JPS6144349A - 超音波探傷方法及びその装置 - Google Patents

超音波探傷方法及びその装置

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JPS6144349A
JPS6144349A JP59166246A JP16624684A JPS6144349A JP S6144349 A JPS6144349 A JP S6144349A JP 59166246 A JP59166246 A JP 59166246A JP 16624684 A JP16624684 A JP 16624684A JP S6144349 A JPS6144349 A JP S6144349A
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JP
Japan
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ultrasonic
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JP59166246A
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Kiyoshi Kakihara
柿原 清
Kuniharu Uchida
内田 邦治
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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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] 本発明は超音波探傷方法及びその装置の改良に関する。
[発明の技術的背景とその問題点] 近年、種々の素材、溶接構造物及び振器において、疲労
強度向上のため表面欠陥だけでなく表口部欠陥の探傷も
要求されることが多くなっている。
例えば、水力発電プラントの水車ランナ、ポンプインペ
ラは、その(よとんどが鏝m製であり、また回転体でも
あるので、表面だけではなく表β部盆信が求められる傾
向にある。
超音波探傷による表層部深11法としては、通常、二分
割探触子法が適用されており、また二探触子法も試みら
れている。二分割探触子法は、探触子を二分割し、送信
用及び受信用探触子として(h成し、夫々の超音波ビー
ム方向を任意の位置で交差し、焦点させるようにしたも
のであり、表層部探lには有効な方法である。この場合
、表層部探傷において、焦点を表層部に設定して探傷す
ることがあるが、焦点より探触子に近い範囲では、超音
波が球面波として整わない近距離音場が存在し、この二
分割探触子によってもなお表層部に探傷不能部分が存在
してしまう。
一方、二探触子法として、特公昭57−13820号公
報に示される如く、複数の探触子を用い、被検体の被探
傷面に垂直に存在する傷が散乱ビームをしや蔽すること
に看目し、超音波散乱ビームエネルギが減衰し、そのエ
ネルギー減衰量によって傷の深さを測定する方法が知ら
れている。この方法は、均等に分布する材料組権内の不
均一性による散乱ビームを利用しおり、送信と受信ビー
ム方向との交点が1Mの端部に位置するとき、散乱ビー
ムは最大を示し、最大感度となる。よって、傷の深きに
対して交点を変えられるようにしているのであって、任
意の部分に焦点或いは無線を定め、被検体の所望の部分
の探傷を直接傷の反射及び散乱を用いて行なおうとする
ものではない。また、この公知の方法は、被探傷面にほ
ぼ垂直な儀が既に発見されていて、その長さを測定する
ために、必要な超音波ビーム経路を実現しようとするも
ので、探傷、即ち、傷の発見に適した方法ではない。例
えば、先に述べた水車ランナ、ポンプインペラの如き、
広い面積を広範囲に探傷しようとすると、この公知の方
法は全く実用性に乏しいものである。
〔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、表面直下を含めた浅層部範囲を欠陥の
種別及びその方向性に関わらず充分なS/Nと高い検出
能で探傷可能であり、探傷面のうねり及び粗さ、形状等
に影階されずに容易に欠陥を検出し、位Wt11!!I
定を可能とした超音波探傷方法及びその装置を提供する
ことにある。
[発明の概M] 本発明による超音波探1!方法は、縦波受波用斜角探触
子と縦波受波用垂直探触子とを所定間隔離間し、上記縦
波受波用斜角探触子から縦波の超音波を斜角で入射させ
、上記縦波受波用iii探触子により被検体中の欠陥に
よる反射散乱波を受波することにより、上記被検体の表
!1部探傷範囲について所望の超音波焦点深さ方向を得
るようにしたことを特徴とし、この超音波探傷方法を実
施する超音波探傷装置としては、被探傷面に垂直な方向
に超音波ビームを入射させる垂直形振動子と、被探傷面
に斜めに超音波ビームを入射させ且つ上記垂直形振動子
の中心軸を通過するように上記垂直形振動子の周囲に配
置された複数個の斜角撮勤子とから(1成された超音波
探触子を用いた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の超音波探傷方法を第1図を参照し
て説明する。即ち、第1図において、1は送信用超音波
探触子で、被検体3に超音波を入射するものである。2
は被検体3内の欠陥4からの反射、散乱波を受信する受
信用超音波探触子である。
5は送信用超音波探触子1に高電圧パルス電圧を印加し
て、これを励振する送信器であるゆ6は受信用超音波探
触子2で受信した反射、散乱波を増幅等を行なう受信器
である。7は受信器6の出力をアナログ信号のまま、又
はデジタル信号に変換した後、欠陥4の形状、位置等を
示すデータを算出し、数値表示、映像表示する信号処理
表示部である。8はこれら構成エレメントをill i
#する制御器である。ここで、両像触子1,2間の距離
を6、欠陥4の存在する表面からの深さを2、送信用超
音波探触子1から欠陥4までの距離をXとする。
ここで両像触子1.2を焦点とする楕円球面上において
は、その楕円上が等ビーム路程距離線9となる。よって
探触子間距離δを固定して探偏し、欠陥エコーを得、ビ
ーム路程が求められると欠陥4は上記楕円上に存在する
と推定出来る。更に、探触子間距離δを変えるか、探触
子1,2の対を移動させる(×を変える)と、別の楕円
が定まってゆき、全ての楕円の交点が欠陥位置として定
まる。
ここで、超音波探傷で直接得られる情報はビーム路程で
あり、それをDで表わすとすると、その幾何学的距離は
2Dである。第1図において、送信と受信の超音波モー
ドが同一の場合下記式(1)の関係が成り立つ。
20−C「「TTτ+  x −)  +22・・・(
1) 実際の探傷でビーム路程D1探触子間距離δが既知であ
り、欠陥と探触子が判明すると、上記式(1)を変形し
て得られる下記式■で欠陥位置が求まる。
・・・(2) 従って、第1図において超音波送信用探触子1に縦波斜
角探触子を用い、受信用探触子2に垂直探触子(I波)
を用いて探傷した場合、垂直探触子は被検体3の垂直下
方方向しか受信しないので。
楕円上と垂線の交点が焦点として与えられ、この探触子
1,2対を移動走査し、別に定まる楕円を求めなくても
欠陥位置は唯一に定まる。即ち、垂直探触子の真下に欠
陥が存在するので、欠陥と探触子の相対位置が決まり、
X−δとなる。よって上記式(2は下記式(′3となる
2−0−6!/4D        −13となり、こ
こで探触子間距離δは既知であり、ビーム路FiOを測
定することで欠陥深さが求まる。
以上述べたように、超りIIt送信用探触子1に縦波斜
角探触子を適用し、受信用探触子2に垂直探触子を適用
し、上記垂直探触子を固定したままで斜角探触子を掃引
して探触子間距離δを変えると、実質的に焦点は、垂直
探触子の下方、被検体3内の垂線上を上下する。即ち、
焦点位置を任意に設定出来るので、探傷範囲が限定され
、欠陥検出能が向上する。また、縦波を斜角で入射し、
垂直探触子で受信する場合、縦波使用のため一般に横波
を使用する斜角法に比べ探!1面の接触状態による影響
、更に材料組Rjt音を減らすことも可能である。更に
、垂直探触子で受信するため、縦波斜角探触子を用いた
場合でも縦波と同時に発生している横波の影響を受けな
い。
次に上記M理に基づく、本発明の他の実施例を説明する
第2図は表層部探傷を実現する固定焦点形像触子を示し
た図である。即ち、探触子中央に受信用振動子10Aが
配置され、複数の送信用振動子10Bがそのまわりを取
り囲む構成となっている。
そして、探触子中央の受信用振動子10Aには、平板の
くざび11Aが配置され、送信角振動子10Bには、焦
点深さに対応する角度を有し、斜角探触子を形成するく
さび11Bが配置されている。12は各概動子間を遮音
する遮音板であり、13はダンパーとしてのバッキング
材であり、14は振動子10A、10Bからのリード線
を導出する端子であり、15は上記構成部品を収納する
ハウジングである。そして図示しない超音波探傷装置本
体により送信角振動子10Bは夫々電気パルスで同時に
打たれ、探触子中央に向かって超音波を入射させ、上記
した原理に基づき欠陥の方向性に関わらず欠陥を検出す
ることが可能となっている。
上記構成の変形例として、送信用振動子108を載置し
ているくさび11Bのくさび角を各々変えておき、焦点
位置を垂i![線上に並べるようにしてもよい。
第3図(a)(b)は第2図におけるくさび11Bに載
置されている超音波送信用の振動子、10Aの間隔を変
化させ、焦点を垂1iia上に並べる場合を示している
。また、角度付くさびに載置されている振動子群を超音
波送信用斜角探触子とし、受信用探触子として垂直探触
子を用いた構成でもよく、この場合、斜角探触子を掃引
すると探触子間距離が変わり、焦点を連続的に変えるこ
とが出来る。
第4図は第3図に示した構成を平面的に全方位形として
構成したものであり、超音波送信方向は、中心の受信用
探触子1QA、に向かう、そ1−・T 欠陥の形状や方
向性に関わらず検出可能としている。
第5図はリング形振動子を複数同心円状に5i!置し、
第4図の構成を円周方向について連続させた構成である
。ここで第5図(a)は測面方向から見た図、第5図(
b)は上方から見た図である。
欠陥の形状や方向性に関わらず検出可能とし、表層部探
傷にも適用可能である。
上記いずれの場合も、送受信の探触子や振動子の組合せ
は過賞に適用でき、欠陥の形状に応じて検出能を高める
ことも出来る。また一般に、垂直探触子は接触面積を斜
角探触子より小さくすることが出来るので、斜角探触子
をパワーの大きいもので送信し、小さな垂直探触子で受
信しようとする場合、盆傷面の粗さやうねりに影響され
にくいし、小さな曲率面における探傷も容易となる。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
[発明の効果] 以上述べたように本発明によれば、縦波受波用斜角探触
子と縦波受波用垂直探触子とを所定間隔離間し、上記縦
波受波用斜角探触子から縦波の超音波を斜角で入射させ
、上記縦波受波用垂直探触子により被検体中の欠陥によ
る反射散乱波を受波することにより、上記被検体の表層
部探傷範囲(ついて所望の超音波焦点深さ方向を(qる
ようにした超音波探傷方法で、この方法を実施するに、
被探信面に垂直な方向に超音波ビームを入射させる垂直
形振動子と、?!!!深傷面探傷めに超音波ビームを入
射させ且つ上記垂直形振動子の中心軸を通過するように
上記垂直形振動子の周囲に配置された複数個の斜角振動
子とから構成された超音波探触子を用いたので、超音波
モードが任意に選択でき、表面直下を含めた表層部範囲
を欠陥の種別及びその方向性に関わらず充分なS/Nと
高い検出能力で探傷可能であり、探傷面のうねり及び粗
さ、形状等に影響されずに容易に欠陥を検出し、位置測
定を可能とした超音波探傷方法及びその装置が提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の超音波探傷方法の原理を示す模式図、
第2図は本発明の実施例の表層部ff1l用の探触子を
示す図、第3図は本発明の実施例の垂直に焦点を設定す
る場合の11ii肋子の位置関係を示す図、第4図は第
3図における構成を平面的1こ全方位形とした構成を示
す図、第5図は本発明の実施例のリング形振動子を配置
した探触子を示す図である。 1・・・送信用超音波探触子、2・・・受信用超音波探
触子、5・・・送信器、6・・・受信器、7・・・信号
処理表示部、8・・・制御器、10A・・・受信用振動
子、10B・・・送信用振動子、11人、11B・・・
くさび、12・・・遮音板、13・・・バッキング材、
14・・・端子、15・・・ハウジング。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 彦第1図 第 2 図 1ム

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被検体に超音波を送受信して上記被検体の内部に
    存在する欠陥を超音波探傷する超音波探傷方法において
    、縦波受波用斜角探触子と縦波受波用垂直探触子とを所
    定間隔離間し、上記縦波受波用斜角探触子から縦波の超
    音波を斜角で入射させ、上記縦波受波用垂直探触子によ
    り被検体中の欠陥による反射散乱波を受波することによ
    り、上記被検体の表層部探傷範囲について所望の超音波
    焦点深さを得るようにしたことを特徴とする超音波探傷
    方法。
  2. (2)超音波探触子により被検体に超音波を送受信して
    上記被検体の内部に存在する欠陥を超音波探傷するよう
    にした超音波探傷装置において、上記超音波探触子は、
    被探傷面に垂直な方向に超音波ビームを入射させる垂直
    形振動子と、被探傷面に斜めに超音波ビームを入射させ
    且つ上記垂直形振動子の中心軸を通過するように上記垂
    直形振動子の周囲に配置された複数個の斜角振動子とか
    ら構成されたことを特徴とする超音波探傷装置。
JP59166246A 1984-08-08 1984-08-08 超音波探傷方法及びその装置 Pending JPS6144349A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0651866U (ja) * 1992-12-21 1994-07-15 三菱重工業株式会社 検査装置
JP2008070189A (ja) * 2006-09-13 2008-03-27 Daido Steel Co Ltd 超音波探傷方法および超音波探傷装置
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