JPS6326343B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はオーステナイト系材料の溶接部を超音
波探傷するための方法および装置に関するもので
ある。オーステナイト系材料の溶接部や銅材の溶
接部等の超音波探傷は、一般に横波では溶接熱影
響部等の結晶成長方向等による結晶粒界からの林
状の凝似エコーが生じ、溶接部もしくは溶接熱影
響部の欠陥、幾何学的不連続部及び溶接ウラ波ビ
ード形状の探傷並びに判定を行なうことが困難で
ある。

そのため、最近では溶接部の探傷に縦波を使用
した斜角探傷法、謂る縦波斜角探傷法が実施され
る場合が多く、また探触子としても２分割探触子
を用いて近距離の探傷能力を向上させるような試
みがなされている。この場合、一般にオーステナ
イト系材料の溶接部及び溶接熱影響部に生じる結
晶構造は、溶接法、溶接条件等によつて異なるこ
とから、溶接部に応じた適正な縦波入射角の選定
が必要となる。しかしながら、通常超音波探触子
の材料内への超音波入射角は、被検材の音響的特
性、探触子の製作時に固定されてしまうため、探
傷に使用する探触子が適正な超音波入射角を有す
るものとは限らず、一般に林状の擬似エコーの発
生は防止し得ないものである。

本発明は上記のような事情に鑑みて成されたも
のであり、その目的は電子走査型超音波探傷法に
より溶接部の特性に適した縦波入射角の前後に偏
向走査して探傷すると共に、超音波ビームを所定
探傷部に絞つて探傷するとにより林状エコーノイ
を抑えて信頼性の高い超音波探傷を行なうことが
できる超音波探傷方法および装置を提供すること
にある。

以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。第１図は、本発明による超音波探傷
に使用する電子走査型超音波探傷装置の構成例を
示すものである。第１図において、本電子走査型
超音波探傷装置は、まずｎ個の細い振動子１₁〜
１ｎから構成されたアレイ型探触子１を、各振動
子１₁〜１ｎに夫々付ずいしたｎ個の超音波送信
器２₁〜２ｎを含む超音波送信器群２と、２個の
振動子１₁〜１ｎからの信号の任意の１個を選択
する超音波受信器３とに結合する。また、上記超
音波送信器群２には、各超音波送信器２₁〜２ｎ
から超音波送信号パルスを発生せしめるための、
外部トリガー信号を遅延時間制御器４から入力可
能としており、遅延時間制御器４にはコンピユー
ター５からあらかじめの遅延時間設定値がプログ
ラム設定されるものである。これにより、超音波
の送信方向及び超音波の集束距離に応じて設定さ
れた遅延時間に従つて、プログラム選定された各
振動子１から超音波を所定の繰返し周期毎に放射
し得る。一方、超音波受信器３はその内部にコン
ピユーター５からの指令によつて切換え可能な切
換スイツチを有しており、選定された振動子につ
いての信号を超音波受信し、適時増幅及び周波数
フイルターして高速アナログ・デジタル変換器６
へ入力する。ここで、超音波受信器３の増幅度は
コンピユーター５からのプログラム指令により可
変としており、且つ超音波送信方向、超音波伝播
時間等に応じて増幅度を設定可能としている。上
記高速アナログ・デジタル変換器６は、超音波受
信器３からの信号波形をデジタル量に変換するも
のであり、遅延制御器４からの信号によつてデジ
タル変換の開始時が設定され、デジタル信号化れ
た超音波信号波形をデジタル加算器７に入力す
る。ここで、デジタル加算器７は超音波受信する
ようにプログラム選定された、ｎ個を越えないｍ
個の振動子についての超音波信号波形をデジタル
加算するものであり、これらのｍ個の振動子のデ
ジタル変換開始時は超音波受信方向及び集束距離
に応じて、コンピユーター５により遅延制御器４
にあらかじめその遅延時間設定値がプログラム設
定されているものである。

かかる構成により、超音波送信繰返し周期毎ま
たはその整数倍毎に、所定のｍ個のの受信用振動
子に関する超音波受信号波形がデジタル加算され
ることにより、一つの超音波送信及び受信方向に
ついての走査が完了することとなり、コンピユー
ター５でプログラム設定しておくことにより、随
時超音波送受方向及び超音波集束距離を変えて再
度探傷することを可能としている。このようにし
て、被検材の内部を例えば扇形に探傷走査する場
合に、加算信号波に適時スレシヨールドレベルを
設定し、該設定値以上の信号波の有無に応じて探
傷方向に対応してブラウン管上に走査される信号
に輝度変調をかけ、被検材内の断面像をブラウン
管に表示することを画像表示器８によつて可能と
している。

第２図ａ，ｂは、第１図における構成の装置を
用いて、オーステナイト系材料９の探傷方法の概
要を示したものである。第２図ａは、超音波送受
用振動子群を同一とし、超音波ビームを40゜〜50゜
の範囲に0.5゜の角度ピツチで順次扇形走査し、か
つ超音波ビームを溶接部１０と熱影響部１１の境
界に絞つて境界部の欠陥１２を探傷する例を示し
たものである。かかるように探傷することによつ
て、第２図ｂに示すように探傷画像例は超音波ビ
ームを絞ることにより超音波通過面積が小さくな
り、林状の擬似エコーによるノイズ画像１３の発
生に比し、欠陥部からの反射エコーによる像１４
は集中して表示され、欠陥識別を行なうことが容
易に可能となる。また、溶接ウラ波部からのエコ
ーによるウラ波形状画像１５も得られて溶接状態
の判定も容易となる。

第３図は、超音波ビームを集束させない場合の
超音波信号波形１６と、集束させた場合の超音波
信号波形例１７を示したもので、超音波を集束さ
せることによつて集束させない時の林状エコー１
８が１８′のようにその振幅が小さくなり、それ
に応じて集束させい時の欠陥エコー１９の判別が
容易になると共に、集束効果による超音波ビーム
の強度が増加して、１９′のように明りように識
別が可能となる。よつて、受信号反射エコーに対
するデイスクリレベルを適切に設定すれば、第２
図ｂの画像には欠陥による像１４とウラ波部によ
る像１５のみが、第３図ｂに示すように画像表示
されることになる。

次に、上述した本発明の探傷装置において、電
子走査型超音波探傷法を利用ることによるもう一
つの特徴について述べる。第４図に示すように、
電子走査型超音波探傷法は１個の振動子によつて
形成される超音波音場２０に基づく波形の干渉効
果によつて超音波の波頭面２１を形成し、ビーム
に指向性を持たせたり集束させたりするものであ
るが、超音波音場２０は縦波成分が大部分であ
り、したがつて波頭面２１も縦波成分が主体であ
る。このことは、既述したようにオーステナイト
系材料の溶接部を探傷するのに適していることを
明らかにするものである。

さらに本発明の他の特徴は、受信用振動子によ
る受信波形を加算するようにしているため、非定
常なノイズを除去することが信号加算平均の原理
により可能であるという点である。したがつて、
オーステナイト系溶接部の林状エコーは通常マク
ロ的には一定方向に結晶粒が成長することによつ
ているが、ミクロ的にはある範囲内でバラツイて
おり、これらの林状エコーも信号加算平均の原理
で低減させることを可能としている。

次に、本発明としての超音波探傷法の例を第５
図ａ，ｂに示す。第５図ａは、上述した本発明の
装置によつてオーステナイト系溶接部を探傷する
場合に、林状の擬似エコーが最も少ない角度に超
音波入射角θを設定し、溶接部のＡ及びＢ側に対
して別個に溶接線と直交した方向に振動子を電子
走査するようにしたものである。これにより、溶
接部の欠陥のみならず溶接ウラ波ビード形状も明
瞭に判定することができ、探傷能力の向上を図る
ことができるものである。なお、この場合Ａ側か
らの探傷ではＢ側の溶接熱影響部近傍に対して
は、超音波入射角が結晶粒成長方向に対して適切
ではなくなるため林状エコーの発生を生じ、同様
にＢ側からの探傷ではＡ側の溶接熱影響部で林状
エコーを生じる。そのため、このような探傷条件
においては適切なゲートを超音波ビーム路程に付
加することにより、林状エコー像を生じない様な
画像を作ることも可能である。さらに、上記電子
走査による直線走査をより短尺な探触子を用いた
手動または自動による探傷を行なうことも可能で
あり、探触子の位置検出を行なえば、第５図ｂに
示した画像表示を可能となる。

尚、上記説明においては超音波送受信用振動子
群を同一として探傷する場合を示したが、第１図
に示した探傷装置によれば送信用振動子群１ａと
受信用振動子群１ｂが異なる場合等、第６図ａ〜
ｃに示すような各種方法による探傷が可能であ
り、送信と受信の振動子群が異なる場合には近距
離探傷能力が向上する等の効果が得られる。

また、上述した装置においては、受信用振動子
群のうちの個々の振動子による受信波を順次切換
えてデジタル加算しているが、受信用振動子の数
だけ受信器３′と高速アナログ・デジタル変換器
６を用意すれば、より高速な探傷を行なうことが
可能であり、この場合にも本発明の探傷法は有効
的である。一方、上述した本発明の装置と異なる
構成を有する装置、例えばアナログ遅延線、電荷
蓄積型素子等を用いた超音波波形のアナログ加算
方式を用いるなどの場合についても、本発明の探
傷法は有効的である。

さらに、本発明では一探傷走査による超音波波
形をデイスクリレベル設定によつて画像上の輝度
変調を行なつたが、超音波波形を周波数フイルタ
ーにかけて周波性特性によるエコー源の識別を行
なつた後、画像表示することにより一層欠陥検出
能力を向上することがきるものである。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲
で、種々に変形して実施することがきる。

以上説明したように本発明においては、超音波
ビームをオーステナイト系溶接部の林状エコーの
少ない角度範囲に偏向走査するようにしたので、
溶接部欠陥を容易に検出することができ、画像の
情報より林状エコーであるか溶接欠陥であるのか
識別を行なうことが可能となる。また、超音波ビ
ームを任意の深さに集束し得るため、林状エコー
発生領域での超音波透過面積を絞つて林状エコー
の発生の低下を図ることができる。さらに、電子
走査法の原理によつて縦波モードの超音波を材料
内の任意角度方向に入射し得るため、横波モード
の斜角探傷において欠点とされていた林状エコー
の発生を抑制して得るものである。一方、その他
の効果としては、電子走査法の原理によつて林状
エコーの様なランダムなノイズエコーを加算平均
の原理により低減することができることである。
さらにまた、電子走査法によつて溶接部の欠陥の
みならず、溶接ウラ波形状及び幾何学的不連続部
の形状を実時間的に画像化し得るため、探傷結果
の判定を即時に行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による超音波探傷装置の構成例
を示すブロツク図、第２図ａ，ｂはオーステナイ
ト系材料の溶接部を探傷する場合の例を示す図、
第３図ａ〜ｃは林状エコーと欠陥エコーの発生状
況を示す超音波信号波形図、第４図は電子走査型
超音波探傷法による超音波偏向を示す図、第５図
ａ，ｂは直線走査を組合わせてオーステナイト系
材料の溶接部を探傷する場合を示す図、第６図ａ
〜ｃは超音波送信用と受信用振動子を各種組合わ
せて使用する場合を示す図である。 １…探触子、２…超音波送信器群、３…超音波
受信器、４…遅延時間制御器、５…コンピユータ
ー、６…高速アナログ・デジタル変換器、７…デ
ジタル加算器、８…画像表示器、９…オーステナ
イト系材料、１０…溶接部、１１…熱影響部、１
２…欠陥、１３…林状エコーノイズ画像、１４…
欠陥エコー画像、１５…ウラ波部エコー画像、１
６…超音波集束なし時の超音波受信号、１７…超
音波集束時の超音波受信号、１８，１８′…林状
エコー、１９，１９′…欠陥エコー、２０…一振
動子の超音波音場、２１…超音波の波頭面。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子走査型超音波探傷法によりオーステナイ
   ト系溶接部材を探傷する方法において、前記オー
   ステナイト系溶接部材に対する探傷角度を電子的
   に偏向走査すると共に超音波ビームを焦点化させ
   つつ探傷を行なう場合に、前記溶接部材の溶接部
   および溶接熱影響部からの疑似エコーが最小とな
   る探傷角度を偏向走査により決定し、しかる後に
   当該決定角度に探傷角度を固定し、探触子を手動
   または自動若しくは電子走査型超音波探傷法によ
   り直線走査して、前記部材の溶接部および溶接熱
   影響部の溶接欠陥、幾何学的不連続部、部材形状
   の探傷を行なうようにしたことを特徴とするオー
   ステナイト系溶接部材の超音波探傷方法。 ２ ｎ個の振動子からなる探触子と、この探触子
   に結合されｎ個の超音波送信器よりなる超音波送
   信器群と、前記探触子に結合されそのｎ個の振動
   子からの予定の信号を切換選択する超音波受信器
   と、前記各超音波送信器から超音波送信号パルス
   を発生せしめるための外部トリガー信号を前記超
   音波送信器群に入力する遅延時間制御器と、前記
   超音波受信器からの信号をデジタル量に変換する
   と共に前記遅延時間制御器からの信号によりその
   デジタル変換の開始時が設定されるデジタル変換
   器と、このデジタル変換器からの信号を入力し超
   音波受信するようプログラム設定されたｍ個（ｎ
   ＞ｍ）の振動子についての超音波信号をデジタル
   加算するデジタル加算器と、探傷方向に対応して
   ブラウン管上に走査される信号に輝度変調をかけ
   被探傷部材の断面像を表示する画像表示器と、前
   記遅延時間制御器から所定の遅延時間でトリガー
   信号をｎ個の超音波送信器群の任意数の超音波送
   信器に順次与えて超音波を送波させるための前記
   遅延時間の設定、超音波受信時のｎ個の振動子か
   らの信号を受信する前記超音波受信器の選択、前
   記デジタル加算器の加算条件の設定および前記画
   像表示器の表示制御を行なうコンピユーターとを
   備えて成るオーステナイト系溶接部材の超音波探
   傷装置。