JPS6264949A - 超音波探傷方法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、オーステナイト系ステンレス等の剪断応力を
生じる被検体全超音波を用いて探傷する超音波探傷方法
Ｋかかり、特に、横波ノイズを受けること無しに所望の
領域で良好な探傷が行なえるようにした超音波探傷方法
に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

従来、オーステナイト系ステンレス材の溶接部は、超音
波横波モード波に対して材料組織に伴う音響的ノイズ波
を生じやすく、明瞭な探傷を困難としていた。

この九め、一部には材料組織ノイズ波を生じにくい縦波
モード波で超音波探傷する方法が検討されている。

例えば、原子炉圧力容器の内表面へ施されるオーステナ
イト系ステンレス材による溶接肉盛下の健全性を確認す
るため、縦波斜角探傷法などが適用される場合もある。

この場合には、肉盛厚さが比較的薄いため、二分割法が
用いられることも多い。しかしながら、第１０図に示す
ように、縦波（Ｌ波）１！−被検体に０１の角度で入射
すると、下式に従−）″Ｃ１横波（Ｓ波）がθ、の角度
方向に生じる。

但し、嘗・Ｌｌ”８は縦波および横波の被検体中の音速
である。したがって、縦波斜角探傷を実施する場合、Ｌ
波による探傷とＳ波による探傷が混在することとなり、
探傷結果の判定を困難としている。

さらｋ、第１１図（、）　（ｂ）に示すように縦波斜角
二分割探触子１（送波用探触子１ｍ、受波用探触子Ｊｂ
）’ｉ使用した場合には、第１１図（ａ）中の斜線部だ
けが、送波ビーム２と受波ビーム３が交差し、探傷可能
な領域４となる。

したがって、探傷深さが広範囲に亘る場合には、送波ビ
ーム２と受波ビーム３の交差領域４が異なる各種の縦波
斜角二分割探触子を用意しなければならない。

〔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
は、オーステナイト系ステンレス等の剪断応力を生じる
被検体を、横波ノイズ全党けること無しに所望の領域で
良好な探傷が行なえるように超音波探傷方法を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するために本発明による超音波探傷方
法は、短冊状超音波振動子を複数個配列してなる超音波
探触子を用いると共に送波用振動子群と受波用振動子群
とを特定し、との送波用振動子群の振動子夫々に縦波モ
ードにかかるビーム振り及びビーム集束のための送波遅
延量を与えて送波駆動すると共に上記受波振動子上 図に示されるように、アレイ型探触子５を被検体６上の
探傷方向に直交した方向へ振動子を配列しつまりアレイ
型探触子を構成し、これら振動子群を送波用振動子群５
ａと受波用振動子群５ｂとに分割したものである。

ざらに、本実施例では、送波振動子群５ａおよび受波振
動子群５ｂによって、被検体６中に縦波を送波７および
受波８するために、アクリルシュー９を有している。ま
た、このアクリルシュー９は、送波用振動子群５ａと受
波用振動子群５ｂとの境界部に遮音板１０ｆｆ有し【お
り、アクリルシー−９内で送波超音波が受波されないよ
うにしである。

なお、本実施例ではアクリル材ｔａｘ−ｙ）ｔｃ使用し
たが、もちろん、液体、固体を問わず、超音波の伝播中
の減衰が少なく、超音波の伝播を妨害するような気泡或
いは異種類物質が混入　・していなければ、適用には問
題がない。

次に、作用について述べる。即ち、Ｍ２図に示すように
、本実施例のアレイ型探触子５を使用することによシ、
被検体６中の所望の位置に、縦波モードにかかる超音波
の送波および受波を集束させることができる。これは、
一般に知られている位相制御盤超音波探傷装置（電子走
査型超音波探傷装置）によって、その送波遅延量及び受
波遅延量を縦波モードにて設定することによシ容易に実
施し得るものである。すなわち、第２図に示すように超
音波送受波の集束点１１を縦波超音波送受波方向１２、
もしくは振動子配列方向に順次変更することによシ、被
検体６中を広範囲に探傷し得るものである。なお、第２
図中には集束点１１を点で表示し友が、超音波ビームは
広がシを有しておシ、当然のことながら集束点１１の近
傍におい【も送波および受波ビームが十分交差しておシ
、探傷領域に含まれる。

さらに、本実施例では、超音波送受波のモードは縦波上
対象としたものであるが、各振動子からの超音波は、被
検体６中へ縦波とともに横波も発生し、第２図中の横波
超音波送受波方向１３に伝播する。すなわち、第２図の
横波送受波方向１３の紙面に垂直な方向に分布して伝播
する。

ここで、本実施例の効果全説明するため第２図に送波用
振動子群５ａ並びに受波用振動子群５ｂのうちの個々の
振動子１４に関する送受波の縦波モードにかかる遅延時
間の関係を示した。

第２図において、被検体６中の超音波集束点１ノまでの
距離ｉＦとし、被検体６中の縦波音速をν５とすれば、
位置Ｘ、の振動子１４は、ｘユＯの位置の振動子に比べ
、４１時間だけ早く超音波が送波される。

すなわち、　Δ丁＝　（ｉ　−ｖ　）／台。

となる。なお、第２図では、アクリルク、−ｔ−示して
いないが、アクリルシ、−の影響を算定することは容易
であり、本実施例の効果が同様に説明されるものである
ことを付記しておく。

次に、以上のように各振動子から送波された超音波は、
被検体６中で横波成分も生じるが、横波の音速ｔｖ、と
すれば、ｘｌの位置の振動子１４からの横波は、第３図
に示すように、ｘ−〇の位置の振動子からの超音波の送
波時からｔ時間後に（Δτ＋ｔ＞ｖ８ｔｔ半径とした円
周上に波頭を生じている。

したがりて、Ｘさ０からの横波とＸｌからの横波の波頭
が一致するためには下式が成立しなければならない。

〜７石］−−ら（を十Δτ）＝ΔＬ＝０すなわち、 となシ、νａ’ｘｖｖＬであるかぎシ、町が大きいほど
ｘユ０からの波頭との位相ずれを生じることが理解され
る。

このことから、本実施例の探傷方法によれば、横波探傷
性能は著しく低くなシ、縦波による良好な探傷が実施で
きるものである。

次に、本発明の第２の実施例として第４図に、送波用振
動子群５ａと受波用振動子群５ｂｔ−振動子配列方向に
分離して配置し比例を示す。

本実施例によれば、送波用振動子群５ｍ、受波用振動子
群５ｂのいずれについても、第１図の例に比べ、各振動
子間の遅延時間量が大きくなるため、前記したように、
横波探傷性能は一層低下するものである。

ここで、これらの送波用振動子群５１と受波用振動子群
５ｂの間隔は、−振動手からの音波の広がシが、被検体
６中で十分大がシ、所望の探傷領域へ十分な音圧が送受
波されることが第一の要件として決定されるものであり
、−振動子の寸法形状と特性に依存している。

さらに、一般に電子走査型超音波探傷装置を用いて、各
振動子からの超音波の位相を制御し【探傷する位相制御
探傷法を適用すれば、使用するアレイ型探触子の振動子
配列間隔すが所定の寸法よシ小さくないと、すなわち、
下式を満たさない場合には、 ｂくλ 但しλ：被検体６中の波長である。角度θ方向にビーム
を位相制御して偏向させ九時に下式で示される角度α方
向に高い音圧の超音波ビーム（グレーティングロブ）を
生じることが一般に知られている。

α＝＝１−１（尼十龜θ） ｂ 但し、ｎけ上式を満足し得る整数口＝０．±１．・・し
かしながら、第１図もしくは第４図に示すように、送波
用振動子群５＆と受波用振動子群５ｂが分離されている
ため、両者の振動子群で生じるグレーテ、イングロブの
方向１５が第５図に示すように互いに異なる。し念がっ
て、振動子配列間隔を大きくしても、所望の領域を縦波
で探傷することができるとともに、隣接する振動子間の
遅延時間差が大きくなり、横波による送受波も十分低く
なるものである。

次に第６Ｍ照して第３の実施例として送波用振動子群５
ａと受波用振動子群５ｂと振動子配列と直交した方向に
ズラせて配置し比例を示す。

本実施例によれば、送波用振動子群５ａによって形成さ
れる縦波の超音波ビーム領域１６ａと横波超音波ビーム
領域１７１と受波振動子群５ｂによる縦波超音波ビーム
領域１６ｂと横波超音波ビーム領域１７ｂとが交差する
探傷領域１８は縦波による領塘の方が横波による領域よ
シ極端に大きくなる。

すなわち、本実施例によっても横波感受性を十分低下さ
せ九探触子を構成し得るものであり、もちろん、超音波
集束を実施するととＫより横波探傷感度をさらに低下で
きる。

なお、上記の効果は、縦波の屈折角度が横波の屈折角度
に比べて十分大きいために生じ比ものであシ、送波用振
動子群５ａと受波用振動子群５ｂのズラし量は、被検体
６の縦波及び横波音速の比率と縦波主ビームの屈折角の
大きさによって適正値が決定できるものである。

次に第７図を参照して第４の実施例として、送波用振動
子群５ａと受波用振動子群５ｂとのアクリルシュー９へ
の取付は角度を異ならせた例を示す。

本実施例によっても第６図について説明したと同様な効
果が縦波による探傷領域と横波にょる探傷領域の差とし
て現われる。

なお、本実施例では、アクリルシュー９のクユー角度を
異ならせたが、もちろん、シ、−の音響的材質を送波形
振動子群５ａと受波用振動子群５ｂとで異ならせ、幾何
学的形状は同一とした場合にも、前記と同様な効果を生
じることは明らかである。さらに、第６図および第７図
に示し友実施例の効果は、アレイ型以外に通常の一振動
子による分割型探触子にも効果があるものである。

次に、本発明の第５の実施例として、第８図（、）　（
ｂ）に、送波用振動子群５＆を２つの群に分割し、受波
用振動子群５ｂを送波用振動子群の中央に配置した例を
示す。

本実施例によれば、超音波探触子が欠陥１９に、欠陥面
からの反射波を検出し易くなるため、探傷時の見落しが
少くなるという効果がある。

次に、本発明の第６の実施例として第９図（ａ）（ｂ）
　（、）に振動子の配列方向を、第８図に示す実施例と
９０°異ならせた探触子例を示した。この探触子構成に
よれば正面図である第９図（−）に示すように、縦波超
音波を被検体の深さ方向について所望の位置に超音波集
束場せることができる。

ただし、送波用振動子群５ａおよび受波用振動子群５ｂ
の超音波ビームを交差させる之めには、あらかじめ、第
９図（ｂ）に示すように振動子を配置するシー−面を互
いに傾けておく必要がある。

本実施例の探触子構成によっても、前記した各徨実施例
を応用することは容易であシ、横波感受性を低下し得る
ことは言うまでもない。さらに本実施例によれば、被検
体６の深さ方向への超音波集束を制御できる九め、被検
体中の欠陥の深場方向の寸法測定に効果的である。

以上、本発明の第１乃至第６の実施例に記載したように
、縦波全アクリルシュー等を介して被検体に入射する時
生じる、横波発生を以下のように低減できる。すなわち
、超音波の送波および受波時にプレイ型探触子の各振動
子からの縦波を集束させるため、横波における位相の不
一致金生じ、横波発生ならびに受波を低減できるもので
ある。

さらに、超音波集束位置を随時所望な点に変更できるた
め、探傷可能領域を広範囲にとれるものである。

また、送波用振動子群５ａによる超音波ビームと受波用
振動群５ｂとによる超音波ビームの交差領ｔａｔ−縦波
について広く、横波では狭く取ることができる九め、な
お一層の縦波による探傷感度の増加が期待でき、よって
横波による探傷感度の低減効果を生じるものである。

従って、上記した超音波探傷方法によれば、横波による
疑似エコーを生じることなく、縦波だけによる高性能な
探傷を広範囲な領域に実施し得るものである。

〔発明の効果〕

以上詳述し九よりに本発明によれば、短冊状超音波振動
子を複数個配列してなる超音波探触子を用いると共に送
波用振動子群と受波用振動子群とを特定し、との送波用
振動子群の振動子夫々に縦波モードにかかるビーム振り
及びビーム集束のための送波遅延１ｔｔ−与えて送波駆
動すると共に上記受波用振動子群の振動子夫々に縦型の
領域にビーム集束しつつ横波の影響上受けない縦波反射
波情報を得て探傷に供することができ、もって、オース
テナイト系ステンレス等の剪断応力を生じる被検１体を
、横波ノイズ１受けること無しに所望の領域で良好な探
傷が行なえる超音波探傷方法が提供できるものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による超音波探傷方法の第１の実施例を
示す図、第２図は同実施例における位相制御を説明する
図、第３図は同実施例における横波探傷性能の低下を説
明する図、第４図に本発明の第２の実施例を示す図、第
５図は同実施例におけるグレーティングローブの低減を
説明する図、第６図乃至第９図は夫々本発明の第３乃至
第６の実施例を示す図、第１０図は縦波と横波との発生
状況を説明する図、第１１図は従来例全示す図である。 ５・・・超音波探触子、５ａ・・・送波用振動子群、５
ｂ・・・受波用振動子群、９・・・アクリルシュー。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６ＷＡ 第７図 第８図 （ａ） 第９図 第１０　ＩＱ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）剪断応力を生じる被検体を、超音波により探傷す
   る超音波探傷方法において、短冊状超音波振動子を複数
   個配列してなる超音波探触子を用いると共に送波用振動
   子群と受波用振動子群とを特定し、この送波用振動子群
   の振動子夫夫に縦波モードにかかるビーム振り及びビー
   ム集束のための送波遅延量を与えて送波駆動すると共に
   上記受波用振動子群の振動子夫々に縦波モードにかかる
   上記送波遅延量に対応した受波遅延量を与えて受波駆動
   することにより、所望の領域にビーム集束しつつ横波の
   影響を受けない縦波反射波情報を得て探傷に供するよう
   にした超音波探傷方法。
2. （２）送波用振動子群と受波用振動子群との特定は、振
   動子配列方向に分離してなされることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超音波探傷方法。
3. （３）送波用振動子群と受波用振動子群との特定は、振
   動子配列方向に対して直角方向に分離してなされること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波探傷方
   法。
4. （４）送波用振動子群と受波用振動子群との特定は、振
   動子配列方向に対して受波用振動子群を挾んで両側に送
   波用振動子群を設定してなされることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の超音波探傷方法。