WO2010116791A1 - 管端部の超音波探傷装置 - Google Patents

管端部の超音波探傷装置 Download PDF

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健二 藤原
央 久保田
智之 小畑
正樹 山野
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住友金属工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for ultrasonic flaw detection on the end of a pipe such as a steel pipe.
  • the present invention relates to an ultrasonic flaw detection apparatus for a pipe end that enables highly accurate ultrasonic flaw detection by stably interposing a contact medium between the pipe end and the ultrasonic probe.
  • Ultrasonic flaw detection is widely used as a nondestructive inspection method for pipes such as steel pipes.
  • a contact medium such as water is interposed between the tube and the ultrasonic probe so that the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe is incident on the tube and the ultrasonic wave reflected by the tube is reflected. The sound wave is received by the ultrasonic probe.
  • the ultrasonic probe 1 is immersed in the water W stored in the water tank T, the lower surface of the tube P is partially immersed, and the tube P is conveyed in the axial direction.
  • Methods for ultrasonic testing by rotating the pipe P in the circumferential direction are known (for example, “Ultrasonic testing series (III) Ultrasonic testing for seamless steel pipes”, Japan Iron and Steel Institute, April 1988. 15 days, see pages 95-96). According to such a method, since the water W as the contact medium can be stably interposed between the tube P and the ultrasonic probe 1, ultrasonic detection with high accuracy is possible.
  • the configuration shown in FIG. 1 is a configuration used exclusively when ultrasonic flaw detection is performed on the tube central portion excluding the tube end portion.
  • an ultrasonic flaw detector at the end of a tube an ultrasonic flaw detector provided with an ultrasonic probe and a tracking device for causing the ultrasonic probe to follow a circumferentially rotating tube is known.
  • a contact medium is provided between the ultrasonic probe and the tube end. It is conceivable to adopt a structure that flows down. However, a similar structure cannot be adopted when the ultrasonic probe is disposed below the tube.
  • a water tank as shown in FIG. 1 When an ultrasonic probe for ultrasonic flaw detection at the end of the tube is disposed below the tube, for example, a water tank as shown in FIG. 1 is used, and the structure for supporting the tube and the follower are installed in the water tank. It is conceivable to employ a structure that is immersed in water. However, such a configuration is large and requires a strong waterproof structure, so that the maintainability is reduced, the cost is increased, and it is not practical.
  • the present invention has been made in view of such prior art, and enables accurate ultrasonic flaw detection by stably interposing a contact medium between a tube end portion and an ultrasonic probe. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic flaw detector for a tube end.
  • an ultrasonic flaw detector is disposed opposite to an end portion of a tube arranged in a horizontal direction and transmits and receives an ultrasonic wave toward the end portion of the tube.
  • the probe includes a probe and a probe holder that is opposed to the end of the tube and accommodates the ultrasonic probe and follows the tube rotating in the circumferential direction.
  • the probe holder includes a contact medium retaining portion for retaining a contact medium inside the space between the ultrasonic probe and the end of the tube.
  • the contact medium staying part is attached to the contact medium staying part main body to which the contact medium is supplied and the contact medium staying part main body so as to communicate with the contact medium staying part main body.
  • An annular bellows portion, and an annular spacer attached to the upper side of the bellows portion and having a flat horizontal surface at least on the upper surface.
  • the probe holder that is disposed to face the lower end of the tube and accommodates the ultrasonic probe has a gap between the ultrasonic probe and the tube end. And a contact medium retaining portion for retaining the contact medium therein.
  • the contact medium is separated by the surface tension of the contact medium by appropriately adjusting the flow rate of the contact medium supplied to the main body of the contact medium retention portion.
  • a film that rises beyond the upper surface of the film is formed.
  • the probe holder follows a tube rotating in the circumferential direction (controlled so as to keep the positional relationship with the tube in the vertical and horizontal directions constant). Furthermore, the bellows part expands and contracts in the vertical direction. For this reason, even if the pipe is bent or the cross section of the pipe is not a perfect circle, the film of the contact medium is always in contact with the pipe end and is prevented from being disturbed. The contact medium is stably interposed between the ultrasonic probe and the ultrasonic probe. As a result, accurate ultrasonic flaw detection is possible.
  • the contact medium retaining portion further includes a cylindrical member attached to the lower surface of the spacer and fitted into the bellows portion.
  • the bubbles in the contact medium that may stay inside the bellows part do not reach the folded part of the bellows part, and the cylindrical member It becomes easy to rise along the inner surface. If the contact medium staying part does not include this cylindrical member, bubbles staying in the folded part of the bellows part may be collected and rise as a lump. Then, ultrasonic waves are scattered by the raised bubble lump, and the flaw detection accuracy may be reduced.
  • the contact medium retention portion includes a cylindrical member as in the preferred configuration described above, the bubbles sequentially rise along the inner surface of the cylindrical member before the bubbles in the contact medium are gathered into a lump. Therefore, it can be expected that a decrease in flaw detection accuracy can be avoided.
  • the contact medium retention portion main body includes a contact medium supply port for supplying a contact medium in a tangential direction of a predetermined arc around the vertical direction, and a contact medium discharge port for discharging the contact medium in a tangential direction of the arc. It comprises.
  • the contact medium is supplied from the contact medium supply port in a tangential direction of a predetermined circular arc around the vertical direction, a vortex flow of the contact medium is generated inside the contact medium retention portion main body.
  • dirt that can be contained in the contact medium for example, when the pipe is a steel pipe, a fallen scale attached to the surface of the steel pipe
  • the eddy current also has an advantage that bubbles that can affect the flaw detection accuracy are less likely to adhere to the surface of the ultrasonic probe.
  • the ultrasonic inspection device for a tube end According to the ultrasonic inspection device for a tube end according to the present invention, it is possible to perform ultrasonic inspection with high accuracy by stably interposing a contact medium between the tube end and the ultrasonic probe. .
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of an apparatus used when ultrasonic flaw detection is performed on the central portion of a tube.
  • 1A is a side view
  • FIG. 1B is a front sectional view.
  • FIG. 2 shows a front sectional view of the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the ultrasonic flaw detector shown in FIG.
  • FIG. 4 is a front sectional view for explaining the operation of the cylindrical member shown in FIG.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a result of flaw detection on an artificial flaw provided on a tube end by the ultrasonic flaw detector shown in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 5A shows a flaw detection chart obtained by an ultrasonic probe for detecting an axial flaw
  • FIG. 5B shows a schematic diagram of an artificial flaw.
  • FIG. 2 shows a front sectional view of the ultrasonic flaw detector according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of the ultrasonic flaw detector shown in FIG.
  • the ultrasonic flaw detector 100 according to the present embodiment is disposed opposite to an end portion of a pipe P arranged in the horizontal direction, and ultrasonic waves are directed toward the end portion of the pipe P.
  • a probe holder 2 which is disposed opposite to the end of the tube P, accommodates the ultrasound probe 1 and follows the tube P rotating in the circumferential direction.
  • the pipe P is placed on the turning roller 3, and when the turning roller 3 rotates, the pipe P rotates in the circumferential direction.
  • the probe holder 2 is disposed opposite to the end of the pipe P protruding from the turning roller 3.
  • the ultrasonic flaw detector 100 includes, as the ultrasonic probe 1, an ultrasonic probe 1A, an ultrasonic probe 1B (two), and an ultrasonic probe 1C (two).
  • the ultrasonic probe 1A is intended to detect lamination (planar flaw parallel to the inner and outer surfaces of the tube P) by propagating ultrasonic waves in the thickness direction of the tube P.
  • the ultrasonic probe 1B is installed to be inclined in the circumferential direction of the tube P, and detects an axial flaw (a flaw extending in the axial direction of the tube P) by propagating the ultrasonic wave in the circumferential direction of the tube P. It is an object.
  • the ultrasonic probe 1C is installed to be inclined in the axial direction of the tube P, and detects a circumferential flaw (a flaw extending in the circumferential direction of the tube P) by propagating the ultrasonic wave in the axial direction of the tube P. It is an object.
  • the ultrasonic probes 1A to 1C are positioned so that the incident points of the ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic probes 1A to 1C substantially coincide with each other.
  • the probe holder 2 of the present embodiment is configured to follow the tube P that rotates in the circumferential direction.
  • the probe holder 2 is attached to a tracking device (not shown).
  • the positional relationship between the probe holder 2 and the tube P in the vertical direction and the horizontal direction is constant based on the result of measuring the displacement of the outer surface of the rotating tube P (therefore, the probe holder becomes constant). 2), the probe holder 2 is moved vertically and horizontally so that the positional relationship between the ultrasonic probe 1 housed in 2 and the tube P is also constant.
  • a tracking device is not particularly limited, and various known tracking devices can be applied.
  • the tracking device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-139191 can be applied. preferable.
  • the probe holder 2 includes a contact medium retaining portion for enclosing a gap between the ultrasonic probe 1 and the end portion of the tube P and retaining a contact medium W such as water therein.
  • a contact medium W such as water
  • the contact medium retention part 2 includes a contact medium retention part main body 21, an annular (annular in this embodiment) bellows part 22, and an annular (annular in this embodiment) spacer 23. Moreover, the contact medium retention
  • the contact medium retention part main body 21 of the present embodiment includes contact medium supply ports 211 (four in the present embodiment) and contact medium discharge ports 212 (two in the present embodiment).
  • the contact medium W is supplied from the contact medium supply port 211 into the contact medium retention part main body 21, while the contact medium W is discharged from the contact medium discharge port 212.
  • the flow rate of the contact medium W supplied from the contact medium supply port 211 (the total flow rate supplied from the four contact medium supply ports 211) is the flow rate of the contact medium W discharged from the contact medium discharge port 212 (two contact medium discharges). (Total flow rate discharged from the outlet 212).
  • the flow rate of the contact medium W discharged from the contact medium discharge port 212 is set to about 10 to 15% of the flow rate of the contact medium W supplied from the contact medium supply port 211. For this reason, the contact medium W stays in the contact medium retention part main body 21.
  • the contact medium supply port 211 is disposed so as to supply the contact medium W in a tangential direction of a predetermined arc around the vertical direction. Specifically, the contact medium supply port 211 extends in the tangential direction of the arc.
  • the contact medium discharge port 212 is disposed so as to discharge the contact medium W in the tangential direction of the arc. Specifically, the contact medium discharge port 212 extends in the tangential direction of the arc.
  • the dirt which can be contained in contact medium W (for example, when pipe P is a steel pipe, the fallen object of scale S adhering to this steel pipe surface, etc.) is conveyed to contact medium discharge port 212, It will be discharged to the outside. For this reason, it becomes possible to perform cleaning of the contact medium retention part main body 21 and, as a result, the entire contact medium retention part 2 and the ultrasonic probe 1 during the flaw detection, and there is an advantage that the maintainability is improved.
  • the eddy current W ⁇ b> 1 has an advantage that bubbles that may affect the flaw detection accuracy are less likely to adhere to the surface of the ultrasonic probe 1.
  • the flow rate of the contact medium W supplied from the contact medium supply port 211 is preferably adjusted to about 2 liters / minute to 6 liters / minute.
  • the flow rate of the contact medium W discharged from the contact medium discharge port 212 is about 10 to 15% of the supplied flow rate, which is less than 1 liter / minute. This is because if the flow rate of the contact medium W is less than 2 liters / minute, it is difficult to form the film W2 formed by the contact medium W rising above the upper surface of the spacer 23 due to the insufficient flow rate. Further, if the flow rate of the contact medium W exceeds 6 liters / minute, the possibility that the contact medium film W2 rising above the upper surface of the spacer 23 is disturbed due to excessive flow rate is increased.
  • the flow rate of the contact medium W supplied from the contact medium supply port 211 is set in the above range, and the inner diameter Ds of the spacer 23 is set to 25% or more with respect to the outer diameter Dp of the pipe P as described later.
  • the thickness of the contact medium film W2 can be controlled to about 2 to 3 mm.
  • the bellows portion 22 of the present embodiment is attached to the upper side of the contact medium retention portion main body 21 so as to communicate with the contact medium retention portion main body 21, and can be expanded and contracted in the vertical direction.
  • an opening in the present embodiment, a circular opening
  • an annular bellows portion 22 is attached so as to surround the opening.
  • the innermost diameter of the bellows portion 22 is approximately the same (same or slightly smaller) than the diameter of the opening.
  • the material forming the bellows portion 22 is not particularly limited, but it is preferable to use a material excellent in wear resistance and stretchability.
  • the excellent wear resistance is useful for preventing the folded portion of the bellows portion 22 from being damaged due to repeated expansion and contraction of the bellows portion 22.
  • the excellent stretchability is useful for preventing the film W2 from being disturbed by the impact caused by the contact between the pipe P and the spacer 23 being directly transmitted to the film W2 of the contact medium.
  • As a material for forming the bellows portion 22 it is preferable to use silicon rubber in view of excellent wear resistance and stretchability.
  • the spacer 23 of the present embodiment is attached to the upper side of the bellows portion 22, and at least the upper surface (the lower surface in the present embodiment) is a flat horizontal surface. Further, the cylindrical member 24 of the present embodiment is attached to the lower surface of the spacer 23 and is fitted inside the bellows portion 22. Specifically, the outer diameter of the cylindrical member 24 is approximately the same (same or slightly smaller) than the innermost diameter of the bellows portion 22 so that the cylindrical member 24 is fitted inside the bellows portion 22. . Thereby, the outer diameter of the cylindrical member 24 is substantially the same (same or slightly smaller) as the diameter of the opening provided on the upper surface of the contact medium retention portion main body 21.
  • the spacer 23 attached to the bellows part 22 is lowered, and when the cylindrical member 24 is also lowered, the lower end part of the cylindrical member 24 is the contact medium retaining part main body.
  • the contact medium staying portion main body 21 is inserted through the opening 21.
  • the spacer 23 is preferably formed from stainless steel having excellent wear resistance. More preferably, the spacer 23 and the cylindrical member 24 are integrally formed from stainless steel.
  • a method of directly fixing the upper portion of the bellows portion 22 and the spacer 23 by screwing or the like may be used.
  • the cylindrical member 24 is attached to the spacer 23 of the present embodiment, and the cylindrical member 24 is fitted into the bellows portion 22. For this reason, even if the spacer 23 and the bellows portion 22 are not directly fixed, the spacer 23 is attached to the bellows portion 22 through the tubular member 24 in a relatively stable state.
  • FIG. 4 is a front sectional view for explaining the operation of the tubular member 24 of the present embodiment.
  • the left side of the alternate long and short dash line C indicates a state where the cylindrical member 24 is not provided
  • the right side of the alternate long and short dash line C indicates a state where the cylindrical member 24 is provided.
  • the contact medium retention part 2 of the present embodiment includes a cylindrical member 24, so that the bubbles B in the contact medium W do not reach the folded part 221 of the bellows part 22, and the cylinder It becomes easy to rise along the inner surface of the member 24. If the contact medium staying part 2 does not include the cylindrical member 24, the bubbles B staying in the folded part 221 of the bellows part 22 may be collected and rise as a lump.
  • the ultrasonic waves are scattered by the raised bubbles B, and the flaw detection accuracy may be lowered.
  • the contact medium retention part 2 includes the cylindrical member 24, the bubbles B are likely to rise sequentially along the inner surface of the cylindrical member 24 before the bubbles B in the contact medium W are gathered into a lump. It can be expected that a decrease in flaw detection accuracy can be avoided.
  • the second is preferably set to 25% or more with respect to the outer diameter Dp of the tube P.
  • the spacer 23 shown in FIG. If the inner diameter Ds of the spacer 23 is too small (less than 25%) with respect to the outer diameter Dp of the pipe P, the opening of the spacer 23 is likely to be blocked by the outer surface of the pipe P (the pipe P with respect to the opening of the spacer 23). This is because there is a high possibility that the contact medium film W2 will be disturbed. However, if the inner diameter Ds of the spacer 23 is too large, the size of the probe holder (contact medium retaining portion) 2 also increases accordingly, so that the probe holder including the weight of the contact medium W staying inside is increased. There is a possibility that the weight of the whole 2 increases and the follow-up performance of the probe holder 2 is lowered. Therefore, care must be taken not to set the inner diameter Ds of the spacer 23 too large.
  • the contact medium W when the contact medium W is supplied to the contact medium retention part main body 21, the contact medium W flows through the bellows part 22 communicating with the contact medium retention part main body 21. To do.
  • the contact medium W flowing through the bellows portion 22 flows through the spacer 23 attached to the bellows portion 22 and comes into contact with the end portion of the pipe P.
  • the spacer 23 is a horizontal surface having at least a flat upper surface, the surface tension of the contact medium W is adjusted by adjusting the flow rate of the contact medium W supplied to the contact medium retention portion main body 21 to an appropriate range as described above. As a result, a film W2 in which the contact medium W rises beyond the upper surface of the spacer 23 is formed.
  • the contact medium film W2 comes into contact with the end of the tube P, the ultrasonic wave transmitted from the ultrasonic probe 1 is contacted with the contact medium W inside the contact medium staying part main body 21 and inside the bellows part 22.
  • the light enters the end of the tube P through the medium W and the film W2.
  • the ultrasonic wave reflected at the end of the tube P is received by the ultrasonic probe 1 through the film W2, the contact medium W inside the bellows part 22, and the contact medium W inside the contact medium retention part main body 21. .
  • the probe holder 2 follows the tube P rotating in the circumferential direction. Furthermore, the bellows portion 22 expands and contracts in the vertical direction. For this reason, even if the pipe P is bent or the cross section of the pipe P is not a perfect circle, the contact medium film W2 is always in contact with the end of the pipe P and is prevented from being disturbed. Therefore, the contact medium W (including the film W2) is stably interposed between the end portion of the tube P and the ultrasonic probe 1. As a result, accurate ultrasonic flaw detection is possible.
  • FIG. 5 shows a result of flaw detection of artificial flaws (axial flaws) provided on the outer surface of the end of the tube P under the following conditions (1) to (6) by the ultrasonic flaw detector 100 according to the present embodiment. It is a figure which shows an example. 5A shows a flaw detection chart obtained by the ultrasonic probe 1B for detecting an axial flaw, and FIG. 5B shows a schematic diagram of an artificial flaw. In FIG. 5A, the horizontal axis indicates the position of the tube P in the axial direction, and the vertical axis indicates the echo intensity.
  • FIG. 5A shows only the result of flaw detection in the axial direction. However, when flaw detection was performed by providing a flaw in the circumferential direction as an artificial flaw, the flaw detection was performed by providing a flat bottom hole with the ultrasonic probe 1C. In this case, it was confirmed that the ultrasonic probe 1A could detect each with high accuracy.

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Abstract

　管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷を可能とする管端部の超音波探傷装置を提供する。　超音波探傷装置１００は、管Ｐの端部の下方に対向配置され、管端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子１と、管端部の下方に対向配置され、超音波探触子が収納されると共に、周方向に回転する管に追従する探触子ホルダー２とを備える。探触子ホルダーは、超音波探触子と管端部との間の空隙を囲繞して、内部に接触媒質Ｗを滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。接触媒質滞留部は、内部に接触媒質が供給される接触媒質滞留部本体２１と、接触媒質滞留部本体と連通するように接触媒質滞留部本体の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の環状の蛇腹部２２と、蛇腹部の上側に取り付けられ、少なくとも上面が平坦な水平面とされた環状のスペーサ２３とを具備する。

Description

管端部の超音波探傷装置
　本発明は、鋼管等の管の端部を超音波探傷する装置に関する。特に、本発明は、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷を可能とする管端部の超音波探傷装置に関する。
　鋼管等の管の非破壊検査方法として、超音波探傷法が広く適用されている。この超音波探傷法では、管と超音波探触子との間に水等の接触媒質を介在させて、超音波探触子から送信した超音波を管に入射させると共に、管で反射した超音波を超音波探触子で受信している。
　ここで、水平方向に配置された管の下方に超音波探触子を配置する場合、以下の超音波探傷方法が公知である。すなわち、図１に示すように、水槽Ｔ内に蓄えられた水Ｗに超音波探触子１を浸漬させると共に、管Ｐの下面を部分的に浸漬させ、管Ｐを軸方向に搬送すると共に管Ｐを周方向に回転させて超音波探傷する方法が公知である（例えば、「超音波探傷シリーズ（III)　継目無鋼管の超音波探傷法」、社団法人日本鉄鋼協会、昭和６３年４月１５日、ｐ．９５－９６参照）。
　斯かる方法によれば、管Ｐと超音波探触子１との間に接触媒質としての水Ｗを安定して介在させることができるため、精度の良い超音波探傷が可能である。
　しかしながら、図１に示す構成では、水槽Ｔ外の少なくとも２点で管Ｐを支持することになる。このため、２点で支持できない管端部については、水槽Ｔ内の水Ｗに浸漬させた状態で超音波探傷することができないという問題がある。従って、図１に示す構成は、専ら管端部を除く管中央部を超音波探傷する際に用いられる構成である。
　一方、管端部の超音波探傷装置として、超音波探触子と、周方向に回転する管に前記超音波探触子を追従させるための追従装置とを備えた超音波探傷装置が公知である（例えば、日本国特開２００８－１３９１９１号公報参照）。
　管端部を超音波探傷するための超音波探触子を水平方向に配置された管の上方に配置する場合には、例えば、超音波探触子と管端部との間に接触媒質を垂れ流す構造を採用することが考えられる。しかしながら、超音波探触子を管の下方に配置する場合に同様の構造を採用することはできない。管端部を超音波探傷するための超音波探触子を管の下方に配置する場合には、例えば、図１に示すような水槽を用いると共に、管の支持構造や追従装置を水槽内の水に浸漬させる構成を採用することが考えられる。しかしながら、このような構成は、大がかりになる上、堅固な防水構造が必要であるため、メンテナンス性が低下したり、コストが嵩み、実用的ではない。
　本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷を可能とする管端部の超音波探傷装置を提供することを課題とする。
　前記課題を解決するため、本発明に係る超音波探傷装置は、水平方向に配置された管の端部の下方に対向配置され、前記管の端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子と、前記管の端部の下方に対向配置され、前記超音波探触子が収納されると共に、周方向に回転する前記管に追従する探触子ホルダーとを備える。前記探触子ホルダーは、前記超音波探触子と前記管の端部との間の空隙を囲繞して、内部に接触媒質を滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。前記接触媒質滞留部は、内部に接触媒質が供給される接触媒質滞留部本体と、前記接触媒質滞留部本体と連通するように前記接触媒質滞留部本体の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の環状の蛇腹部と、前記蛇腹部の上側に取り付けられ、少なくとも上面が平坦な水平面とされた環状のスペーサとを具備する。
　本発明に係る超音波探傷装置によれば、管端部の下方に対向配置され、超音波探触子を収納する探触子ホルダーが、超音波探触子と管端部との間の空隙を囲繞して内部に接触媒質を滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。この接触媒質滞留部が具備する接触媒質滞留部本体に接触媒質が供給されると、接触媒質滞留部本体に連通する環状の蛇腹部に接触媒質が流通する。この蛇腹部に流通した接触媒質は、蛇腹部に取り付けられた環状のスペーサに流通して、管端部に接触することになる。
　ここで、環状のスペーサは、少なくとも上面が平坦な水平面とされているため、接触媒質滞留部本体に供給する接触媒質の流量を適切に調整することにより、接触媒質の表面張力によって接触媒質がスペーサの上面を超えて盛り上がった膜が形成される。この接触媒質の膜が管端部に接触することにより、超音波探触子から送信された超音波は、接触媒質滞留部本体内部の接触媒質、蛇腹部内部の接触媒質、及び前記膜を介して管端部に入射する。管端部で反射した超音波は、前記膜、蛇腹部内部の接触媒質、及び接触媒質滞留部本体内部の接触媒質を介して超音波探触子で受信される。
　探触子ホルダーは、周方向に回転する管に追従する（上下方向及び水平方向についての管との位置関係を一定に保つように制御される）。さらに、蛇腹部は上下方向に伸縮する。このため、管に曲がりが生じていたり、管の断面が真円でなかったとしても、接触媒質の膜は、常に管端部に接触し、且つ、乱れることが抑制されるため、管端部と超音波探触子との間に接触媒質が安定して介在することになる。これにより、精度の良い超音波探傷が可能となる。
　好ましくは、前記接触媒質滞留部は、前記スペーサの下面に取り付けられ、前記蛇腹部の内部に嵌め込まれる筒状部材を更に具備する。
　斯かる好ましい構成によれば、蛇腹部の内部（特に、蛇腹部の折り畳み部分）に滞留する可能性のある接触媒質中の気泡が、蛇腹部の折り畳み部分に到達することなく、筒状部材の内面に沿って上昇し易くなる。仮に、接触媒質滞留部が、この筒状部材を具備しなければ、蛇腹部の折り畳み部分に滞留した気泡が纏まって、塊として一気に上昇する虞がある。そして、この上昇した気泡の塊で超音波が散乱し、探傷精度が低下する虞がある。しかしながら、上記の好ましい構成のように、接触媒質滞留部が筒状部材を具備すれば、接触媒質中の気泡が纏まって塊となる前に、筒状部材の内面に沿って気泡が逐次上昇し易いため、探傷精度の低下を回避し得ることが期待できる。
　前記接触媒質滞留部本体は、上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質を供給するための接触媒質供給口と、前記円弧の接線方向に接触媒質を排出するための接触媒質排出口とを具備する。
　斯かる好ましい構成によれば、接触媒質供給口から上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質が供給されるため、接触媒質滞留部本体の内部に、接触媒質の渦流が生じることになる。そして、この渦流によって、接触媒質中に含まれ得る汚れ（例えば、管が鋼管である場合、この鋼管表面に付着したスケールの落下物等）が接触媒質排出口に運ばれ、外部に排出されることになる。このため、接触媒質滞留部本体、ひいては接触媒質滞留部全体や超音波探触子の洗浄を探傷中に行うことが可能となり、メンテナンス性が向上するという利点が得られる。また、前記渦流によって、探傷精度に影響を及ぼし得る気泡が超音波探触子の表面に付着し難くなるという利点も得られる。
　本発明に係る管端部の超音波探傷装置によれば、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることにより、精度の良い超音波探傷が可能となる。
図１は、管中央部を超音波探傷する際に用いられる装置構成を模式的に示す図である。図１（ａ）は側面図を、図１（ｂ）は正面視断面図を示す。 図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の正面視断面図を示す。 図３は、図２に示す超音波探傷装置の平面図を示す。 図４は、図２に示す筒状部材の作用を説明するための正面視断面図である。 図５は、図２及び図３に示す超音波探傷装置によって、管端部に設けた人工きずを探傷した結果の一例を示す図である。図５（ａ）は軸方向きず検出用の超音波探触子で得られた探傷チャートを、図５（ｂ）は人工きずの模式図を示す。
　以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
　図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の正面視断面図を示す。図３は、図２に示す超音波探傷装置の平面図を示す。
　図２又は図３に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、水平方向に配置された管Ｐの端部の下方に対向配置され、管Ｐの端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子１と、管Ｐの端部の下方に対向配置され、超音波探触子１が収納されると共に、周方向に回転する管Ｐに追従する探触子ホルダー２とを備える。
　管Ｐはターニングローラ３上に載置されており、ターニングローラ３が回転することにより、管Ｐは周方向に回転する。探触子ホルダー２は、ターニングローラ３から突出した管Ｐの端部の下方に対向配置されている。
　本実施形態に係る超音波探傷装置１００は、超音波探触子１として、超音波探触子１Ａと、超音波探触子１Ｂ（２個）と、超音波探触子１Ｃ（２個）とを備える。超音波探触子１Ａは、管Ｐの肉厚方向に超音波を伝搬させることにより、ラミネーション（管Ｐの内外面に平行な面状のきず）を検出することを目的としている。超音波探触子１Ｂは、管Ｐの周方向に傾けて設置され、管Ｐの周方向に超音波を伝搬させることにより、軸方向きず（管Ｐの軸方向に延びるきず）を検出することを目的としている。超音波探触子１Ｃは、管Ｐの軸方向に傾けて設置され、管Ｐの軸方向に超音波を伝搬させることにより、周方向きず（管Ｐの周方向に延びるきず）を検出することを目的としている。これら超音波探触子１Ａ～１Ｃは、それぞれから送信した超音波の管Ｐへの入射点が略一致するように位置決めされている。
　本実施形態の探触子ホルダー２は、前述のように、周方向に回転する管Ｐに追従するように構成されている。具体的には、探触子ホルダー２が追従装置（図示せず）に取り付けられている。この追従装置は、回転する管Ｐの外面の変位を測定した結果に基づき、上下方向及び水平方向についての探触子ホルダー２と管Ｐとの位置関係が一定となる（従って、探触子ホルダー２に収納された超音波探触子１と管Ｐとの位置関係も一定となる）ように、探触子ホルダー２を上下方向及び水平方向に移動させる。このような追従装置としては、特に限定されるものではなく、種々の公知の追従装置を適用可能であるが、例えば、日本国特開２００８－１３９１９１号公報に記載の追従装置を適用することが好ましい。
　探触子ホルダー２は、超音波探触子１と管Ｐの端部との間の空隙を囲繞して、内部に水等の接触媒質Ｗを滞留させるための接触媒質滞留部を具備する。本実施形態では、探触子ホルダー２全体が接触媒質滞留部としての機能を奏するため、以下の説明では、接触媒質滞留部に探触子ホルダー２と同一の符号を使用する。
　接触媒質滞留部２は、接触媒質滞留部本体２１と、環状（本実施形態では円環状）の蛇腹部２２と、環状（本実施形態では円環状）のスペーサ２３とを具備する。また、本実施形態の接触媒質滞留部２は、好ましい構成として、筒状（本実施形態では円筒状）部材２４を具備する。
　本実施形態の接触媒質滞留部本体２１は、接触媒質供給口２１１（本実施形態では４つ）と、接触媒質排出口２１２（本実施形態では２つ）とを具備する。接触媒質滞留部本体２１の内部には、接触媒質供給口２１１から接触媒質Ｗが供給される一方、接触媒質Ｗは接触媒質排出口２１２から排出される。接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量（４つの接触媒質供給口２１１から供給する総流量）の方が、接触媒質排出口２１２から排出する接触媒質Ｗの流量（２つの接触媒質排出口２１２から排出する総流量）よりも大きく設定されている。例えば、接触媒質排出口２１２から排出する接触媒質Ｗの流量は、接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量の１０～１５％程度に設定される。このため、接触媒質滞留部本体２１には、接触媒質Ｗが滞留することになる。
　本実施形態では、好ましい構成として、接触媒質供給口２１１が上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質Ｗを供給するように配置されている。具体的には、接触媒質供給口２１１が前記円弧の接線方向に延びている。また、接触媒質排出口２１２が前記円弧の接線方向に接触媒質Ｗを排出するように配置されている。具体的には、接触媒質排出口２１２が前記円弧の接線方向に延びている。接触媒質供給口２１１から前記円弧の接線方向に接触媒質Ｗが供給されることにより、接触媒質滞留部本体２１の内部に、接触媒質Ｗの渦流Ｗ１が生じる。そして、この渦流Ｗ１によって、接触媒質Ｗ中に含まれ得る汚れ（例えば、管Ｐが鋼管である場合、この鋼管表面に付着したスケールＳの落下物等）が接触媒質排出口２１２に運ばれ、外部に排出されることになる。このため、接触媒質滞留部本体２１、ひいては接触媒質滞留部２全体や超音波探触子１の洗浄を探傷中に行うことが可能となり、メンテナンス性が向上するという利点が得られる。また、渦流Ｗ１によって、探傷精度に影響を及ぼし得る気泡が超音波探触子１の表面に付着し難くなるという利点も得られる。
　なお、接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量は、２リットル／分～６リットル／分程度に調整することが好ましい。このとき、接触媒質排出口２１２から排出する接触媒質Ｗの流量は、上記供給する流量の１０～１５％程度であり、１リットル／分未満となる。接触媒質Ｗの流量が２リットル／分未満であると、流量不足によって、接触媒質Ｗがスペーサ２３の上面を超えて盛り上がることにより形成される膜Ｗ２を形成し難くなるからである。また、接触媒質Ｗの流量が６リットル／分を超えると、流量過多によって、スペーサ２３の上面を超えて盛り上がった接触媒質の膜Ｗ２が乱れる虞が高まるからである。接触媒質供給口２１１から供給する接触媒質Ｗの流量を上記の範囲に設定し、なお且つ、後述するように、スペーサ２３の内径Ｄｓを管Ｐの外径Ｄｐに対して２５％以上に設定することにより、接触媒質の膜Ｗ２の厚みを２～３ｍｍ程度に制御することが可能である。
　本実施形態の蛇腹部２２は、接触媒質滞留部本体２１と連通するように接触媒質滞留部本体２１の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在である。具体的には、接触媒質滞留部本体２１の上面には開口（本実施形態では円形の開口）が設けられており、この開口を囲繞するように環状の蛇腹部２２が取り付けられている。蛇腹部２２の最内径は、前記開口の径と略同一（同一又は若干小さめ）の寸法とされている。
　蛇腹部２２を形成する材料は、特に限定されるものではないが、耐摩耗性と伸縮性に優れた材料を用いることが好ましい。耐摩耗性に優れることは、蛇腹部２２が伸縮を繰り返すことにより、蛇腹部２２の折り畳み部分に破損が生じることを抑制するために有用である。伸縮性に優れることは、管Ｐとスペーサ２３との接触による衝撃が接触媒質の膜Ｗ２に直接伝わって、膜Ｗ２が乱れることを抑制するために有用である。蛇腹部２２を形成する材料としては、耐摩耗性と伸縮性に優れる点で、シリコンゴムを用いることが好ましい。
　本実施形態のスペーサ２３は、蛇腹部２２の上側に取り付けられ、少なくとも上面が（本実施形態では下面も）平坦な水平面とされている。また、本実施形態の筒状部材２４は、スペーサ２３の下面に取り付けられ、蛇腹部２２の内部に嵌め込まれている。具体的には、筒状部材２４が蛇腹部２２の内部に嵌め込まれるように、筒状部材２４の外径は蛇腹部２２の最内径と略同一（同一又は若干小さめ）の寸法とされている。これにより、筒状部材２４の外径は、接触媒質滞留部本体２１の上面に設けられた開口の径と略同一（同一又は若干小さめ）となる。従って、蛇腹部２２が収縮することによって、蛇腹部２２に取り付けられたスペーサ２３が下降し、これに伴い筒状部材２４も下降したとき、筒状部材２４の下端部は、接触媒質滞留部本体２１の上記開口を通って、接触媒質滞留部本体２１の内部に挿入されることになる。スペーサ２３は、鋼管Ｐの端部と接触する頻度が高いことから、耐摩耗性に優れたステンレス鋼から形成することが好ましい。より好ましくは、スペーサ２３及び筒状部材２４は、ステンレス鋼から一体的に形成される。
　スペーサ２３の蛇腹部２２への取り付け方法としては、蛇腹部２２の上部とスペーサ２３とをビス止め等によって直接固定する方法でもよい。しかしながら、本実施形態のスペーサ２３には、筒状部材２４が取り付けられ、この筒状部材２４が蛇腹部２２の内部に嵌め込まれる。このため、スペーサ２３と蛇腹部２２とを直接固定しなくても、スペーサ２３は、筒状部材２４を介して、蛇腹部２２に比較的安定した状態で取り付けられる。
　図４は、本実施形態の筒状部材２４の作用を説明するための正面視断面図である。図４において、一点鎖線Ｃよりも左側は筒状部材２４を具備しない状態を、一点鎖線Ｃよりも右側は筒状部材２４を具備する状態を示す。図４に示すように、本実施形態の接触媒質滞留部２は、筒状部材２４を具備するため、接触媒質Ｗ中の気泡Ｂが、蛇腹部２２の折り畳み部分２２１に到達することなく、筒状部材２４の内面に沿って上昇し易くなる。仮に、接触媒質滞留部２が、この筒状部材２４を具備しなければ、蛇腹部２２の折り畳み部分２２１に滞留した気泡Ｂが纏まって、塊として一気に上昇する虞がある。そして、この上昇した気泡Ｂの塊で超音波が散乱し、探傷精度が低下する虞がある。しかしながら、接触媒質滞留部２が筒状部材２４を具備すれば、接触媒質Ｗ中の気泡Ｂが纏まって塊となる前に、筒状部材２４の内面に沿って気泡Ｂが逐次上昇し易いため、探傷精度の低下を回避し得ることが期待できる。
　図２に示すスペーサ２３の内径Ｄｓは、管Ｐの外径Ｄｐに対して２５％以上に設定することが好ましい。スペーサ２３の内径Ｄｓが管Ｐの外径Ｄｐに対して小さすぎる（２５％未満である）と、管Ｐの外面によってスペーサ２３の開口が閉塞され易くなる（スペーサ２３の開口に対して管Ｐの外面が面接触しているのと近い状態になる）ため、接触媒質の膜Ｗ２が乱れる虞が高まるからである。ただし、スペーサ２３の内径Ｄｓが大きすぎると、これに応じて探触子ホルダー（接触媒質滞留部）２の寸法も大きくなるため、内部に滞留する接触媒質Ｗの重量を含んだ探触子ホルダー２全体の重量が増し、探触子ホルダー２の追従性能が低下する虞がある。従って、スペーサ２３の内径Ｄｓを過度に大きく設定しないように留意する必要がある。
　以上に説明した本実施形態に係る超音波探傷装置１００において、接触媒質滞留部本体２１に接触媒質Ｗが供給されると、接触媒質滞留部本体２１に連通する蛇腹部２２に接触媒質Ｗが流通する。この蛇腹部２２に流通した接触媒質Ｗは、蛇腹部２２に取り付けられたスペーサ２３に流通して、管Ｐの端部に接触することになる。
　スペーサ２３は、少なくとも上面が平坦な水平面とされているため、接触媒質滞留部本体２１に供給する接触媒質Ｗの流量を前述したような適切な範囲に調整することにより、接触媒質Ｗの表面張力によって接触媒質Ｗがスペーサ２３の上面を超えて盛り上がった膜Ｗ２が形成される。この接触媒質の膜Ｗ２が管Ｐの端部に接触することにより、超音波探触子１から送信された超音波は、接触媒質滞留部本体２１内部の接触媒質Ｗ、蛇腹部２２内部の接触媒質Ｗ、及び前記膜Ｗ２を介して管Ｐの端部に入射する。管Ｐの端部で反射した超音波は、前記膜Ｗ２、蛇腹部２２内部の接触媒質Ｗ、及び接触媒質滞留部本体２１内部の接触媒質Ｗを介して超音波探触子１で受信される。
　探触子ホルダー２は、周方向に回転する管Ｐに追従する。さらに、蛇腹部２２は上下方向に伸縮する。このため、管Ｐに曲がりが生じていたり、管Ｐの断面が真円でなかったとしても、接触媒質の膜Ｗ２は、常に管Ｐの端部に接触し、且つ、乱れることが抑制されるため、管Ｐの端部と超音波探触子１との間に接触媒質Ｗ（膜Ｗ２も含む）が安定して介在することになる。これにより、精度の良い超音波探傷が可能となる。
　図５は、本実施形態に係る超音波探傷装置１００によって、以下の（１）～（６）の条件で、管Ｐの端部外面に設けた人工きず（軸方向きず）を探傷した結果の一例を示す図である。図５（ａ）は軸方向きず検出用の超音波探触子１Ｂで得られた探傷チャートを、図５（ｂ）は人工きずの模式図を示す。図５（ａ）の横軸は管Ｐの軸方向の位置を、縦軸はエコー強度を意味する。
　（１）管Ｐの外径：１６８ｍｍ
　（２）管Ｐの回転速度：１１３ｒｐｍ
　（３）探触子ホルダー２の管軸方向への移動速度：１５．１ｍｍ／ｓｅｃ
　（４）スペーサ２３の内径Ｄｓ：６３ｍｍ
　（５）供給する接触媒質（水）の流量：５．５リットル／分
　（６）排出する接触媒質（水）の流量：１リットル／分未満
　図５（ａ）から分かるように、本実施形態に係る超音波探傷装置１００によれば、管端部と超音波探触子との間に接触媒質を安定して介在させることができ、人工きずを精度良く検出可能であった。なお、図５には、軸方向きずを探傷した結果のみを図示したが、人工きずとして、周方向きずを設けて探傷した場合には超音波探触子１Ｃで、平底穴を設けて探傷した場合には超音波探触子１Ａで、それぞれ精度良く検出可能であることが確認できた。

Claims (3)

  1. 　水平方向に配置された管の端部の下方に対向配置され、前記管の端部に向けて超音波を送受信する超音波探触子と、
    　前記管の端部の下方に対向配置され、前記超音波探触子が収納されると共に、周方向に回転する前記管に追従する探触子ホルダーとを備え、
    　前記探触子ホルダーは、前記超音波探触子と前記管の端部との間の空隙を囲繞して、内部に接触媒質を滞留させるための接触媒質滞留部を具備し、
    　前記接触媒質滞留部は、
    　内部に接触媒質が供給される接触媒質滞留部本体と、
    　前記接触媒質滞留部本体と連通するように前記接触媒質滞留部本体の上側に取り付けられ、上下方向に伸縮自在の環状の蛇腹部と、
    　前記蛇腹部の上側に取り付けられ、少なくとも上面が平坦な水平面とされた環状のスペーサとを具備することを特徴とする管端部の超音波探傷装置。
  2. 　前記接触媒質滞留部は、前記スペーサの下面に取り付けられ、前記蛇腹部の内部に嵌め込まれる筒状部材を更に具備することを特徴とする請求項１に記載の管端部の超音波探傷装置。
  3. 　前記接触媒質滞留部本体は、上下方向周りの所定の円弧の接線方向に接触媒質を供給するための接触媒質供給口と、前記円弧の接線方向に接触媒質を排出するための接触媒質排出口とを具備することを特徴とする請求項１又は２に記載の管端部の超音波探傷装置。
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"Ultrasonic Testing Series (III) Ultrasonic Testing Method for Seamless Steel Pipe", IRON AND STEEL INSTITUTE OF JAPAN, 15 April 1988 (1988-04-15), pages 95 - 96

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