JPS6045370B2 - 超音波検査装置及び方法 - Google Patents

超音波検査装置及び方法

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JPS6045370B2
JPS6045370B2 JP51121184A JP12118476A JPS6045370B2 JP S6045370 B2 JPS6045370 B2 JP S6045370B2 JP 51121184 A JP51121184 A JP 51121184A JP 12118476 A JP12118476 A JP 12118476A JP S6045370 B2 JPS6045370 B2 JP S6045370B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小さい内部亀裂及びその他の型式の不連続部又
は欠陥の検出の為の管状製品の非破壊超音波検査装置に
関する。
更に詳しく言えば本発明は管状製品が穿孔作業の間に井
戸孔から外へ引出され、又は井戸孔内に入れられる間に
油及びガス井戸の穿孔に使用される管状製品の検査を行
う為の新規な装置を提供するものてある。本発明の装置
は特に有用である。何故ならば、この装置は超音波探査
ユニットを管に対して相対的に固定された一定の位置に
保持し、管が井戸孔内を動かされる際に管の検査を可能
とし、穿孔が再開される場合に使用されると穿孔用連続
体の破断を生する恐れのある欠陥を有する管状製品の容
易な照合を可能となすからである。金属製品の不連続部
を検出する為の超音波検査技術特に超音波結晶の利用は
非破壊検査の普通の方法てある。
使用される結晶は典型的には水晶の如き材料から作られ
たピエゾ電気結晶である。これらの結晶は、これに印加
される適当な周波数の電圧に応答して超音波振動を発生
する。反射法を利用して内部欠陥を発見する為の管状製
品を検査する時には結晶は、欠陥又は不連続部が音波を
結晶に向つて反射させ結晶内に電圧の応答を生ぜしめる
ような角度にて短時間の音波パルスを製品内に伝達する
ように製品の表面に対する相対的な位置に保持されるか
らである。結晶は音波パルス放出後後直ちに滅勢される
から、反射された音波はこの滅勢された期間に受取られ
、従つて反射された音波は、例えば陰極線管又は帯片チ
ャート記録.装置上にて監視され得る識別可能の信号を
生ぜしめるのである。毎秒60乃至2000パルスのパ
ルス反復率が種々の型式の検査に利用されている。典型
的には超音波検査装置は、検査される製品と同じ標準を
使用して較正される。このような標!準は既知の大きさ
の1つ又はそれ以上の不連続部を有し、既知の欠陥に対
する装置の応答が確認されるようになされ、検査された
製品の良否の規準が確認されるのである。超音波検査技
術は最も典型的には検査される物4品の製造現場で利用
される。
従つて板や管状製品が典型的にこの技術分野でよく知ら
れている技術を利用して製造工場にて検査されるのであ
る。併し、管状製品の現場検査は他の独特な問題を提起
する。井戸掘削作業に於て、穿孔者の破断は費用がか)
り、時間のか)ることである。
充分大なる欠陥を有する穿孔者が使用される場合には崩
壊即ち穿孔者用連続体の破断が屡々発生する。使用され
る管状製品の内部亀裂によつてこのような事故が最も頻
繁に発生する。このような事故を生じた時には管を井戸
孔から抜出して事故を生じた接続部を交換する必要があ
る。穿孔用連続体が破断したフ場合には穿孔が再開され
る前に連続体の分離部分を井戸孔から引張出すことが必
要である。従つて特に穿孔管の内部亀裂の検査の有効な
方法の価値は明らかである。穿孔作業の間、穿孔用連続
体か摩耗せる穿孔ビットを交換し、種々の高さにケーシ
ングを取付け又、その他の作業をする為に屡々井戸孔内
へ又井戸孔から外に移動される。
これらの移動の間に、穿孔管を高い掘り床から地面の高
さに保持される台に移すよりも穿孔管を垂直に井戸やぐ
ら内に積゛上げるのが望ましい。海岸から離れた海上穿
孔作業では又穿孔管を垂直に積上げるのが普通てある。
穿孔用連続体の検査は周期的に例えは2箇月又は3箇月
毎に行つて管を引続く穿孔作業にて事故を生ぜしめる恐
れのある穿孔管の亀裂の有無を検出するのが望ましい。
従つて、井戸穿孔作業にて管状製品の最も能率的な検査
を行う為に井戸やぐら内の垂直な位置にて管状製品を検
査出来る検査装置を提供す?ことが必要である。このよ
うな装置によつて検査は、摩耗穿孔ビットの交換の如き
場合に必要な移動作業の間に行われることができる。更
に管の個々の組(典型的には2つ又は3つの管の接合部
又は部分より成つている)を穿孔用連続体を組立てる時
に掘り床にて接合することが必要であるから、有用な検
査装置が検出される管の廻りに係合され、離脱される如
くなすことが必要である。併し超音波検査の感度は穿孔
装置に通常生する過酷な状態によつて不具合に影響を受
ける恐れがある。
懸架された管は横方向に動く恐れがあり、又は挿入又は
引抜き作業の為に振動する恐れがある。このような状態
は探査ユニットと管との間の適当な音響的結合を保持す
るのを困難になす。更にこのような運動は発生音響が検
査される管状部材の壁部に入る角度を変化させる恐れが
ある。従つて最も正確で信頼性のある読取りを得る為の
このような現場検査を行う頑丈な装置を提供することが
必要である。本発明により実質的に垂直位置に配置され
る管状製品の非破壊超音波検査装置が提供される。
更・に詳しくは本発明は、多数の超音波探査ユニットを
検査される管状部材に対して相対的に安定せる位置に保
持している間に管状部材と係合し、係合から離脱するよ
うに容易に運動可能の超音波検査装置を提供するもので
ある。従つて本発明の装置,は、井戸やぐらに於て井戸
掘り作業に使用される管状部材が井戸孔内へ、又井戸孔
から外に移動される間に管状部材の検査に有利に使用さ
れることが出来る。特別の具体例に於いては、本発明は
管状部材の軸線に垂直及び平行な不連続部の複数の検差
を同時に行い、又壁部の厚さの測定を行う装置を提供す
る。本発明は又管状部材が井戸孔内へ、又井戸孔から外
に移動される間に管状製品を検査する新規な方法を提供
する。
管が井戸孔から外に動かされる時に管の表面は典型的に
は穿孔泥土及び穿孔砂礫にて覆われる。
又管が液体の満ちた井戸孔から引出される際管の内部を
流れる液体膜がある。管の外面に穿孔泥土及び破礫があ
ることは超音波検査装置との音響的結合の困難性を生ず
る。更に管を流れたる液体膜は誤つた「反射」を生せし
めて、検出せんとして探査される不連続部又は亀裂の存
在をかくす恐れがある。従つて穿孔管が井戸孔から引出
される間に実質的に清掃されることが出来ない限り本発
明の装置は井戸孔内へ管を移動させる作業の間に超音波
倹査装置を行うように使用されるのが更に典型的である
。本発明により、管が垂直位置にある間に管の廻りに配
置されることの出来るフレームと、フレームが管の廻り
に配置された時にこの管状部材に対して押圧される超音
波変換器とを含む実質的に垂直に配置される管状部材の
超音波検査装置が提供される。
管の軸線に対して垂直な方向にて管を受入れ、排出させ
る如くなされた上述の如き取外し可能のフレームを設け
ることは例えば管を井戸孔内へ又は井戸孔より外に移動
させる時に検査が行われ得るようになすのである。
管内の不連続部又は欠陥が検出される場合、移動作業が
停止され、超音波検査装置が管から取外されて亀裂を含
む管の接合部が穿孔用連続体から取外されることが出来
る。連続体が再び組立てられると、超音波検査装置は管
の廻りの検査位置に容易に復帰されて管が井戸孔に通さ
れる際に管の監視を続けるようになされる。更に詳しく
は、本発明の装置は検査される管状部材の垂直通路を形
成するフレームを含んでいる。
このフレームは管状部材の軸線に垂直な方向から垂直通
路に対する管状部材の近接を与える。このようにして例
えばフレームはフレームを通つて垂直通路内に管を横方
向に受入れるように揺動する如くヒンジ止されることが
出来る。これと異なりフレームは垂直通路に対して方向
に管の近接を与える開口を有することが出来、更に超音
波探査ユニットを管に対する音響的結合関係に押圧する
装置を含むことが出来る。本発明により超音波検査装置
は管状部材の長手方向軸線に垂直な亀裂を検出するのに
使用される。このような配置に於ては探査ユニットは音
波を発し、これが管状部材の長手方向軸線に対して鋭角
をなして管状部材に結合される。探査ユニットの組合さ
れたビームの拡がりが管状部材の全周を探査する如くな
す為に管の廻りに充分な数の超音波装置が配置されるの
である。多数の超音波探査ユニットが装置のフレームに
取付けられる。
これらの探査ユニットは管状部材の形状に合致する如く
なされた膨張されたタイヤノの如き性質の可撓性面を有
する転動輪体を含む。この表面の材料は一般に超音波信
号に対して透過性である。各探査ユニットは輪体の内部
にピエゾ電気型結晶及びこの結晶から輪体の表面を成す
可撓性材料に音響信号を伝達する為の結合剤を含ん夕で
いる。次に水の如き更に他の結合剤が転動輪体の可撓性
の表面と管状部材との間に注入されて転動輪体から検査
される管状部材の壁部内への音響信号の伝達を確実にす
るようになす。本発明の他の特徴により、検査装置を通
つて管ク状部材が相対的に運動するのを可能となす間に
ユニットが管状部材に対して確実に安定される如き超音
波検査装置が提供される。
管状部材はフレーム上に取付けられた多数の案内即ち安
定装置によつて装置内に安定保持される。このような安
定装置はフレーム上に探査ユニットとは独立して取付け
られ、管状部材に対して探査ユニットを音響的に結合さ
れた関係で保持する何れの力よりも大きい力にて管状部
材に対して押圧される。従つて管状部材の如何なる運動
も安定装置によつて吸収され、これにより安定装置はフ
レームを管状部材の運動の間探査ユニットの音響的結合
を保有する位置に保持する。本発明の更に他の特徴によ
り、検査される管状部材に対して相対的な正確な角度に
配置される電気音響変換器を含む探査ユニットは、変換
器を管状部材との間の角度関係を一定に保つリンク装置
を利用してフレームに取付けられ、従つで正確な検査の
情報を与えるようになつている。
リンク装置又異なる直径の管が検査される時に装置に対
して行われなければならない調節作業を最小限になす。
検査装置のフレームは又超音波探査ユニット内のピエゾ
電気結晶を附勢し、又反射された音波を検出する為のパ
ルス発生装置/受信装置を含む超音波検査計器を支持す
る。
この計器は又陰極線管、帯片チャート記録装置又は同様
の形態の展示装置を含み、不連続部の存在を示す反射音
波に対して読取り得る応答を生ぜしめるようになつてい
る。これと異なつて不連続部の存在の可聴的な指一示装
置が設けられることが出来る。装置全体は装置の重心に
近い点から井戸やぐら内の頭上索から有利に懸吊され、
このようにして検査される管状製品に対する装置の係合
及び離脱の手動操作を容易にする如くなされなければ゛
ならない。更に本発明によれば単一のパルス発生ユニッ
トが総ての探査ユニットにパルスを与えるのに使用され
、単一の展示又はその他の指示が不連続部を示す反射音
波に対する探査ユニットの組合された応答から生ぜしめ
られるものである。
このように3してやぐらの床の上に居る1人の人間によ
つて作動可能な装置が提供される。本発明の更に他の具
体例によれば、井戸掘り作業の間に使用される管状部材
に対する多数の異なる検査を同時に行う為の装置が提供
される。
第14に重点となる検査は管状部材の長手方向軸線に対
して垂直な不連続部に対する管状部材の超音波監視を含
むから、このような検査は検査されるべき管状部材の廻
りに多数の超音波探査ユニットを音響的に結合させて管
状部材の全周を覆う組合されたビームの拡がりを作るよ
うにして行われる。このような作動に於ては探査ユニッ
トは上述せる如く超音波パルスを検査される管状部材の
長手方向軸線に対して鋭角に長手方向軸線と共に伸長す
る方向に管状部材の壁部内に伝達するように配置される
。併し、このような超音波検査は一般に管状部材の長手
方向軸線に平行な不連続部の存在を指示出フ来ない。
更に管状部材の壁部の厚みは穿孔作業に使用される管状
製品の潜在的な破断の特性を決定する上で重要である他
のパラメーターである。従つて本発明は同じ移動作業の
間に管の長手方向軸線に対して垂直及び大体平行な不連
続部を探7査し一枚の壁部の厚みを監視することを含む
多くの検査機能を行い得る新規な検査装置を含むもので
ある。本発明により、この検査装置は管状部材によつて
その長手方向軸線に垂直な方向から近接され得る大体垂
直な通路を有する多段形式の検査゛台を含んでいる。夫
々の車台の段は管に対して音響的に結合され、所望の探
査作業の何れか1つの即ち横方向の不連続部、平行な不
連続部の探査及び壁部の厚みの監視の何れか1つを行う
如く配電される探査ユニットを含んでいる。車台に対し
て安定な位置に管状部材を保持するのに充分な多数の安
定装置が設けられている。併し、夫々の検査段に安定装
置が含まれる必要はない。夫々の段の探査ユニットは独
立に取付けられて探査ユニット内の電気音響変換器と検
査される管状部材との間に一定の角度を保つようになさ
れるのが望ましい。本発明により井戸やぐらのプラット
フォーム上に於ける井戸穿孔作業に使用される管状部材
が井戸孔内へ又井戸孔から外へ動かされる間に管状部材
の検査を行う新規な方法が提供される。
この方法によれは管状部材はエレベータ又は同様のもの
を使用して挿入又は引抜作業の間に井戸孔の上に懸吊さ
れる。ピエゾ電気結晶の如き電気音響変換器を含む輪体
探査ユニットとなすのが望ましい多数の超音波探査ユニ
ットが管に接触するように配置され、水の如き適当な結
合剤によつて管に対して音響的に結合される。探査ユニ
ットは1つの水平面内に保持されるのが望ましい。次に
管状部材が井戸孔内へ又は井戸孔から外に後かされ、探
査ユニットが同時に、反復してパルスを発して超音波信
号を管状部材の壁部内に伝達する。これらの超音波信号
は管状部材の長手方向軸線に対して鋭角に伝達され長手
方向に管状部材を下つて前進するように、望ましくは管
状部材の長手方向軸線に!大体平行な方向に指向される
。信号ビームが探査ユニットから発生する際に信号ビー
ムは拡がる傾向がある。検査工程が総ての不連続部を検
出することが保証される為には不連続部が検出されるこ
とが望まれる場所で探査ユニットから長手方向の1距離
にて管状部材の全周を探査するビームの拡がりを得るの
に充分な探査ユニットが有効な識別可能の応答を生ずる
のである。一般に3個又は望ましくは4個の輪体探査ユ
ニットが使用されるが、大径の管状部材には更に多−く
の探査ユニットが必要となる。
管状部材内の不連続部からの反射された超音波信号は電
気音響変換器が滅勢されている間に同じ探査ユニットに
よつて検出される。
変換器は電気信号を生じ、これが適当な指示装置に伝達
されて,感知可能の指示例えば不連続部の可聴又は可視
指示を生せしめる。最も典型的にはオシロスコープの陰
極線管又は帯板チャート記録装置の如き展示装置が使用
される。単一のパルス不発生装置/受信装置が使用され
るのが望ましい。パルス発生装置/受信装置と個々の探
査ユニットとの間の伝達線に適当にインピーダンスを合
された接続ブロックが探査ユニットからの不連続部の反
射に対応する電気信号を単一の展示出力に組合せる。本
発明は以下に於て更に本発明による超音波検査装置の特
別の具体例を示す添付図面を参照に説明される。
さて第1図を参照し、斜視図にて本発明による超音波検
査装置が、穿孔用掘り床上の回転テーブルの開口を通つ
て配置される管部分13の廻りに位置する如く示されて
いる。
管13は接続部12にて他の管部分に接続され、エレベ
ーター又は同様の装置(図示せず)によつて井戸やぐら
(図示せず)内に懸吊されている。超音波検査装置は横
板21によつて掛渡された2つの大体平行な水平に位置
する部材17及び19を有するフレームを含んている。
2つの基板23及び25が夫々位置24及び26に於て
フレームに対して平行な枢動運動を行うようにピー止さ
れている。
基板23及び25の反対側の端部にある掛金71がこれ
らの基板を管13の廻りの閉鎖位置に保持するのに役立
つている。基板23及び25の中心部の開口が装置の中
央の垂直通路30を形成している。
対応する中央通路及び4個の別々の区画を有する包囲体
28が超音波検査装置11を包囲している。夫々の基板
は2個の変換探査ユニット及び2個の変換器取付リンク
装置を支持している。
詳しく言えば、基板23は変換器取付リンク装置29及
び31(第1図には示されていない)を支持し、一方基
板25は変換器取付リンク装置27及ひ33を支持して
いる。夫々の変換器取付リンク装置は構造が同じで、従
つてその説明は変換器取付リンク装置33を参照して行
われる。本発明により所望の数の超音波探査ユニットが
管の検査を行うのに使用出来る。
図示の具体例は90検で管の廻りに配置された4個のこ
のような探査ユニットを示している。併し管の寸法、特
定の検査作業及び使用される超音波変換器のビームの拡
がりに関係して更に数が多いか、又は少い超音波探査ユ
ニットを使用するのも満足てある。検査される管状部材
の軸線に垂直な欠陥即ち不連続部を見出す為に管を走査
する場合管か装置を通過する時にビーム拡げユニットが
管の全周の探査を可能となす限り充分である。横方向の
不連続部の検査に対しては3個又は4個のユニットが最
も屡々使用される。長手方向の不連続部の検査に対して
は電気音響ノ変換器は管の軸線に対レC平行な平面内に
配置されて長手方向軸線に大体垂直な断面内て管の廻り
に動くビームを伝達するようになされる。
この作業の為には検査される管状部材の直径に主として
関係して2個から4個まての同平面にある探査ユ5ニッ
トが使用される。厚みの測定は管の表面に対して垂直に
伝達される音波ビームによつて行われる。
このビームは探査ユニットの下方のみで厚さを測定する
。従つて4個迄又は更にそれ以上のユニットが如何に精
密Oに厚さが監視されねばならないかに関係して使用さ
れる。大きい直径の管に対しては完全な厚みの検査は4
個よりも多い数のユニットが必要となる。他方に於て時
には使用されるユニットが管の状態の大体の指示しか与
えず、摩耗又は腐蝕のある全面積を探査しないかも知れ
ないことを知つた上て厚みを監視するのに2個の探査ユ
ニットを使用することで充分である。次に第1A図を参
照し、包囲体28を除去して超音波検査装置11の全体
が頂面図で示されている。
探査ユニット27,29,31及び331は検査される
管13の廻りに等間隔に配置されて円周に対して完全に
投射するようになつている。探査ユニットの間には安定
装置82が取付けられ、これらの安定装置が内方に向く
力を管13に与えて移動の間の管13の揺動運動を拘束
するようになつている。認められる如く安定装置によつ
て与えられる力は探査ユニットによつて管に与えられる
力よりも大なる大きさのものになされる。平行な部材1
7及び19及び支持板即ち横板21を含むフレームは板
21の反対側の端部が開放されている。この開放された
端部は基板23及び25が掛止を解除されて外方に枢動
された後で検査装置が迅速に容易に管13から取外され
るのを可能となす。管状部材の長手方向軸線に対して垂
直な不連続部に対する走査を行う為に探査ユニットはそ
のピエゾ電気結晶が、検査される管状部材の軸線に対し
て約45晶の角度で配置されなければならない。この角
度は検査される管の寸法及び壁部の厚みに関係して変化
出来る。例えば8.9乃至11.4cm(中至弓1n)
の直径を有する管に対しては横方向の不連続部の検査の
場合ピエゾ電気結晶からの音波ビームの投射角度が管の
長手方向軸線に対して4砧0の角度である時に最良であ
ることが見出されている。併しピエゾ電気結晶の最良の
位置を決定する場合最初にユニットを既知の寸法の不連
続部を有する標準の試験用管部分によつて較正するのが
望ましい。既知の不連続部が最大jの電気的応答を示す
迄このユニットが作動され、ピエゾ電気結晶の投射角度
が調節されるのである。入手可能の探査ユニットは検査
される管状部材に対して調節可能性を有し、このような
可変ビーム角度の探査ユニットを使用するのが望ましク
い。最良のビーム角度に検査装置を設定し、ビーム角度
を再設定する補正調節を行わないで種々の直径の管状部
材を検査する如く装置を使用することが出来るようにな
すのが望ましい。
取付リンク装置33はこの望ましい特徴を与えるもので
ある。さて第2図を参照し、斜視面にて管13に近接し
て探査ユニットを位置決めする取付リンク装置33が示
されている。この取付リンク装置33は上端に形成され
た矩形の開口40及び下端にある溝41を有する垂直に
直立する部材39を含んでいる。この垂直部材39は基
板25に固定され、探査ユニットを定位置に剛性的に保
持する。
上部腕42が開口40を通つて伸長しピン43によつて
保持されて上部腕42に垂直面内の枢動運動を与えるよ
うになつている。短い下部腕44が溝41内に配置され
、ピン45の廻りにて垂直面内の枢動門運動を与えられ
ている。矩形のアダプター板46が輪体探査ユニットの
基板38に組合うように示されていて、輪体探査ユニッ
トの基板38を例えば皿ねじ47,48,49及び50
(図示せす)によつて取付けるようになつている。U字
部51゛がアダプター板46の頂縁に形成され、同様の
U字部52が板46の底縁に形成されている。U字部5
1及びU字部52は夫々上部腕42及び下部腕44を枢
動可能に受入れ、アダプター板46を枢動可能に支持し
ている。上部腕42の後方に伸長する部分はねじを切ら
れていてボルト53を受入れている。
ばね54又は適当な偏倚装置がボルト53の下端に取付
けられ又基板25に取付けられている。ボルト53はば
ねの張力従つて腕42に対する力が所望の大きさに調節
されるのを可能となす。取付リンク装置33の輪体探査
ユニットに中央通路30に向う内方への運動を与え、し
かも探査ユニットの基板38を管状部材13と平行に保
持することは明らかである。
従つてピエゾ電気結晶からのビームの角度が最良の値に
設定されこのようにして検査される管状部材の寸法にか
)わらず保持されるのである。第3図を参照し、第2図
の転動輪体探査ユニット及び取付リンク装置の概略的側
面図が示され、本発明の取付リンク装置の作動及び利点
が更によく理解される。
直径の小なる管13に対しては取付リンク装置33は上
部腕42及び下部腕44が実質的に水平位置にある。
輪体35内に支持される変換器130は管13に対して
最良のビーム角度になされている。大きい直径の管が検
査されるか、又は接続部12が入つて来た時には腕42
及び44は下方に傾斜せる位置に動く。
アダプター板46は腕42及.び44の端部に枢支され
ていてこれによつて平行四辺形状の構造を形成している
から、アダプター板46は下方に動く際に直立の姿勢を
保つ。アダプター板46がその姿勢を変化しないで保持
される為に変換器130も前の時の配向位置を保ち、従
つてビーム角度も変化しない。本発明の装置に使用され
る探査ユニットはこの方面の技術分野でよく知られた型
式の可能ビーム角度輪体探査ユニットとなすのが望まし
い。
このような輪体探査ユニットはオートメーション・イン
タストリースニインコーポレーテツドのスペリー・デイ
ヴイジヨンによつて製造されている。この輪体探査ユニ
ットは典型的にはブラケット37によつて支持される軸
の廻りに回転するように取付けられた可撓性のタイヤ状
の輪体35より成つ−ている。ピエゾ電気結晶は輪体内
の非回転軸上に取付けられている。可撓性タイヤの輪体
35は適当な結合剤を満たされる。このような従来使用
されていた結合剤はグリコール例えばユニオン・カーバ
イト・コーポレーションによつて販売されているセルソ
ルブ(CellllsOlve)製品を含んでいる。管
表面上を索引されるシュー型探査ユニット又はその他の
回転輪体を使用しない探査ユニットは穿孔作業の手荒い
条件では望ましくないが使用することは出来る。
輪体35は第4図に部分断面図で示され、可撓性の外側
カバー36が管13に対して緊密に押圧されている。
可撓性の外側カバー36は輪体35の側部支持体32及
び34に固く取付けられていて管13に押圧された時に
外側カバーが管の外面の曲率に合致するようになつてい
る。側部支持体は、輪体の外側カバー36が変形出来る
限度を制御することにより膨脹を阻止する。この型式の
探査ユニットはトミニツク・エイ・バカ1に対して附与
された米国特許第3628375号に記載されたもので
ある。輪体35は管13に押圧されていてリンク装置3
3のばね54が上部腕42を経て働く時にばね54から
輪体35に与えられる力によつて管13に対する適当な
押圧接触を保持する。
併し与えられる力は上部腕42を通つて伸長するボルト
53の長さを調節することによつて変化出来る。可撓性
のタイヤ輪体35と検査される管状部材13との間の音
響的結合を行う為に管の表面に液体結合剤を与えるのが
望ましい。従つて49(第1図)に於ける如き供水導管
が夫々の輪体探査ユニットの上方に設けられて一定の流
れの水を噴射し、可撓性タイヤ輪体35と検査される管
との間に均一な膜を形成して音響的結合剤として役立つ
ようになされる導管49は、弁を経て適当な水供給源(
図示せず)に連結される水移送管を通つて水を受入れる
マニフオルドによつて給水される。水の重力による流れ
が探査ユニットに対して結合剤を与えるのに満足なもの
であるが、ポンプにより作動される水供給源も使用出来
る。当業者には他の結合剤も水の代りに装置の作動の間
に使用されることが出来る。併し、水は満足に作動し明
らかに検査される管の外側に使用されるべき最も入手し
易く最少の費用の結合剤である。再び第1図を参照し、
基板23及び25上に取付けられて通常包囲体28によ
つて包囲される安定装置が設けられ、これの内の1個の
安定装置82のみが図示されている。
これらの安定装置は管状部材13の廻りの数箇所の位置
て半径方向に内方に向く力を与えて管状部材13が検査
の為に検査装置を通つて動かされる際に管状部材13の
揺動運動を最小限になすのに役立つ。ノ 安定装置82
は中央通路30の中心線に平行に基板25の上方及ひ下
方に伸長する支持体85を含む。
支持体85の夫々の端部に枢付腕87,89が取付けら
れ、夫々の枢支腕は取付部91,93を担持し、これら
の取付部に安定装置の輪体975,97が取付けられて
いる。ばね99が取付部91及び支持部85の間に連結
され、輪体95を管状部材13に対して押圧するように
なつて居り、同様にしてばね103が取付部93及び支
持体95の間に連結されて、輪体97を管状部材1つ3
に対して押圧し、これによつて共に管状部材13に拘束
力を与えるようになつている。この望ましい具体例(第
1A図参照)には3個の安定装置が使用される如く示さ
れているが、付加的な安定装置が使用出来る。
勿論最大の数は検査される管の寸法に関係する。又安定
装置の上部及び下部の管に対する接触部分が探査ユニッ
トとは異なる平面内に間隔をおかれて配置されるのが望
ましい。基板25と貫通して伸長し、これに固着される
安定装置82の上方部分が概略的に第5図に示されてい
る。
詳しくは第5図は安定装置の作動及び種々の管の直径に
適応して管の接続部の通過を可能とする能力を示してい
る。図示の如く、枢支腕87及び取付部91によつて形
成される構造は垂直の支持体85の上端の廻りに枢動さ
れる。ボルト98が取付部91の下部から支持体85を
通つて伸長し、ばね99がボルト上に支持されて圧縮状
態に保持されている。安定装置の輪体95はブラケット
100を経て91に取付けられ、ばね99により管13
に接触するように押圧されている。大きい直径の管を検
査することが望まれる場合には枢支腕87及び輪体95
は支持体85の上端の廻りに枢支し、内方に僅かに下方
を動く。
ばね99は更に圧縮され、管に適当な半径方向に内方に
向く力を保持する。又第5図に点線で示される如く、安
定装置は管13を安定に保つている間に管の接続部の通
過を容易に可能となす。支持フレーム上の探査ユニット
とは反対の位置−に超音波検査計器59を支持するのに
適当な寸法及び大きさのプラットフォーム63が伸長し
ている。
超音波検査計器59はパルス発生装置及び受信装置なら
びにオシロスコープを含んでいる。このような超音波検
査計器はこの方面の技術分野で!よく知られている。例
えばオートメーション・インダストリーズ●インコーポ
レーテツドのスペリー・デヴ゛イジヨンは本発明による
検査装置と共に使用出来る型式A1型50E533オシ
ロスコープと共に組にされた10Mパルス発生装置受信
装置を提供!している。又小型の電池作動探査計器も入
手可能で満足に使用出来る。この計器内のパルス発生装
置は一連のパルスを発生し、これらのパルスが同時に接
続ブロック60にある伝達導線57を経て輪体探査ユニ
ット内クのピエゾ電気結晶に同時に伝達される。
典型的に得られる探査ユニットは単一のパルス出力のみ
を与える。接続ブロック60は単に信号を4つの伝達導
線に分割し、従つて良好に信号伝達通路を夫々の輪体探
査ユニットに同調させる。インピーダンス適合技術はよ
く知られているので詳細は省略される。ピエゾ電気結晶
が滅勢されている間に管状部材内の不連続部から反射さ
れた信号が感知されて伝達導線57を経て接続ブロック
60に伝達され、これが計器59のパルス発生装置/受
信装置部分のジャック62に単一の出力信号を与える。
この信号は計器59のパルス発生装置/受信装置部分に
て増巾されてオシロスコープ64上にノ展示される。併
し、帯片チャート記録装置も0RT展示装置の代り又は
これに加えて使用出来る。本発明の装置を使用する検査
作業に関連して使用されるパルス周波数は当業者には理
解出来る如く変化できる。
典型的な検査作業は1メガサイクル乃至5メガサイクル
の周波数で行い得る。顕著に成功的な検査は2.25メ
ガサイクルの周波数を使用して行われた。検査探査ユニ
ット、接続ブロック、パルス発生・装置/受信装置及び
CRT展示装置又は帯片チャート記録装置の配列の第1
0図の概略的回路図により最もよく理解出来る。
第10図を参照し、計器59内のパルス発生装置/受信
装置77は一連のパルスを発生し、これが同時にスイッ
チ86が総に閉じた状態で接続ブロック60にある伝達
導線57を経て夫々の輪体探査ユニット35のピエゾ電
気結晶に伝達される。典型的に入手可能の探査計器はパ
ルス発生装置/受信装置の単一のパルス出力のみを与え
る。接続ブロック60は単に信号を4つの伝達導線に分
割し、伝線導線にインピーダンス適合させる装置を含ん
でいて、従つて良好に信号を夫々の輪体探査ユニットに
同調させる。このようなインピーダンス適合技術はこの
方面の技術分野に於てよく知られて居て、適当なRC回
路又は抵抗インダクターの組合わせを含むことが出来る
。ピエゾ電気結晶が附勢されると、音波ビームが検査さ
れる管状部材に鋭角にて伝達する。
音波は管状部材の対向両壁面の間て反射されて長手方向
に進行する。ビームが不連続部に出会うと反射された信
号が戻されてピエゾ電気結晶によつて受取られる。上述
せる如く、角度は通常約45晶であるが、この角度は検
査される材料及び検出されることが求められている不連
続部の型式に関係して変化されることが出来る。
スイッチ86(計器59内に組込まれている)は作業者
が各探査ユニットを個々に又は何れかの組合せ状態で作
動させて監視するのを可能となす。ピエゾ電気結晶が滅
勢されている間に管内で感知された不連続部からの反射
信号は伝達導線57を通り接続ブロック60を通つて伝
達されて計器59のパルス発生装置/受信装置77のジ
ャック62に単一の出力信号を生ぜしめる。最良の伝達
を行う為に導線57は信号の四分の一波長の倍数に対応
する長さに切断される。信号は計器59のパルス発生装
置一受信装置部分77内の増巾部89内で増巾され、オ
シロスコープ64上にて展示され及び(或いは)帯片チ
ャート記録装置83上に記録される。本発明の装置を使
用する検査作業に関連して使用される結晶を附勢する為
の信号の周波数は当業者には理解出来る如く変化出来る
典型的な検査作業は1メガサイクル乃至5メガサイクル
の周波数を有する信号を使用して行なわれることが出来
る。顕著に成功的な検査は2.25メガサイクルの周波
数を使用して穿孔者に対し”ζ行われた。パルス反復率
はよく知られている如く毎秒60乃至2000パルスの
間で変化出来る。パルスの持続時間はミリ秒の範囲て、
例えば1乃至5ミリ秒の間である。計器59は紐体65
によつてプラットフォーム63上に保持されるが、紐体
は上端て支持体75から伸長するフックによつて係合さ
れるようになつている。支持体75は目金具67又はそ
の他の連結装置にて終端し、これが井戸やぐら上の過荷
重索に係合される。目金具67は全体装置の重心上に設
けられて使用の間に検査される管状部材に係合する探査
ユニットに最小限の横方向の力しか与えうれないように
なすのが望ましい。従つて本発明による装置が使用され
る時には掛金71(第1図)が解除されて板23及び2
5が外方に揺動されて管13が支持体17及び19の間
に受入れらるようになす。
装置は、管13が支持体の間に中心に配置され、板23
及び25が最初の位置に揺動して戻され、掛金71によ
つて定位置に掛止される迄手によつて操作される。次に
ばね81が各輪体探査ユニットを管状部材と係合するよ
うに押圧し、井戸孔への管の挿入が開始される。管状部
材の接続部12に来ると押圧ぱねが従動して探査ユニッ
トが管の接続部の上に乗上げるのを可能となす。管49
からの水の流れが与えられて輪体探査ユニットを管に音
響的に結合する。計器59のパルス発生装置部分が作動
されて、4つの輪体探査ユニットが同時にパルスを管状
部材に伝達する。パルスは管状部材の長手方向軸線に対
して鋭角で回転テーブルから上方に向つて指向されるの
が望ましい。計器の受信装置部分が反射された信号を検
出してその結果をオシロスコープ64上に展示する。検
査装置11が接続部12に出会うと、押圧ばねが従動し
て探査ユニットが大径の接続部上に乗上るのを可能とな
す。
重大な不連続部がオシロスコープ64にて検出されると
、掛金71が緩められて装置が手によつて管状部材から
取外される。次に欠陥のある部分が除去されて連続部が
再び連結され、検査装置が再配置されて検査作業か再開
される。さて第6図を参照し、簡単な概略図にて、管の
長手方向軸線に垂直な不連続部及び管を通つて実質的に
長手方向に走つている不連続部を検出し、壁部の厚みを
検査する為の3段式超音波検査装置が示されている。
多段式検査装置の輪体探査ユニットは第1図の具体例の
輪体探査ユニットと正確に同じ様に取付けられる。詳し
く言えば平行四辺形のリンク装置(第3図のリンク装置
33と同様の)が各輪体探査ユニットに対して使用され
ろ。各群の探査ユニット140,150及ひ160はノ
1対の基板(第1図の基板23及び25と同様の)上に
取付けられ、3対の基板が垂直の支柱によつて共に連結
される。従つて管連続体からこの3段の装置を取外す必
要がある場合には保持掛金が解除されて3段の基板構造
が2つの枢動された7半体部に分離されるのを可能とな
す。輪体探査ユニットの群140,150及び160の
特別の配列は変化されることが出来るが、横方向の不連
続部検出群140が頂部の段として取付けられて示され
、変換器が音波を矢印によつてフ示される如く上方に向
つて管内に指向するようになつている。
輪体探査ユニットの中央の群150は壁部の厚みを検出
し、矢印により示される如く変換器は音波を半径方向に
指向させる。探査ユニットの下部の群160は管13の
長手方向の不連1…:ニ?“・、I.j″′。:亡:?
!じないよつになされることだけである。
\.さて第7,8及び9図を参照し、各段の探査
ユニットの別々の平面図が示されている。第7図は管1
3の円周に廻りに等間隔に配置された探査ユニット14
2,144,146及び148を示す。又第7図に於て
、探査ユニット148の変換器が僅かに上向きに向いた
角度に配置されて示されている。第8図は同様に管13
の廻りに等間隔に配置された探査ユニット152,15
4,156及び158を示す。探査ユニット152の変
換器は横方向にずらされない状態で音波を直接に管13
内に指向するように示されている。第9図は群160の
3つの探査ユニット162,164及び166を示し、
探査ユニット164の変換器が音波を横方向に管13内
に指向している。第7〜9図の平面図から、3つの群の
探査ユニットが夫々別々の区別された通路に沿つて転動
することが判る。
併し等しく有効な検査装置が共通の通路に沿つて転動す
る如く整列された探査ユニットの群を有し得るのてある
。夫々の群の探査ユニットは、例えばパルス発生,装置
/受信装置及びCRTオシロスコープを含む超音波検査
計器の如き別々の可視展示装置を設けられることが出来
る。
本発明の前述の記述は図解と説明の目的で特別の望まし
い具体例に指向されて来た。
併し当業者!には本発明の範囲及び精神から外れること
なく多くの修正及び変更が上述の装置及び方法に施し得
ることは明らかである。例えばフック及び索によつて頭
上から支持されるフレームは掘り床上で穿孔テーブルの
近辺の定位置に動くようになされた;キヤリジによつて
支持されることが出来る。又フレームに取付けられた伸
長プラットフォームに対する修正及び接続ブロックに対
する修正によつて夫々の輪体探査ユニットの別々の可視
展示装置が設けられることが出来る。本発明の上述及び
その他の修正は当業者には明らかである。従つで本発明
の真の精神及び範囲に入る総ての等価的な修正を包含す
る特許請求の範囲に本出願人の意図があるのである。
【図面の簡単な説明】
第1図は穿孔管に対して定位置に置かれ、穿孔プラット
フォームの回転テーブル上に配置されて示された本発明
による超音波検査装置の斜視図。 第1A図は第1図に示された超音波検査装置の頂面図。
第2図は特に転動輪体を検査される管に接触させる如く
押圧する取付リンク装置を示している第1図の検査装置
に使用される超音波探査ユニットの斜視図。第3図は第
2図の超音波変換器装置及び取付リンク装置の概略的側
面図。第4図は第2図及び第3図の超音波変換器装置の
部分的断面平面図。第5図は第1図の検査装置に使用さ
れる安定装置の概略的側面図。第6図は本発明による多
段式検査装置の概略的側面図。第7図は第6図の多段式
検査装置の線7〜7に沿う断面平面図、第8図は第6図
の装置の線8〜8に沿う断面平面図。第9図は第6図の
装置の線9〜9に沿う下部の段の探査ユニットの断面平
面図。第10図は超音波検査装置及ひ検査装置及ひ検査
作業を展示し記録する為の組合された周囲の装置の概略
的回路図。11・・・・・・超音波検査装置、13・・
・・・・管状部材、17,19・・・・・部材、21・
・・・・横板、27,29,31,33・・・・・・探
査ユニット即ち取付リンク装置、30・・・・・・垂直
通路、35・・・・・輪体、54・・・・・・ばね、5
9・・・・・超音波検査計器、82・・・・・・安定装
置、130・・・・・・電気音響変換器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 実質的に垂直に配置された管状部材の超音波検査装
    置に於て、前記管状部材の垂直通路を形成するフレーム
    と、前記フレームが前記管状部材の長手方向軸線に対し
    て垂直な方向から前記通路に対する前記管状部材の近接
    を与えるようになつていることゝ、前記管状部材の周囲
    に対して相対的に間隔をおかれた関係で前記フレーム上
    に取付けられ、夫々前記管状部材と転動接触を行うよう
    に配置された輪体を含む多数の超音波探査ユニットと、
    夫々の前記輪体が前記管状部材に音響的に結合される電
    気音響変換器を含んでいることゝ、前記輪体を前記通路
    内に配置された管状部材に対して押圧する装置と、を包
    含することを特徴とする超音波検査装置。 2 前記多数の超音波探査ユニットが実質的に同じ平面
    内に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の装置。 3 前記輪体が前記管状部材の長手方向軸線に平行な通
    路に沿つて転動する如く配置されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の装置。 4 前記輪体と前記管状部材に接触する如く押圧する装
    置は、前記輪体が前記管状部材上の外方への突出物を越
    えて転動するのを許すように従動可能となされているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 5 前記多数の超音波探査ユニットの輪体が液体の注入
    によつて前記輪体と前記管状部材との間に形成される液
    体膜によつて音響的に結合されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の装置。 6 前記電気音響変換器が共通の供給源によつて同時に
    附勢されることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の装置。 7 前記電気音響変換器がピエゾ電気結晶であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 8 夫々の前記電気音響変換器が前記管状部材の長手方
    向軸線に対して43(1/2)度の角度で夫々の輪体内
    に配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の装置。 9 前記電気音響変換器が音響ビームを上方に向けて前
    記管状部材内に投射する如く前記輪体内に配置されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 10 前記多数の電気音響変換器が前記部材内の不連続
    部から反射される音波に応答して電気信号を発し、これ
    らの電気信号が組合されて前記管状部材内に不連続部が
    存在することを指示する単一の信号を形成する如くなさ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    装置。11 前記単一の信号を視認展示する展示装置を
    更に包含していることを特徴とする特許請求の範囲第1
    0項記載の装置。 12 前記展示装置が陰極線管計器であることを特徴と
    する特許請求の範囲第11項記載の装置。 13 前記展示装置が帯片チャート記録装置であること
    を特徴とする特許請求の範囲第11項記載の装置。 14 井戸やぐらの掘床上に懸架される実質的に垂直な
    管状部材の超音波検査装置に於いて、前記管状部材の垂
    直通路を形成するフレームと、前記フレームが前記管状
    部材に対して垂直な方向から前記通路に対する前記管状
    部材の近接を与えるようになつていることゝ、前記管状
    部材の周囲の廻りに間隔をおかれた関係で前記フレーム
    上に取付けられ、前記管状部材に対して音響的に結合さ
    れた関係に保持されて前記管状部材の長手方向軸線に対
    して鋭角をなして超音波パルスを伝達し、前記管状部材
    内の不連続部から反射されたパルスを受けて前記反射さ
    れたパルスの関数として関連される電気信号を生ずる如
    くなされた多数の超音波探査ユニットと、前記探査ユニ
    ットが連合して前記管状部材の全周を覆う前記パルスの
    ビームの拡がりを生ぜしめる如くなつていることと、前
    記探査ユニットから反射されたパルスを組合せて前記管
    状部材内の不連続部の存在の単一の指示を与える装置と
    、を包含することを特徴とする超音波検査装置。 15 前記探査ユニットが前記管状部材と転動接触する
    如く配置された輪体を含み、夫々の前記輪体が電気音響
    変換器を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第
    14項記載の装置。 16 前記輪体を前記管状部材に対して押圧する装置を
    更に包含していることを特徴とする特許請求の範囲第1
    5項記載の装置。 17 前記超音波探査ユニットが実質的に同じ平面内に
    配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第14
    項記載の装置。 18 前記信号を組合せる装置が視認展示装置であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第14項記載の装置。 19 前記フレームが超音波検査計器を受入れる横方向
    に伸長するプラットフォームを含んでいることを特徴と
    する特許請求の範囲第14項記載の装置。 20 前記フレーム取付けられ、上方に伸長して連結装
    置内にて終端する支持体を含み、前記連結装置が超音波
    検査装置の重心の直上に配置されていることを特徴とす
    る特許請求の範囲第19項記載の装置。 21 垂直な管状部材の超音波検査装置に於て、前記管
    状部材の長手方向軸線に対して垂直な方向から近接し得
    る前記管状部材の垂直な通路を形成するフレームと、前
    記フレーム上に配置され、夫々前記管状部材の壁部に超
    音波信号を伝達する電気音響変換器を含む多数の超音波
    探査ユニットと、前記フレーム上に夫々の前記探査ユニ
    ットを取付けて前記超音波探査ユニットを前記管状部材
    の表面に接触し、音響的に結合される関係に従動的に押
    圧し、前記変換器と前記管状部材の表面との間に一定の
    角度を保持せしめる如くなすリンク装置と、前記管状部
    材と前記探査ユニットとの間に生ぜしめられる力より超
    えた力が前記管状部材を係合させて、前記フレームと前
    記管状部材との間の相対的な水平運動により前記管状部
    材に対して安定的な関係状態に前記フレームを保持する
    安定装置と、を包含することを特徴とする超音波検査装
    置。 22 前記探査ユニットが前記管状部材の長手方向軸線
    に平行な通路に沿つて前記管状部材の外面上を転動する
    如く配置された輪体探査ユニットであることを特徴とす
    る特許請求の範囲第21項記載の装置。 23 前記安定装置が前記管状部材の軸線に沿つて長手
    方向に間隔を置かれた少くとも2つの位置にて前記管状
    部材に係合していることを特徴とする特許請求の範囲第
    21項記載の装置。 24 前記安定装置が前記管状部材の表面に係合する如
    くなされた少くとも2組の同平面に配置された輪体を含
    んでいることを特徴とする特許請求の範囲第23項記載
    の装置。 25 前記リング装置が夫々の前記探査ユニット上にヒ
    ンジ止される平行四辺形リンク装置を含み、1側が前記
    フレームに対して相対的に取付けられ、反対側が前記探
    査ユニットに取付けられていることを特徴とする特許請
    求の範囲第21項記載の装置。 26 前記フレームが前記探査ユニットの為の少なくと
    も2つの長手方向に間隔をおかれた水平取付面を形成し
    、又夫々の取付面上の前記探査ユニットが異なる検査作
    業を行う如く配置されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第21項記載の装置。 27 前記取付面の少なくとも1つにある探査ユニット
    が前記管状部材の壁部内に長手方向に信号を残余の取付
    面から離れる方向に伝達し、前記管状部材の長手方向軸
    線に対して垂直な不連続部を検査する如く配置されてい
    ることを特徴とする特許請求の範囲第26項記載の装置
    。 28 前記フレームが3つの取付面を形成し、又最上部
    のフレーム上の前記探査ユニットが前記管状部材の長手
    方向軸線に対して垂直な不連続部を検査する如く配置さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第27項記載
    の装置。 29 管状部材が井戸孔内へ挿入又は井戸孔から抜出さ
    れる間に井戸やぐらの穿孔プラットフォーム上に於ける
    井戸穿孔作業に使用される管状部材の検査方法に於て、
    前記管状部材を井戸やぐら内に垂直に懸架し、前記管状
    部材の表面に対して特定の角度で配置される電気音響変
    換器を夫々含んでいる多数の超音波探査ユニットを前記
    懸架された管状部材に対して前記管状部材の周囲にて音
    響的に結合し、前記管状部材の表面に対して一定の角位
    置に前記探査ユニット内の変換器を保持し、又前記管状
    部材の水平運動がある状態で前記探査ユニットを音響的
    に結合する状態を保持している間に前記井戸孔に対して
    相対的に垂直に前記管状部材を動かす、ことを包含して
    いることを特徴とする検査方法。 30 管状部材が井戸孔内に挿入され、又は井戸孔から
    抜出される間に井戸やぐらの穿孔プラットフォーム上に
    於ける井戸穿孔作業に使用される管状部材の検査方法に
    於て、前記管状部材を前記井戸やぐら内に垂直に懸架し
    、多数の超音波探査ユニットを前記懸架される管状部材
    に音響的に結合し、前記探査ユニットを比較的一定の位
    置に保持する間に前記管状部材を前記井戸孔に対して相
    対的に垂直に動かし、前記管状部材の長手方向軸線に対
    して鋭角をなして管状部材の壁部に超音波信号を伝達す
    る如く多数の前記超音波探査ユニットを同時にパルス発
    生させ、前記組合された超音波信号が前記管状部材の全
    周を覆うビームの拡がりを生ずる如くなし、前記探査ユ
    ニットにより前記管状部材内の不連続部から反射された
    超音波信号を検出して前記反射された超音波信号の関数
    として関連される電気信号を生ぜしめ、前記管状部材内
    の不連続部の存在を指示する如く前記電気信号に応答す
    る感知可能の指示を生ぜしめる、段階を含むことを特徴
    とする検査方法。 31 特許請求の範囲第30項記載の方法に於て、単一
    のパルス源からパルス信号を前記多数の探査ユニットに
    分割して超音波信号を前記管状部材の壁部に伝達し、前
    記反射される超音波信号に関連する電気信号を組合せて
    陰極線管または帯片チャート記録装置上に不連続部存在
    の単一の視認可能の指示を生ぜしめる、段階を包含する
    方法。
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