JPS6159458B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は小径管の内面の超音波探傷方法、特に
取付状態にある管の探傷を可能とする方法に関す
る。

発電所などのタービン用復水器の冷却管に破損
が生ずると、冷却水として管内を通流している海
水がタービン部に侵入し、タービン全体に大きな
損傷を及ぼす可能性がある。発電所の規模が大き
くなると、単なるタービンの損傷のみならず、電
力の供給を受けている社会全体に及ぼす波及効果
は計り知れないものである。このような電力供給
機構を構成する各部の要素には非常に高い信頼性
が要求されるものであるため、前記の復水器の冷
却管も設置後の検査を可能とする手段方法の開発
が望まれる。

復水器を構成する冷却管は、製造時に単管の状
態で内外面から各種の検査を実施するが、一旦復
水器に取り付けられたのちはその検査方法は非常
に限定される。この場合に検査技術として適用可
能なものとして、内視鏡による目視観察および管
内挿入型渦流探傷装置による探傷が考慮される。
しかし溶接チタン管を対象にした場合、上記の２
方法は実用することができない。

すなわち、内視鏡による観察は原理的に可能で
あつても、棒状、不撓性であるため、復水器の周
辺で現場操作することは殆んど不可能に近い。復
水器の冷却管は長いもので二十数メートルあり、
数千本が数センチメートル間隔で並べられており
管端には数メートルの空間しかなく、この場合に
長大な棒状の内視鏡を管内に挿入するということ
は全く現実的でない。さらに内視鏡は現在の技術
水準では十数メートル遠方を見ることができる程
度であり、従つて二十数メートルの管内を観察す
るためには両端から挿入する必要がある。若し棒
状の内視鏡を使用することが可能であるとしても
莫大な時間を必要とすることになり、事実上実施
することができない。

渦流探傷装置は、管の探傷の目的に従来から使
用されている。しかし前記の溶接管の場合、渦流
探傷法を用いても溶接部からのノイズがあり、す
べてのタイプの管の異常を確実に検出することは
できない。

超音波探傷法も大径管では適用されているが、
管径が小さいと従来の方法は適用できない。

これらの理由により溶接管を復水器などに取付
設置した状況のもとで、管内面からの探傷を可能
とすることが強く要望されている。

以上の次第で、本発明は、復水器などの中に組
込まれた状態にある小径管を管内面から管の異常
を超音波検査する装置を与えることを目的とす
る。特に溶接管の溶接部の検査を可能とすること
を主要目的とするが、本発明はそれに限らず一般
に小径管の内面から検査する場合にも適用可能で
ある。本発明は超音波探触子回転走査部を主要部
とする装置からなり、探傷信号を処理して欠陥を
確実に検出する前記装置の使用方法の発明を含
む。特に溶接管に関し特に問題となる溶接ビート
部の欠陥を弁別しうる新規の探傷方法を提供する
ことを目的とする。

以下、本発明を添付図の実施例により具体的か
つ詳細に説明する。

第１図は本発明における装置の全体的配置を示
す。両端を管板１，２に取付けられた設置状態の
小径長尺の被探傷管３に対し、その内部に挿入可
能な小径にユニツト化された本発明要部の超音波
探触子回転走査機構の部分４を挿入し、管内面の
軸線方向にも走査するため、それに連結した牽引
索５を巻取機構部６の定位アーム７に設けた案内
ローラ８を経てモータ９に連結した巻取リール１
０により巻取つて第１図の右方に一定の微速度で
移動させるようにする。探触子回転走査部４は、
第２図に示すように、探触子部１１とこれを回転
走査させるため可撓性軸１２で連結した別体の回
転駆動部１３とからなり、回転駆動部１３には電
力供給ケーブルおよび回転位置検出用ケーブルが
牽引索５に併接続され、他方探触子部１１側には
接触媒質すなわち水を供給するためのホースおよ
び探傷信号取り出しケーブル１４が接続され、第
１図の左方管外に導出され、そこに設置されてい
る超音波探傷器１５および回転走査機構部４と巻
取機構部６の動作を制御する制御系一式を内蔵す
る制御盤１６に接続される。

第２図は探触子回転走査部４を示し、探触子部
１１はこれを回転させるモータ側のノイズが探触
子側に影響を及ぼさないように前記のように回転
駆動部１３から分離されている。これに伴ない、
両部のケース１７および１８はそれぞれ周上３等
分位置に管軸線方向に転動可能なローラ１９を設
けた左右１対の支持輪２０，２１および２２，２
３によつて弾性支持され、管内面の形状変化に対
応できるように、また両部の回転軸線が管の中心
に位置するようにした上で、両部を前記のように
可撓性軸１２で連結して移動に伴なつて生ずるこ
とのある両部間の僅かの差も補償して分離による
悪影響が生じないようになつている。

回転駆動部１３のケース１７内には、回転駆動
系としてモータ２４、減速機（図示省略）および
第４図に示す絶縁体の摩擦板２５，２６からなる
摩擦接手２７が装備され、ケース左端外に出たそ
の出力軸２８にカツプリング２９を設ける。他
方、探触子部１１のケース１８に回転可能に支持
された探触子３０の右端にカツプリング３１を対
設し、第３図に示すように、前記可撓性軸１２の
絶縁体スリーブ３２を嵌着した各端にそれぞれカ
ツプリング２９および３１をビス３３により固着
して両部の連結を完成する。このように回転駆動
部１３を探触子３０から分離した上、絶縁体２
５，２６，３２を介し回転伝動することによりモ
ータ側のノイズが探触子側に影響することは確実
に防止される。さらにカツプリング２９は、それ
に設けた貫通孔３４に収容したボール３５がそれ
との間にばね３６を張渡したばね受３７の内周凸
環部３８により圧下されて出力軸２８に設けたボ
ール受穴３９にも嵌入して結合される構造となつ
ており、ばね受３７を摺動させて前記圧下をなく
すれば出力軸２８から分離できるので、簡単にワ
ンタツチで着脱でき、このことは操作上取扱いを
容易にする。

探触子３０を挾んでその左右にケース１７およ
び１８の周上にそれぞれシールリング４０および
ラビリンス型のシールリング４１を設けて被探傷
管３との間を封止する。このようにして外部から
ホースを経て両シールリング４０，４１間の空間
に導入された接触媒質すなわち水は探触子３０の
まわりに充満状態に保持され、またこの水はシー
ル部を通り徐々に外部に流出する。強固なシール
を行なつていないので管壁に付着しているゴミ等
が探傷子部につまることがない。またこのことは
局部水浸法を可能にすると共に、常に清浄な接触
媒質を供給することを可能にしている。

探傷に有害な水中気泡を、探傷に先立ち探傷系
から取除くため予備装置として第５図に示す治具
４２を使用することが望ましい。この治具４２は
ガラス管４３の下部に送水口４４を、また上部に
排水口４５を具え、一端がラツパ状の挿入口４６
に形成され、保持具４７により他端開口４８を被
探傷管３の一端、ここでは左端に当接するように
なつている。探触子回転走査部４をガラス管４３
内に挿入しシールリング４０，４１間に送水口４
４から送水し気泡を水と共に排水口４５から排出
する。気泡が完全に除かれたことを目視により判
断されれば探触子回転走査部４を他端開口４８か
ら被探傷管３内に移行させて探傷を開始する。そ
の後治具４２を外す。

探触子部１１においては、前記のようにして回
転させられる探触子３０の回転軸４９にケース１
８内においてスリツプリング（図示せず）が装置
され、回転軸の内部を通したリード線で前記の探
触子３０と接続されている。スリツプリングには
固定側となるブラシ（図示せず）が接触し、これ
は探傷信号取り出しケーブル１４を経て超音波探
傷器１５に探傷信号を送ることを可能とする。

超音波探触子３０は、第６図に示すように具体
的は２個で３０Ａ，３０Ｂで鋭角交叉の軸線のも
とに被探傷管３の内面に交点を持つようにして配
置されている。この例では管壁に対する垂線に対
する軸線の傾斜角αは30゜である。このようにし
前面の超音波レンズ５０から超音波のビームが管
壁に対し常に一定の方向から入射する２つの超音
波探触子３０により互に逆向きから管内面を探傷
するようになつている。前記の支持輪２０〜２３
による充分な弾性力による支持は管内面形状の変
化による超音波ビームの入射角の変化を最小限に
防ぐ。

前記の超音波探傷装置を使用して欠陥を確実に
検出できる信号処理法の発明は次のとおりであ
る。

小径管を内面から探傷を行なうと、幾何学的な
制約があるため、内面形状の僅かな変化でも、そ
れによつてノイズが生ずる。特に溶接管のよう
に、母材管に比べ形状変化の大きい溶接ビード部
５１を有する場合にはノイズの影響は一層大きく
なる。これらのノイズから欠陥信号を区別して検
出する必要があり、信号処理方法の発明はその手
段を与えたものである。

第１０図は信号処理部の構成を示すブロツク線
図であり、前記の２つの探触子３０Ａおよび３０
Ｂは、同期信号発生回路５２で4KHzの基準発信
器の出力を分周し、それぞれ2KHzの繰返して交
互に励振され、探傷を遂行する。これは探触子３
０Ａ，３０Ｂの相互干渉をなくすると共に、水距
離の判定を容易にするためである。同期信号発生
回路５２は探触子を励振するタイミングを決定し
ている。信号処理部のシーケンスはすべてこの信
号を基準のトリガ信号として動作を行なう。

第１１図は時間経過を横軸とする信号のタイム
チヤートを示す。前記のトリガ信号TAおよびTB
は交互に250μｓ（マイクロセコンド）の間隔
で、探触子３０Ａおよび３０Ｂに入力される。こ
れにより探傷信号DAおよびDBがある時間遅れを
以て得られる。探傷信号DA，DBはトリガパルス
Ｔ、表面エコーＳ、欠陥エコーＦおよび他方のト
リガ信号による反射エコーＲ等からなる。これら
の信号を取出す表面ゲートSGAおよびSGB、欠
陥ゲートFGAおよびFGA、水距離ゲートWGAお
よびWGBを設定する。これらは第１０図の表面
ゲート発生回路５３、欠陥ゲート発生回路５４、
水距離測定用ゲート発生回路５５によりつくら
れ、探傷信号の中から必要な情報、例えば、被検
査材の表面状況を反映している時間帯の情報を選
択する。

第７，８および９図は探触子３０の回転に伴な
つて、ノイズがどのように生ずるかを、溶接ビー
ド部５１の近傍について示す。第７図に示すよう
に超音波のビームの入射点が矢印Ｘ，Ｙ，Ｚで示
すように変化すると、ノイズを伴なつたエコー波
形はそれぞれ第８図の横軸を時間とする曲線ｘ，
ｙ，ｚで示すように変化する。エコー曲線Ｚのピ
ークZ′は欠陥によるものである。しかし連続回転
走査のもとではエコーｘ，ｙ，ｚのピークは第９
図の点線で示すビークエンベロープＥのように現
われる。そこで欠陥ゲートFGの時間帯を設けて
欠陥エコーを検出するのである。

第７図からも知られているように溶接ビード５
１の形状が正常であればビードエコーは定まつた
位置に生ずる。しかしビード形状が悪いと、欠陥
ゲートFG内にエコーが生じるとき、同時に表面
ゲートSG内にノイズエコーZ″を生じている。こ
の現象は、表面形状変化によつて超音波の入射角
が変化し、その結果、内部に伝播している超音波
のモードが変化しているためと考えられる。しか
しこのようなノイズは欠陥信号と区別できる特性
を持つているため分離が可能である。

第１０図に戻り、探傷信号取り出しケーブル１
４より超音波探傷器１５に取出された探傷信号
DA，DBはそのうちある「しきい」値以上の信号
部のみを通す比較器５６を経由しゲートに送る。
このノイズ切捨てレベルは可変抵抗によつて調節
可能である。

このようにして表面エコーおよび欠陥エコーの
取出される２個所のゲートSGおよびFGのうち、
欠陥ゲートFGに単独にエコーが生ずる場合のみ
を欠陥として判断する信号処理を行ない、欠陥だ
けを確実に検出できる探傷を可能とする。第１０
図の欠陥判定回路５７はこの役割をするフリツプ
フロツプ回路からなり、表面ゲート部回路からの
出力がなく欠陥ゲート部回路のみに出力がある場
合に欠陥と判定し、欠陥信号を出してプリンタ制
御回路５８送る。

本発明の信号処理方法は管の内面形状の変化に
伴なう水距離の変化に対応する処理を行なうのが
望ましい。本発明は管内面からの探傷であるた
め、管内面の形状の変化により水距離すなわち水
浸法で超音波が探触子が検査面に達するまでの距
離が変化することが考えられる。この変化により
表面ゲートSGおよび欠陥ゲートFGの位置を変化
させることが、正確な探傷を行なうために必要で
ある。第１０図の水距離記憶回路５９はこの目的
に対応するもので、水距離の変化に追従して、２
つのゲート位置を変化させる機能を持つ。

本発明は探傷を一探法で行なうものであるが、
水距離は二探法で測定を行なう。探触子３０Ａで
一探法で探傷を行なうとき、その半周期前に他方
の探触子３０Ｂが励振されていてその反射波Ｒが
探触子３０Ａに入つてきている。この遅れ時間、
すなわち水距離を記憶しておき、探触子３０Ａで
探傷する場合の水距離の設定に使用する方法をと
つている。この遅れ時間は200nsec（ナノセカン
ド）の基準発振器の出力をトリガパルスＴを基準
とした時間から水距離信号をＲが立ち上るまでの
間を計数し記憶する。探傷時には、その記憶した
カウント数と別の計数カウンタの値が一致したと
きに表面ゲートSGが立上がる。表面ゲートSGの
輻は一定であり、この立下りで欠陥ゲートFGが
立上るため、この回路により自動的に水距離の補
正が２つのゲートに対してなされる。

ビート判定回路６０では、ビード５１の凸凹に
より表面エコーＳが高くなることを利用し、表面
エコーＳの高い部分をビードとして抽出しその信
号をプリンタ制御回路５８に送る。

回転走査位置の検出はその検知回路６１により
行なわせる。探触子３０を回転させるモータ２４
にはタコジエネレータが付属しているので、この
部を１回転に20個のパルスを発生させるパルスゼ
ネレータ６２に改造する。このパルスを計数する
ことにより、探触子３０の被探傷管３に対する相
対位置を知ることができ、その信号をプリンタ制
御回路５８に送る。

プリンタ制御回路５８は付属するプリンタ６３
がブロツク単位で駆動させる構成であるため、探
傷結果および検出位置の信号を用いてブロツクに
編集している。

探傷結果は、被探傷管３を展開した状態でＣス
コープ表示される。第１２図は探傷結果の表示法
の１例を示し、縦方向が被探傷管３の軸線方向、
横方向が周方向である。ビード判定回路６０の出
力が記録紙の右半に、また欠陥判定回路５７の出
力が左半に振り分けて表示され、両者の対応が明
確になつている。特に溶接管の場合であれば、問
題となる欠陥がビードであるのかどうかが判断で
きる。

本発明によると、細長い管、特に既に取付状態
にある管また特に溶接管についてその内面の欠陥
の探傷を可能とし、欠陥を確実に検出することが
できる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明において使用する装置の全体的
配置を示す部分縦断側面図、第２図はその探触子
回転走査部の縦断側面図、第３図はその可撓性軸
連結部分の拡大縦断側面図、第４図はその摩擦接
手部分の拡大縦断側面図、第５図は併用する治具
の縦断側面図、第６図は２探触子の配置を示す縦
断端面図、第７図は超音波ビームの入射点の変化
を示す端面図、第８図は横軸を時間とするエコー
波形曲線図、第９図は第８図の３曲線を重ね合せ
た図、第１０図は本発明方法に用いる信号処理部
のブロツク線図、第１１図は時間経過を横軸とす
る信号のタイムチヤート、第１２図は探傷結果の
表示法の１例を示す記録紙である。 １，２……管板、３……被探傷管、４……超音
波探触子回転走査部、５……牽引索、６……巻取
機構部、７……定位アーム、８……案内ローラ、
９……モータ、１０……巻取リール、１１……探
触子部、１２……可撓性軸、１３……回転駆動
部、１４……探傷信号取り出しケーブル、１５…
…超音波探傷器、１６……制御盤、１７，１８…
…ケース、１９……ローラ、２０，２１，２２，
２３……支持輪、２４……モータ、２５，２６…
…摩擦板、２７……摩擦接手、２８……出力軸、
２９……カツプリング、３０，３０Ａ，３０Ｂ…
…探触子、３１……カツプリング、３２……絶縁
体スリーブ、３３……ビス、３４……貫通孔、３
５……ボール、３６……ばね、３７……ばね受
け、３８……内周凸環部、３９……ボール受穴、
４０，４１……シールリング、４２……治具、４
３……ガラス管、４４……送水口、４５……排水
口、４６……挿入口、４７……保持具、４８……
他端開口、４９……回転軸、５０……超音波レン
ズ、５１……溶接ビード部、５２……同期信号発
生回路、５３……表面ゲート発生回路、５４……
欠陥ゲート発生回路、５５……水距離測定用ゲー
ト発生回路、５６……比較器、５７……欠陥判定
回路、５８……プリンタ制御回路、５９……水距
離記憶回路、６０……ビード判定回路、６１……
回転位置検知回路、６２……パルスジエネレー
タ、６３……プリンタ、α……傾斜角、TA，TB
……トリガ信号、DA，DB……探傷信号、Ｔ……
トリガパルス、Ｓ……表面エコー、Ｆ……欠陥エ
コー、Ｒ……反射エコー、SG，SGA，SGB……
表面ゲート、FG，FGA，FGB……欠陥ゲート、
WGA，WGB……水距離ゲート、Ｘ，Ｙ，Ｚ……
超音波ビーム射入方向、ｘ，ｙ，ｚ……エコー波
形曲線、Z′……ピーク、Ｅ……エンペロープ、
Z″……ノイズエコー。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被探傷管内に挿入される超音波探触子回転走
   査部の探触子部および回転走査用駆動部をノイズ
   遮断用電気絶縁性接手を介して可撓性軸により連
   結し、かつ超音波探触子回転走査部を管端を経て
   管外の巻取機構部に連結して牽引により軸線方向
   走査を可能とするとともに超音波探傷器および制
   御盤に連結して探触子の探傷作動および両走査作
   動の制御ならびに探触子への接触媒質供給および
   探触子からの探傷信号取り出しを可能とし、さら
   に探触子部を２個の探触子を持つものとして両探
   触子を被探傷管の管内面に交点を持つ鋭角交叉の
   軸線のもとに配置した超音波探傷装置において、
   両探触子を定周期で繰返し交互に励振し、一方の
   探触子の励振により発生するエコーのうちトリガ
   ー信号より時間遅れを以つて発生する表面エコー
   を表面ゲートより取出し欠陥エコーを欠陥ゲート
   より取出し両信号の弁別により欠陥を判定するよ
   うにするとともに他方の探触子の半周期前励振に
   よりそのトリガー信号により発生する反射エコー
   を水距離ゲートより取出して探傷時期の水距離を
   含むその遅れ時間を水距離記憶回路に記憶し、記
   憶した水距離により当該探傷の表面ゲートおよび
   欠陥ゲートの立上りおよび立下りの時間の補正を
   加えるようにしたことを特徴とする管内面よりの
   超音波探傷装置の使用方法。