WO2011021564A1 - 超音波検査用探触子および超音波検査装置 - Google Patents

超音波検査用探触子および超音波検査装置 Download PDF

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ultrasonic waves
flaw detection
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拓俊 松本
正嗣 清水
清隆 青木
伸一 辻
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三菱重工業株式会社
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    • G01N2291/106—Number of transducers one or more transducer arrays

Definitions

  • the present invention relates to an ultrasonic inspection probe and an ultrasonic inspection apparatus that are particularly suitable for use in inspection of butt welds of pipes.
  • the above-described oblique flaw detection method is higher than the creeping flaw detection method in that the ultrasonic wave is skipped on the inner surface of the pipe, so that the presence or absence of defects in the total plate thickness of the pipe is high. It is known that there is an advantage that it can be detected with accuracy.
  • the creeping flaw detection method is known to have the advantage of being able to detect the presence or absence of defects in the total thickness of pipes in a shorter time than the oblique flaw detection method due to the spread of ultrasonic waves. Yes.
  • the oblique angle flaw detection method described above since ultrasonic waves are skipped on the inner surface of the pipe, it can be used only with a smooth tube having a smooth inner surface, and with a rifle tube having a spiral groove, There was a problem that it was not possible to inspect for defects by a flaw detection method. Furthermore, as compared with the creeping flaw detection method, the oblique flaw detection method has a problem that it takes a long time to inspect whether there is a defect because the probe needs to be scanned.
  • the creeping flaw detection method has a disadvantage that the defect detection capability is lower than the oblique flaw detection method. For example, there is a disadvantage that it is difficult to detect a blow hole having a diameter of about 1 mm.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and is an ultrasonic wave capable of reducing the time required for flaw detection while maintaining flaw detection ability without being affected by the inner surface shape of the inspection object.
  • An object is to provide an inspection probe and an ultrasonic inspection apparatus.
  • the ultrasonic inspection probe is a first probe in which a plurality of transducers that transmit ultrasonic waves to a subject and detect ultrasonic waves reflected from the subject are arranged.
  • a first probe is disposed closer to the defect in the subject than the second probe, and the first probe is disposed on the subject.
  • the second probe generates longitudinal ultrasonic waves propagating through the surface and longitudinal ultrasonic waves propagating from the surface toward the inside of the subject.
  • longitudinal wave ultrasonic waves (secondary creeping waves) propagating on the back surface are generated by the first probe, and reflected by the second probe at the defect 2.
  • longitudinal ultrasonic waves By detecting the next creeping wave, regardless of the shape of the back surface, it is possible to inspect for the presence or absence of defects on the back surface (for example, insufficient penetration).
  • longitudinal ultrasonic waves creeping waves
  • the creeping waves reflected at the defect by the first probe Regardless of the shape, the presence or absence of defects on the surface (e.g., lack of fusion) can be inspected.
  • the time required for flaw detection can be shortened as compared with the oblique angle flaw detection method.
  • the first probe generates transverse ultrasonic waves propagating from the surface toward the inside of the subject, and the second probe detects the transverse ultrasonic waves reflected at the defect, in other words, the transverse waves.
  • the presence or absence of defects can be inspected by the oblique flaw detection method.
  • the longitudinal wave ultrasonic wave propagating from the surface toward the inside of the subject is generated by the second probe, and the longitudinal wave ultrasonic wave reflected at the defect is detected by the first probe.
  • the presence or absence of defects can be inspected by the longitudinal wave oblique flaw detection method.
  • the presence or absence of defects can be inspected with higher accuracy than the creeping flaw detection method.
  • the ultrasonic inspection probe according to the present invention is not replaced by the presence or absence of defects by the oblique flaw detection method and the creeping flaw detection method. It can be used for inspection.
  • An ultrasonic inspection apparatus includes an ultrasonic inspection probe according to the present invention, the plurality of transducers of the first probe, and the second probe.
  • the ultrasonic inspection probe according to the present invention is provided, and the plurality of transducers of the first probe and the plurality of second probes are transmitted by the transmission unit.
  • the transmission timing of the ultrasonic wave in the vibrator is controlled. Therefore, generation of longitudinal ultrasonic waves propagating on the back surface by the first probe and transverse ultrasonic waves propagating from the surface toward the inside of the subject is controlled, and the surface by the second probe is controlled. It is possible to control the generation of longitudinal ultrasonic waves that propagate through the surface and longitudinal ultrasonic waves that propagate from the surface toward the inside of the subject.
  • the creeping wave used in the creeping flaw detection method is generated by the first probe, and the secondary creeping wave is generated by the second probe.
  • the transverse ultrasonic wave used in the oblique flaw detection method is generated by the first probe, and the longitudinal ultrasonic wave is generated by the second probe. In this way, it is possible to reduce the time required for flaw detection while maintaining the flaw detection capability.
  • FIG. 1 is a schematic diagram for explaining the outline of the ultrasonic flaw detector according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a state in which the probe unit of FIG. 1 is arranged on the boiler tube.
  • the present invention will be described by applying the present invention to an ultrasonic flaw detection apparatus 1 that detects the presence or absence of defects such as poor melting and insufficient penetration at a butt weld T1 of a boiler tube (subject) T.
  • the ultrasonic flaw detector 1 is mainly provided with a pair of probe sections (ultrasound inspection probes) 2, a control section 3, and an information processing section 4. Yes.
  • the boiler tube T in the present embodiment has an outer peripheral surface (surface) T2 and a rifle groove T4 formed on the inner peripheral surface T3, and is butt welded on the inner peripheral surface T3.
  • the vicinity of the portion T1 will be described by applying to a case where a thinning portion (back surface) T5 for adjusting the thickness of the boiler tube T is provided.
  • the surface of the thinning portion T5 is formed in a cylindrical surface shape.
  • the probe unit 2 is disposed in the vicinity of the butt weld T1 in the boiler tube T, transmits ultrasonic waves toward the boiler tube T, and from the boiler tube T and the butt weld T1.
  • the reflected ultrasonic waves are detected.
  • the probe unit 2 is mainly provided with a first probe 21, a second probe 22, a first wedge 23, and a second wedge 24. Ultrasound generated from each of the first probe 21 and the second probe 22 enters the boiler tube T via the first wedge 23 and the second wedge 24.
  • the first probe 21 and the second probe 22 transmit ultrasonic waves and detect ultrasonic waves reflected from the defect.
  • the first probe 21 and the second probe 22 detect poor fusion or fusion at the butt weld T1 of the boiler tube T. It is used for detecting defects such as shortages.
  • the first probe 21 and the second probe 22 are phased array probes in which a plurality of transducers that transmit ultrasonic waves and detect ultrasonic waves are arranged on the surface.
  • the first probe 21 is arranged on the side where the defect of the boiler tube T is present in the probe portion 2 (butt welded portion T1 side), and the boiler tube is interposed via the first wedge 23. It is arranged to face T.
  • the second probe 22 is arranged on the side opposite to the side where the defect of the boiler tube T is present in the probe unit 2, in other words, in the direction away from the butt weld T1, the first probe 21, The second probes 22 are arranged in this order. Further, the boiler tube T is arranged to face the second wedge 24.
  • the side on which the first probe 21 is arranged in the probe unit 2 is referred to as the front side
  • the side on which the second probe 22 is arranged is referred to as the rear side.
  • the first probe 21 and the second probe 22 are arranged so as to have an inclination approaching the boiler tube T from the front side to the rear side. Furthermore, the transducer of the first probe 21 and the transducer of the second probe 22 are arranged on a circumferential surface having a central axis extending from the front side toward the rear side.
  • description will be made by applying to an example in which the transducer of the first probe 21 and the transducer of the second probe 22 are arranged on a circumferential surface having a radius of about 50 mm.
  • the number of transducers (number of elements) constituting the first probe 21 and the second probe 22 is about 8 to about 16, and the pitch of the transducers (element pitch) is about 0.3 mm.
  • the description will be made by applying to an example of about 0.6 mm.
  • the pitch of the vibrators is the vibration adjacent to the center of the vibrator tube in the central axis direction of each vibrator in the plurality of vibrators constituting the first probe 21. It is the distance to the center of the child boiler tube center axis.
  • the angle between the normal to the surface of the boiler tube T on which the probe unit 2 is disposed and the normal to the surface of the first probe 21 is about 28 °. This will be described by applying to the example.
  • the angle between the normal to the surface of the boiler tube T on which the probe unit 2 is disposed and the normal to the surface of the first probe 21 is about Description will be made by applying to an example of 28 °.
  • Examples of the plurality of vibrators include those formed from known piezoelectric materials, and are not particularly limited. Furthermore, the arrangement pattern of the plurality of probes can be selected from various arrangement patterns according to the shape of the subject such as the boiler tube T, and is not particularly limited.
  • the first wedge 23 and the second wedge 24 guide the ultrasonic waves transmitted from the first probe 21 and the second probe 22 to the boiler tube T and reflect the ultrasonic waves reflected from the defects of the boiler tube T, respectively. Is guided to the first probe 21 and the second probe 22.
  • a material constituting the first wedge 23 and the second wedge 24 a known material such as a resin can be used and is not particularly limited.
  • the first wedge 23 is disposed between the first probe 21 and the boiler tube T.
  • description will be made by applying to an example in which the angle between the surface in contact with the first probe 21 and the surface in contact with the boiler tube T is about 28 °.
  • the second wedge 24 is disposed between the second probe 22 and the boiler tube T.
  • description will be made by applying to an example in which the angle between the surface in contact with the second probe 22 and the surface in contact with the boiler tube T is about 23 °.
  • the sound absorbing part 25 can suppress the generation of ultrasonic waves that interfere with flaw detection other than those reflected from the boiler tube T and the butt weld T1 echo by absorbing the ultrasonic waves that propagate directly between them. It is.
  • the sound absorbing portion 25 a known one can be used and is not particularly limited.
  • the control unit 3 controls the ultrasonic wave transmitted from the probe unit 2 and transmits the detection signal output from the probe unit 2 to the information processing unit 4. As shown in FIG. 1, the control unit 3 is mainly provided with a transmission unit 31 and a reception unit 32.
  • the transmission unit 31 outputs a pulsed drive voltage for transmitting ultrasonic waves to the transducer of the first probe 21 and the transducer of the second probe 22. Furthermore, the ultrasonic waves transmitted from the first probe 21 and the second probe 22 are controlled by controlling the phase of the ultrasonic waves transmitted from each transducer.
  • the transmitter 31 generates ultrasonic waves that generate a secondary creeping wave on the inner peripheral surface T3 of the boiler tube T with respect to the vibrator of the first probe 21, and the inside of the boiler tube T.
  • a driving voltage for transmitting an ultrasonic wave for generating a transverse ultrasonic wave propagating through the wave is output.
  • ultrasonic waves that generate creeping waves on the outer peripheral surface T2 of the boiler tube T and longitudinal ultrasonic waves that propagate inside the boiler tube T are applied to the transducer of the second probe 22.
  • a drive voltage for transmitting the generated ultrasonic wave is output.
  • the transmission part 31 a well-known thing can be used and it does not specifically limit.
  • the receiving unit 32 converts the detection signals output from the transducers of the first probe 21 and the transducers of the second probe into measurement signals that can be processed by the information processing unit 4. To output a measurement signal. For example, detection signals that are analog signals output from the transducers of the first probe 21 and the second probe 22 are converted into measurement signals that are digital signals that can be processed by the information processing unit 4. .
  • the receiving unit 32 is connected so that detection signals can be input from the transducer of the first probe 21 and the transducer of the second probe 22, and a measurement signal is sent to the information processing unit 4. It is connected so that output is possible.
  • the receiving unit 32 a known one can be used, and is not particularly limited.
  • the information processing unit 4 obtains the position of a defect in the butt weld T1 of the boiler tube T by calculation based on the measurement signal input from the receiving unit 32.
  • the information processing unit 4 a publicly known one can be used and is not particularly limited.
  • the inspection for the presence or absence of defects in the boiler tube T using the ultrasonic flaw detector 1 having the above-described configuration will be described.
  • the presence of a defect by the transverse wave oblique flaw detection method specifically, the presence / absence of a blowhole (BH) is inspected, and then the fusion failure (LF) of the outer peripheral surface T2 by the creeping flaw detection method, the inner circumference
  • IP penetration failure
  • LF presence or absence of fusion failure
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the inspection for the presence or absence of defects by the transverse wave oblique flaw detection method.
  • the pair of probe parts 2 are disposed to face each other with the butt weld part T ⁇ b> 1 of the boiler tube T interposed therebetween.
  • the front side where the first probe 21 is disposed is the butt weld T1 side.
  • the transmitter 31 controls the direction of the ultrasonic beam transmitted from the first probe 21 by controlling the phase of the ultrasonic wave transmitted from the transducer of the first probe 21. Thereby, the traveling direction of the ultrasonic wave of the transverse wave propagating in the boiler tube T is controlled (sector scan).
  • the ultrasonic wave transmitted from the first probe 21 propagates through the inside of the first wedge 23, then enters the inside from the outer peripheral surface T2 of the boiler tube T, and forms a boiler tube as a transverse wave ultrasonic wave. Propagates toward the inner peripheral surface T3 of T.
  • the ultrasonic waves are refracted when entering the boiler tube T from the first wedge 23.
  • the transverse ultrasonic wave propagates within an angle range of about 38 ° to about 60 ° with respect to the normal direction of the outer peripheral surface T2.
  • the sector-scanned transverse wave ultrasonic waves are directly incident on the butt weld T1 or reflected by the thinning portion T5 and incident on the butt weld T1.
  • the transverse wave ultrasonic wave transmitted from the left probe section 2 is directly incident on the butt weld T1
  • the transverse wave ultrasonic wave transmitted from the right probe section 2 is converted into the thinning section. Reflected at T5 and incident on the butt weld T1. If a defect such as a blow hole exists in the butt weld T1, the transverse ultrasonic wave is reflected by the defect.
  • the reflected ultrasonic wave propagates to the outer peripheral surface T2 of the boiler tube T by following the same path as the incident light. Then, the reflected ultrasonic wave enters the second wedge 24 from the outer peripheral surface T2, enters the second probe 22 from the second wedge 24, and is detected by the transducer of the second probe 22.
  • the transducer of the second probe 22 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the detected ultrasonic wave, and the detection signal is input to the receiving unit 32 as shown in FIG.
  • the receiving unit 32 converts the detection signal that is an analog signal into a measurement signal that is a digital signal, and outputs the measurement signal to the information processing unit 4.
  • the information processing unit 4 obtains the position of a defect such as a blow hole by calculation based on the input measurement signal or the like.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the inspection for the presence or absence of defects by the creeping flaw detection method.
  • the inspection for the presence or absence of defects such as poor fusion and insufficient penetration by the creeping flaw detection method will be described.
  • the inspection for the presence or absence of defects by the transverse wave oblique flaw detection method is completed, the inspection for the presence or absence of defects by the creeping flaw detection method is subsequently performed.
  • the arrangement position of the pair of probe parts 2 is the same as the arrangement position at the time of inspection by the transverse wave oblique flaw detection method.
  • the transmitter 31 controls the phase of the ultrasonic wave transmitted from the transducer of the second probe 22, thereby controlling the ultrasonic wave transmitted from the second probe 22, and the outer peripheral surface of the boiler tube T. Longitudinal ultrasonic waves propagating along T2, that is, creeping waves are generated. Specifically, the ultrasonic wave transmitted from the second probe 22 propagates through the second wedge 24 and then enters the outer peripheral surface T2 of the boiler tube T. Then, a creeping wave that is a longitudinal ultrasonic wave propagating along the outer peripheral surface T2 is generated.
  • the creeping wave propagates along the outer peripheral surface T2 and directly enters the butt weld T1. If a defect such as poor fusion exists in the butt weld T1, the creeping wave is reflected by the defect.
  • the reflected creeping wave follows the same path as the incident light, and enters the first wedge 23 from the boiler tube T.
  • the reflected creeping wave enters the first probe 21 from the first wedge 23 and is detected by the vibrator of the first probe 21.
  • the vibrator of the first probe 21 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the detected creeping wave. Since the subsequent operation is the same as that in the case of inspection for the presence or absence of defects by the transverse wave oblique flaw detection method, the description thereof is omitted.
  • the transmission unit 31 controls the ultrasonic wave transmitted from the transducer of the first probe 21, thereby controlling the ultrasonic wave transmitted from the first probe 21, and the thinning unit of the boiler tube T. Longitudinal ultrasonic waves propagating along T5, that is, secondary creeping waves are generated.
  • the ultrasonic wave transmitted from the first probe 21 propagates through the first wedge 23, then enters the outer peripheral surface T2 of the boiler tube T, and travels from the outer peripheral surface T2 toward the thinning portion T5.
  • a transverse ultrasonic wave is generated.
  • a secondary creeping wave that is a longitudinal ultrasonic wave propagating along the thinning portion T5 is generated.
  • the secondary creeping wave propagates along the thinning portion T5 and directly enters the butt weld T1. If there is a defect such as poor penetration in the butt weld T1, the secondary creeping wave is reflected by the defect.
  • the reflected secondary creeping wave follows the same path as that at the time of incidence and enters the second wedge 24 from the boiler tube T.
  • the reflected secondary creeping wave enters the second probe 22 from the second wedge 24 and is detected by the transducer of the second probe 22.
  • the vibrator of the second probe 22 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the detected secondary creeping wave. Since the subsequent operation is the same as that in the case of inspection for the presence or absence of defects by the transverse wave oblique flaw detection method, the description thereof is omitted.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the inspection for the presence or absence of defects by the longitudinal wave oblique angle flaw detection method.
  • the inspection for the presence or absence of defects such as poor fusion by the longitudinal wave oblique inspection method will be described.
  • the inspection for the presence or absence of defects by the creeping flaw detection method is completed, the inspection for the presence or absence of defects by the longitudinal wave oblique angle flaw detection method is subsequently performed. Therefore, the arrangement position of the pair of probe parts 2 is the same as the arrangement position at the time of inspection by the transverse wave oblique flaw detection method or the creeping flaw detection method.
  • one of the pair of probe parts 2 (left probe part 2) is shown for easy understanding.
  • the transmitter 31 controls the phase of the ultrasonic wave transmitted from the transducer of the second probe 22, thereby controlling the ultrasonic wave transmitted from the second probe 22, and the outer peripheral surface of the boiler tube T. Longitudinal ultrasonic waves propagating from T2 toward the inner peripheral surface are generated.
  • the ultrasonic wave transmitted from the second probe 22 propagates through the inside of the second wedge 24, then enters the inside from the outer peripheral surface T2 of the boiler tube T, and becomes a boiler as longitudinal ultrasonic waves. It propagates toward the inner peripheral surface T3 of the tube T.
  • the ultrasonic waves are refracted when entering the boiler tube T from the second wedge 24.
  • the longitudinal ultrasonic wave propagates within an angle range of about 60 ° to about 80 ° with reference to the normal direction of the outer peripheral surface T2.
  • the vibrator of the first probe 21 outputs a detection signal corresponding to the intensity of the detected creeping wave. Since the subsequent operation is the same as that in the case of inspection for the presence or absence of defects by the transverse wave oblique flaw detection method, the description thereof is omitted.
  • the first probe 21 generates a secondary creeping wave
  • the second probe 22 detects the secondary creeping wave reflected at the defect, thereby Regardless of the shape of T3, the presence or absence of a defect in the thinning portion T5 can be inspected.
  • the creeping wave is generated by the second probe 22 and the creeping wave reflected by the defect is detected by the first probe 21, so that the outer periphery is independent of the shape of the outer peripheral surface T 2.
  • the presence or absence of a defect in the surface T2 can be inspected.
  • the time required for flaw detection can be shortened compared to the oblique flaw detection method.
  • the first probe 21 generates a transverse wave ultrasonic wave propagating from the outer peripheral surface T2 toward the inside of the boiler tube T, and the second probe 22 detects the transverse wave ultrasonic wave reflected at the defect. That is, it is possible to inspect the presence or absence of defects by the transverse wave oblique flaw detection method.
  • the ultrasonic wave of the longitudinal wave propagating from the outer peripheral surface T2 toward the inside of the boiler tube T is generated by the second probe 22, and the supersonic wave of the longitudinal wave reflected at the defect by the first probe 21 is generated. It is possible to inspect the presence or absence of a defect by detecting a sound wave, that is, the longitudinal wave oblique angle flaw detection method.
  • the presence or absence of defects can be inspected with higher accuracy than the creeping flaw detection method.
  • the probe unit 2 and the ultrasonic flaw detector 1 of the present embodiment replace the probe unit 2 itself and the wedge. Without being detected, it can be used to detect the presence or absence of defects by the oblique inspection method and the creeping inspection method.

Abstract

　検査対象の内面形状に影響されることなく、探傷能力を維持したまま探傷に要する時間の短縮を図ることができる超音波検査用探触子および超音波検査装置を提供する。被検体（Ｔ）に超音波を送信するとともに、被検体（Ｔ）から反射した超音波を検出する複数の振動子が配列された第１探触子（２１）および第２探触子（２２）が設けられ、第１探触子（２１）は、第２探触子（２２）よりも被検体（Ｔ）における欠陥に近い側に配置され、第１探触子（２１）は被検体（Ｔ）における第１探触子（２１）および第２探触子（２２）が配置された表面（Ｔ２）と反対側の裏面（Ｔ５）を伝播する縦波の超音波、および、表面（Ｔ２）から被検体（Ｔ）の内部に向かって伝播する横波の超音波を発生させ、第２探触子（２２）は、表面（Ｔ２）を伝播する縦波の超音波、および、表面（Ｔ２）から被検体（Ｔ）の内部に向かって伝播する縦波の超音波を発生させる。

Description

超音波検査用探触子および超音波検査装置
　本発明は、特に配管の突合せ溶接部の検査に用いて好適な超音波検査用探触子および超音波検査装置に関する。
　現在、ボイラチューブなどの小口径配管における突合せ溶接部の品質検査には、放射線透過試験及び超音波探傷試験が行われている。このうち超音波探傷では、横波の超音波を使用した斜角探傷法や、クリーピング波を使用したクリーピング探傷法など、種々の探傷法が用いられている（例えば、特許文献１および２参照。）。
　放射線透過試験においては、試験中に部外者は管理区域外への退避が必要であるため、溶接作業等の他の作業が同時にできない。さらに、作業者の被爆の問題もあり、超音波探傷試験に代替可能なものについては、代替した方が望ましい。
　一方、超音波探傷試験については、上述の斜角探傷法では、超音波を配管の内面でスキップさせることで、配管の全板厚における欠陥の有無を、クリーピング探傷法と比較して、高い精度で検出できるという長所があることが知られている。
　その一方で、クリーピング探傷法では、超音波の広がりにより、配管の全板厚における欠陥の有無を、斜角探傷法と比較して、短時間で検出できるという長所があることが知られている。
　そのため、超音波探傷を行う対象に応じて、斜角探傷法およびクリーピング探傷法の一方または両方を用いて欠陥の有無の検査が行われる場合がある。
特願２００６－０３０２１８号公報 特開２００８－０２６０６１号公報
　しかしながら、上述の斜角探傷法では、超音波を配管の内面でスキップさせるため、内面が平滑なスムース管でしか用いることができず、螺旋状に溝が形成されているライフル管では、斜角探傷法による欠陥の有無の検査ができないという問題があった。さらに、クリーピング探傷法と比較して、斜角探傷法は、探触子を走査する必要があるため、欠陥の有無の検査に要する時間が長くなるという問題があった。
　その一方で、クリーピング探傷法では、斜角探傷法と比較して、欠陥の検出能力が低いという短所があった。例えば、直径が１ｍｍ程度のブローホールの検出が困難であるという短所があった。
　さらに、斜角探傷法およびクリーピング探傷法の両者を実施する場合、例えば、スムース管およびライフル管の両者の探傷を十分に実施する場合には、対応する探触子が異なることから探触子を付け替える必要があり、探傷に要する時間が長くなるという問題があった。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、検査対象の内面形状に影響されることなく、探傷能力を維持したまま探傷に要する時間の短縮を図ることができる超音波検査用探触子および超音波検査装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
　本発明の第１の態様の超音波検査用探触子は、被検体に超音波を送信するとともに、前記被検体から反射した超音波を検出する複数の振動子が配列された第１探触子および第２探触子が設けられ、前記第１探触子は、前記第２探触子よりも前記被検体における欠陥に近い側に配置され、前記第１探触子は、前記被検体における前記第１および第２探触子が配置された表面と反対側の裏面を伝播する縦波の超音波、および、前記表面から前記被検体の内部に向かって伝播する横波の超音波を発生させ、前記第２探触子は、前記表面を伝播する縦波の超音波、および、前記表面から前記被検体の内部に向かって伝播する縦波の超音波を発生させる。
　本発明の第１の態様によれば、第１探触子によって裏面を伝播する縦波の超音波（２次クリーピング波）を発生させるとともに、第２探触子によって、欠陥において反射した２次クリーピング波を検出することにより、裏面の形状に関わらず、裏面における欠陥（例えば、溶け込み不足（Ｉｎｃｏｐｌｅｔｅ　Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ））の有無を検査することができる。その一方で、第２探触子によって表面を伝播する縦波の超音波（クリーピング波）を発生させるとともに、第１探触子によって、欠陥において反射したクリーピング波を検出することにより、表面の形状に関わらず、表面における欠陥（例えば、融合不良（Ｌａｃｋ　ｏｆ　Ｆｕｓｉｏｎ））の有無を検査することができる。
　さらに、クリーピング波および２次クリーピング波を利用して（クリーピング探傷法により）欠陥の有無を検査するため、斜角探傷法と比較して、探傷に要する時間を短くすることができる。
　第１探触子によって表面から被検体の内部に向って伝播する横波の超音波を発生させるとともに、第２探触子によって、欠陥において反射した横波の超音波を検出すること、言い換えると、横波斜角探傷法により欠陥の有無を検査することができる。同様に、第２探触子によって表面から被検体の内部に向って伝播する縦波の超音波を発生させるとともに、第１探触子によって、欠陥において反射した縦波の超音波を検出すること、言い換えると、縦波斜角探傷法により欠陥の有無を検査することができる。
　さらに、斜角探傷法を用いて欠陥の有無を検査するため、クリーピング探傷法と比較して、高い精度で欠陥の有無を検査することができる。
　さらに、第１探触子および第２探触子が設けられているため、本発明の超音波検査用探触子は、交換することなく、斜角探傷法およびクリーピング探傷法による欠陥の有無の検査に用いることができる。
　本発明の第２の態様の超音波検査装置は、上記本発明に記載の超音波検査用探触子と、前記第１探触子の前記複数の振動子、および、前記第２探触子の前記複数の振動子における超音波の送信タイミングを制御する送信部と、受信部が設けられている。
　本発明の第２の態様によれば、上記本発明の超音波検査用探触子が設けられ、送信部により、第１探触子の複数の振動子、および、第２探触子の複数の振動子における超音波の送信タイミングが制御される。そのため、第１探触子による裏面を伝播する縦波の超音波、および、表面から前記被検体の内部に向かって伝播する横波の超音波の発生を制御するとともに、第２探触子による表面を伝播する縦波の超音波、および、表面から被検体の内部に向かって伝播する縦波の超音波の発生を制御することができる。
　本発明の超音波検査用探触子および超音波検査装置によれば、クリーピング探傷法に用いられるクリーピング波を第１探触子により発生させ、２次クリーピング波を第２探触子により発生させるとともに、斜角探傷法に用いられる横波の超音波を第１探触子により発生させ、縦波の超音波を第２探触子により発生させるため、検査対象の内面形状に影響されることなく、探傷能力を維持したまま探傷に要する時間の短縮を図ることができるという効果を奏する。
本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の概略を説明する模式図である。 図１の探触子部がボイラチューブに配置された状態を説明する模式図である。 横波斜角探傷法による欠陥の有無の検査を説明する模式図である。 クリーピング探傷法による欠陥の有無の検査を説明する模式図である。 縦波斜角探傷法による欠陥の有無の検査を説明する模式図である。
　この発明の一実施形態に係る超音波探傷装置について、図１から図５を参照して説明する。
　図１は、本実施形態に係る超音波探傷装置の概略を説明する模式図である。図２は、図１の探触子部がボイラチューブに配置された状態を説明する模式図である。
　本実施形態では、本発明をボイラチューブ（被検体）Ｔの突合せ溶接部Ｔ１における溶融不良や、溶け込み不足などの欠陥の有無を検出する超音波探傷装置１に適用して説明する。
　超音波探傷装置１には、図１に示すように、一対の探触子部（超音波検査用探触子）２と、制御部３と、情報処理部４と、が主に設けられている。
　本実施形態におけるボイラチューブＴは、図２に示すように、外周面（表面）Ｔ２を有するとともに、内周面Ｔ３にライフル溝Ｔ４が形成されたものであって、内周面Ｔ３における突合せ溶接部Ｔ１の近傍は、ボイラチューブＴの肉厚を合わせるシンニング部（裏面）Ｔ５が設けられたものに適用して説明する。
　シンニング部Ｔ５の表面は、内周面Ｔ３と異なり円筒面状に形成されている。
　探触子部２は、図２に示すように、ボイラチューブＴにおける突合せ溶接部Ｔ１の近傍に配置され、超音波をボイラチューブＴに向けて送信するとともに、ボイラチューブＴおよび突合せ溶接部Ｔ１から反射した超音波を検出するものである。
　探触子部２には、第１探触子２１と、第２探触子２２と、第１ウェッジ２３と、第２ウェッジ２４と、が主に設けられている。第１探触子２１および第２探触子２２のそれぞれから発生した超音波は、第１ウェッジ２３および第２ウェッジ２４を介してボイラチューブＴ内に入射する。
　第１探触子２１および第２探触子２２は、超音波を送信するとともに、欠陥から反射した超音波を検出するものであって、ボイラチューブＴの突合せ溶接部Ｔ１における融合不良や、溶け込み不足などの欠陥の検出に用いられるものである。
　さらに、第１探触子２１および第２探触子２２は、超音波の送信および超音波の検出を行う複数の振動子が面上に配列された、フェイズドアレイ探触子である。
　第１探触子２１は、図２に示すように、探触子部２におけるボイラチューブＴの欠陥が存在する側（突合せ溶接部Ｔ１側）に配置され、第１ウェッジ２３を介してボイラチューブＴと対向して配置されている。
　第２探触子２２は、探触子部２におけるボイラチューブＴの欠陥が存在する側と反対側に配置、言い換えると、突合せ溶接部Ｔ１から離れる方向に向かって、第１探触子２１、第２探触子２２の順に配置されている。さらに、第２ウェッジ２４を介してボイラチューブＴと対向して配置されている。
　以後、探触子部２における第１探触子２１が配置されている側を前側、第２探触子２２が配置されている側を後側として表記する。
　第１探触子２１および第２探触子２２は、前側から後側に向かって、ボイラチューブＴに近づく傾斜を有するように配置されている。さらに、第１探触子２１の振動子、および、第２探触子２２の振動子は、前側から後側に向って延びる中心軸線を有する円周面上に配置されている。
　本実施形態では、第１探触子２１の振動子、および、第２探触子２２の振動子が、半径が約５０ｍｍの円周面上に配置されている例に適用して説明する。
　第１探触子２１および第２探触子２２を構成する振動子の数（エレメント数）は約８個から約１６個であって、振動子のピッチ（エレメントピッチ）が約０．３ｍｍから約０．６ｍｍである例に適用して説明する。
　振動子のピッチとは、第１探触子２１を例にとると、第１探触子２１を構成する複数の振動子において、それぞれの振動子のボイラチューブ中心軸方向の中心から隣り合う振動子のボイラチューブ中心軸上の中心までの距離のことである。
　さらに、第１探触子２１において、探触子部２が配置されたボイラチューブＴの面に対する法線と、第１探触子２１の面に対する法線と、の間の角度が約２８°の例に適用して説明する。その一方で、第２探触子２２において、探触子部２が配置されたボイラチューブＴの面に対する法線と、第１探触子２１の面に対する法線と、の間の角度が約２８°の例に適用して説明する。
　複数の振動子としては、公知の圧電材料から形成されたものを例示することができ、特に限定するものではない。
　さらに、複数の探触子の配列パターンは、ボイラチューブＴなどの被検体形状などに応じて種々の配列パターンから適したものを選択することができ、特に限定するものではない。
　第１ウェッジ２３および第２ウェッジ２４は、それぞれ、第１探触子２１および第２探触子２２から送信された超音波をボイラチューブＴに導くとともに、ボイラチューブＴの欠陥から反射した超音波を、第１探触子２１および第２探触子２２に導くものである。
　第１ウェッジ２３および第２ウェッジ２４を構成する材料としては、樹脂などの公知の材料を用いることができ、特に限定するものではない。
　第１ウェッジ２３は、第１探触子２１とボイラチューブＴとの間に配置されるものである。
　本実施形態では、第１探触子２１と接触する面と、ボイラチューブＴと接触する面の間の角度が約２８°の例に適用して説明する。
　第２ウェッジ２４は、第２探触子２２とボイラチューブＴとの間に配置されるものである。
　本実施形態では、第２探触子２２と接触する面と、ボイラチューブＴと接触する面の間の角度が約２３°の例に適用して説明する。
　第１探触子２１および第１ウェッジ２３と、第２探触子２２および第２ウェッジ２４と、の間には、超音波を吸収して、両者の間で超音波が直接伝播することを防止する吸音部２５が設けられている。吸音部２５は、両者の間を直接伝播する超音波を吸収することで、ボイラチューブＴおよび突合せ溶接部Ｔ１エコーから反射した以外の、探傷の妨げとなる超音波の発生を抑制することが可能である。
　吸音部２５としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　制御部３は、探触子部２から送信される超音波を制御するとともに、探触子部２から出力された検出信号を情報処理部４に伝達するものである。
　制御部３には、図１に示すように、送信部３１と、受信部３２が主に設けられている。
　送信部３１は、第１探触子２１の振動子、および、第２探触子２２の振動子に対して、超音波を送信させるパルス状の駆動電圧を出力するものである。さらに、振動子のそれぞれから送信される超音波の位相を制御することにより、第１探触子２１および第２探触子２２から送信される超音波を制御するものである。
　本実施形態では、送信部３１は、第１探触子２１の振動子に対して、ボイラチューブＴの内周面Ｔ３に２次クリーピング波を発生させる超音波、および、ボイラチューブＴの内部を伝播する横波の超音波を発生させる超音波を送信させる駆動電圧を出力する。
　その一方で、第２探触子２２の振動子に対して、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２にクリーピング波を発生させる超音波、および、ボイラチューブＴの内部を伝播する縦波の超音波を発生させる超音波を送信させる駆動電圧を出力する。
　送信部３１としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　受信部３２は、第１探触子２１の振動子、および、第２探触子の振動子から出力された検出信号を情報処理部４において処理可能な測定信号に変換し、情報処理部４に測定信号を出力するものである。例えば、第１探触子２１および第２探触子２２の振動子から出力されたアナログ信号である検出信号を、情報処理部４において処理可能なデジタル信号である測定信号に変換するものである。
　受信部３２には、第１探触子２１の振動子、および、第２探触子２２の振動子から検出信号が入力可能に接続されているとともに、情報処理部４に対して測定信号を出力可能に接続されている。
　受信部３２としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　情報処理部４は、受信部３２から入力された測定信号に基づいて、ボイラチューブＴの突合せ溶接部Ｔ１における欠陥の位置を演算により求めるものである。
　情報処理部４としては、公知のものを用いることができ、特に限定するものではない。
　次に、上記の構成からなる超音波探傷装置１を用いたボイラチューブＴにおける欠陥有無の検査について説明する。
　本実施形態では、最初に横波斜角探傷法による欠陥、具体的にはブローホール（ＢＨ）の有無の検査を行い、次いで、クリーピング探傷法による外周面Ｔ２の融合不良（ＬＦ）、内周面Ｔ３の溶け込み不良（ＩＰ）の有無の検査を行い、最後に、縦波斜角探傷法による融合不良（ＬＦ）の有無の検査を行う例に適応して説明する。
　図３は、横波斜角探傷法による欠陥の有無の検査を説明する模式図である。
　まず、横波斜角探傷法によるブローホールなどの欠陥の有無の検査について説明する。
　一対の探触子部２は、図３に示すように、ボイラチューブＴの突合せ溶接部Ｔ１を間に挟んで、互いに対向して配置される。このとき、第１探触子２１が配置された前側が、突合せ溶接部Ｔ１側となっている。
　そして、第１探触子２１から送信された超音波により、ボイラチューブＴの内部を横波の超音波が伝播する。送信部３１は、第１探触子２１の振動子から送信される超音波の位相を制御することにより、第１探触子２１から送信される超音波ビームの方向を制御する。これにより、ボイラチューブＴの内部を伝播する横波の超音波の進行方向が制御される（セクタースキャンされる）。
　具体的には、第１探触子２１から送信された超音波は、第１ウェッジ２３の内部を伝播した後、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２から内部に入射し、横波の超音波としてボイラチューブＴの内周面Ｔ３に向って伝播する。超音波は第１ウェッジ２３からボイラチューブＴに入射する際に屈折する。本実施形態では、横波の超音波は、外周面Ｔ２の法線方向を基準として約３８°から約６０°の角度の範囲内で伝播する。
　セクタースキャンされた横波の超音波は、突合せ溶接部Ｔ１に直接入射するか、シンニング部Ｔ５において反射して突合せ溶接部Ｔ１に入射する。図３では、左側の探触子部２から送信された横波の超音波が、直接、突合せ溶接部Ｔ１に入射し、右側の探触子部２から送信された横波の超音波が、シンニング部Ｔ５において反射して突合せ溶接部Ｔ１に入射している。
　突合せ溶接部Ｔ１にブローホールなどの欠陥が存在すると、横波の超音波は当該欠陥において反射する。
　反射した超音波は、入射時と同じ径路を逆にたどって、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２まで伝播する。そして、反射した超音波は、外周面Ｔ２から第２ウェッジ２４に入射して、第２ウェッジ２４から第２探触子２２に入射し、第２探触子２２の振動子に検出される。
　第２探触子２２の振動子は、検出した超音波の強度に応じた検出信号を出力し、検出信号は、図１に示すように、受信部３２に入力される。受信部３２は、アナログ信号である検出信号をデジタル信号である測定信号に変換し、測定信号を情報処理部４に出力する。
　情報処理部４は、入力された測定信号等に基づいて、ブローホールなどの欠陥の位置を演算により求める。
　図４は、クリーピング探傷法による欠陥の有無の検査を説明する模式図である。
　次に、クリーピング探傷法による融合不良や溶け込み不足などの欠陥有無の検査について説明する。
　横波斜角探傷法による欠陥の有無の検査が終了すると、引き続いて、クリーピング探傷法による欠陥の有無の検査が行われる。そのため、一対の探触子部２の配置位置は、横波斜角探傷法による検査のときの配置位置と同じである。
　まず、図４の左側の探触子部２を参照しながら、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２を伝播する超音波であるクリーピング波を用いた融合不良などの欠陥有無の検査について説明する。
　送信部３１は、第２探触子２２の振動子から送信される超音波の位相を制御することにより、第２探触子２２から送信される超音波が制御され、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２に沿って伝播する縦波の超音波、つまり、クリーピング波が発生する。
　具体的には、第２探触子２２から送信された超音波は、第２ウェッジ２４の内部を伝播した後、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２に入射する。すると、外周面Ｔ２に沿って伝播する縦波の超音波であるクリーピング波が発生する。
　クリーピング波は外周面Ｔ２に沿って伝播して、突合せ溶接部Ｔ１に直接入射する。突合せ溶接部Ｔ１に融合不良などの欠陥が存在すると、クリーピング波は欠陥により反射される。反射されたクリーピング波は、入射時と同じ径路を逆にたどって、ボイラチューブＴから第１ウェッジ２３に入射する。反射したクリーピング波は、第１ウェッジ２３から第１探触子２１に入射し、第１探触子２１の振動子に検出される。
　第１探触子２１の振動子は、検出したクリーピング波の強度に応じた検出信号を出力する。以後の作用については、横波斜角探傷法による欠陥有無の検査の場合と同様であるので、その説明を省略する。
　次に、図４の右側の探触子部２を参照しながら、ボイラチューブＴの内周面Ｔ３やシンニング部Ｔ５を伝播する超音波である２次クリーピング波を用いた溶け込み不良などの欠陥有無の検査について説明する。
　送信部３１は、第１探触子２１の振動子から送信される超音波の位相を制御することにより、第１探触子２１から送信される超音波が制御され、ボイラチューブＴのシンニング部Ｔ５に沿って伝播する縦波の超音波、つまり、２次クリーピング波が発生する。
　具体的には、第１探触子２１から送信された超音波は、第１ウェッジ２３の内部を伝播した後、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２に入射し、外周面Ｔ２からシンニング部Ｔ５に向って伝播する横波の超音波が発生する。横波の超音波がシンニング部Ｔ５に入射すると、シンニング部Ｔ５に沿って伝播する縦波の超音波である２次クリーピング波が発生する。
　２次クリーピング波はシンニング部Ｔ５に沿って伝播して、突合せ溶接部Ｔ１に直接入射する。突合せ溶接部Ｔ１に溶け込み不良などの欠陥が存在すると、２次クリーピング波は欠陥により反射される。反射された２次クリーピング波は、入射時と同じ径路をたどって、ボイラチューブＴから第２ウェッジ２４に入射する。反射した２次クリーピング波は、第２ウェッジ２４から第２探触子２２に入射し、第２探触子２２の振動子に検出される。
　第２探触子２２の振動子は、検出した２次クリーピング波の強度に応じた検出信号を出力する。以後の作用については、横波斜角探傷法による欠陥有無の検査の場合と同様であるので、その説明を省略する。
　図５は、縦波斜角探傷法による欠陥の有無の検査を説明する模式図である。
　最後に、縦波斜角探傷法による融合不良などの欠陥有無の検査について説明する。
　クリーピング探傷法による欠陥の有無の検査が終了すると、引き続いて、縦波斜角探傷法による欠陥の有無の検査が行われる。そのため、一対の探触子部２の配置位置は、横波斜角探傷法や、クリーピング探傷法による検査のときの配置位置と同じである。
　図５では理解を容易にするため、一対の探触子部２の一方（左側の探触子部２）が記載されている。
　送信部３１は、第２探触子２２の振動子から送信される超音波の位相を制御することにより、第２探触子２２から送信される超音波が制御され、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２から内周面に向って伝播する縦波の超音波が発生する。
　具体的には、第２探触子２２から送信された超音波は、第２ウェッジ２４の内部を伝播した後、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２から内部に入射し、縦波の超音波としてボイラチューブＴの内周面Ｔ３に向って伝播する。超音波は第２ウェッジ２４からボイラチューブＴに入射する際に屈折する。本実施形態では、縦波の超音波は、外周面Ｔ２の法線方向を基準として約６０°から約８０°の角度の範囲内で伝播する。
　縦波の超音波は突合せ溶接部Ｔ１に直接入射し、融合不良などの欠陥が存在すると、当該欠陥において反射する。
　反射した超音波は、入射時と同じ径路を逆にたどって、ボイラチューブＴの外周面Ｔ２まで伝播する。そして、反射した超音波は、外周面Ｔ２から第１ウェッジ２３に入射して、第１ウェッジ２３から第１探触子２１に入射し、第１探触子２１の振動子に検出される。
　第１探触子２１の振動子は、検出したクリーピング波の強度に応じた検出信号を出力する。以後の作用については、横波斜角探傷法による欠陥有無の検査の場合と同様であるので、その説明を省略する。
　上記の構成によれば、第１探触子２１によって２次クリーピング波を発生させるとともに、第２探触子２２によって、欠陥において反射した２次クリーピング波を検出することにより、内周面Ｔ３の形状に関わらず、シニング部Ｔ５における欠陥の有無を検査することができる。その一方で、第２探触子２２によってクリーピング波を発生させるとともに、第１探触子２１によって、欠陥において反射したクリーピング波を検出することにより、外周面Ｔ２の形状に関わらず、外周面Ｔ２における欠陥の有無を検査することができる。
　さらに、クリーピング波および２次クリーピング波を利用して欠陥の有無を検査するため、斜角探傷法と比較して、探傷に要する時間を短くすることができる。
　第１探触子２１によって外周面Ｔ２からボイラチューブＴの内部に向って伝播する横波の超音波を発生させるとともに、第２探触子２２によって、欠陥において反射した横波の超音波を検出すること、つまり、横波斜角探傷法による欠陥の有無を検査することができる。同様に、第２探触子２２によって外周面Ｔ２からボイラチューブＴの内部に向って伝播する縦波の超音波を発生させるとともに、第１探触子２１によって、欠陥において反射した縦波の超音波を検出すること、つまり、縦波斜角探傷法による欠陥の有無を検査することができる。
　さらに、斜角探傷法を用いて欠陥の有無を検査するため、クリーピング探傷法と比較して、高い精度で欠陥の有無を検査することができる。
　さらに、第１探触子２１および第２探触子２２が設けられているため、本実施形態の探触子部２および超音波探傷装置１は、探触子部２自体やウェッジなどを交換することなく、斜角探傷法およびクリーピング探傷法による欠陥の有無の検出に用いることができる。
１　超音波探傷装置
２　探触子部（超音波検査用探触子）
２１　第１探触子
２２　第２探触子
３１　送信部
Ｔ　ボイラチューブ（被検体）
Ｔ２　外周面（表面）
Ｔ５　シンニング部（裏面）
 

Claims (2)

  1. 　被検体に超音波を送信するとともに、前記被検体から反射した超音波を検出する複数の振動子が配列された第１探触子および第２探触子が設けられ、
    　前記第１探触子は、前記第２探触子よりも前記被検体における欠陥に近い側に配置され、
    　前記第１探触子は、前記被検体における前記第１および第２探触子が配置された表面と反対側の裏面を伝播する縦波の超音波、および、前記表面から前記被検体の内部に向かって伝播する横波の超音波を発生させ、
    　前記第２探触子は、前記表面を伝播する縦波の超音波、および、前記表面から前記被検体の内部に向かって伝播する縦波の超音波を発生させる超音波検査用探触子。
  2. 　請求項１に記載の超音波検査用探触子と、
    　前記第１探触子の前記複数の振動子、および、前記第２探触子の前記複数の振動子における超音波の送信タイミングを制御する送信部と、
    が設けられている超音波検査装置。
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