WO2007024000A1

WO2007024000A1 - 超音波探触子、超音波探傷装置、超音波探傷方法及び継目無管の製造方法

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Publication number: WO2007024000A1
Application number: PCT/JP2006/316869
Authority: WO
Inventors: Masaki Yamano
Original assignee: Sumitomo Metal Industries, Ltd.
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-28
Publication date: 2007-03-01
Also published as: CA2712540A1; US20120167690A1; AR085834A2; CN101907609A; BR122017023831B1; BRPI0615382A2; EP1918700A1; JPWO2007024000A1; BRPI0615382B1; AR055141A1; US20090217763A1; EP1918700B1; JP4836019B2; CA2712540C; JP2010266463A; CA2619824C; CA2619824A1; US8490490B2; JP4596336B2; CN101907609B

Abstract

　本発明に係る超音波探傷方法は、複数の振動子１１を備えた超音波探触子１を管状の被探傷材Ｐに対向配置するステップと、管状被探傷材内での超音波の伝搬方向が複数の異なる伝搬方向となるように、複数の振動子の中から適宜の振動子を選択して超音波を送受信させるステップとを含み、複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角θｒがそれぞれ略同等となるように、及び／又は、複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角θｋがそれぞれ略同等となるように、超音波探触子による探傷条件を設定することを特徴とする。

Description

明細書

超音波探触子、超音波探傷装置、超音波探傷方法及び継目無管の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、鋼管などの管状の被探傷材に存在するきずを超音波を用いて探傷するための超音波探触子、超音波探傷装置、超音波探傷方法及びこの方法を用いた « 目無管の製造方法に関し、特に、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきずを高精度に且つ高速に探傷することが可能な超音波探触子、超音波探傷装置、超音波探傷方法及びこれを用いた継目無管の製造方法に関する。

背景技術

[0002] 近年、管に対する高品質ィ匕要求が高まるにつれて、管の非破壊検査基準が厳格化される傾向にある。

[0003] 例えば、代表的な管である継目無管は、ビレットをピアサ一によつて穿孔して中空シェルを形成し、この中空シェルをマンドレルミル等によって圧延することにより製造される。この継目無管には、軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきず (以下、適宜「傾斜きず」ヽぅ）が存在する。

[0004] この傾斜きずは、ビレットに元々存在する縦割れきずが上記製造工程にお!/、て軸方向に変形を受けることによって発生したり、或いは、中空シェルのパスセンターを維持するためのガイドシユーの案内面に存在するきずが転写することによって発生するといわれている。従って、傾斜きずの継目無管の軸方向に対する傾斜角度は、継目無管の管径やその発生原因の相違によって変化する。すなわち、継目無管には、種々の傾斜角度を有する傾斜きずが存在する。

[0005] 継目無管の使用環境は年々厳しくなる傾向にあるため、その高品質ィ匕が要求され

、上記傾斜きずを精度良く検出することも厳しく要求されている。

[0006] ところで、従来より、継目無管に存在する傾斜きずを探傷するための種々の方法が提案されている。

[0007] 例えば、日本国特開昭 55— 116251号公報（以下、特許文献 1という）には、検出対象とする傾斜きずの位置及び傾斜角度に応じて超音波探触子を適宜の位置及び傾斜角度で配置することにより、傾斜きずを探傷する方法が提案されている。

[0008] し力しながら、特許文献 1に記載の方法は、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度に応じて、超音波探触子の傾斜角度をその都度変更する必要があるため、極めて手間が掛かるという問題がある。また、前述のように継目無管に存在する種々の傾斜角度を有する傾斜きずを一回の探傷作業で検出するには、多数の超音波探触子を準備してそれぞれ異なる傾斜角度で配置する必要がある。つまり、超音波探触子の配置設定や校正等が煩雑であると共に、大型の装置が必須であることやコスト高騰を招くという問題がある。

[0009] 上記特許文献 1に記載の方法における問題点を解決するべぐ日本国特開昭 61 — 223553号公報 (以下、特許文献 2という）には、複数の振動子 (超音波送受信用素子)を一列に配列したアレイ型超音波探触子を適用した探傷方法が提案されている。より具体的には、前記振動子の配列方向を管の軸方向に一致させると共に、超音波探触子を管の軸心から偏芯させて配置することにより、管内に横波超音波を伝搬させる。そして、各振動子による超音波の送受信タイミングを電気的に制御する電子走査によって、超音波探触子で送受信する超音波の傾斜角度 (管の軸方向に対する傾斜角度)を変更することにより、種々の傾斜角度を有する傾斜きずを探傷する方法である。

[0010] し力しながら、特許文献 2に記載の方法には、主として以下のような 2つの課題 (第 1 の課題及び第 2の課題）が存在する。

[0011] <第 1の課題 >

図 1は、本発明の発明者が実験によって確認した、アレイ型超音波探触子を適用した探傷方法における傾斜きずの傾斜角度 (傾斜きずの延びる方向と管の軸方向との成す角度)と反射エコー強度との関係の一例を示す図である。より具体的に説明すれば、図 1は、特許文献 2に記載のものと同様のアレイ型超音波探触子を管の軸心力偏芯させて配置する際の偏芯量を一定の値とした状態において、傾斜きずの延びる方向と超音波探触子から送信された超音波の伝搬方向（超音波の入射点を含む管の接平面の法線方向から見た伝搬方向）とが直交するように、各傾斜きずの傾斜角度に応じて電子走査で超音波の傾斜角度を変更した場合における、各傾斜きずでの反射エコー強度 (傾斜角度 0° の傾斜きずにおける反射エコー強度を OdBとしたときの相対強度)を示す。本発明の発明者は、図 1に示すように、特許文献 2に記載の方法には、たとえ同じ大きさの傾斜きず (深さ 0. 5mm X長さ 25mm)であっても、傾斜きずの傾斜角度に応じて反射エコーの強度が異なってしまうという問題を見出した。

[0012] 以上のように、本発明の発明者は、特許文献 2に記載の方法には、傾斜きずの傾斜角度に応じて反射エコーの強度が異なってしまうという問題があり、この問題は有害なきずを見逃したり、検出不要な微小きずを過検出することにつながる虞があることを見出した。

[0013] <第 2の課題 >

特許文献 2に記載のアレイ型超音波探触子の各振動子による超音波の送受信タイミングを電気的に制御する電子走査によって、超音波探触子で送受信する超音波の傾斜角度を変更する場合、管の特定部位において、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度に応じた回数分だけ電子走査を繰り返す必要がある。すなわち、例えば 3つの異なる傾斜角度をそれぞれ有する傾斜きずを検出するには、管の特定部位において 3回の電子走査を繰り返す必要があり、一方向の傾斜角度を有するきずを検出する場合に比べて、探傷効率が 1Z3に低下することになる。

[0014] より具体的に説明すれば、管の特定部位における 1回の超音波探傷に要する時間は、管の外径や肉厚の他、超音波探触子と管との距離等に依存するが、概略 50〜1 00 sec程度である。すなわち、管の特定部位における単位時間当たりの探傷回数 (探傷速度）としては、最大で 10000〜20000回 Zsec程度となる。従って、前記電子走査による超音波の傾斜角度の変更速度 (変更頻度)も 10000〜20000回 Zsec 程度以下とならざるを得ず、たとえ電子走査自体は機械的な走査に比べて極めて高速であったとしても、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度の数が増えるにつれて、探傷効率が低下することになる。

[0015] 以上のように、特許文献 2に記載の方法には、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度の数に応じて探傷効率が低下するという問題がある。 [0016] 一方、日本国特開昭 59— 163563号公報（以下、特許文献 3という）には、種々の傾斜角度を有する傾斜きずを探傷するために、マトリックス状に配列された振動子群を用いて、任意の方向に超音波を入射させる方法が提案されている。より具体的には、振動子群の中から任意の振動子を適数個選択し、その送受信タイミング (駆動時間）を電気的に制御する電子走査によって、超音波の入射方向を任意に変更する。そして、超音波の入射方向を変更するパターンを予めプログラムとして貯えるということが開示されている。

[0017] しかし、特許文献 3は、前述した各傾斜きずの傾斜角度に応じて反射エコーの強度が変化してしまうという第 1の課題には言及しておらず、さらにその課題を解決するために、如何なる変更パターンで超音波の入射方向を変更すればよいかという点についても、何ら開示されていない。また、前述した特許文献 2に記載された方法についての第 2の課題と同様の課題を有する。つまり、検出対象とする傾斜きずの傾斜角度に応じた回数分だけ電子走査を繰り返す必要があるため、探傷効率が低下するという問題がある。

発明の開示

[0018] 上記従来技術の問題点は、超音波探傷の対象が継目無管に限るものではなぐ例えばスパイラル管などの溶接管や、中ぐり車軸など、傾斜きずが発生する可能性のある全ての管状被探傷材の超音波探傷にっ、て共通する。

[0019] 本発明は、斯カる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきずを高精度に且つ高速に探傷することが可能な超音波探触子、超音波探傷装置、超音波探傷方法及びこれを用いた継目無管の製造方法を提供することを課題とする。

[0020] 前記課題を解決するべぐ本発明の発明者は、以下に述べるようなことを鋭意検討した。

図 2は、本発明の発明者が数値計算によって見出した、アレイ型超音波探触子を適用した探傷方法における傾斜きずの傾斜角度と傾斜きずへの超音波の入射角との関係を示す図である。より具体的に説明すれば、図 2は、特許文献 2に記載のものと同様のアレイ型超音波探触子を管（肉厚対外径比 = 11%)の軸心から偏芯させて配置する際の偏芯量を適宜設定 (偏芯量に応じて決定される管への周方向入射角 a iを 10° 、 16° 、 19° に設定)して、傾斜きずの延びる方向と超音波探触子力送信された超音波の伝搬方向とが直交するように、各傾斜きずの傾斜角度に応じて電子走査で超音波の傾斜角度を変更した場合における、各傾斜きずへの超音波の入射角を示す。図 2 (a)は管の内面に存在する内面きずへの入射角（内面屈折角） 0 k を、図 2 (b)は管の外面に存在する外面きずへの入射角（外面屈折角） 0 rを示す。図 2に示すように、本発明の発明者は、内面きず及び外面きずの双方共に、傾斜きずの傾斜角度に応じて超音波の入射角が変化することを見出した。本発明の発明者は、前述のように各傾斜きずの傾斜角度に応じて反射エコーの強度が異なってしまう (図 1参照)のは、たとえ傾斜きずの延びる方向と超音波探触子力送信された超音波の伝搬方向とが直交するように、各傾斜きずの傾斜角度に応じて電子走査で超音波の傾斜角度を変更したとしても、図 2に示すように、各傾斜きずの傾斜角度に応じて (超音波の伝搬方向に応じて)、外面屈折角及び内面屈折角が変化することが原因であることを見出した。

[0021] 以上の知見に基づき、本発明の発明者は、

(1)超音波の伝搬方向に関わらず外面屈折角（又は内面屈折角）が略同等になるように探傷条件を設定すれば、超音波の伝搬方向に関わらず外面きず (又は内面きず）について略同等の反射エコーの強度を得ることができ、種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷可能になり、

(2)管状被探傷材に対して複数の異なる伝搬方向に超音波を略同時に送受信可能な構成とすることにより、探傷効率が低下するという問題を解決することができ、その結果、種々の傾斜角度を有するきずを高精度に且つ高速に探傷することが可能であることに想到した。

[0022] 本発明は、上記発明者の知見により、完成されたものである。すなわち、本発明は、請求の範囲の請求項 1に記載の如ぐ複数の振動子を備えた超音波探触子を管状の被探傷材に対向配置するステップと、前記管状被探傷材内での超音波の伝搬方向が複数の異なる伝搬方向となるように、前記複数の振動子の中から適宜の振動子を選択して超音波を送受信させるステップとを含み、前記複数の伝搬方向にっヽての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、及び Z又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kがそれぞれ略同等となるように、前記超音波探触子による探傷条件を設定することを特徴とする超音波探傷方法を提供するものである。

[0023] 斯かる発明によれば、複数の伝搬方向につ!、ての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、超音波探触子による探傷条件を設定した場合には、複数の伝搬方向の何れにも関わらず、外面きずについて略同等の反射エコーの強度を得ることができる。また、複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kがそれぞれ略同等となるように、超音波探触子による探傷条件を設定した場合には、複数の伝搬方向の何れにも関わらず、内面きずについて略同等の反射エコーの強度を得ることができる。さらに、複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角 0 r及び内面屈折角 Θ kの双方がそれぞれ略同等となるように、超音波探触子による探傷条件を設定した場合には、複数の伝搬方向の何れにも関わらず、外面きず及び内面きずについて略同等の反射エコーの強度を得ることができる。従って、複数の伝搬方向にそれぞれ直交する方向に延びる複数のきず (外面きず及び Z又は内面きず)を高精度に探傷することが可能である。

[0024] また、管状被探傷材に対して複数の異なる伝搬方向に超音波を略同時に送受信することにより、伝搬方向にそれぞれ直交する方向に延びる複数のきずを高速に探傷することが可能である。

[0025] 以上のように、本発明に係る超音波探傷方法によれば、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきずを高精度に且つ高速に探傷することが可能である。なお、本発明における「超音波の伝搬方向」とは、超音波の入射点を含む管状被探傷材の接平面の法線方向から見た超音波の伝搬方向を意味する。また、「外面屈折角」とは、管状被探傷材 Pの超音波伝搬面において、管状被探傷材 P内に入射した超音波 U (超音波ビームの中心線)が管状被探傷材 Pの外面に到達した点 Bにおける管状被探傷材 Pの法線 L1と前記超音波 U (超音波ビームの中心線)との成す角度 Θ rを意味する（図 4 (d)参照)。また、「内面屈折角」とは、管状被探傷材 Pの超音波伝搬面において、管状被探傷材 P内に入射した超音波 U (超音波ビームの中心線 )が管状被探傷材 Pの内面に到達した点 Aにおける管状被探傷材 Pの法線 L2と前記超音波 U (超音波ビームの中心線)との成す角度 Θ kを意味する（図 4 (d)参照)。さらに、「複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角（又は内面屈折角）がそれぞれ略同等」とは、外面屈折角（又は内面屈折角）の変動範囲が 10° 以内であることを意味する。

[0026] 上記のように、複数の伝搬方向につ!、ての超音波の外面屈折角 0 rをそれぞれ略同等とする、及び Z又は、複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kをそれぞれ略同等とするための具体的方法としては、例えば、複数の振動子をマトリックス状に配列した超音波探触子を用いる方法が考えられる。すなわち、好ましくは、請求の範囲の請求項 2に記載の如ぐ前記超音波探触子は、複数の振動子が平面上又は曲面上にマトリックス状に配列されており、前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、及び Z又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kが略同等となるように、前記選択する振動子を決定する方法が採用される。なお、本発明における「複数の振動子が曲面上に配列」とは、曲面の一部と形状が合致するように各振動子 (各振動子の振動面)が曲面に形成されている場合の他、各振動子 (各振動子の振動面）が平面状に形成され且つそれぞれ曲面と接するように配列されてヽる場合も含む意味として使用してヽる

[0027] 前記複数の伝搬方向にっ、ての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように選択する振動子は、具体的には、例えば、請求の範囲の請求項 3に記載の如ぐ以下のようにして決定することが可能である。すなわち、前記複数の伝搬方向についての下記の式（1)で表される超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向にっ、ての前記管状被探傷材への超音波の周方向入射角 a i及び軸方向入射角 j8 iをそれぞれ下記の式（1)に基づいて決定し、前記決定した周方向入射角 a i及び軸方向入射角 j8 iが得られるように、前記選択する振動子を決定することが可能である。

[数 1]

Θ r=sin"¹ ( { (VsZVi)², (sin¾ i + cos¾ i - sin^ i) } ^{1 /2} ) ■■■ (1 ) ここで、前記式（1)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を、Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。また、本発明における「周方向入射角」とは、管状被探傷材 P の周方向断面において、超音波 u (超音波ビームの中心線)の入射点 oにおける管状被探傷材 Pの法線 L3と前記超音波 U (超音波ビームの中心線)との成す角度 a iを意味する（図 4(b)参照)。さらに、「軸方向入射角」とは、管状被探傷材 Pの軸方向断面において、超音波 U (超音波ビームの中心線)の入射点 Oにおける管状被探傷材 Pの法線 L4と前記超音波 U (超音波ビームの中心線）との成す角度 β iを意味する（図 4(c)参照)。

また、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kがそれぞれ略同等となるように選択する振動子は、具体的には、例えば、請求の範囲の請求項 4に記載の如ぐ以下のようにして決定することが可能である。すなわち、前記複数の伝搬方向についての下記の式（2)で表される超音波の内面屈折角 Θ kがそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向にっ、ての前記管状被探傷材への超音波の周方向入射角 ai及び軸方向入射角 j8iをそれぞれ下記の式（1)〜（6)に基づいて決定し、前記決定した周方向入射角 ai及び軸方向入射角 i8 iが得られるように、前記選択する振動子を決定することが可能である。

[数 2]

Θ k = cos (cos Θ r-cos<p—sin Θ r-cos Y -sin φ j ·■■ (2) ここで、前記式 (2)における外面屈折角 Θ r、伝搬角度 γ及び角度 φは、それぞれ下記の式（1)、（3)及び (4)で表される。

[数 3]

一

6r=s n ({(Vs/Vi) -(sin /Si + cos )Si-sin ai)} ) ■■■("!) sin β i 、

=tan ( ^τ^ -.——； ~ ) "-(3)

cos に sin Οί

0=sin^_1(k-sin 0 ' )- 0 ' ---(4) なお、前記式（1)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を、 Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。また、前記式 (4)における k及び Θ 'は、それぞれ下記の式（5) 及び (6)で表される。

画 k⁼ ^ 5T" ⁽⁵⁾

Θ ' =cos "tan Θ r …（6) なお、前記式 (5)における tZDは、管状被探傷材の肉厚対外径比を意味する。また、本発明において、「伝搬角度」とは、管状被探傷材 P内に入射した超音波 (超音波ビームの中心線)の伝搬方向 (超音波の入射点 Oを含む管状被探傷材 Pの接平面の法線方向から見た伝搬方向）と、入射点 Oを通る管状被探傷材 Pの周方向接線との成す角度 0を意味する（図 4 (a)参照)。

一方、前述のように、複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角 0 rをそれぞれ略同等とする、及び Z又は、複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kをそれぞれ略同等とするための具体的方法としては、所定の環状の曲面に沿つて配列された複数の振動子を備える超音波探触子を用いる方法が考えられる。すなわち、好ましくは、請求の範囲の請求項 5に記載の如ぐ前記超音波探触子は、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心を通らず且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面で切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、前記超音波探触子を前記管状被探傷材に対向配置するステップでは、前記超音波探触子の長径方向が前記管状被探傷材の軸方向に沿い、前記超音波探触子の短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように配置し、前記複数の伝搬方向にっ、ての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、及び Z又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kが略同等となるように、前記環状の曲面の形状を決定する方法が採用される。なお、本発明における「環状の曲面に沿って配列された複数の振動子」とは、環状の曲面の一部と形状が合致するように各振動子 (各振動子の振動面）が曲面に形成されている場合の他、各振動子 (各振動子の振動面）が平面状に形成され且つそれぞれ環状の曲面と接するように配列されて！ヽる場合も含む意味として使用している。また、本発明における「回転楕円体の中心が管状被探傷材の軸心に正対する」とは、回転楕円体の中心を通り且つ前記 2つの平行な平面に直交する直線 (回転楕円体の回転軸に相当する）が管状被探傷材の軸心を通る意味として使用している。また、本発明における「回転楕円体」とは、長径と短径とが等 LV、球体をも含む用語として使用して！/、る。

[0030] 前記複数の伝搬方向にっ、ての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるような環状の曲面の形状は、例えば、請求の範囲の請求項 6に記載の如ぐ決定することが可能である。すなわち、前記複数の伝搬方向についての下記の式（7)で表される超音波の外面屈折角 θ ι:がそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向についての前記管状被探傷材への超音波の入射角 Θ wをそれぞれ下記の式（7)に基づいて算出し、前記算出した入射角 Θ wが得られるように、前記環状の曲面の形状を決定する。

[数 5] sin Θ r=Vs/Vi ^B sin Θ w ■■■( / ) ここで、前記式 (7)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を、Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。また、本発明における「管状被探傷材への超音波の入射角」とは、管状被探傷材 Pの超音波伝搬面において、超音波 U (超音波ビームの中心線) の入射点 Oにおける管状被探傷材 Pの法線 L3と前記超音波 U (超音波ビームの中心線）との成す角度 Θ wを意味する（図 6 (d)参照)。また、入射角 Θ wが決まれば、スネルの法則によって屈折角 Θ sは一意的に定まるため、本発明における「入射角 Θ w を設定」するとは、文字通り入射角 Θ wを設定する場合のみならず、屈折角 Θ sを設定する場合をも含む概念である。

[0031] また、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kがそれぞれ略同等となるような環状の曲面の形状は、例えば、請求の範囲の請求項 7に記載の如ぐ決定することが可能である。すなわち、前記複数の伝搬方向についての下記の式（2 )で表される超音波の内面屈折角 Θ kがそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向についての前記管状被探傷材への超音波の入射角 Θ wを下記の式 (7)に基づいて算出し、前記算出した入射角 Θ wが得られるように、前記環状の曲面の形状を決定する。

[数 6]

Θ k=cos (cos Θ r-cos — sin Θ r-cos Y -sin<p ) … (2)

ここで、前記式 (2)における外面屈折角 Θ r、伝搬角度 γ及び角度 φは、それぞれ下記の式（7)、（3)及び (4)で表される。

[数 7] sin0r=Vs/Vi-sin0w …（7)

Γ =tan ( 。 . ■ _ηι. ~ ) -"(3)

cos に sin Ot I

0=sin"¹(k-sin0')-0' ."(4) なお、前記式 (7)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を、 Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。また、前記式 (4)における k及び Θ 'は、それぞれ下記の式（5) 及び (6)で表される。

[数 8] k⁼ ^ 5T"⁽⁵⁾

Θ ' =cos "tan Θ r ■■■ (6) なお、前記式 (5)における tZDは、管状被探傷材の肉厚対外径比を意味する。ここで、管状被探傷材の探傷は、横波超音波を用いた斜角探傷方法を用いてなされるのが一般的である。この斜角探傷方法は、縦波臨界角以上の角度で管状被探傷材に超音波を斜入射させて、縦波超音波を管状被探傷材表面で全反射させる一方、横波超音波を管状被探傷材内に伝搬させる。この際、横波超音波の屈折角（横波屈折角）は約 35° 以上でなければならない。従って、本発明に係る方法によって管状被探傷材を探傷するに際し、長径方向が管状被探傷材の軸方向に沿い、短径方向が管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ回転楕円体の中心が管状被探傷材の軸心に正対して管状被探傷材の外面近傍に位置するように超音波探触子を管状被探傷材に対向配置した場合、管状被探傷材内に入射される縦波超音波を少しでも少なくするには、少なくとも超音波探触子の長径部に位置する振動子 (送信された超音波の管状被探傷材への入射角、ひ、ては屈折角が最も大きくなる振動子)から送信される超音波が、 35° 以上の横波屈折角で管状被探傷材内に伝搬するように環状の曲面の形状を決定すればよい。

[0033] 従って、好ましくは、請求の範囲の請求項 8に記載の如ぐ前記超音波探触子を前記管状被探傷材に対向配置するステップでは、前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対し且つ前記管状被探傷材の外面近傍に位置するように配置し、前記複数の振動子の内、少なくとも前記超音波探触子の長径部に位置する振動子から送信される超音波が、 35° 以上の横波屈折角で前記管状被探傷材内に伝搬するように、前記環状の曲面の形状を決定すればよい。

[0034] 斯カる好ましい構成によれば、少なくとも超音波探触子の長径部に位置する振動子力送信される超音波 (すなわち、管状被探傷材の軸方向に伝搬する超音波）については、管状被探傷材内に横波超音波を伝搬させることが可能である。

[0035] また、前記課題を解決するべぐ本発明は、請求の範囲の請求項 9に記載の如ぐ管状の被探傷材を超音波探傷するための超音波探傷装置であって、前記管状被探傷材に対向配置され、行方向及び列方向にそれぞれ複数の振動子が平面上又は曲面上にマトリックス状に配列された超音波探触子と、前記超音波探触子による超音波の送受信を制御する送受信制御手段とを備え、前記送受信制御手段は、前記複数の振動子の中から、少なくとも一つの振動子を含む一の振動子群を選択し、該選択した一の振動子群力前記管状被探傷材内の一の伝搬方向に超音波を送受信させる一方、前記一の振動子群を構成する振動子とは行方向及び列方向の位置が異なる少なくとも一つの振動子を含む他の振動子群を選択し、該選択した他の振動子群から前記管状被探傷材内の前記一の伝搬方向とは異なる他の伝搬方向に超音波を送受信させることを特徴とする超音波探傷装置としても提供される。 [0036] 斯カる発明によれば、まず送受信制御手段によって、マトリックス状に配列された複数の振動子の中から、少なくとも一つの振動子を含む一の振動子群が選択され、当該選択された一の振動子群力管状被探傷材の一の伝搬方向に超音波が送受信される。ここで、一の伝搬方向に送受信される超音波により、該一の伝搬方向に直交する方向に延びるきず (以下、「第 1のきず」という）が検出されることになる。なお、複数の振動子が曲面上にマトリックス状に配列された超音波探触子を採用する場合、その曲面の曲率半径及び各振動子の位置によって各振動子から送受信される超音波の方向が決まるため、複数の振動子の中から、前記一の伝搬方向に超音波を送受信可能な振動子群を単純に選択すればよい。一方、複数の振動子が平面上にマトリックス状に配列された超音波探触子を採用する場合には、前記選択した一の振動子群から前記一の伝搬方向に超音波が送受信されるように、前記一の振動子群を構成する各振動子による超音波の送受信タイミングを制御する構成を採用することが可能である。

[0037] 次に、本発明によれば、送受信制御手段によって、マトリックス状に配列された複数の振動子の中から、前記一の振動子群を構成する振動子とは行方向及び列方向の位置が異なる少なくとも一つの振動子を含む他の振動子群が選択され、当該選択された他の振動子群力管状被探傷材の前記一の伝搬方向とは異なる他の伝搬方向に超音波が送受信される。前記他の伝搬方向に送受信される超音波により、該他の伝搬方向に直交する方向に延びるきず (以下、「第 2のきず」と、う）力検出されることになる。ここで、他の振動子群は、一の振動子群を構成する振動子とは行方向及び列方向の位置が異なる振動子を含むため、超音波の伝搬方向が一の伝搬方向から他の伝搬方向に変更されるのみではなぐこれと同時に、超音波を送受信する振動子群の管状被探傷材周方向に沿った位置も変更されることになる。従って、この位置の変更量を適切に設定すれば、第 1のきず及び第 2のきずの双方について超音波の伝搬方向を直交させると同時に、外面屈折角 Θ k及び Z又は内面屈折角 Θ rを略一定にすることができ、各きずの傾斜角度に関わらずに同等の反射エコー強度を得ることが可能である。このようにして、超音波の伝搬方向の数に等しい数の振動子群を選択し、当該選択した各振動子群から超音波を送受信するように構成すれば、前記伝搬方向の数に応じた種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。

[0038] また、選択した各振動子群力それぞれ超音波を略同時に送受信する構成を採用することにより、種々の傾斜角度を有するきずを高速に探傷することが可能である。

[0039] 以上のように、本発明に係る超音波探傷装置によれば、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきずを高精度に且つ高速に探傷することが可能である。

[0040] ここで、選択した各振動子群から送信した超音波が管状被探傷材に入射するまでに要する時間は、各振動子群と超音波入射点との距離によって異なる。各振動子群と超音波入射点との距離は、超音波探触子や管状被探傷材の形状によって異なるため、選択した各振動子群力同じタイミングで超音波を送信したとしても、実際に管状被探傷材に超音波が入射するタイミング、ひいては管状被探傷材表面（内外面）での反射エコーの受信タイミングは異なる。このため、各振動子群で受信した反射ェコーを合成し、当該合成した反射エコーに基づいてきずを検出する場合には、各振動子群力も送信した超音波の入射タイミングが異なることに起因して、各振動子群で受信した管状被探傷材表面（内外面)での反射エコーが連続し或いは一部が重なり合い、管状被探傷材表面での反射エコー全体の幅が拡がる結果、管状被探傷材内外面近傍での不感帯が増大するおそれがある。

[0041] 斯かる問題を回避するには、請求の範囲の請求項 10に記載の如ぐ前記送受信制御手段は、前記一の振動子群から送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングと、前記他の振動子群から送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるように、前記一の振動子群及び前記他の振動子群の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御することが好ましい。

[0042] 斯カる好ま、発明によれば、一の振動子群から送信された超音波の管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングと、他の振動子群から送信された超音波の管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるように (例えば、送信される超音波のパルス幅以下の時間差となるように）、一の振動子群及び他の振動子群の超音波の送信タイミング又は受信タイミングが制御されるため、たとえ各振動子群で受信した反射エコーを合成し、当該合成した反射エコーに基づいてきずを検出する構成を採用したとしても、管状被探傷材内外面近傍での不感帯を低減することが可能である。

[0043] また、前記課題を解決するべぐ本発明は、請求の範囲の請求項 11に記載の如く、管状の被探傷材を超音波探傷するための超音波探触子であって、環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、前記環状の曲面は、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心を通らず且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面で切断して得られる曲面であることを特徴とする超音波探触子としても提供される。

[0044] 斯カる超音波探触子によれば、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心を通らず且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面で切断して得られる環状の曲面に沿つて複数の振動子が配列されているため、各振動子から送信された超音波は、回転楕円体の中心に向力つて伝搬される。そして、長径方向が管状被探傷材の軸方向に沿い、短径方向が管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ回転楕円体の中心が管状被探傷材の軸心に正対するように、本発明に係る超音波探触子を管状被探傷材に対して対向配置すると共に、例えば、検出対象とする所定の傾斜角度を有するきずの延びる方向と超音波の伝搬方向とが直交するように、超音波を送信する振動子を選択 (検出対象とするきずの傾斜角度の数に等、数の振動子を選択)すれば良!、。この際、回転楕円体の中心から見た各振動子の仰角は、各振動子の配列された位置によつて異なるため、各振動子から送信された超音波の管状被探傷材への入射角も異なることになる。従って、超音波探触子の形状 (環状の曲面の形状)を適切に設定すれば、各振動子から送信される超音波の伝搬方向を検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、外面屈折角 Θ k及び Z又は内面屈折角 Θ rを略一定にすることができ、各きずの傾斜角度に関わらずに同等の反射エコー強度を得ることが可能である。このようにして、超音波の伝搬方向の数に等しい数の振動子を選択し、当該選択した各振動子から超音波を送受信するように構成すれば、種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。

[0045] また、選択した各振動子力それぞれ超音波を略同時に送受信することにより、種々の傾斜角度を有するきずを高速に探傷することが可能である。

[0046] 以上のように、本発明に係る超音波探触子によれば、管状被探傷材の軸方向に対して種々の傾斜角度を有するきずを高精度に且つ高速に探傷することが可能である

[0047] 好ましくは、請求の範囲の請求項 12に記載の如ぐ前記超音波探触子は、前記回転楕円体の中心を通り且つ前記 2つの平行な平面に直交する直線に沿って配置された少なくとも 1つの垂直探触子を更に備える。

[0048] 斯カる好ましい発明によれば、環状の曲面に沿って配列された複数の振動子による探傷 (斜角探傷)に加えて、垂直探触子 (管状被探傷材の外面に対して垂直に超音波を入射可能な探触子）による垂直探傷が可能となるため、管状被探傷材の斜角探傷と同時に、管状被探傷材の肉厚測定ゃラミネーシヨンの検出などが可能であるという利点を有する。

[0049] また、前記課題を解決するべぐ本発明は、請求の範囲の請求項 13に記載の如く、長径方向が探傷材である管状被探傷材の軸方向に沿い、短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように前記管状被探傷材に対向配置された請求項 11又は 12に記載の超音波探触子と、前記超音波探触子による超音波の送受信を制御する送受信制御手段とを備え、前記送受信制御手段は、前記複数の振動子の内、少なくとも 2つ以上の振動子力前記管状被探傷材に対して超音波を送受信させることを特徴とすることを特徴とする超音波探傷装置としても提供される。

[0050] 斯カる発明によれば、送受信制御手段によって、超音波の伝搬方向の数 (検出対象とするきずの傾斜角度の数）に等しい数の振動子を選択し、当該選択した各振動子力超音波を送受信することにより、種々の傾斜角度を有するきずを高精度且つ高速に探傷することが可能である。

[0051] ここで、前記超音波探触子を前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の外面近傍から外れるように配置した場合、各振動子から送信された超音波の管状被探傷材への入射点が各振動子毎に異なることになる。従って、前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の外面近傍に位置するように超音波探触子を配置することを前提にして、各振動子から送信される超音波の伝搬方向を検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、外面屈折角及び Z又は内面屈折角を略一定にすることができるように超音波探触子の形状 (環状の曲面の形状)を決定したとしても、超音波の管状被探傷材への入射点が各振動子毎に異なることに起因して、特に小径の管状被探傷材 (外径 100mm以下)の場合には、予定通りの超音波の伝搬挙動を得ることができず (超音波の伝搬方向に応じて外面屈折角及び Z又は内面屈折角がー定にならず）、ひいてはきず検出能が低下することが懸念される。

[0052] 従って、好ましくは、請求の範囲の請求項 14に記載の如ぐ前記超音波探触子は、前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の外面近傍に位置するように配置される。

[0053] 斯カゝる好まヽ構成によれば、各振動子から送信された超音波の管状被探傷材への入射点が略一致することになるため、予定通りの超音波の伝搬挙動を得ることができ (超音波の伝搬方向に関わらず外面屈折角及び Z又は内面屈折角が略一定になり）、ひいては種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。

[0054] また、好ましくは、請求の範囲の請求項 15に記載の如ぐ前記送受信制御手段は、前記管状被探傷材に対して超音波を送受信する少なくとも 2つ以上の振動子の内、一の振動子力送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングと、他の振動子から送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるように、前記一の振動子及び前記他の振動子の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御する。

[0055] 斯かる好ましい構成によれば、一の振動子から送信された超音波の管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングと、他の振動子力送信された超音波の管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるように (例えば、送信される超音波のパルス幅以下の時間差となるように）、一の振動子及び他の振動子の超音波の送信タイミング又は受信タイミングが制御されるため、たとえ各振動子で受信した反射エコーを合成し、当該合成した反射エコーに基づいてきずを検出する構成を採用したとしても、管状被探傷材内外面近傍での不感帯を低減することが可能である。

[0056] ここで、前記超音波探触子を構成する各振動子から送信される超音波の伝搬方向を検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、外面屈折角及び Z又は内面屈折角を略一定にすることができるように超音波探触子の形状 (環状の曲面の形状)を設定する場合、管状被探傷材の肉厚対外径比等に応じて適切な超音波探触子の形状が異なる一方、いったん形状が設定されれば、各振動子から送信される超音波の入射角は各振動子毎に固定の値となる。従って、多種多様の肉厚対外径比等を有する管状被探傷材に対して、適切な形状の超音波探触子をそれぞれ個別に用意しなければならず、コストやメンテナンス性の点で問題がある。

[0057] 従って、請求の範囲の請求項 16に記載の如ぐ前記複数の振動子のそれぞれから前記管状被探傷材に送信する超音波の入射角を調整する調整手段を具備することが好ましい。

[0058] 斯カる好ましい構成によれば、同一形状の超音波探触子であっても、各振動子から送信される超音波の伝搬方向を検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、外屈折角及び Z又は内面屈折角を略一定にすることができるように、複数の振動子のそれぞれから管状被探傷材に送信する超音波の入射角を微調整可能であるため、多種多様な形状の超音波探触子を用意する必要が無ぐコストやメンテナンス性に優れると!、う利点が得られる。

[0059] なお、前記調整手段としては、例えば、機械的な偏角機構を採用することができる。

その他、請求の範囲の請求項 17に記載の如ぐ前記複数の振動子のそれぞれは、各振動子の径方向に沿って短冊状に分割された複数の圧電素子を備え、前記調整手段は、前記複数の圧電素子による超音波の送受信タイミングを電気的に制御することによって、前記管状被探傷材に送信する超音波の入射角を調整することも可能である。

[0060] 斯カる好ましい発明によれば、機械的な偏角機構を採用する場合に比べて、容易且つ再現性良く入射角を調整することが可能である。

[0061] また、好ましくは、請求の範囲の請求項 18に記載の如ぐ前記超音波探傷装置は、前記管状被探傷材の軸方向に直交する平面内での前記管状被探傷材に対する前記超音波探触子の相対位置を略一定に保持する追従装置を備える。

[0062] 斯カる好ま、発明によれば、超音波探触子を管状被探傷材の周方向に沿って相対的に回転させると共に、管状被探傷材の軸方向に沿って相対的に移動させて超音波探傷する際に、管状被探傷材の断面形状が真円でなかったり、軸方向の曲がりが生じていたとしても、追従装置によって、管状被探傷材に対する超音波探触子の相対位置を略一定に保持することが可能である。従って、上記好ましい構成によれば、超音波探触子を管状被探傷材に対して相対的に回転させ軸方向に移動させても、各振動子力も管状被探傷材への超音波の入射角の変動が抑制され、ひいてはきず検出能を略一定に保つことが可能である。

[0063] 前記追従装置としては、接触式の変位計を用いた追従装置や、鞍型シユーなどの接触式の機械部品から構成される追従装置を採用することも可能である。し力しながら、これらの追従装置を採用する場合には、下記のような問題がある。

(1)管状被探傷材の先後端部において、接触式の変位計や接触式の機械部品が管状被探傷材の外面に接触する際に、或いは外面力離れる際にガタつきやすい。このため、管状被探傷材の先後端部での追従性が低下しやすい。

(2)接触式の追従装置の場合、管状被探傷材外面の僅かな凹凸によって追従性が低下する場合がある (管状被探傷材外面の凹凸性状に鋭敏すぎる)。

(3)繰り返し使用することにより、接触式変位計又は接触式機械部品が摩耗し、これにより追従性が低下する（頻繁にメンテナンスする必要がある）。

そして、上記（1)〜（3)の追従性低下に起因して、きず検出能も低下するおそれがある。

[0064] 従って、好ましくは、請求の範囲の請求項 19に記載の如ぐ前記追従装置は、前記管状被探傷材の外面までの距離を測定する 1つ以上の非接触式変位計と、前記管状被探傷材の軸方向に直交する 2つの軸方向に沿って前記超音波探触子を移動させる位置決め機構と、該位置決め機構を制御する位置決め制御手段とを備え、前記位置決め制御手段は、前記非接触式変位計で測定した距離に基づいて、前記管状被探傷材に対する前記超音波探触子の相対位置が略一定となるように前記位置決め機構を制御する。

[0065] 斯カる好ま、発明によれば、管状被探傷材に接触しな!、非接触式変位計を用いて算出した超音波探触子と管状被探傷材の外面までの距離に基づいて、管状被探傷材に対する超音波探触子の相対位置が略一定となるように位置決め機構を制御する (超音波探触子の位置を調整する)ため、前述した接触式追従装置を採用する場合に比べて、良好な追従性を得ることができ、ひいては良好なきず検出能を得ることが可能である。

[0066] また、前記課題を解決するべぐ本発明は、請求の範囲の請求項 20に記載の如く、請求項 13から 19の何れかの超音波探傷装置を用いて、前記超音波探触子を前記管状被探傷材の周方向に沿って相対的に回転させると共に、前記管状被探傷材の軸方向に沿って相対的に移動させることにより、前記管状被探傷材の全長又はその一部を探傷することを特徴とする超音波探傷方法としても提供される。

[0067] さらに、前記課題を解決するべぐ本発明は、請求の範囲の請求項 21に記載の如ぐ素材ビレットを穿孔加工することによって継目無管を製造する第 1工程と、前記第 1工程によって製造された継目無管を請求項 1から 8、 20の何れかに記載の超音波探傷方法を用いて探傷する第 2工程とを含むことを特徴とする継目無管の製造方法としても提供される。

図面の簡単な説明

[0068] [図 1]図 1は、従来のアレイ型超音波探触子を適用した探傷方法における傾斜きずの傾斜角度と反射エコー強度との関係の一例を示す図である。

[図 2]図 2は、従来のアレイ型超音波探触子を適用した探傷方法における傾斜きずの傾斜角度と傾斜きずへの超音波の入射角との関係を示す図である。

[図 3]図 3は、本発明の第 1実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。

[図 4]図 4は、図 3に示す超音波探傷装置における超音波の伝搬挙動を示す説明図であり、図 4 (a)は斜視図を、図 4 (b)は管周方向断面図を、図 4 (c)は管軸方向断面図を、図 4 (d)は超音波伝搬面に沿った断面図を示す。

[図 5]図 5は、本発明の第 2実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図であり、 05 (a)は斜視図を、図 5 (b)は平面図を、図 5 (c)は側面図を、図 5 (d)は説明図を示す。

[図 6]図 6は、図 5に示す超音波探傷装置における超音波の伝搬挙動を示す説明図であり、図 6 (a)は斜視図を、図 6 (b)は管周方向断面図を、図 6 (c)は平面図を、図 6 (d)は超音波伝搬面に沿った断面図を示す。

[図 7]図 7は、本発明の実施例 1に係る超音波探傷装置によって探傷試験を実施することにより得られた各内面きずでの反射エコー強度を示す。

[図 8]図 8は、本発明の実施例 1において、各振動子の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御しない場合に得られる波形例を示す。

[図 9]図 9は、本発明の実施例 1において、各振動子の超音波の送信タイミングを制御した場合に得られる波形例を示す。

[図 10]図 10は、本発明の実施例 2に係る超音波探傷装置によって探傷試験を実施することにより得られた各内面きずでの反射エコー強度を示す。

[図 11]図 11は、本発明の実施例 3に係る超音波探傷装置によって探傷試験を実施することにより得られた各 tZDの鋼管に形成した各内面きずでの反射エコー強度を示す。

[図 12]図 12は、本発明の実施例 4に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図であり、図 12 (a)は正面視断面図を、図 12 (b)は平面図を、図 12 (c)は側面視断面図を示す。

[図 13]図 13は、本発明の実施例 4に係る超音波探傷装置が備える追従装置の概略構成を示す図である。

[図 14]図 14は、本発明の実施例 4に係る超音波探傷装置において、 1つの振動子のみで超音波を送受信した場合に得られる探傷波形の一例を示す。

[図 15]図 15は、本発明の実施例 4に係る超音波探傷装置において、 4つの各振動子の受信タイミングが略同一になるように制御して、各振動子で超音波を送受信した場合に得られる探傷波形の一例を示す。

[図 16]図 16は、本発明の実施例 4に係る超音波探傷装置における超音波の伝搬挙動を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

[0069] 以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態について、鋼管などの管に適用する場合を例に挙げて説明する。

[0070] <第 1実施形態 >

図 3は、本発明の第 1実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図である。図 4は、図 3に示す超音波探傷装置における超音波の伝搬挙動を示す説明図であり、図 4 (a)は斜視図を、図 4 (b)は管周方向断面図を、図 4 (c)は管軸方向断面図を、図 4 (d)は超音波伝搬面（図 4 (a)に示す点 0、点 A及び点 Bを含む面）に沿つた断面図を示す。図 3に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置 100は、管 Pを超音波探傷するための超音波探傷装置であって、行方向及び列方向にそれぞれ複数の振動子 11が平面上又は曲面上にマトリックス状に配列（図 3に示す例では、行方向に湾曲した円筒上にマトリックス状に配列）された超音波探触子 1と、超音波探触子 1による超音波の送受信を制御する送受信制御手段 2と備えている。また、本実施形態に係る超音波探傷装置 100は、管 Pからの反射エコー (より具体的には、後述する波形合成回路 223で合成された反射エコー）の振幅を所定のしき!/ヽ値と比較することにより、管 Pに存在するきずを検出するきず判定回路 3と、きず判定回路 3 によってきずが検出された場合に所定の警報等を出力するための警報等出力手段 4 とを備えている。

[0071] 超音波探触子 1は、前記行方向が管 Pの軸方向に沿い、前記列方向が管 Pの周方向に沿うように管 Pに対向配置されて！ヽる。

[0072] 本実施形態に係る送受信制御手段 2は、送信回路 21と、受信回路 22と、制御回路 23とを具備する。送信回路 21は、各振動子 11にそれぞれ接続され各振動子 11から超音波を送信させるためのパルス信号を供給するパルサー 211と、各パルサー 211 力各振動子 11に供給するパルス信号の遅延時間を設定するための遅延回路 212 とを具備する。受信回路 22は、各振動子 11にそれぞれ接続され各振動子 11で受信した反射エコーを増幅するためのレシーバ 221と、各レシーバ 221で増幅された反射エコーの遅延時間を設定するための遅延回路 222と、各遅延回路 222で遅延時間を設定された反射エコーを合成するための波形合成回路 223とを具備する。制御回路 23は、配列された複数の振動子 11の内、超音波を送受信する振動子 11を選択すると共に、当該選択した各振動子 11についての遅延回路 212又は遅延回路 22 2で設定される遅延時間を決定するように動作する。

[0073] 以上の構成を有する送受信制御手段 2 (制御回路 23)は、マトリックス状に配列された複数の振動子 11の内、所定の列に配列された一の振動子 11を含む一つ以上の振動子 11力なる一の振動子群を選択し、当該選択した一の振動子群力管 Pの軸方向に対して所定の角度を成す方向に超音波を送受信させる一方、マトリックス状に配列された複数の振動子 11の内、前記一の振動子 11とは異なる列に配列された他の振動子 11を含む一つ以上の振動子 11からなり前記一の振動子群とは前記列方向に重心の異なる他の振動子群を選択し、当該選択した他の振動子群から管 Pの軸方向に対して前記所定の角度とは異なる角度を成す方向に超音波を送受信させる。

[0074] 以下、図 4を適宜参照しつつ、上記送受信制御手段 2 (制御回路 23)の動作について、より具体的に説明する。図 4に示すように、超音波探触子 1を構成する各振動子 1 1から送信された超音波は、管 Pの外面における点 O力入射した後、管 Pの内面における点 Aで反射し、管 Pの外面における点 Bに到達する。そして、点 O力も入射した超音波の伝搬方向（入射点 Oを含む管 Pの接平面の法線方向から見た伝搬方向）と、入射点 Oを通る管 Pの周方向接線 Lとの成す角度 (伝搬角度)を γ (以下、適宜「伝搬方向 0」ともいう）とし、点 Βにおける外面屈折角（図 4 (d)に示す超音波伝搬面において、管 Ρの点 Βにおける法線 L1と超音波ビーム Uとの成す角度）を 0 rとし、点 A における内面屈折角（図 4 (d)に示す超音波伝搬面において、管 Pの点 Aにおける法線 L2と超音波ビーム Uとの成す角度）を Θ kとした場合、 Θ r Θ k及び γは、それぞれ以下の式（1) （3)で表される。

[数 9]

- 1 2 1

0 r=sin ( { (Vs/Vi) - (sin ^ i + cos ^S i - sin \ ) } ) ■■■ ( "

Θ k = cos (cos Θ r^e cos —sin Θ r- cos γ ^m s\n φ ) 2)

- 1 , sin β i x

=tan ( ^τ-^—— ~ ) ■■■ (3)

cos sin I

[0075] ここで、上記式（1)及び式（3)において、ひ iは管 Pへの超音波の周方向入射角（管周方向断面において、管 Pの点 Oにおける法線 L3と超音波ビーム Uとの成す角度、図 4 (b)参照）を、 β iは管 Ρへの超音波の軸方向入射角（管軸方向断面にお!、て、管 Pの点 Oにおける法線 L4と超音波ビーム Uとの成す角度、図 4 (c)参照）を意味する。また、上記式（1)において、 Vsは管 P中を伝搬する超音波の伝搬速度を、 Viは振動子 11と管 Pとの間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。さらに、上記式（2)において、 φは、図 4(b)に示す管軸方向断面において、管中心 C及び点 Oを通る直線と、管中心 C及び点 Aを通る直線との成す角度 (管中心 C及び点 Aを通る直線と、管中心 C及び点 Bを通る直線との成す角度に等しい）を意味し、下記の式 (4)で表される。

[数 10]

0=sin"¹(k-sin0')-0' …（4)

[0076] そして、上記式 (4)にお、て、 k及び Θ 'は、それぞれ下記の式（5)及び（6)で表される。

[数 11] —2 ) -⁽⁵⁾

θ' =cos "tan0r …（6)

[0077] 上記式（1)及び式（3)から、外面屈折角 Θ r及び超音波の伝搬角度 γは、管 Ρへの超音波の周方向入射角 ai及び管 Ρへの超音波の軸方向入射角 j8iによって決定する。また、上記式（1)〜（6)を用いて、内面屈折角 0 kも同様に、周方向入射角 ai及び軸方向入射角 j8iによって決定する（ただし、厳密には、管 Pの肉厚対外径比によつて決まる φの影響も受ける)。

[0078] ここで、前述したように、特許文献 2に記載の方法では、超音波探触子を管 Pの軸心から偏芯させて配置する際の偏芯量を一定にする（すなわち、偏芯量に応じて決定される管 Pへの周方向入射角 aiを一定にする）条件下で、超音波の伝搬方向と傾斜きずの延びる方向とが直交するように、超音波の管 Pの軸方向に対する傾斜角度のみを変更（軸方向入射角 j8iのみを変更）する。この軸方向入射角 j8iのみを変更する方法は、上記式（1)及び式（2)からも導出できるが、外面屈折角 0r及び内面屈折角 Θ kが、それぞれ軸方向入射角 |8 iの変更に応じて変化するため、前述の本発明者の知見のように、超音波の伝搬方向に応じて (傾斜きずの傾斜角度に応じて)反射エコーの強度が異なってしま、、ひ、てはきず検出能が変化する。

[0079] これに対し、本実施形態に係る超音波探傷装置 100では、前述のように、送受信制御手段 2 (制御回路 23)が、まず最初に、マトリックス状に配列された複数の振動子 1 1の中から、少なくとも一つの振動子 11を含む一の振動子群を選択し、当該選択した一の振動子群から管 P内の一の伝搬方向 γに超音波を送受信させるように動作する。より具体的に説明すれば、制御回路 23は、検出対象とする所定の傾斜角度を有するきず (第 1のきず)の延びる方向と直交する超音波の伝搬方向 Ίが得られるように、上記式（3)に基づいて、周方向入射角 a i及び軸方向入射角 j8 iを決定し、これら及び β iが得られる振動子群を選択する。

[0080] 次に、送受信制御手段 2 (制御回路 23)は、マトリックス状に配列された複数の振動子 11の内、前記一の振動子群を構成する振動子 11とは行方向及び列方向の位置が異なる少なくとも一つの振動子 11を含む他の振動子群を選択し、当該選択した他の振動子群から管 P内の前記一の伝搬方向 _Ίとは異なる他の伝搬方向 γに超音波を送受信させるように動作する。より具体的に説明すれば、制御回路 23は、検出対象であり且つ前記第 1のきずとは異なる傾斜角度を有するきず (第 2のきず)の延びる方向と直交する超音波の伝搬方向 γが得られるように、上記式（3)に基づいて、周方向入射角 a i及び軸方向入射角 β iを決定し、これら a i及び β iが得られる他の振動子群を選択する。この際、他の振動子群は、一の振動子群を構成する振動子とは行方向及び列方向の位置が異なる振動子を含むため、一の振動子群力送受信される超音波の周方向入射角 a iと、他の振動子群から送受信される超音波の周方向入射角 a iとは異なる。また、他の振動子群は、一の振動子群とは超音波の伝搬方向 Ύが異なるため、一の振動子群力送受信される超音波の軸方向入射角 j8 iと、他の振動子群から送受信される超音波の軸方向入射角 i8 iとは異なる。さらに具体的に説明すれば、他の振動子群を選択するに際しては、一の振動子群についての周方向入射角 a i及び軸方向入射角 j8 iとは異なる（式（3)に基づいて、第 2のきずの延びる方向と直交する超音波の伝搬方向 γが得られる a i及び j8 iとする）と共に、上記式（1 )で決定される外面屈折角 0 r及び上記式（2)で決定される内面屈折角 0 kの双方がそれぞれ一の振動子群についての Θ r及び Θ kと略同等になるように、他の振動子群についての周方向入射角 a i及び軸方向入射角 j8 iを決定し、当該 a i及び j8 iが得られるように、他の振動子群の内の各振動子 11が選択される。

[0081] 以上に説明した送受信制御手段 2 (制御回路 23)の動作により、第 1のきず及び第 2のきずの双方について、超音波の伝搬方向 γを直交させると同時に、屈折角（ Θ r 、 Θ k)を略一定にすることができ、各きずの傾斜角度に関わらずに同等の反射ェコ一強度を得ることが可能である。このようにして、検出対象とするきずの傾斜角度の数に等、数の振動子群を選択し、当該選択した各振動子群から超音波を送受信すれば、種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。また、選択した各振動子群力それぞれ超音波を略同時に送受信することにより、種々の傾斜角度を有するきずを高速に探傷することが可能である。

[0082] なお、本実施形態に係る超音波探傷装置 100では、曲面上にマトリックス状に配列

(行方向に湾曲した円筒上にマトリックス状に配列）された超音波探触子 1を用いているため、各振動子 11から送受信される超音波の軸方向入射角 j8 iは、前記曲面の曲率半径及び各振動子 11の位置に応じて決まる。従って、振動子群を選択する際には、複数の振動子 11の内、決定した軸方向入射角 j8 iが得られる振動子群を単純に選択すればよい。し力しながら、本発明はこれに限るものではなぐ複数の振動子 11 が平面上にマトリックス状に配列された超音波探触子を採用することも可能である。この場合には、選択した振動子群力決定した軸方向入射角 |8 iで超音波が送受信されるように、前記選択した振動子群の内の各振動子 11による超音波の送受信タイミングを制御回路 23によって制御すれば良い。

[0083] 本実施形態に係る超音波探傷装置 100では、前述のように、回路構成を簡略化して製造コストを低減するべぐ波形合成回路 223によって各振動子 11で受信した反射エコーを合成し、当該合成した反射エコーに基づいて、きず判定回路 3できずを検出する。このため、本実施形態に係る送受信制御手段 2 (制御回路 23)は、好ましい構成として、前記一の振動子群力送信された超音波の管 P表面での反射エコーの受信タイミングと、前記他の振動子群力送信された超音波の管 P表面での反射ェコ一の受信タイミングとが略同一となるように（例えば、送信される超音波のパルス幅以下の時間差となるように）、前記一の振動子群及び前記他の振動子群の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御（対応する遅延回路 212又は遅延回路 222の遅延時間を設定)している。

[0084] 斯カる好ましい装置により、一の振動子群力送信された超音波の管 P表面での反射エコーの受信タイミングと、他の振動子群から送信された超音波の管 P表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるため、上記のように波形合成回路 223によって各振動子 11 (各振動子群)で受信した反射エコーを合成しても、各振動子群で受信した管表面（内外面)での反射エコーが連続し或いは一部が重なり合うことにより反射エコー全体の幅が拡大するという状況が生じ難ぐ管 P内外面近傍での不感帯を低減することが可能である。

[0085] <第 2実施形態 >

図 5は、本発明の第 2実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す模式図であり、図 5 (a)は斜視図を、図 5 (b)は平面図を、図 5 (c)は側面図を、図 5 (d)は説明図を示す。図 6は、図 5に示す超音波探傷装置における超音波の伝搬挙動を示す説明図であり、図 6 (a)は斜視図を、図 6 (b)は管周方向断面図を、図 6 (c)は平面図を、図 6 (d)は超音波伝搬面（図 6 (b)に示す点 0、点 A及び点 Bを含む面）に沿った断面図を示す。図 5に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置 100Aは、第 1 実施形態に係る超音波探傷装置 100と同様に、管 Pを超音波探傷するための超音波探傷装置であって、超音波探触子 1Aと、超音波探触子 1Aによる超音波の送受信を制御する送受信制御手段 2Aとを備えている。また、本実施形態に係る超音波探傷装置 100Aは、第 1実施形態に係る超音波探傷装置 100と同様に、管 Pからの反射エコーの振幅を所定のしきい値と比較することにより、管 Pに存在するきずを検出するきず判定回路 3と、きず判定回路 3によってきずが検出された場合に所定の警報等を出力するための警報等出力手段 4とを備えている。なお、送受信制御手段 2Aの機器構成については、第 1実施形態に係る超音波探傷装置 100の送受信制御手段 2と同様であるので、その詳細な説明は省略する。

[0086] 超音波探触子 1Aは、環状の曲面に沿って配列された複数の振動子 11を備え、前記環状の曲面は、所定の回転楕円体 Mを、当該回転楕円体 Mの中心 Oを通らず且つ当該回転楕円体の中心 Oを挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面 S1及び S2で切断して得られる曲面である（図 5 (c)、図 5 (d)参照)。そして、超音波探触子 1Aは、その長径方向（図 5 (b)に示す X方向）が管 Pの軸方向に沿い、短径方向（図 5 (b)に示す y方向）が管 Pの周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体 Mの中心 Oが管 Pの軸心に正対するように管 Pに対向配置される。

[0087] 送受信制御手段 2Aは、複数の振動子 11の内、少なくとも 2つ以上の振動子 11から管 Pに対して超音波を送受信させるように動作する。

[0088] 以下、図 6を参照して、超音波探触子 1Aの形状 (環状の曲面の形状)を決定する具体的方法について説明する。超音波探触子 1Aの形状を決定する際には、図 6に示すように、前記回転楕円体 Mの中心 Oが管 Pの外面近傍に位置する（従って、各振動子 11力送信された超音波が前記中心 Oを入射点として管 Pに入射する)ように超音波探触子 1Aを配置した状態を考える。

[0089] 図 6に示すように、超音波探触子 1Aを構成する各振動子 11から送信された超音波は、管 Pの外面における点 0 (回転楕円体の中心 O)から入射した後、管 Pの内面における点 Aで反射し、管 Pの外面における点 Bに到達する。そして、点 O力も入射した超音波の伝搬方向（入射点 Oを含む管 Pの接平面の法線方向から見た伝搬方向）と、入射点 Oを通る管 Pの周方向接線 Lとの成す角度 (伝搬角度)を γ (以下、適宜「伝搬方向 0」ともいう）とし、点 Βにおける外面屈折角（図 6 (d)に示す超音波伝搬面において、管 Ρの点 Βにおける法線 L1と超音波ビーム Uとの成す角度）を 0 rとし、点 A における内面屈折角（図 6 (d)に示す超音波伝搬面において、管 Pの点 Aにおける法線 L2と超音波ビーム Uとの成す角度）を 0 kとする。また、管 Pへの超音波の入射角（図 6 (d)に示す超音波伝搬面において、管 Pの入射点 Oにおける法線 L3と入射する超音波ビーム Uとの成す角度）を Θ wとし、管 Pでの超音波の屈折角（図 6 (d)に示す超音波伝搬面において、管 Pの入射点 Oにおける法線 L3と入射後の超音波ビーム Uとの成す角度）を 0 sとする。

[0090] 入射角 Θ wで管 Pに入射した超音波は、幾何光学的な伝搬挙動を示す。すなわち、入射角 Θ wで管 Ρに入射した超音波は、スネルの法則に従って決定される屈折角 Θ sで管 Ρ内に伝搬することになる。そして、幾何学的に導出されるように、外面屈折角 Θ rは、屈折角 Θ sと等しくなる。つまり、下記の式（7)が成立する。

[数 12] sin 0 r=Vs/Vi - sin 0 w …（フ) ここで、上記式（7)において、 Vsは管 P中を伝搬する超音波の伝搬速度を、 Viは超音波探触子 1Aと管 Pとの間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。

[0091] 一方、前述した式（2)で表される内面屈折角 Θ kは、上記式（7)及び前述した式（3 )〜（6)力も導出されるように、入射角 Θ w、伝搬角度 γ及び管 Ρの肉厚対外径比 tZ Dの関数となる。そして、超音波の伝搬方向 γが管 Ρの軸方向に一致する (すなわち、伝搬角度 γ = 90° )ときに最小値となって、外面屈折角 0 r ( =屈折角 Θ s)と等しくなり、超音波の伝搬方向 γが管 Ρの周方向に一致する (すなわち、伝搬角度 γ =0 ° )ときに最大値となって、以下の式 (8)で表される。

[数 13]

Q k^sin^C

1 - 2 (t/D、) ^ ) - - - (8)

[0092] ここで、管 Pの肉厚対外径比 tZDが数％程度であれば、上記式 (8)によって算出される内面屈折角 Θ kと外面屈折角 Θ rとの差は 10° 程度の範囲内に収まる。従って、管 Pの軸方向に延びる内面きず (伝搬方向 γが管 Ρの周方向に一致する超音波によつて検出）を検出する場合の内面屈折角 Θ kと、管 Pの周方向に延びる内面きず (伝搬方向 γが管 Pの軸方向に一致する超音波によって検出）を検出する場合の内面屈折角 Θ k (= Θ s)との差力 10° 程度の範囲内に収まることになり、両内面きずの検出能に有意差は生じない。し力しながら、管 Pの tZDが 15%以上になると、上記式（8) によって算出される内面屈折角 Θ kは、外面屈折角 Θ sに対して 20° 以上も大きくなり（すなわち、伝搬方向 γを管 Pの軸方向から周方向に変更することにより、内面屈折角 Θ kは 20° 以上も大きくなり）、管 Pの軸方向に延びる内面きずの検出能が大きく低下する。同様にして、管 Pの軸方向と周方向の間の傾斜角度を有する内面きずについても、内面屈折角 0 kの増加に伴って検出能が低下する。

[0093] 以上に説明した内面屈折角 0 kの変動に伴うきずの検出能低下を抑制するには、超音波の伝搬方向 Ίに応じて (すなわち、超音波の伝搬方向 γに直交するきずの傾斜角度に応じて）、各伝搬方向 Ίに対応する内面屈折角 Θ kが略一定の値となるように、各伝搬方向 Ίに対応する屈折角 Θ sを変更 (すなわち、入射角 Θ wを変更)すればよい。

[0094] そこで、本実施形態に係る超音波探触子 1Aは、各振動子 11から送信される超音波の伝搬方向 γに応じて、各伝搬方向 γに対応する内面屈折角 Θ kが略一定の値となるように、各伝搬方向 γに対応する入射角 Θ wが変化する形状に設計されている。前述のように、超音波探触子 1Aは、環状の曲面に沿って配列された複数の振動子 11を備え、前記環状の曲面は、所定の回転楕円体 Μを、当該回転楕円体 Μの中心 Οを通らず且つ当該回転楕円体 Μの中心 Οを挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面 S1及び S2 (図 5 (c)、図 5 (d)参照）で切断して得られる曲面である。これにより、各振動子 11から送信される超音波の伝搬方向 γは 180° 〜180° の範囲内にある。また、回転楕円体 Μの中心 Οから見た各振動子 11の仰角は、各振動子 11の配列された位置によって異なる。換言すれば、超音波探触子 1Aの長径、短径及び超音波探触子 1Aの前記回転楕円体 Μの中心 Οからの距離に応じて各振動子 11の仰角は定まり、各振動子 11の配列された位置に応じて (各振動子 11から送信される超音波の伝搬方向 γに応じて)仰角が異なる。この仰角を 90° 力も減算した角度が入射角 Θ wに相当する。従って、本実施形態に係る超音波探触子 1Aは、超音波探触子 1Aの長径、短径及び超音波探触子 1Aの前記回転楕円体 Μの中心 Οからの距離を適切に設定することにより、各振動子 11から送信される超音波の伝搬方向 γに応じて、各伝搬方向 γに対応する内面屈折角 Θ kが略一定の値となるように、各伝搬方向 γに対応する入射角 Θ wが変化する形状に設計される。

[0095] より具体的に説明すれば、図 5に示すように、超音波探触子 1Aの長径を 2χ、短径を 2y、超音波探触子 1 Aの回転楕円体 Mの中心 Oからの距離 (回転楕円体 Mの中心 Oから平面 S1及び S2までの平均距離)を hとしたとき、超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信される超音波の入射角 0 w ( Θ wlと称する）と、超音波探触子 1Aの短径部に位置する振動子 11から送信される超音波の入射角 Θ w ( Θ w2と称する）とは、それぞれ以下の式（9)及び（10)で表される。

[数 14] θ ννΊ =tan^{_ 1} (x/h) - - - (9)

0 _w2 =tan (yZh) ■■■ ( 1 0)

[0096] そして、上記式（9)及び（10)で表される入射角 Θ wl及び Θ w2が、以下の式（11) を満足するように、探傷する管 Pの tZDに応じて、超音波探触子 1Aの形状 (x、 y及び h)を決定する。

[数 15]

Sin 0 w2 = sin 0 w1 - { 1 - 2 (t/D) } ■■■( " )

[0097] 入射角 Θ wl及び Θ w2が上記式（11)を満足することにより、超音波の伝搬方向 γ が管 Ρの軸方向に一致する場合 (超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11 から超音波を送信した場合）における内面屈折角 Θ kと、超音波の伝搬方向 γが管 Ρ の周方向に一致する場合 (超音波探触子 1Aの短径部に位置する振動子 11から超音波を送信した場合）における内面屈折角 Θ kとが略等しくなる。これにより、超音波の伝搬方向 Ίが管 Pの軸方向と周方向の間にある場合についても、略等しい内面屈折角 Θ kが得られる。すなわち、超音波の伝搬方向 γがー 180° 〜180° の範囲内の何れであっても、略等しい内面屈折角 Θ kが得られる。

[0098] なお、入射角 Θ wl及び Θ w2が上記式（11)を満足すれば、超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信した超音波の内面屈折角 Θ k (以下、適宜 Θ k 1と称する）と、超音波探触子 1Aの短径部に位置する振動子 11から送信した超音波の内面屈折角 Θ k (以下、適宜 Θ k2と称する）とが略等しくなる理由は下記の通りである。すなわち、超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信した超音波の屈折角を Θ sl、超音波探触子 1Aの短径部に位置する振動子 11から送信した超音波の屈折角を 0 s2とすると、これら屈折角 0 si及び屈折角 0 s2は、スネルの法則に従って、それぞれ以下の式（ 12)及び（ 13)で表される。 [数 16] sin0s1 =Vs/Vi-sin0w1 … 2)

sin Θ s2 = Vs/Vi-sin Θ w2 ---(13) ここで、上記式（12)及び（13)において、 Vsは管 P中を伝搬する超音波 (横波超音波)の伝搬速度を、 Viは振動子 11と管 Pとの間に充填する接触媒質における超音波 (縦波超音波)の伝搬速度を意味する。

[0099] そして、超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信した超音波は管 Pの軸方向に伝搬するため、図 6を参照して前述したのと同様に、内面屈折角 0klと屈折角 θ siとの間には、以下の式（14)の関係が成立する。一方、超音波探触子 1A の短径部に位置する振動子 11から送信した超音波は管 Pの周方向に伝搬するため、前述した式 (8)と同様に、内面屈折角 Θ k2と屈折角 Θ s2との間には、以下の式（1 5)の関係が成立する。

[数 17]

0k1- 0s1 "'(14)

sin0k2 = sin0s2/{1—2(tZD)} ---(15)

[0100] ここで、 0 kl= 0 k2とすると、 sin Θ kl = sin Θ k2が成立する。そして、 sin Θ k2に上記式（15)及び式（ 13)を適用すれば、以下の式（ 16)の関係が成立する。

[数 18] sin Θ k1 =sin Θ k2

= sin0s2Z{1— 2(tZD)}

=VsZVi'sin0w2Z{1—2(tZD)} ---(16)

[0101] 一方、 sin 0klに上記式（14)及び式（12)を適用すれば、以下の式（17)の関係が成立する。

[数 19] sin Θ k1 =sin Θ s1

=Vs/Vi-sin0w1 ---(17)

[0102] 従って、上記式（16)及び式（17)により、以下の式（18)の関係が成立し、この式（1 8)を整理すれば、上記式（11)が成立する。すなわち、 0 kl= 0 k2のとき上記式（1 1)が成立する。

[数 20]

VsZVi - sin 0 w2Z { 1 -2 (t/D) } =Vs/Vi -sin Θ w1 - - - ( 1 8)

[0103] 以上のように、 0 kl = 0 k2のとき上記式（11)が成立し、逆に上記式（11)を満足すれば、 0 kl = 0 k2が成立する。換言すれば、入射角 Θ wl及び Θ w2が上記式（1 1)を満足すれば、超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信した超音波の内面屈折角 Θ k( Θ kl)と、超音波探触子 1 Aの短径部に位置する振動子 11 から送信した超音波の内面屈折角 0 k( Θ k2)とが略等しくなる。

[0104] 本実施形態に係る超音波探触子 1Aの形状は、以上のようにして決定されるため、各振動子 11から送信される超音波の伝搬方向 γを検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、内面屈折角 0 kを略一定にすることができ、各きずの傾斜角度に関わらずに同等の反射エコー強度を得ることが可能である。このようにして、検出対象とするきずの傾斜角度の数に等しい数の振動子 11を送受信制御手段 2A によって選択し、当該選択した各振動子 11から超音波を送受信すれば、種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。

[0105] なお、上記式（11)を満足する入射角 Θ wl及び Θ w2の組合せ（つまり、 x、 y及び h の組合せ）は種々存在するが、一般的な斜角探傷と同様に管 P内に入射される縦波超音波を少しでも少なくするには、少なくとも超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11 (送信された超音波の管への入射角 Θ w、ひいては屈折角 Θ sが最も大きくなる振動子)から送信される超音波が、 35° 以上の横波屈折角 Θ sで管 P内に伝搬するように超音波探触子 1Aの形状 (x、 y及び h)を決定すればよい。この場合、前述した管 Pの肉厚外径比 (tZD)のみならず、管 P中を伝搬する超音波の伝搬速度及び超音波探触子 1Aと管 Pとの間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度も考慮し、上記式（11)を満足する x、 y及び hの組合せの中から、少なくとも超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信される超音波が、 35° 以上の横波屈折角 Θ sで管 P内に伝搬する組合せを選択する。

[0106] すなわち、好ましくは、超音波探触子 1Aの長径方向が管 Pの軸方向に沿い、超音波探触子 1Aの短径方向が管 Pの周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心 Oが管 Pの軸心に正対して管 Pの外面近傍に位置するように超音波探触子 1Aを管 P に対向配置した場合において、複数の振動子 11の内、少なくとも超音波探触子 1A の長径部に位置する振動子 11から送信される超音波が、 35° 以上の横波屈折角で管 P内に伝搬するように、管 Pの肉厚外径比 (tZD)、管 P中を伝搬する超音波の伝搬速度及び超音波探触子 1Aと管 Pとの間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度に基づいて、超音波探触子 1Aの長径 2x、短径 2y及び超音波探触子 1Aの前記回転楕円体の中心 O力の距離 hが設定される。

[0107] 以上のようにして決定した好ましい形状の超音波探触子 1Aによれば、少なくとも超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信される超音波 (すなわち、管 Pの軸方向に伝搬する超音波）については、管 P内に横波超音波を伝搬させることが可能である。

[0108] 本実施形態に係る超音波探触子 1Aは、前述した形状を決定する際のみならず、実際に探傷する際にも、前記回転楕円体の中心 Oが管 Pの外面近傍に位置するように配置することが好ましい。

[0109] 斯カる好ましい装置により、各振動子 11から送信された超音波の管 Pへの入射点が略一致する（回転楕円体の中心 Oが入射点となる）ことになるため、超音波探触子 1Aの形状を決定した際に予定していた通りの超音波の伝搬挙動を得ることができ（超音波の伝搬方向に関わらず内面屈折角 0 kが略一定になり）、ひいては種々の傾斜角度を有するきずを高精度に探傷することが可能である。

[0110] また、本実施形態に係る超音波探傷装置 100Aの送受信制御手段 2Aは、第 1実施形態に係る送受信制御手段 2と同様に、好ましくは、管 Pに対して超音波を送受信する少なくとも 2つ以上の振動子 11の内、一の振動子 11から送信された超音波の管 P表面での反射エコーの受信タイミングと、他の振動子 11から送信された超音波の管 P表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるように (例えば、送信される超音波のパルス幅以下の時間差となるように）、前記一の振動子 11及び前記他の振動子 11の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御する。

[0111] 斯カる好ましい装置により、一の振動子 11から送信された超音波の管 P表面での反射エコーの受信タイミングと、他の振動子 11から送信された超音波の管 P表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるため、第 1実施形態と同様に波形合成回路（図示せず）によって各振動子 11で受信した反射エコーを合成したとしても、各振動子 11で受信した管 P表面（内外面)での反射エコーが連続し或いは一部が重なり合うことにより反射エコーの幅が拡大するという状況が生じ 1 、管 p内外面近傍での不感帯を低減することが可能である。

[0112] また、前述のように、本実施形態に係る超音波探触子 1Aは、探傷する管 Pの tZD 等に応じて、超音波探触子 1Aの形状 (x、 y及び h)を決定する。換言すれば、探傷する管 Pの tZD等に応じて適切な超音波探触子 1Aの形状が異なる。従って、多種多様の tZD等を有する管に対して、適切な形状の超音波探触子 1Aをそれぞれ個別に用意しなければならず、コストやメンテナンス性の点で問題がある。

[0113] 斯カる問題を解決するには、複数の振動子 11のそれぞれ力管 Pに送信する超音波の入射角 0 wを調整する調整手段を設けることが好ましい。これにより、同一形状 ( x、 y及び h)の超音波探触子 1Aであっても、各振動子 11から送信される超音波の伝搬方向 γを検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、内面屈折角 Θ kを略一定にすることができるように (前述した式（11)を満足するように）、複数の振動子 11のそれぞれ力管 Pに送信する超音波の入射角 Θ wを微調整可能であるため、管 Pの tZD等に応じた多種多様な形状の超音波探触子 1Aを用意する必要が無ぐコストやメンテナンス性に優れるという利点が得られる。

[0114] 前記調整手段としては、例えば、機械的な偏角機構を採用することができる。その他、図 5 (a)に示すように、複数の振動子 11のそれぞれが、各振動子 11の径方向に沿って短冊状に分割された複数の圧電素子 111を備え、前記調整手段 (たとえば、送受信制御手段 2Aが前記調整手段として機能する）が、複数の圧電素子 111による超音波の送受信タイミングを電気的に制御することによって、管 Pに送信する超音波の入射角 Θ wを調整することも可能である。この場合、機械的な偏角機構を採用する場合に比べて、容易且つ再現性良く入射角 Θ wを調整することが可能である。

[0115] なお、本実施形態に係る超音波探触子 1Aの形状によれば、内面屈折角 Θ kを略一定にすることができる一方、外面屈折角 Θ rは、伝搬方向 γに応じて変化することになる。換言すれば、本実施形態に係る超音波探触子 1Aは、種々の傾斜角度を有する内面きずを高精度に探傷する上で好適な形状とされている。これに対して、種々の傾斜角度を有する外面きずを高精度に探傷するには、外面屈折角 0 rを各きずの傾斜角度に関わらずに (すなわち、超音波の伝搬方向 γに関わらずに）略一定にする必要がある。前述のように、外面屈折角 Θ rは屈折角 Θ sと等しいため、斯かる屈折角 Θ sを伝搬方向 γに関わらずに略一定にすれば良ぐこのためには入射角 Θ wを伝搬方向 Ίに関わらずに略一定にすれば良い。入射角 Θ wを超音波の伝搬方向 γ に関わらずに略一定にするには、超音波探触子の長径（2χ)と短径（2y)の長さを略等しい値に設定すれば良い。すなわち、前記回転楕円体を球体とした場合に得られる形状に設定すれば良い。斯カる形状の超音波探触子によれば、外面屈折角 rを伝搬方向 Ίに関わらず略一定にすることができ、種々の傾斜角度を有する外面きずを高精度に探傷することが可能である。

[0116] そして、管 Pにおけるきずの主たる検出対象が内面きず或いは外面きずのいずれであるかに応じて、各きずを検出するのに好適な超音波探触子の形状を選択すれば良い。或いは、内面きず及び外面きずの双方を同等に検出する必要がある場合には、内面きずを検出するのに好適な式（11)を満足する超音波探触子の形状 (x、 y及び h)と、外面きずを検出するのに好適な x=yを満足する超音波探触子の形状との略中間の x、 yの値を有する形状とすれば良い。

[0117] 以下、実施例及び比較例を示すことにより、本発明の特徴をより一層明らかにする

[0118] <実施例 1 (図 3参照） >

図 3に概略構成を示す超音波探傷装置 100によって、鋼管の内面に形成され、それぞれ異なる傾斜角度 (鋼管の軸方向に対して 0° 、 10° 、20° 、30° 、45° の傾斜角度）を有する複数の内面きず (深さ 0. 5mm X長さ 25. 4mm)の探傷試験を実施した。ここで、超音波探触子 1は、長さ 5mm X幅 3mmで発振周波数 2MHzの複数 (30個）の振動子 11を、行方向（鋼管の軸方向）に曲率半径 200mmで湾曲した円筒上にマトリックス状（10行 X 3列）に配列したものとした。以下、適宜、第 1列目に配列した振動子 11を # 1〜# 10、第 2列目に配列した振動子 11を # 1 1〜# 20、第 3列目に配列した振動子 11を # 21〜 # 30と称する。

[0119] 表 1は、第 1列目の振動子 # 1が傾斜角度 0° の内面きず検出に最適となるように、超音波探触子 1の偏芯量を調整 (すなわち、振動子 # 1の周方向入射角 a iを調整）した場合にぉ、て、当該振動子 # 1及びその他の振動子 # 2〜 # 30から送信される超音波の軸方向入射角 β i、超音波の伝搬方向 γ、及び内面屈折角 Θ kを示す。

[表 1]

[0120] ここで、前述した特許文献 2に記載の方法は、言わば第 1列目の振動子 # 1〜# 1 0若しくは第 2列目の振動子 # 11〜 # 20又は第 3列目の振動子 # 21〜 # 30のみを用いて (周方向入射角 a iを一定にした条件で）、軸方向入射角 j8 iを変更し、これにより傾斜方向 _Ίを変更する方法である。し力しながら、表 1から明らかなように、同じ列の振動子 11のみを用いて傾斜方向 γを変更したのでは、内面屈折角 0 kも変化し、これによりきず検出能が変化する。

[0121] これに対し、本実施例の超音波探傷装置 100では、送受信制御手段 2が、マトリツタス状に配列された複数の振動子 11の中から、第 1列目に配列された少なくとも一の振動子 11を含む一の振動子群 (本実施例では、振動子 # 1及び # 3)を選択し、当該選択した一の振動子群力鋼管内の一の伝搬方向に超音波を送受信させるように動作する。また、制御回路 23は、マトリックス状に配列された複数の振動子 11の中から、前記一の振動子群を構成する振動子 11とは行方向及び列方向の位置が異なる少なくとも一つの振動子を含む他の振動子群 (本実施例では、第 2列目の振動子 # 15及び # 17からなる振動子群と、第 3列目の振動子 # 30からなる振動子群)を選択し、当該選択した他の振動子群から鋼管内の他の伝搬方向に超音波を送受信させるように動作する。 [0122] より具体的に説明すれば、本実施例の送受信制御手段 2は、

(1)傾斜角度 0° の内面きずを検出するために第 1列目の振動子 # 1を選択し、

(2)傾斜角度 10° の内面きずを検出するために第 1列目の振動子 # 3を選択し、

(3)傾斜角度 20° の内面きずを検出するために第 2列目の振動子 # 15を選択し、

(4)傾斜角度 30° の内面きずを検出するために第 2列目の振動子 # 17を選択し、

(5)傾斜角度 45° の内面きずを検出するために第 3列目の振動子 # 30を選択し、各選択した振動子 # 1、 # 3、 # 15、 # 17及び # 30から超音波を略同時に送受信するように動作する。

[0123] これにより、表 1から明らかなように、それぞれ異なる傾斜角度を有する各内面きずについて、超音波の伝搬方向 γを直交させる（ γの値と、検出対象とする内面きずの傾斜角度とを略同一にする）と同時に、内面屈折角 0 kを略一定の値 (約 40° )にすることがでさる。

[0124] 図 7は、本実施例に係る超音波探傷装置 100によって探傷試験を実施することにより得られた、各内面きずでの反射エコー強度 (傾斜角度 0° の内面きずにおける反射エコー強度を OdBとしたときの相対強度）を示す。なお、図 7には、比較例として、周方向入射角 a iを一定にした条件で (すなわち、同じ列に配列された振動子 11のみを用いて）、軸方向入射角 j8 iのみを変更することにより、各内面きずに超音波の伝搬方向 γを直交させた場合に得られた各内面きずでの反射エコー強度も示す。図 7に示すように、比較例では、きずの傾斜角度が大きくなるにつれて反射エコー強度が低下し、ひいてはきず検出能が低下するのに対し、本実施例では、傾斜角度 0° 〜45 ° までの内面きずについて略同等の反射エコー強度が得られ、ひいては略一定のきず検出能が得られることが分かる。

[0125] なお、本実施例に係る超音波探傷装置 100では、回路構成を簡略ィ匕して製造コストを低減するべぐ波形合成回路 223によって各振動子 11 (振動子 # 1、 # 3、 # 15 、 # 17及び # 30)で受信した反射エコーを合成し、当該合成した反射エコーに基づいて、きず判定回路 3できずを検出する。そして、送受信制御手段 2は、各振動子 11 力送信された超音波の鋼管表面での反射エコーの受信タイミングが略同一となるように（送信される超音波のパルス幅以下の時間差となるように）、各振動子 11の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御（対応する遅延回路 212又は遅延回路 222の遅延時間を設定)する。

[0126] 図 8は、振動子 # 1及び # 30の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御することなぐ振動子 # 1及び # 30から略同時に超音波を送信した場合における、振動子 # 1及び # 30でそれぞれ受信した反射エコー (振動子 # 1及び # 30でそれぞれ受信した鋼管表面 (外面)での反射エコー、並びに振動子 # 30によって検出した傾斜角度 45° の内面きず力もの反射エコー (きずエコー)）を波形合成回路 223によつて合成することにより得られる波形例を示す。図 8において、波形 E1は振動子 # 3 0で受信した鋼管外面の反射エコーに相当し、波形 E2は振動子 # 1で受信した鋼管外面の反射エコーに相当する。図 8に示すように、振動子 # 1及び # 30の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御しなければ、波形 E1と波形 E2とが連続し或いは一部が重なり合って、鋼管外面の反射エコー全体の幅が拡大することにより、鋼管外面近傍での不感帯が増大する。これは、振動子 # 1から送信された超音波が鋼管外面に到達するまでのビーム路程と、振動子 # 30から送信された超音波が鋼管外面に到達するまでのビーム路程とが異なるために生じる現象である。

[0127] これに対し、本実施例に係る送受信制御手段 2は、前述のように、各振動子 11から送信された超音波の鋼管表面での反射エコーの受信タイミングが略同一となるように、各振動子 11の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御しているため、図 8に示す場合に比べて不感帯を低減することが可能である。図 9は、本実施例に係る送受信制御手段 2によって振動子 # 30の送信タイミングを振動子 # 1に対して所定時間だけ遅延させた後、振動子 # 1及び # 30でそれぞれ受信した反射エコーを波形合成回路 223によって合成することにより得られる波形例を示す。図 9に示すように、本実施例に係る送受信制御手段 2によって振動子 # 30の送信タイミングを振動子 # 1に対して所定時間だけ遅延させることにより、図 8に示す波形 E1と波形 E2とが略完全に重なり合う状態となる。図 9に示す波形 E1及び E2の合成波形 (E1 +E2)の幅は、図 8に示す波形 E1の幅に比べれば若干広いものの、図 8に示す不感帯に比ベれば約 1Z3以下に低減できることが分かる。

[0128] <実施例 2 (図 5参照） > 図 5に概略構成を示す超音波探傷装置 100Aによって、鋼管 (tZD= l l%)の内面に形成され、それぞれ異なる傾斜角度を有する複数の内面きず (深さ 0. 5mm X 長さ 25. 4mm)の探傷試験を実施した。ここで、超音波探触子 1Aは、長さ 5mmX 幅 3mmで発振周波数 2MHzの複数（32個）の振動子 11を、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心 Oを通らず且つ当該回転楕円体の中心 Oを挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面 S 1及び S 2で切断して得られる環状の曲面に沿って配列した。超音波探触子 1Aの形状は、前述した式（9)で表される入射角 0 wlが約 18° 、式（10)で表される入射角 0 w2が約 14° になるように決定した。斯かる入射角 Θ wl及び Θ w2は、前述した式（11)を満足する。

[0129] そして、超音波探触子 1Aの長径方向が鋼管の軸方向に沿い、超音波探触子 1A の短径方向が鋼管の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心 Oが鋼管の軸心に正対して鋼管の外面近傍に位置するように超音波探触子 1Aを鋼管に対向配置した状態で探傷試験を行った。なお、超音波探触子 1Aと鋼管との間に充填する接触媒質としては水を用いた。

[0130] ここで、鋼管内の超音波 (横波超音波)の伝搬速度は 3200mZsec、接触媒質である水中の超音波（縦波超音波）の伝搬速度は 1500mZsecであることから、超音波探触子 1Aの長径部に位置する振動子 11から送信される超音波の屈折角（入射角 Θ wlに対応する屈折角） 0 s ( 0 siと称する）は約 41° となり、超音波探触子 1Aの短径部に位置する振動子 11から送信される超音波の屈折角（入射角 Θ w2に対応する屈折角） 0 s ( 0 s2と称する）は約 31° となる。

[0131] 前述のように、超音波の外面屈折角 Θ rは、屈折角 Θ si及び Θ s2と等しくなる一方、超音波の内面屈折角 Θ kは、入射角 Θ w、伝搬方向 γ及び管 Ρの tZDの関数で表される。すなわち、伝搬方向 γが鋼管の軸方向に一致するとき、内面屈折角 Θ kは最小値となって、屈折角 Θ siと等しくなる。つまり、内面屈折角 Θ kは、約 41° となる。伝搬方向 Ίが鋼管の軸方向から周方向に偏向するに従って一般的に屈折角 Θ s は大きくなり、伝搬方向 γが鋼管の周方向に一致するとき、内面屈折角 Θ kは最大値となって、前述した式 (8)で表される。本実施例の場合、この内面屈折角 Θ kは、式（ 8)に tZD= l l%、 0 s ( 0 s2) = 31° を代入することにより約 41° となり、伝搬方向 γが鋼管の軸方向に一致するときの内面屈折角 Θ kと同等の値になる。これにより、超音波の伝搬方向 Ίが鋼管の軸方向と周方向の間にある場合についても、略等しい内面屈折角 0 kが得られる。すなわち、超音波の伝搬方向 γがー 180° 〜180° の範囲内の何れであっても、略等しい内面屈折角 Θ kが得られる。

[0132] 本実施例に係る超音波探触子 1Aの形状は、以上のようにして決定されているため、各振動子 11から送信される超音波の伝搬方向 γを検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、内面屈折角 0 kをきずの傾斜角度に関わらずに略一定にすることができる。

[0133] 図 10は、本実施例に係る超音波探傷装置 100Aによって探傷試験を実施することにより得られた、各内面きずでの反射エコー強度 (傾斜角度 0° の内面きずにおける反射エコー強度を OdBとしたときの相対強度）を示す。図 10に示すように、本実施例に係る超音波探傷装置 100Aによれば、傾斜角度 67. 5° 〜90° までの内面きずにっ、て略同等の反射エコー強度が得られ、ひ、ては略一定のきず検出能が得られることが分かる。

[0134] なお、本実施例に係る超音波探傷装置 100Aについても、実施例 1に係る超音波探傷装置 100と同様に、送受信制御手段 2Aが、各振動子 11から送信された超音波の鋼管表面での反射エコーの受信タイミングが略同一となるように、各振動子 11の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御する構成を採用すれば、種々の傾斜角度を有するきずを高速に探傷できると共に、鋼管表面近傍での不感帯を低減することが可能である。

[0135] <実施例 3 (図 5参照） >

図 5に概略構成を示す超音波探傷装置 100Aにおいて、実施例 2と同様の探傷試験を実施した。ただし、試験条件が、超音波探触子 1Aが備える複数の振動子 11のそれぞれを、各振動子 11の径方向に沿って短冊状に分割された 8個の圧電素子 11 1で構成した点、並びに tZDが 11%だけではなく 5%及び 14%の鋼管をも探傷材とした点で相違する。

[0136] 超音波探触子 1Aの形状は、実施例 2と同様に、 tZD= l l%の鋼管に対して最適となるように決定する一方、他の tZDの鋼管に対しても略同等のきず検出能が得られるように、送受信制御手段 2Aによって複数の圧電素子 111による超音波の送受信タイミングを電気的に制御することにより、鋼管に送信する超音波の入射角 Θ wを調整した。

[0137] 図 11は、本実施例に係る超音波探傷装置 100Aによって探傷試験を実施することにより得られた、各 tZDの鋼管に形成した各内面きずでの反射エコー強度 (tZD = 11%の鋼管に形成した傾斜角度 0° の内面きずにおける反射エコー強度を OdBとしたときの相対強度)を示す。図 11に示すように、本実施例に係る超音波探傷装置 10 0八にょれば 0が5%〜14%までの鋼管にぉける傾斜角度ー70° 〜90° までの内面きずについて略同等の反射エコー強度が得られ、ひいては略一定のきず検出能が得られることが分かる。

[0138] <実施例 4>

本実施例は、前述した実施例 2の変形例であり、鋼管 (tZD= l l%)の内面に形成された内面きずの探傷試験を実施した。図 12は、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bの概略構成を示す図であり、図 12 (a)は正面視断面図を、図 12 (b)は平面図を、図 12 (c)は側面視断面図を示す。図 12に示すように、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bは、発振周波数 5MHzの 4つの振動子 (斜角振動子） 11A、 11B、 1 1C、 11D、及び発振周波数 5MHzの垂直探触子 12を具備する超音波探触子 IBと、これらの振動子 11A〜： L 1D及び垂直探触子 12が取り付けられたアクリル製の筐体 5と、筐体 5の先端部に取り付けられた軟質性のホース 6とを備えている。なお、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bについても、実施例 2と同様に、超音波探触子 1B による超音波の送受信を制御する送受信制御手段（図 5に示す送受信制御手段 2A 参照）を備えている。また、鋼管 Pからの反射エコーの振幅を所定のしきい値と比較することにより、鋼管 Pに存在するきずを検出するきず判定回路 3 (図 5参照）と、きず判定回路 3によってきずが検出された場合に所定の警報等を出力するための警報等出力手段 4 (図 5参照）とを備えている。なお、本実施例の送受信制御手段の機器構成については、図 3に示す送受信制御手段 2と同様であるので、その詳細な説明は省略する。 [0139] 超音波探触子 IBが具備する 4つの振動子 11A〜： L IDは、実施例 2と同様に、それらの振動面 SA〜SDが、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心 Oを通らず且つ当該回転楕円体の中心 Oを挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面で切断して得られる環状の曲面に沿うように配置されている。より具体的には、振動子 11A及び 11Bは、前述した式（9)で表される入射角 Θ wlが約 18° となるように、超音波探触子 1Bの長径方向（環状の曲面の長径方向であり、図 12 (b)に示す X方向）に配置している。振動子 11C及び 11Dは、前述した式（10)で表される入射角 Θ w2が約 14° になるように、超音波探触子 1Bの短径方向（環状の曲面の短径方向であり、図 12 (b)に示す y方向）に配置されている。これら入射角 Θ wl及び Θ w2は、前述した式（11)を満足する。

[0140] 超音波探触子 1Bが具備する垂直探触子 12は、その振動面 SOが前記回転楕円体の中心 Oを通り且つ前記 2つの平行な平面に直交する直線 L (回転楕円体の回転軸に相当する）に沿うように（図 12に示す例では、回転楕円体の中心 Oの直上に）配置されている。これにより、振動子 11A〜： L 1Dによる斜角探傷と同時に、垂直探触子 1 2による鋼管 Pの肉厚測定ゃラミネーシヨンの検出などが可能であるという利点が得られる。

[0141] そして、超音波探触子 1Bの長径方向が鋼管 Pの軸方向に沿い、超音波探触子 1B の短径方向が鋼管 Pの周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心 Oが鋼管 P の軸心に正対して鋼管 Pの外面近傍に位置するように超音波探触子 1Bを鋼管 Pに対向配置した状態で探傷試験を行った。なお、筐体 5の側壁に設けた給水口 51から筐体 5内部に給水することにより、超音波探触子 1Bと鋼管 Pとの間に接触媒質としての水を充填した。

[0142] ここで、実施例 2で説明したのと同様に、鋼管内の超音波 (横波超音波）の伝搬速度は 3200mZsec、接触媒質である水中の超音波（縦波超音波）の伝搬速度は 150 OmZsecであることから、超音波探触子 1Bの長径部に位置する振動子 11A、 11B から送信される超音波の屈折角（入射角 Θ wlに対応する屈折角） 0 s ( 0 slと称する )は約 41° となり、超音波探触子 1Bの短径部に位置する振動子 11C、 11Dから送信される超音波の屈折角（入射角 Θ w2に対応する屈折角） 0 s ( 0 s2と称する）は約 31。となる。

[0143] そして、前述のように、超音波の外面屈折角 Θ rは、屈折角 Θ si及び Θ s2と等しくなる一方、内面屈折角 Θ kは、入射角 Θ w、伝搬方向 γ及び鋼管 Ρの tZDの関数で表される。すなわち、伝搬方向 γが鋼管 Ρの軸方向に一致するとき、内面屈折角 Θ k は最小値となって、屈折角 Θ siと等しくなる。つまり、振動子 11A、 1 IBについての内面屈折角 Θ kは、約 41° となる。伝搬方向 γが鋼管 Ρの軸方向力周方向に偏向するに従って一般的に屈折角 Θ sは大きくなり、伝搬方向 γが鋼管 Ρの周方向に一致するとき、内面屈折角 Θ kは最大値となって、前述した式 (8)で表されることになる。本実施例の場合、振動子 11C、 1 IDについての内面屈折角 Θ kは、式 (8)に tZD = 11%、 0 s ( 0 s2) = 31° を代入することにより約 41° となり、伝搬方向 γが鋼管 Ρの軸方向に一致するときの内面屈折角 Θ kと同等の値になる。

[0144] 本実施例に係る超音波探触子 1Bの形状 (振動子 11A〜： L 1Dの配置条件）は、以上のようにして決定されて、るため、各振動子 11 A〜 1 IDから送信される超音波の伝搬方向 Ίを検出対象とするきずの延びる方向に直交させると同時に、内面屈折角 0 kをきずの傾斜角度に関わらずに略一定にすることができる。

[0145] 換言すれば、鋼管 Pの軸方向に沿って配置した振動子 11A、 11Bによって鋼管 P の周方向に延びるきずを、鋼管 Pの周方向に沿って配置した振動子 11C、 11Dによつて鋼管 Pの軸方向に延びるきずを、それぞれ精度良く検出することが可能である。

[0146] なお、本実施例では、鋼管 Pを周方向に回転させると共に軸方向に移動させて超音波探傷が行われる。そして、超音波探傷装置 100Bは、好ましくは、鋼管 Pの軸方向に直交する平面内での鋼管 Pに対する超音波探触子 1Bの相対位置を略一定に保持する追従装置を備えている。以下、図 13を適宜参照しつつ、より具体的に説明する。

[0147] 図 13は、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bが備える追従装置の概略構成を示す図である。図 13に示すように、本実施例における追従装置 7は、鋼管 Pの外面までの距離を測定する 1つ以上 (本実施例では 2つ）の非接触式変位計 (例えば、レーザ変位計、渦流式変位計、超音波変位計等) 71A、 71Bと、鋼管 Pの軸方向に直交する 2つの軸方向（本実施例では、垂直方向（Z方向）及び水平方向（Y方向））に沿つて超音波探触子 IBを移動させる位置決め機構 (本実施例では、油圧シリンダー） 7 2A、 72Bと、位置決め機構 72A、 72Bを制御する位置決め制御手段 (本実施例では、油圧制御器） 73A、 73Bとを備えている。

[0148] 本実施例では、非接触式変位計 71Aで測定した距離が変位計アンプ 74Aを介して位置決め制御手段 73Aに入力され、非接触式変位計 71Bで測定した距離が変位計アンプ 74Bを介して位置決め制御手段 73Bに入力される構成を採用している。そして、位置決め制御手段 73Aは、非接触式変位計 71A (変位計アンプ 74A)力も入力された距離測定値に基づいて、鋼管 Pに対する超音波探触子 1Bの相対位置が略一定となるように位置決め機構 72Aを制御 (超音波探触子 1Bの Z方向の位置を調整 )する。同様に、位置決め制御手段 73Bは、非接触式変位計 71B (変位計アンプ 74 B)から入力された距離測定値に基づいて、鋼管 Pに対する超音波探触子 1Bの相対位置が略一定となるように位置決め機構 72Bを制御 (超音波探触子 1Bの Y方向の位置を調整)する。

[0149] より具体的に説明すれば、非接触式変位計 71A、 71Bによる鋼管 Pの外面までの距離測定は、探傷試験を実施している際、常時連続的に行われる。そして、位置決め制御手段 73Aは、非接触式変位計 71Aから入力された距離測定値と予め設定した基準距離との偏差がゼロとなるように、位置決め機構 72Aを駆動する。換言すれば、位置決め制御手段 73Aは、位置決め機構 72Aを駆動して、前記偏差に相当する距離だけ Z方向に超音波探触子 1Bを移動させる。この際、位置決め制御手段 73A は、位置決め機構 72Aの駆動量 (超音波探触子 1Bの Z方向の移動距離)の実績値を随時測定し、当該測定した実績値が前記偏差に等しくなるまで位置決め機構 72A を駆動することにより、位置決め精度を高めている。なお、位置決め制御手段 73Aによる位置決め機構 72Aの駆動は、非接触式変位計 71Aによって距離を測定した鋼管 Pの部位が、所定時間 (鋼管 Pの外径、回転速度によって算出)経過した後に超音波探触子 1Bが配置された位置（つまり、 180° 回転した位置）に到達するタイミングで実施される。

[0150] 同様に、位置決め制御手段 73Bは、非接触式変位計 71Bから入力された距離測定値と予め設定した基準距離との偏差がゼロとなるように、位置決め機構 72Bを駆動する。換言すれば、位置決め制御手段 73Bは、位置決め機構 72Bを駆動して、前記偏差に相当する距離だけ Y方向に超音波探触子 1Bを移動させる。この際、位置決め制御手段 73Bは、位置決め機構 72Bの駆動量 (超音波探触子 1Bの Y方向の移動距離)の実績値を随時測定し、当該測定した実績値が前記偏差に等しくなるまで位置決め機構 72Bを駆動することにより、位置決め精度を高めている。なお、位置決め制御手段 73Bによる位置決め機構 72Bの駆動は、非接触式変位計 71Bによって距離を測定した鋼管 Pの部位が、所定時間 (鋼管 Pの外径、回転速度によって算出)経過した後に 180° 回転した位置に到達するタイミングで実施される。

[0151] なお、本実施例では、非接触式変位計 71Aで測定した距離に基づ、て超音波探触子 1Bの Z方向の位置を調整し、非接触式変位計 71Bで測定した距離に基づいて超音波探触子 1Bの Y方向の位置を調整する構成について説明したが、これに限るものではない。例えば、非接触式変位計 71 Aによって距離を測定した鋼管 Pの部位力 S90° 回転した位置に到達するタイミングで、前記非接触式変位計 71 Aによる距離測定値に基づ、て超音波探触子 1Bの Y方向の位置を調整し、非接触式変位計 71 Bによって距離を測定した鋼管 Pの部位が 90° 回転した位置に到達するタイミングで、前記非接触式変位計 71Bによる距離測定値に基づいて超音波探触子 1Bの Z方向の位置を調整する構成を採用することも可能である。

[0152] 上記のように、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bは、好ましい構成として追従装置 7を備えるため、鋼管 Pの断面形状が真円でな力つたり、軸方向の曲がりが生じていたとしても、追従装置 7によって、鋼管 Pに対する超音波探触子 1Bの相対位置を略一定に保持することが可能である。従って、超音波探触子 1Bの各振動子 11A〜1 ID力鋼管 Pへの超音波の入射角の変動が抑制され、ひいてはきず検出能を略一定に保つことが可能である。

[0153] ここで、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bについても、実施例 2に係る超音波探傷装置と同様に、送受信制御手段が、各振動子 11A〜： L 1Dから送信された超音波の鋼管 P表面での反射エコーの受信タイミングが略同一となるように、各振動子 11A〜： L 1Dの超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御する。そして、実施例 1、 2に係る超音波探傷装置と同様に、各振動子 11A〜： L 1Dで受信した反射ェコーを合成し、当該合成した反射エコーに基づいてきずを検出する。従って、ほぼ同時に 4方向のきずを検出することが可能である。これにより、従来実施されてきた時分割探傷 (振動子 11 Aでの探傷→振動子 11Bでの探傷→振動子 11Cでの探傷→振動子 11Dでの探傷→振動子 11Aでの探傷→以降、繰り返し）に比べて、探傷速度を 4倍に向上させることが可能である。

[0154] 図 14は、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bにおいて、振動子 11Aのみで超音波を送受信した場合に得られる探傷波形 (振動子 11Aで受信した反射エコーの波形)の一例を示す。図 15は、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bにおいて、各振動子 11 A〜 1 IDの受信タイミングが略同一になるように制御して、各振動子 11 A〜 1 IDで超音波を送受信した場合に得られる探傷波形 (振動子 11A〜： L 1Dで受信した反射エコーを合成した波形)の一例を示す。

[0155] 一般的な斜角探傷を行ったときに得られる探傷波形と比べると、図 14に示す探傷波形では、形状信号 Eが出現していることが特徴的である。また、図 15に示す探傷波形では、形状信号 Eに加えて表面反射信号 Sが出現していることが特徴的である。これら形状信号 E及び表面反射信号 Sが出現するのは、 2つの振動子を対向配置したためである。つまり、図 12に示す直線 Lに関して、振動子 11A及び 11Bを線対称に、振動子 11C及び 11Dを線対称に、それぞれ配置したためである。

[0156] より具体的に説明すれば、図 16に示すように、形状信号 Eは、例えば振動子 11B から送信した超音波が鋼管 P外面で反射し、さらに対向配置した振動子 11Aで反射し、再び鋼管 P外面で反射して、振動子 11Bで受信される反射エコーに相当する。また、表面反射信号 Sは、例えば振動子 11Bから送信した超音波が鋼管 P外面で反射し、対向配置した振動子 11Aで受信される反射エコーに相当する。

[0157] 上記のように、本実施例に係る超音波探傷装置 100Bで得られる探傷波形には、これら形状信号 E及び表面反射信号 Sとヽぅ固定信号 (きずの発生に関わらず出現する信号）が出現する。しかしながら、回転楕円体の中心 Oが鋼管 Pの軸心に正対して鋼管 Pの外面近傍に位置するように超音波探触子 1Bを配置するという条件を維持しつつ、超音波探触子 1Bの回転楕円体の中心 O力もの距離 M図 5参照）を調整することにより、表面反射信号 Sと形状信号 Eとの間に内外面のきず信号を出現させることができるため、従来の斜角探傷と同様にきず検出が可能となる。

[0158] ここで、各振動子 11A〜11D力送信された超音波の鋼管 P表面での反射エコーの受信タイミングが略同一になるように制御する理由は下記の通りである。

すなわち、

(1)振動子 11Aから送信した超音波を振動子 11Bで受信することにより生じる表面反射信号と、

(2)振動子 11Bから送信した超音波を振動子 11Aで受信することにより生じる表面反射信号と、

(3)振動子 11C力送信した超音波を振動子 11Dで受信することにより生じる表面反射信号と、

(4)振動子 11D力送信した超音波を振動子 11Cで受信することにより生じる表面反射信号と、

をほぼ同時刻に出現させるためである。

[0159] また、

(5)振動子 11Aから送信した超音波が振動子 11Bで反射し、振動子 11Aで受信することにより生じる形状信号と、

(6)振動子 11Bから送信した超音波が振動子 11Aで反射し、振動子 11Bで受信することにより生じる形状信号と、

(7)振動子 11Cから送信した超音波が振動子 11Dで反射し、振動子 11Cで受信することにより生じる形状信号と、

(8)振動子 11D力送信した超音波が振動子 11Cで反射し、振動子 11Dで受信することにより生じる形状信号と、

をほぼ同時刻に出現させるためである。

[0160] このように制御することにより、図 15に示す形状信号 E (上記（5)〜（8)の各形状信号を合成した信号)及び表面反射信号 S (上記（ 1)〜 (4)の各表面反射信号を合成した信号)の持続時間 (波形の幅)を狭くすることができ、これら固定信号が出現することに起因する不感帯を狭くすることが可能になる。

[0161] 以上に説明した本実施例に係る超音波探傷装置 100Bは、 4方向の斜角探傷及び垂直探傷をほぼ同時に実現しながら、極めてコンパクトな超音波探触子 IBの構造としているため、一対の非接触式変位計 71 A、 71B、油圧シリンダー 72A、 72B及び油圧制御器 73A、 73Bを備えた追従装置 7を一体ィ匕することが可能である。従って、探傷効率を向上させながらも、設備の簡素化、コスト抑制を図ることが可能である。また、非接触式の追従装置 7としたため、鋼管 Pの管端部での追従性が向上し、管端部を含む鋼管 Pの全長を精度良く探傷することが可能になる。

Claims

請求の範囲

[1] 複数の振動子を備えた超音波探触子を管状の被探傷材に対向配置するステップと前記管状被探傷材内での超音波の伝搬方向が複数の異なる伝搬方向となるように、前記複数の振動子の中から適宜の振動子を選択して超音波を送受信させるステツプとを含み、

前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、及び Z又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kがそれぞれ略同等となるように、前記超音波探触子による探傷条件を設定することを特徴とする超音波探傷方法。

[2] 前記超音波探触子は、複数の振動子が平面上又は曲面上にマトリックス状に配列されており、

前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、及び Z又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kが略同等となるように、前記選択する振動子を決定することを特徴とする請求項 1に記載の超音波探傷方法。

[3] 前記複数の伝搬方向についての下記の式（1)で表される超音波の外面屈折角 0 r 力 Sそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向につ!、ての前記管状被探傷材への超音波の周方向入射角 a i及び軸方向入射角 j8 iをそれぞれ下記の式（1)に基づいて決定し、

前記決定した周方向入射角 a i及び軸方向入射角 j8 iが得られるように、前記選択する振動子を決定することを特徴とする請求項 2に記載の超音波探傷方法。

[数 21]

一 1 2 *> 7 2 1

0 r=sin ( { (Vs/Vi) - (sin /S i + cos ^ i - sin \) } ) ここで、前記式（1)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。 [4] 前記複数の伝搬方向についての下記の式（2)で表される超音波の内面屈折角 0k 力 Sそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向につ!、ての前記管状被探傷材への超音波の周方向入射角 ai及び軸方向入射角 j8iをそれぞれ下記の式（1)〜（6 )に基づいて決定し、

前記決定した周方向入射角 ai及び軸方向入射角 j8iが得られるように、前記選択する振動子を決定することを特徴とする請求項 2に記載の超音波探傷方法。

[数 22]

Θ k = cos (cos Θ r'cos0— sin Θ r-cos - sin φ ) ■■ - (2)

ここで、前記式 (2)における外面屈折角 Θ r、伝搬角度 γ及び角度 φは、それぞれ下記の式（1)、（3)及び (4)で表される。

[数 23]

一 1 ο ク 2 1 /?

0r=sin ({(Vs/Vi) -(sin ^Si + cos )Si-sin ai)} ) ■■·("

-1 , sin β I 、 _{/ N}

7 =tan (

cos。ノ 3)

に s. ,"(

in Οί I ~ )

0=_sin"¹(k-sin0')-0' ---(4) なお、前記式（1)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を、 Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。また、前記式 (4)における k及び Θ 'は、それぞれ下記の式（5) 及び (6)で表される。

[数 24]

θ' =cos "tan0r …（6) なお、前記式 (5)における tZDは、管状被探傷材の肉厚対外径比を意味する。

[5] 前記超音波探触子は、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心を通らず且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面で切断して得られる環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、

前記超音波探触子を前記管状被探傷材に対向配置するステップでは、前記超音波探触子の長径方向が前記管状被探傷材の軸方向に沿い、前記超音波探触子の短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように配置し、

前記複数の伝搬方向についての超音波の外面屈折角 Θ rがそれぞれ略同等となるように、及び Z又は、前記複数の伝搬方向についての超音波の内面屈折角 Θ kが略同等となるように、前記環状の曲面の形状を決定することを特徴とする請求項 1に記載の超音波探傷方法。

[6] 前記複数の伝搬方向についての下記の式（7)で表される超音波の外面屈折角 0 r 力 Sそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向につ!、ての前記管状被探傷材への超音波の入射角 Θ wをそれぞれ下記の式（7)に基づいて算出し、

前記算出した入射角 0 wが得られるように、前記環状の曲面の形状を決定することを特徴とする請求項 5に記載の超音波探傷方法。

[数 25] sin Θ r=Vs/'Vi ⁱsin Θ w ' " \ "

ここで、前記式 (7)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を、Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。

[7] 前記複数の伝搬方向についての下記の式（2)で表される超音波の内面屈折角 0 k 力 Sそれぞれ略同等となるように、前記複数の伝搬方向につ!、ての前記管状被探傷材への超音波の入射角 Θ wを下記の式（7)に基づいて算出し、

[数 26]

Θ k = cos (cos Θ r- cos 0— sin Θ r-cos γ - sin 0 ) … (2) ここで、前記式 (2)における外面屈折角 Θ r、伝搬角度 γ及び角度 φは、それぞれ下記の式（7)、（3)及び (4)で表される。

[数 27] sin0r=Vs/Vi-sin0w …（7)

-1 , sin β I 、

=tan ( 。. . ~ ) -"(3)

cos に sin α I

0=sin— ¹(k'sin0')_0， ---(4) なお、前記式 (7)における Vsは管状被探傷材中を伝搬する超音波の伝搬速度を、 Viは超音波探触子と管状被探傷材との間に充填する接触媒質における超音波の伝搬速度を意味する。また、前記式 (4)における k及び Θ 'は、それぞれ下記の式（5) 及び (6)で表される。

[数 28] k= ； ― - - - (5)

1—2(tZD)

Θ '

…（6) なお、前記式 (5)における tZDは、管状被探傷材の肉厚対外径比を意味する。

[8] 前記超音波探触子を前記管状被探傷材に対向配置するステップでは、前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対し且つ前記管状被探傷材の外面近傍に位置するように配置し、

前記複数の振動子の内、少なくとも前記超音波探触子の長径部に位置する振動子力も送信される超音波が、 35° 以上の横波屈折角で前記管状被探傷材内に伝搬するように、前記環状の曲面の形状を決定することを特徴とする請求項 5から 7の何れかに記載の超音波探傷方法。

[9] 管状の被探傷材を超音波探傷するための超音波探傷装置であって、

前記管状被探傷材に対向配置され、行方向及び列方向にそれぞれ複数の振動子が平面上又は曲面上にマトリックス状に配列された超音波探触子と、前記超音波探触子による超音波の送受信を制御する送受信制御手段とを備え、

前記送受信制御手段は、前記複数の振動子の中から、少なくとも一つの振動子を含む一の振動子群を選択し、該選択した一の振動子群から前記管状被探傷材内の一の伝搬方向に超音波を送受信させる一方、

前記一の振動子群を構成する振動子とは行方向及び列方向の位置が異なる少なくとも一つの振動子を含む他の振動子群を選択し、該選択した他の振動子群力前記管状被探傷材内の前記一の伝搬方向とは異なる他の伝搬方向に超音波を送受信させることを特徴とする超音波探傷装置。

[10] 前記送受信制御手段は、前記一の振動子群から送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングと、前記他の振動子群から送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるように、前記一の振動子群及び前記他の振動子群の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御することを特徴とする請求項 8に記載の超音波探傷装置。

[11] 管状の被探傷材を超音波探傷するための超音波探触子であって、

環状の曲面に沿って配列された複数の振動子を備え、

前記環状の曲面は、所定の回転楕円体を、当該回転楕円体の中心を通らず且つ当該回転楕円体の中心を挟まずに対向し、なお且つ当該回転楕円体の回転軸に直交する 2つの平行な平面で切断して得られる曲面であることを特徴とする超音波探触子。

[12] 前記回転楕円体の中心を通り且つ前記 2つの平行な平面に直交する直線に沿つて配置された少なくとも 1つの垂直探触子を更に備えることを特徴とする請求項 11に記載の超音波探触子。

[13] 長径方向が前記管状被探傷材の軸方向に沿い、短径方向が前記管状被探傷材の周方向に沿い、なお且つ前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の軸心に正対するように前記管状被探傷材に対向配置された請求項 11又は 12に記載の超音波探触子と、

前記超音波探触子による超音波の送受信を制御する送受信制御手段とを備え、前記送受信制御手段は、前記複数の振動子の内、少なくとも 2つ以上の振動子から前記管状被探傷材に対して超音波を送受信させることを特徴とすることを特徴とする超音波探傷装置。

[14] 前記超音波探触子は、前記回転楕円体の中心が前記管状被探傷材の外面近傍に位置するように配置されて、ることを特徴とする請求項 13に記載の超音波探傷装置。

[15] 前記送受信制御手段は、前記管状被探傷材に対して超音波を送受信する少なくとも 2つ以上の振動子の内、一の振動子力送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングと、他の振動子から送信された超音波の前記管状被探傷材表面での反射エコーの受信タイミングとが略同一となるように、前記一の振動子及び前記他の振動子の超音波の送信タイミング又は受信タイミングを制御することを特徴とする請求項 13又は 14に記載の超音波探傷装置。

[16] 前記複数の振動子のそれぞれから前記管状被探傷材に送信する超音波の入射角を調整する調整手段を具備することを特徴とする請求項 13から 15のいずれかに記載の超音波探傷装置。

[17] 前記複数の振動子のそれぞれは、各振動子の径方向に沿って短冊状に分割された複数の圧電素子を備え、

前記調整手段は、前記複数の圧電素子による超音波の送受信タイミングを電気的に制御することによって、前記管状被探傷材に送信する超音波の入射角を調整することを特徴とする請求項 16に記載の超音波探傷装置。

[18] 前記管状被探傷材の軸方向に直交する平面内での前記管状被探傷材に対する前記超音波探触子の相対位置を略一定に保持する追従装置を備えることを特徴とする請求項 13から 17の何れかに記載の超音波探傷装置。

[19] 前記追従装置は、前記管状被探傷材の外面までの距離を測定する 1つ以上の非接触式変位計と、前記管状被探傷材の軸方向に直交する 2つの軸方向に沿って前記超音波探触子を移動させる位置決め機構と、該位置決め機構を制御する位置決め制御手段とを備え、

前記位置決め制御手段は、前記非接触式変位計で測定した距離に基づいて、前記管状被探傷材に対する前記超音波探触子の相対位置が略一定となるように前記位置決め機構を制御することを特徴とする請求項 18に記載の超音波探傷装置。 [20] 請求項 13から 19の何れかの超音波探傷装置を用いて、前記超音波探触子を前記管状被探傷材の周方向に沿って相対的に回転させると共に、前記管状被探傷材の軸方向に沿って相対的に移動させることにより、前記管状被探傷材の全長又はその一部を探傷することを特徴とする超音波探傷方法。

[21] 素材ビレットを穿孔加工することによって継目無管を製造する第 1工程と、

前記第 1工程によって製造された継目無管を請求項 1から 8、 20の何れかに記載の超音波探傷方法を用いて探傷する第 2工程とを含むことを特徴とする継目無管の製造方法。