリング接
続部１６で２分割できる構造になっており（３分割又は
それ以上でも可）、従ってこの治具はワンタッチ着脱可
能である。

第７図は、荷重負荷連結リング６の内部の詳細構造を示
す。すなわちシリンダ１７の中に油又は水のような液体
を満たしておく。この液体は、第５図、第６図に示すよ
うに外部からチューブ１１を介してシリンダの中に供給
される。この構成であるから、取手１２により締付ける
と、シリンダ１７の中の圧縮ピストン１４が作動し、こ
の圧縮ピストン１４によりシリンダ１７内に内圧が負荷
され、このシリンダ１７内の液体は伝達チューブ１３を
介して圧力を伝え、これによって荷重負荷シリンダ８に
はさらに大きい内圧が負荷される。

そこで、この内圧をピストン１５を介して、配管外周面
に荷重（応力）として負荷するものである。

次に、軌道１０と探触子走査機構９について説明する。

軌道１０は、基本的には、荷重負荷連結リング６と一体
になっている。軌道１０には第５図の如くラックが切っ
てあり、探触子走査機構９内部のビニオンとかみあって
、配管周方向での走査を行う。この走査は本例では電動
モータ等で駆動する。一方配管軸方向での走査は、探触
子支持アーム７に沿って手動で走査する。賞走査の駆動
力は適宜いかように構成してもよい。

本実施例による超音波探傷治具の操作は、次のように行
う。まず、軌道１０と一体となった荷重負荷連結リング
６を被検体（配管３）Ｋセットし、位置合わせ（原点設
定）をした後、取手により荷重を負荷し、材料の降伏点
以下の適当な応力を加える。この時、負荷された応力は
、別途設置しである液体供給装置に圧力を応力に換算し
たメータで読取るように構成することが可能である。前
記手順により所定の応力を負荷した後、超音波探触子を
走査させる。

（実施例会） 第８図（ａ）（ｂ）に、本発明の別の実施例を示す。こ
の例においては、平板１８を被検体とする。すなわち第
８図（、、ａ）に示すように、平板１８に荷重負荷治具
１９を設置して該平板１８の両端部を挾みこむようにし
、かつ該平板１８の底部に設置したボルト２０を締めつ
ける。この結果、平板１８の両端部は治具１９により固
定され、しかも底部からボルト２０で押し上げられるの
で、平板１８には曲げ応力が負荷される。との状態で超
音波探傷を実施するものである。この荷重負荷治具１９
は、被検体である平板１８の大きさに合わせて適宜用意
する。あるいは、治具の大きさをある程度変えられるよ
うにしておけば、充分な汎用。

性をもって各種被検体に対処可能となる。

同、本例を具体的に実施するに当たっての重要な点は、
被検体に負荷された応力値の確認であるが、これに関し
ては、荷重負荷治具１９の支点間距離を実測しておき、
被検体の肉厚幅を任意に設定し、各肉厚毎にボルト２０
を１ピツチ（１回転）挿入したときに、どの程度の応力
が負荷されるかをあらかじめ計算しておけば良い。

（実施例３） 次に、欠陥を開口させるのと同様の状態として、欠陥内
部に腐食生成物の膜例えば酸化皮膜を生成させ、その状
態で超音波探傷を行なう方法がある。

これは、理論的には第１図に示す様な超音波の音圧反射
率の下記式で表わされる。

すなわち、欠陥内部に酸化皮膜が生成すると、超音波の
音圧反射率は、欠陥内部の酸化皮膜の音響インピーダン
スと被検体の音響インピーダンスで決まってしまう。従
って、この状態における超音波のエコー高さは、欠陥に
引張応力又は圧縮応力が負荷されてもほとんど変わらな
いと考えられる。

これを実験により確認した結果を第９図に示す。

第９図の実験結果は前記と同様の試験片に付与された疲
労欠陥の内部に酸化皮膜を生成させたものを使用して行
った欠陥エコー高さである。第７図の８点がスタート（
圧縮も引張りもなし）であり、それより左方が圧縮、右
方が引張りを示す。よって酸化皮膜がある状態では、欠
陥に引張又は圧縮応力がかかつても、エコーは殆ど変わ
りないことがわかる。

以上のことから、欠陥内部に酸化皮膜を生成させた後に
超音波探傷を行なえば、欠陥は確実に検出できると考え
られる。

これは、模式的には第１０図のように、欠陥２１の内表
面に酸化皮膜２２が形成される結果、約数μの幅のｔの
欠陥だったものが、数μ＋αの幅ｔ′の欠陥になるため
と判断される。

賞、本実施例において欠陥に酸化皮膜を付与するのは、
具体的には次のような方法によった。すなわち欠陥の所
に荷重を負荷して、欠陥が開いた状態にし、オートクレ
ーブ内で水、蒸気を用いて酸化させ、全体に酸化皮膜を
与える。これにより第１０図の欠陥２１′のような状態
とする。そのほか水につける、蒸気にさらすなどの腐食
環境に付する方法を採用できる。

酸化皮膜以外の各種腐食生成物による皮膜でも、同様の
効果をあげられる。

同、当然のことではあるが、本発明は上記説明した各実
施例にのみ限られるものではない。

〔発明の効果〕

以上説明した様に、本発明によれば、各種被検体（例え
ば鋼構造物の母材及び溶接部等）に欠陥が発生した時に
、欠陥の大きさ、形状が前記被検体の肉厚に対して非常
に小さい場合とか、あるいは欠陥が内表面で開口せず密
着している場合において欠陥と母材との音圧反射率の変
化の影響等の理由から従来は検出が困難であった場合に
あっても、その欠陥を確実に検出することができる。

又、本発明のように応力を負荷しながら超音波探傷を行
なう方法は、被検体が配管等の管状のものや、平板のも
のに容易に適用できるが、更にこれに限らず、応力を負
荷することができさえすれば、はとんどどのような形状
の被検体に対しても適用できるところに大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は超音波探傷の原理を示すもので、２媒質の境界
における物質の音響インピーダンスの関係を示す図であ
る。第２図は欠陥に応力が負荷された場合の状態を示す
概念図である。第３図は欠陥に応力を負荷した場合の欠
陥エコー高さ変化図である。 第４図乃至第７図は本発明の第１の実施例を示し、第４
図は本例の被検部たる配管溶接部の超音波探傷状態図を
示す断面略示図、第５図は本例の応力負荷式超音波探傷
治具を被検体に装着した状態を示す図、第６図はその左
側面図つまり第５図における■方向矢視図、第７図は本
例治具の部分詳細図である。 第８図（ａ）（ｂ）は本発明の第２の実施例を示し、同
図（ａ）は側面図、（ｂ）は上面図である。 第９図及び第１０図は本発明の第３の実施例を示し、第
９図は欠陥に酸化皮膜を与えた場合に欠陥に応力を負荷
した場合の欠陥エコー高さ変化図である。第１０図は同
側の欠陥部の模式図である。 １・・・被検体、２，２１．２１’・・・欠陥、３・・
・配管、４・・・超音波探触子、５・・・配管溶接部、
６・・・荷重負荷連結リング、７・・・探触子支持アー
ム、８・・・荷重負荷シリンダ、９・・・探触子走査機
構、１０・・・軌道、１１・・・チューブ、１２・・・
取手、１３・・・伝達チューブ、１４・・・圧縮ピスト
ン、１５・・・ピストン、１６・・・リング溶接部、１
７・・・シリンダ、１８・・・平板、１９・・・荷重負
荷治具。 代理人　弁理士　秋本正寮 第１図 第２　目 め３圀 第、４−図 ８５図 第す図 第７図 ＄Ｂ　口 （久） ｔｑ　図 第ｔｏ　６ｄ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、超音波探触子と超音波探傷器により被検部を探傷す
   る超音波探傷法において、被検部における欠陥を開口さ
   せた状態で探傷を行うとともに、その場合欠陥の開口は
   、超音波探傷される被検部に応力を負荷することによる
   ものであることを特徴とする超音波探傷法。 ２、欠陥の開口は、被検部の内面あるいは外面から応力
   を負荷することによることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の超音波探傷法。 ３、超音波探触子と超音波探傷器によ抄被検部を探傷す
   る超音波探傷法において、被検部における欠陥を開口さ
   せたのと同様な状態にして探傷を行うとともに、該状態
   は、欠陥の内表面に腐食生成により皮膜を生成させるこ
   とによるものであることを特徴とする超音波探傷法。 ４、皮膜の生成は酸化物等によるものであることを特徴
   とする超音波探傷法。 ５、超音波探触子と超音波探傷器により被検部を探傷す
   る超音波探傷装置において、被検部に応力を負荷して被
   検部の欠陥を開口させる応力負荷部と、超音波探傷機構
   とを備えることを特徴とする超音波探傷装置。 ６、応力負荷部は、管状の被検部を囲う荷重負荷連結リ
   ングを有することを特徴とする特許請求の範囲第５項記
   載の超音波探傷装置。 ７、応力負荷は、荷重負荷シリンダによ抄液圧式で行う
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第５項また
   は第６項記載の超音波探傷装置。 ８、超音波探傷機構は、超音波ビームを入射する超音波
   探触子と、これを支持する探触子支持アームと、該探触
   子支持アームを走査させる探触子走査機構と、該探触子
   走査機構を走行させる軌道とを有することを特徴とする
   特許請求の範囲第５項乃至第７項のいずれかに記載の超
   音波探傷装置。 ９、荷重負荷連結リングは、２部分又はそれ以上の分割
   可能に構成したことを特徴とする特許請求の範囲第６項
   記載の超音波探傷装置。 １０、応力負荷部は、平板状の被検部の２カ所を固定す
   る部分と、該固定部の間を押圧してこの部分に応力を負
   荷する抑圧部とを備えることを特徴とする特許請求の範
   囲第５項に記載の超音波探傷装置。