JPS60198455A - 超音波探傷装置 - 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】 技術分野 本発明は超音波を用いて棒材や板材等の被検査部材内の
傷を検出する超音波探傷装置に係り、特に被検査部材の
表面に沿って進行する表面波を用いて被検査部材の表層
内に存在する傷を検出する超音波探傷装置に関するもの
である。

従来技術 従来より、棒材や板材等の被検査部材内に超音波を入射
し、その入射した超音波の反射波に基づいて被検査部材
内の傷を非破壊で検出するようにした超音波探傷装置が
知られている。そして、その一つに、被検査部材とそれ
との間に所定の間隙を隔てて対向する超音波探触子との
間に流体膜を形成した状態で、該被検査部材の表面に該
超音波探触子からの超音波を斜めに入射させることによ
り該被検査部材の表層に沿って進む表面波を発生させ、
該表層内に存在する傷を検出するようにした超音波探傷
装置がある。

ところで、上述のような、表面波を用いて被検査部材の
表層内の傷を検出する超音波探傷装置では、従来、超音
波の出力の割に検出範囲が狭く、被検査部材の広い範囲
にわたって傷を検出しようとすると、かなりの数の超音
波探傷装置を用意し、それらを検出すべき範囲に応じて
配設してその検出範囲をカバーする必要があった。また
、その検出範囲を小数の超音波探傷装置でカバーするた
めに、それらの超音波探傷装置を被検査部材の表面に沿
って移動させようとすると、特に走行させられる棒材を
被検査部材としてその表層内の傷を連続的に検出する場
合のように、所定の範囲の傷の検出を一定の時間内に行
う必要がある場合には、その移動を速くしなりればなら
ず、実用上困難であった。

発明の目的 ここにおいて、本発明は、上述のような事情にｍｈで為
されたものであって、その目的とするところは、被検査
部材と超音波探触子との間に流体膜を形成した状態で、
表面波によって被検査部材表層内の傷の検出を行うよう
にした超音波探傷装置において、従来のものよりも大幅
に広範囲の傷を検出し得るようにした超音波探傷装置を
提供することにある。

発明の構成 そして、この目的を達成するために、本発明の超音波探
傷装置においては、被検査部材の超音波探触子と対向す
る対向面を水平面と交差する面とし、かつ表面波がその
対向面から上方側へ向かって進む入射条件を形成する位
置に超音波探触子を設けるようにしたのである。

発明の効果 一般に、被検査部材の表層を伝播する表面波はその被検
査部材表面の状態によって著しく影響されるが、上記の
ようにすれば、流体が付着しない」三方側へ表面波が進
むようにされるので、たとえ表面波を発生する超音波出
力が同しであっても、従来の超音波探傷装置に比べて探
傷範囲を著しく広くできるのであり、したがって探傷ず
べき範囲が同じであれば、より少ない数の超音波探傷装
置で探傷できるのである。また、超音波探傷装置を被検
査部材の表面に沿って移動走査しなくても小数の装置で
探傷できるだけでなく、探傷結果の信頼性をも向上でき
るのである。

すなわち、この種の超音波探傷装置では、被検査部材と
超音波探触子との間の間隙に常時流体膜を形成しておく
ために、水や機械油等の流体をその間隙に連続して供給
しており、このため上記間隙から流れ出た流体が被検査
部材の表面を流れ落ちこれを濡らすが、このように流体
によって濡れた被検査部材の表層に沿って表面波が伝播
すると、被検査部材表面物質の波動運動が流体の粘性に
よって阻害され、また流体の音響インピーダンスが空気
に比べて被検査部材に近いことから、表面波が被検査部
材の表面からその流体内に分散し、表面が流体で濡れて
いない場合に比べて被検査部材の表面を伝播する表面波
が著しく減衰する。したがって、流体で濡れていない側
の被検査部材の表面に沿って表面波を進行させれば、被
検査部材の表面を伝播する表面波の減衰を著しく抑制し
得ると考えられるのであり、本発明では、前述のように
、被検査部材の超音波探触子と対向する対向面を水平面
と交差する面とすることによって流体を前記間隙から一
方向（下方側）へ流下させ、かつ表面波がその対向面か
ら上方側へ向かって進む入射条件を形成する位置に超音
波探触子を配設することにより、流体によって濡れてい
ない被検査部材の表面に向かって表面波が進行させられ
るようになっているのである。

実施例 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図において、１０は被検査部材としての金属製の角
材であって、図示しない支持装置によって水平にかつ長
手方向への移動が可能に、しかも各側面が水平面に対し
て交差する姿勢で支持されている。そして、その角材１
０の下側の一方の側面１２に、超音波探傷装置１４のブ
ロック１６がその押圧面１８において押し付けられてい
る。このブロック１６の上記押圧面１８とは反対側の面
には複数本のボルト２０が立設されており、ブロック１
６はこれらのボルト２０によって押圧面１８に直角な方
向に相対移動し得る状態で支持部材２２に支持されてい
る。また、各ボルト２０のブロック１６と支持部材２２
との中間部分には、それぞれ圧縮コイルばね２４が介装
され、さらに、支持部材２２は、ブロック１６に面する
側とは反対側の部分において、角＋Ａ１０の捕手方向に
平行な軸２６によって回動可能に支持されている。つま
り、ブロック１６は、角材１０の捕手方向に平行な軸２
６まわりに回動可能に設けられた支持部材２２により、
抑圧面１８に直角な方向に移動可能に支持されかつ角材
１０へ押圧されているのであり、これにより角材１０の
走行中において押圧面１８が角材１０の側面１２に対し
て常時均等に密接させられるようになっているのである
。

このように押圧面１８において月利１０の側面１２に押
し付けられるブロック１６には、上記押圧面１８中央部
に開口する貫通孔２８が形成されており、この貫通孔２
８内に、超音波発射面３０がこれと対向する前記側面１
２との間に僅かな間隙３２を隔てる状感で、かつ側壁が
貫通孔２８の内壁との間に僅かな間隙を形成する状態で
、超音波探触子３４が嵌め入れられ、かつ図示しない固
定手段によって固定されている。超音波探触子３４の超
音波発射面３０とは反対側の周縁部にはフランジ部３６
が形成されており、そのフランジ部３４とブロック１６
との当接によって、超音波発射面３０が押圧面１８より
も僅かに貫通孔２８内に引き込んだ状態となるように位
置決めされているのである。なお、超音波探触子３４の
フランジ部３６とブロック１６の貫通孔２８開口周縁部
との間は密接状態にあるため比較的水密に保たれている
。また、前記間隙３２はたとえば通常０．３〜０．６１
程度の範囲で設定される。

前記ブロック１６には、その貫通孔２８の内壁に環状ａ
３８が形成されているとともに、その下側の環状溝３８
に連通した状態で給水ボート４０が設けられており、こ
の給水ボート４０に図示しない給水装置からの給水ホー
ス４２が接続されている。そして、ブロック１６の押圧
面１８が角材１０の側面１２に押し付けられた状態で給
水装置から水が供給されると、その水が環状溝３８内を
流れて超音波探触子３４の周囲から前記超音波発射面３
０と角材１０の側面との間の間隙３２部分に供給され、
その間隙３２に水膜が形成されるようになっている。つ
まり、超音波探触子３４の超音波発射面３０から発射さ
れる超音波はこの水膜を経て角材１０内Ｑこ入射され、
角材１．０から！１１出される反射波もこの水膜を経て
超音波発射面３０に受波されるようになっているのであ
る。ここで、給水装置からの給水量は上記水膜を確実に
形成するのに必要かつ充分な量に設定される。

そして、上述のような超音波探傷装置１４において、超
音波探触子３４の超音波発射面３０からの超音波の発射
方向が、つまり角材１０内に入射される超音波の入射条
件が、角材１０内に入射された超音波が第１図の矢印で
示されているように角材１０の側面１２の表面に沿って
上方へ進行する表面波となるように、予め設定されてい
るのである。なお、超音波探触子３４は固型超音波伝達
媒体であるアクリル等であって、前述のような外形を備
えた樹脂ガラスとその中に所定の姿勢で固定された超音
波振動子３５とから成る。

以上のような超音波探傷装置１４によれば、超音波探剤
１子３４の超音波発射面３０と角材１０の側面１２との
間の間隙３２に水膜を形成した水は、第１図に点線の矢
印で示すように、角材１０の側面１２とブロック１６の
押圧面１８との間から角材１０の側面１２を伝わって超
音波探傷装置１４の下方へ流れ落ちる。つまり、超音波
探傷装置１４から発射された表面波が進行する角材１０
の表面部分は水で濡れることはないのであり、したがっ
て角材１０の表面に付いた水によって表面波が減衰され
ることもなく、第１図の二点鎖線と角材１０の表面との
間に示されているように、広い範囲にわたって角材１０
の表層内の傷を検出することができるのであり、傷の位
置は勿論、同じ距離にある傷であれば、傷をより確実に
、かつ正確に検出できるのである。また、検出範囲の角
材１０表面に水が付着せず、表面波の減衰が主として距
離に依存することとなるところから、これによっても傷
の大きさをより正確に判断することが可能となる。

しかも、本実施例では、超音波探触子３４を収０ 容するブロック１６の貫通孔２８内壁に環状溝３８が設
けられ、この環状溝３８を経て超音波探触子３４の全周
部分から前記間隙３２に水が供給されるようになってい
るので、その間隙３２内に水膜が良好に形成されるので
ある。また、その環状溝３８内に水を供給するための給
水ボート４０が超音波探触子３４の下側の環状溝３８部
分に設けられていることから、超音波探触子３４上方に
おける水勢が良好に減殺されて超音波探傷装置１４上方
への水漏れが極力抑えられるという利点もある。

次に、角材１０の表層内の探傷を行う前述のような超音
波探傷装置１４と角材１０の内部の探傷を行う超音波探
傷装置とを併用して、走行中の角材１０の全断面を探傷
する場合について、第２図および第３図に従って説明す
る。

これらの図から明らかなように、角材１０は前記第１図
と同様の姿勢を保った状態で支持されており、第２図に
矢印で示されているように、長手方向の一方に一定の速
度で送られるようになって１ いる。この角材１０の下側の２側面には、第２図に示さ
れているように、図示しない支持枠に支持された状態で
それぞれ４つの超音波探傷装置が押し付けられており、
それら各側面に押し付けられる４つの超音波探傷装置の
うちの１つが前記第１図に示した超音波探傷装置１４と
されているとともに、他の３つの超音波探傷装置か角材
１０の表面に直角に超音波を入射して角材１０内部の傷
を検出する垂直方式の超音波探傷装置とされている。

すなわぢ、第２図に示されている超音波探傷装置のうち
、角材１０の送り方向の最も」三原側において角材１０
側面の下部に押し付けられている超音波探傷装置が第１
図に示した超音波探傷装置１４とされており、その下流
側において上下方向に隔たった状態で角材１０の側面に
押し付けられている一対の偏心拡散垂直型の超音波探傷
装置４４と、さらにその下流側において角材１０の側面
の中央部に押し付けられている垂直型の超音波探傷装置
４６とが角材１０内部の傷を検出する超音波探傷装置と
されているのである。

２ 上記一対の超音波探傷装置４４と超音波探傷装置４６と
は、第３図に点線Ｐ、Ｑおよび一点鎖線Ｐ’、Ｑ’で示
されているように、それぞれその探傷範囲が一部でオー
バラップして角材１０内部の断面の大部分の傷を検出し
得るようにされており、それら超音波探傷装置に対して
角材１０をその軸心まわりに１８０°回転すれば、角材
１０の内部の全ての傷を検出し得るようになっている。

なお、超音波探傷装置４４は、同図から明らかなように
、超音波の発射角度が超音波探傷装置４６よりも広くさ
れており、これによってそれぞれ対面するコーナ一部の
傷を検出し得るようになっている。

一方、超音波探傷装置１４ば前記第１図と同様の関係を
もって角材１０の側面に押し付けられており、第３図に
点線Ｒおよび二点鎖線Ｒ“で示されているように、超音
波探傷装置１４の押し付けられた部分よりも上方の、上
部コーナ一部を含む角材１０表面の広い範囲の表層内の
傷を検出し得るようになっている。つまり、超音波探傷
装置１３ ４は他の超音波探傷装置４４および４６に対して角材１
０の移動方向の上流側に設置されていることから、表面
波が進行する超音波探傷装置１４の上方部分が水で濡ら
されることがないため、角材１０の材質や寸法、あるい
は超音波の出力１周波数等の検出条件にもよるが、その
検出範囲を上述のように十分広くし得るのである。した
がって、前記角材１０の内部の傷を検出する場合と同様
、超音波探傷装置１４に対して角材１０をその軸心まわ
りに１８０°回転すれば、角材１０の下側の２側面に押
し付けた一対の超音波探傷装置１４によって、角材１０
の全周にわたる表層内の傷を検出することができる。

つまり、角材１０を第３図に示す状態で長手方向に送り
つつ探傷を行い、そののち角材１０をその軸心まわりに
１８０°回転させて再び同様の探傷を行えば、角材１０
の全断面の傷の探傷を行うことができるのである。なお
、角材１０の１８０°転回後の探傷時に未だ表面が濡れ
ている状態であれば、それに先立って乾燥等の除去手段
が適宜４ 用いられる。

なお、角材１０を一方向に送るだげで、角材１０の全断
面の探傷を行うようにすることも可能である。この場合
には、角材１０の下側の側面に押し付けた超音波探傷装
置１４よりも下流におい゛ζ角材１０の各四側面に超音
波探傷装置４４および４６を設げ、角＋Ａ１０内部の探
傷を角＋１１０の一方向への送りによって一挙に行い得
るよ°うにする一方、下側の２側面において超音波探傷
装置１４とは逆方向、つまり角材１０の下方に向かって
表面波を発射する超音波探傷装置を超音波探傷装置１４
よりも下流側に付加し、これら付加した超音波探傷装置
によって超音波探傷装置１４の押し付けられる部分より
下側の角＋Ａ１０表層内の傷を検出し得るようにする。

この場合、それら付加された超音波探傷装置の傷の検出
範囲は狭くてよいため、表面が水で濡れていてもその超
音波探傷装置の付加数は少なくて済む。

また、前記実施例の場合、被検査部材の内部の欠陥を検
出する回路と表層付近の欠陥を検出する５ 回路が分かれていること、および表面波の入射点欠陥波
までの距離から表面欠陥の位置を明確にとらえることが
できるため、表面波を用いた超音波探傷装置からの信号
を表面自動傷取り装置として優れたものとなる。

また、被検査部材が第４図に示すような丸棒４８である
場合には、超音波探傷装置１４の超音波発射面３０を、
同図に示すように、丸棒４８の外周面に応じた円弧面と
し、角材１０の場合と同様に、２つの超音波探傷装置１
４を丸棒４８の下側の面に押しつけて、それらの上方に
表面波を発生さゼるようにする。このようにすれば、表
面波が進行する丸棒４８の表面は水に濡れることがなく
、半周以」二の範囲にわたる丸棒４８表層内の傷の検出
が可能となる。つまり、丸棒４・８をその軸心まわりに
１８０°回転させた２状態で検出操作を行えば、全周に
わたる丸棒４８表層内の傷の検出を行うことができる。

なお、丸棒４８内部の傷の検出をも併せて行う場合には
、第４図に符号５０で示されているように、丸棒４８の
表面に直角に紹６ 音波を入射させる超音波探傷装置を必要に応じて設けれ
ばよい。この場合にも、超音波探傷装置１４がそれら丸
棒４８内部の傷の検出を行う超音波探傷装置５０よりも
丸棒４８の走行方向に対して上流側に設けられることは
勿論である。

一方、丸棒４８の一長手方向への送りによって丸棒４８
の全表層内の傷を検出する場合に番よ、第５図に示され
ているように、１つの超音波探傷装置１４を丸棒４８の
下側の面に押し付け、丸棒４８の上方に向かって表面波
を進行させるようにする一方、その表面波の進行する上
方側の表面が超音波探傷装置１４の超音波発射面３０に
新たに対面するように丸棒４８を回転させる。このよう
にすれば、表面波の進行方向が水で濡れるごとがなく、
検出範囲を広くできる。つまり、この場合には、丸棒４
８の長手方向への送り速度を速くすることができるので
ある。なお、この場合、同図に示すように、丸棒４８の
内部の探傷を行う超音波探傷装置５０を超音波探傷装置
１４の下流に併せ設ければ、丸棒４８の全断面をも探傷
できる。

７ さらに、超音波探傷装置１４を用いて厚板材５２の表層
内の傷を検出する場合には、第６図に示すように、厚板
材５２を幅方向において傾斜させた状態で長平方向に送
るようにし、上面および下面、もしくはそれらの一方の
面の下側の端部に超音波探傷装置１４を押し付けて、そ
の面の上方に向かって表面波を進行させるようにする。

このようにすることによって、水で濡れていない面に表
面波を進行させることができる。そして、このような検
出操作を、第７図に示すように、厚板材５２の傾斜方向
を逆にして行えば、厚板材５２の全表層内の傷を検出で
きる。この場合においても、厚板材５２の内部の探傷を
行う超音波探傷装置を超音波探傷装置１４よりも厚板材
５２の相対移動方向に対して下流側位置に押し付けて併
用することにより、厚板材５２の全断面の探傷が可能と
なる。なお、このような厚板材５２の内部の探傷を行う
場合には、第６図および第７図に示すように、超音波の
発射角度の広い拡散型超音波探傷装置４４を厚板材５２
の幅方向に移動させつつ行うこと８ が望ましい。

なお、以上の超音波探傷装置１４においては、単に被検
査部材の表層内の傷を検出する場合について述べたが、
この超音波探傷装置１４は表面欠陥部分を自動的に削り
取る自動傷取装置と組み合わせて使用することも可能で
ある。このよ・うに、表面欠陥自動傷取装置に本発明に
係る超音波探傷装置１４を組み合わせて使用するように
すれば、前述のように超音波探傷装置１４が被検査部刊
の表層内の傷の位置や大きさを明確に検出し得ることか
ら、表面欠陥自動傷取装置として優れたものを得ること
ができるのである。ぢなゐに、従来では、表面波を用い
て被検査部材の表層内の傷を検出する超音波探傷装置は
実用化されておらず、したがって被検査部材の表層内の
傷の検出は前記実施例における超音波探傷装置４４や４
６の如き垂直波や斜角波を用いた超音波探傷装置によっ
て行われているのが実情であったのであるが、それら垂
直波や斜角波を用いた超音波探傷装置では表層イ」近の
検出感度が悪いこと、表層欠陥の位置を明９ 確にとらえることができなかったこと、あるいは内部の
欠陥と表層の欠陥とを分離することが困難であったこと
などから、表面欠陥自動傷取装置と組み合わせることが
難しかったのである。

以−に、本発明の詳細な説明したが、本発明は上記実施
例に限定して解釈されるべきものではない。

たとえば、以上の実施例では、流体として水が使われ、
この水によって形成された水膜を経て超音波が被検査部
材に入射され、あるいはそれからの反射波が超音波探傷
装置１４に入射されることとして説明したが、水の代わ
りに機械油等の他の流体を使用して、水膜の代わりにそ
れらの流体膜を形成させ、それらの流体膜を経て超音波
の発受波を行うようにしてもよい。

また、角材１０や丸棒４８を被検査部材とした場合には
、超音波探傷装置１４はいずれもそれらの下側の面に押
し付けられるものとして説明したが、第８図に角材１０
の場合の一例を示すように、超音波探傷装置１４は必ず
しも被検査部材の下側０ の面に押し付けられる必要はなく、月利１０の上側の側
面に押しイ」けられてもよい。要するに、被検査部材の
入射面が傾斜させられていれば良いのである。

その他、−々列挙はしないが、本発明が、その趣旨を逸
脱しない範囲内において、当業者の有する知識に基づい
て種々なる変形、改良等を施した態様で実施し得ること
は勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図である。 第２図および第３図は第１図の実施例装置を他の超音波
探傷装置と併せ用いて角材の全断面の傷を検出する場合
の使用例を説明するための説明図であって、第２図はそ
の時の超音波探傷装置の配置例を、また第３図は各超音
波探傷装置の検出範囲をそれぞれ示す図である。第４図
は被検査部材が丸棒のときの第３図に相当する図であり
、第５図は同じく被検査部材が丸棒のときの他の使用例
を説明するための第３図に相当する図である。第６図お
よび第７図はそれぞれ被検査部材が厚板材で１ あるときの厚板材の傷の検出範囲が異なる場合における
第３図に相当する図である。第８図は第１図に示した実
施例装置の他の使用例を示す概略図である。 １０：角材（被検査部材） １２：側面（対向面） Ｉ４：超音波探傷装置　３２：間隙 ３４：超音波探触子 ４８：丸棒（被検査部材） ５２：厚板材（被検査部材） 出願人　大同特殊鋼株式会社 ２ 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被検査部材とそれとの間に所定の間隙を隔てて対向する
   超音波探触子との間に流体膜を形成した状態で、該被検
   査部材の表面に該超音波探触子からの超音波を斜めに入
   射・させることにより該被検査部材の表層に沿って進む
   表面波を発生させ、該表層内に存在する傷を検出する超
   音波探傷装置であって、 前記被検査部材の前記超音波探触子と対向する対向面を
   水平面と交差する面とし、かつ前記表面波が該対向面か
   ら上方側へ向かって進む入射条件を形成する位置に前記
   超音波探触子を配設したことを特徴とする超音波探傷装
   置。