WO2017138613A1 - 超音波探傷装置、および、超音波探傷方法 - Google Patents

超音波探傷装置、および、超音波探傷方法 Download PDF

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雄人 浅海
宏明 畠中
茂樹 坂倉
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株式会社Ihi
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Definitions

  • the present disclosure relates to an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method for flaw detection of an inspection object using ultrasonic waves.
  • an ultrasonic flaw detector has been used to inspect defects such as scratches, cracks, and poor bonding of inspection objects.
  • the ultrasonic flaw detector is configured to include a transmission probe and a reception probe.
  • the transmission probe transmits an ultrasonic beam from the transmission window.
  • the reception probe receives the ultrasonic wave that has passed through the reception window.
  • the ultrasonic flaw detector detects the presence / absence of a defect, the position and size of the defect, and the like by analyzing the ultrasonic wave received by the reception probe.
  • an ultrasonic flaw detector for example, a technique for holding a transmission probe and a reception probe at a constant interval is disclosed (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • a technique for holding a transmission probe and a reception probe at a constant interval is disclosed (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • an ultrasonic beam is transmitted from a transmission probe and is incident on the inspection object in a state where the transmission window and the reception window are opposed to the inspection surface of the inspection object.
  • JP 2013-234886 A Japanese Patent No. 4437656
  • the conventional ultrasonic flaw detector transmits ultrasonic waves from the opposite surface of the inspection surface and receives ultrasonic waves on the opposite surface. For this reason, the conventional ultrasonic flaw detector can narrow the inspection possible range only to a certain extent.
  • the inspectable range is a range on the inspection surface where the ultrasonic beam irradiated from the transmission probe is incident and the reflected ultrasonic wave reaches the reception probe. Therefore, if the range to be inspected on the inspection surface of the inspection object (hereinafter referred to as “inspection required range”) is smaller than the inspectable range, the receiving probe can only be an ultrasonic wave reflected in the inspection required range. First, the ultrasonic waves reflected outside the inspection required range are also received. For this reason, the conventional ultrasonic flaw detector has increased noise, and it has been difficult to detect flaws in the inspection required range.
  • the present disclosure has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method capable of suppressing noise generation and performing flaw detection with high accuracy.
  • an ultrasonic flaw detector is directed to transmitting an ultrasonic beam from a transmission window toward a predetermined inspection required range on a transmission window and an inspection surface of an inspection object.
  • the transmission probe is formed so that the edge of the ultrasonic beam reaches an edge on the transmission probe side in the inspection required range or an angle reaching the inner side from the edge, and a transmission window with respect to the inspection surface is formed.
  • the angle of the reception window with respect to the inspection surface may have a relationship in which ultrasonic waves reflected outside the inspection required range do not reach the reception window.
  • the transmission probe has a first facing surface portion that faces the inspection surface, the transmission window is provided on a side surface that stands up from the first facing surface portion, and the reception probe is placed on the inspection surface.
  • the receiving window may be provided on a side surface provided upright from the second facing surface portion.
  • a medium part for propagating ultrasonic waves may be provided between the transmission window and the reception window.
  • At least a part of the inspection object may be used as the medium part.
  • a determination unit that determines the presence or absence of a flaw in the inspection required range based on the ultrasonic wave received by the reception probe may be further provided.
  • an ultrasonic flaw detection method includes a transmission probe that transmits an ultrasonic beam from a transmission window, and a reception probe that receives an ultrasonic wave that has passed through the reception window.
  • An ultrasonic flaw detection method for detecting a predetermined inspection required range on an inspection surface of an inspection object using an ultrasonic flaw detection apparatus comprising: a transmission window and a reception window reflected outside the inspection required range
  • the transmission probe and the reception probe are arranged so that the ultrasonic wave does not reach the reception window, and the transmission probe transmits the ultrasonic beam from the transmission window toward the inspection required range.
  • This disclosure suppresses the generation of noise and enables flaw detection with high accuracy.
  • FIG.1 (a) is the 1st figure for demonstrating the usage pattern of an ultrasonic flaw detector.
  • FIG.1 (b) is the 2nd figure for demonstrating the usage type of an ultrasonic flaw detector.
  • FIG.1 (c) is the 3rd figure for demonstrating the usage pattern of an ultrasonic flaw detector.
  • FIG. 2A is a perspective view of the transmission probe and the reception probe.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line IIb-IIb in FIG.
  • FIG. 2C is a functional block diagram of the ultrasonic flaw detector.
  • FIG. 3A is a view for explaining an inspectable range and a necessary inspection range in a conventional ultrasonic flaw detector.
  • FIG. 3A is a view for explaining an inspectable range and a necessary inspection range in a conventional ultrasonic flaw detector.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining an inspectable range and a necessary inspection range in the ultrasonic flaw detector. It is a flowchart explaining the flow of a process of the ultrasonic flaw detection method of embodiment. It is a figure explaining the ultrasonic flaw detector of the 1st modification.
  • FIG. 6A is a first diagram illustrating an ultrasonic flaw detector according to a second modification.
  • FIG. 6B is a second diagram illustrating an ultrasonic flaw detector according to a second modification.
  • FIG. 1A is a first diagram for explaining a usage pattern of the ultrasonic flaw detector 100.
  • FIG. 1B is a second diagram for explaining a usage pattern of the ultrasonic flaw detector 100.
  • FIG. 1C is a third diagram for explaining a usage pattern of the ultrasonic flaw detector 100.
  • the X axis horizontal direction
  • the Y axis horizontal direction
  • the Z axis vertical direction
  • a structure 50 for example, a reactor
  • the structure 50 is formed by stacking metal partition walls 60.
  • the partition wall 60 includes a bottom plate 62 and ribs 64.
  • the ribs 64 are members that stand from the bottom plate 62 and extend in the Y-axis direction in FIG.
  • the partition walls 60 are joined by welding such as TIG (Tungsten Inert Gas) welding, diffusion joining, brazing, or the like. That is, the upper surface of the rib 64 and the bottom surface 62a of the partition wall 60 (bottom plate 62) are joined by welding or the like.
  • the flow path 52 is formed by the groove 66 formed between the ribs 64 of one partition wall 60 and the bottom surface 62 a of the other partition wall 60 stacked on the partition wall 60.
  • fluid gas, liquid, or mixed phase flow
  • the width of the flow path 52 (the width in the X-axis direction in FIG. 1) is, for example, about 36 mm.
  • the height of the flow path 52 (the height in the Z-axis direction in FIG. 1) is, for example, about 15 mm.
  • the width of the rib 64 of the flow path 52 (the width in the X-axis direction in FIG. 1) is, for example, about 5 mm.
  • the ultrasonic flaw detector 100 is used to inspect the bonding failure of the bonding surface (inspection surface) S between the upper surface of the rib 64 and the bottom surface 62a of the partition wall 60.
  • the ultrasonic flaw detector 100 includes a transmission probe 110, a reception probe 120, and a control device 130.
  • the transmission probe 110 and the control device 130 are connected by a support member 142.
  • the reception probe 120 and the control device 130 are connected by a support member 144.
  • the transmission probe 110 and the reception probe 120 are formed in a dimensional relationship that allows contact with the bottom surface 66a of the groove 66 and the side surface 64a of the rib 64 disposed above (directly above) the joint surface S.
  • the transmission probe 110 and the reception probe 120 are arranged in contact with the groove 66 (flow path 52).
  • the transmission probe 110 and the reception probe 120 are arranged such that the rib 64 above the joint surface S is sandwiched between the transmission probe 110 and the reception probe 120.
  • the space between the transmission probe 110 and the structure 50 is filled with glycerin, water, or the like that suppresses attenuation of ultrasonic waves.
  • the space between the receiving probe 120 and the structure 50 is filled with glycerin, water, or the like that suppresses attenuation of ultrasonic waves.
  • FIG. 2A is a perspective view of the transmission probe 110 and the reception probe 120.
  • FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line IIb-IIb in FIG.
  • FIG. 2C is a functional block diagram of the ultrasonic flaw detector 100. In FIG. 2C, the signal flow is indicated by arrows.
  • the transmission probe 110 includes a casing 112 (for example, metal), a vibrator 114, and a filler 116.
  • the transducer 114 is disposed in the housing 112 and transmits an ultrasonic beam.
  • the filling 116 fills the inside of the housing 112 and maintains the propagation of ultrasonic waves.
  • the filling 116 includes, for example, acrylic.
  • the housing 112 includes an opposing surface portion 112a (first opposing surface portion) and a side surface portion 112b.
  • the facing surface portion 112a faces the inspection surface and contacts the bottom surface 66a of the flow path 52 (groove portion 66).
  • the side surface portion 112b is erected at a right angle from the facing surface portion 112a.
  • the side surface portion 112b is provided with a transmission window 118 that allows the ultrasonic beam to pass therethrough.
  • the reception probe 120 includes a housing 122 (for example, metal), a vibrator 124, and a filler 126.
  • the vibrator 124 is disposed in the housing 122, receives ultrasonic waves, and converts them into electrical signals.
  • the filling 126 is filled into the housing 122 and maintains the propagation of ultrasonic waves.
  • the filler 126 includes acrylic.
  • the housing 122 includes an opposing surface portion 122a (second opposing surface portion) and a side surface portion 122b.
  • the facing surface portion 122a faces the inspection surface and contacts the bottom surface 66a of the flow path 52 (groove portion 66).
  • the side surface portion 122b is erected at a right angle from the facing surface portion 122a.
  • a reception window 128 that allows ultrasonic waves to pass therethrough is provided on the side surface portion 122b.
  • the control device 130 includes a pulsar receiver 132 and a control unit 134 as shown in FIG.
  • the pulsar receiver 132 supplies power to the transducer 114 of the transmission probe 110 through the support member 142.
  • the pulsar receiver 132 vibrates the vibrator 114 and transmits (transmits) an ultrasonic beam.
  • the pulsar receiver 132 converts an electrical signal input from the transducer 124 of the reception probe 120 through the support member 144 into vibration information.
  • the pulsar receiver 132 transmits vibration information to the control unit 134.
  • the vibration information is information represented by a digital value, for example.
  • the control unit 134 is composed of a semiconductor integrated circuit including a CPU (Central Processing Unit).
  • the control unit 134 reads programs, parameters, and the like for operating the CPU itself from the ROM.
  • the control unit 134 manages and controls the entire ultrasonic flaw detector 100 in cooperation with a RAM as a work area and other electronic circuits.
  • the control unit 134 controls the pulsar receiver 132 to cause the transmission probe 110 to transmit an ultrasonic beam.
  • the control unit 134 receives vibration information (information based on ultrasonic waves received by the reception probe 120) transmitted from the pulser receiver 132.
  • control unit 134 functions as the determination unit 134a. Based on the vibration information received from the pulsar receiver 132, the determination unit 134a determines a bonding failure (whether there is a scratch) on the inspection surface (bonding surface S).
  • the ultrasonic flaw detector 100 transmits an ultrasonic beam to the inspection surface (joint surface S) of the inspection object (structure 50). Then, the ultrasonic flaw detector 100 receives and analyzes the ultrasonic waves reflected (or diffracted and scattered) within the inspectable range. Thereby, the ultrasonic flaw detection apparatus 100 performs flaw detection in the inspectable range. More specifically, ultrasonic waves have a characteristic that they are reflected at the boundary between substances having different densities. For this reason, when a defect such as a scratch exists in the inspectable range, the ultrasonic wave is reflected at the boundary between the defect and the surrounding portion. Therefore, the ultrasonic flaw detection apparatus 100 can grasp the presence / absence of a defect, the position of the defect, the shape of the defect, and the like by receiving and analyzing the reflected ultrasonic wave.
  • the inspectable range is a range on the inspection surface where the ultrasonic beam irradiated from the transmission probe 110 is incident and the reflected ultrasonic wave reaches the reception probe 120.
  • FIG. 3A is a diagram for explaining an inspectable range and a necessary inspection range in the conventional ultrasonic flaw detector 10.
  • FIG. 3B is a diagram for explaining an inspectable range and a necessary inspection range in the ultrasonic flaw detector 100.
  • the flow path 52 is shown in gray, and the ultrasonic beam and the reflected ultrasonic wave are shown in hatching.
  • the conventional ultrasonic flaw detector 10 is provided with a transmission window 22 on the opposing surface portion 20 a of the transmission probe 20.
  • the ultrasonic beam transmitted through the transmission window 22 goes straight in the incident direction (transmission direction) while widening the beam width (in FIG. 3A, the edges of the ultrasonic beam are indicated by arrows a1 and a2).
  • the vibrator that transmits ultrasonic waves has a certain size. For this reason, the beam width of the ultrasonic beam is increased to some extent. Therefore, when the required inspection range (joint surface S) is as narrow as about 5 mm, the required inspection range is narrower than the inspectable range.
  • the reception probe 30 indicates the ultrasonic waves reflected outside the inspection required range (a range larger than the outer edge of the inspection required range) (in FIG. 3A, the reflected ultrasonic edges are indicated by arrows b1 and b2). ) Is also received (pick up).
  • the angle of the transmission window 118 with respect to the inspection surface and the angle of the reception window 128 with respect to the inspection surface are such that the ultrasonic waves reflected outside the inspection required range do not reach the reception window 128.
  • a transmission probe 110 and a reception probe 120 are arranged.
  • the transmission window 118 is provided on the side surface portion 112b erected at a right angle from the facing surface portion 112a (surface facing the inspection surface).
  • the receiving window 128 is provided in the side part 122b erected at right angles from the opposing surface part 122a (surface facing an inspection surface).
  • the transmission probe 110 and the reception probe 120 are set so that the distance between the transmission window 118 and the reception window 128 is slightly larger than the width of the inspection required range (the width in the X-axis direction in FIG. 3). Is arranged.
  • the incident direction of the edge portion A1 on the transmission probe 110 side of the ultrasonic beam transmitted from the transmission window 118 is limited by the side surface portion 112b. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the ultrasonic beam is incident on the facing surface portion 112a side from the side surface portion 112b. Further, the edge A1 of the ultrasonic beam reaches inside the edge FS on the transmission probe 110 side in the inspection required range. Therefore, it is possible to avoid a situation in which a reflected wave is generated in the flow path 52 located below the facing surface portion 112a.
  • the edge A2 on the reception probe 120 side of the ultrasonic beam transmitted from the transmission window 118 has no obstacle that restricts the incident direction. For this reason, the ultrasonic beam transmitted from the transmission window 118 enters the reception probe 120 side (outside) from the inspection required range. Therefore, a reflected wave is generated in the range (beam width range) from the edge A1 to the edge A2 of the ultrasonic beam. That is, a reflected wave is generated not only in the inspection required range but also in the flow path 52 on the reception probe 120 side.
  • the receiving window 128 of the present embodiment is provided not on the facing surface portion 122a but on the side surface portion 122b. Therefore, the reception window 128 does not receive the reflected wave (indicated by N in FIG. 3B) that reaches the facing surface portion 122a of the reception probe 120. Therefore, it is possible to avoid a situation in which the reflected wave generated in the flow path 52 on the reception probe 120 side reaches the reception window 128. Thereby, it is possible to remove noise derived from the flow path 52. In this way, only the reflected wave generated within the inspection required range reaches the reception window 128, and it is possible to detect the inspection required range with high accuracy.
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the processing flow of the ultrasonic flaw detection method.
  • the ultrasonic wave reflected from the inspection window (bonding surface S) and the angle of the transmission window 118 with respect to the inspection surface (bonding surface S) and the angle of the reception window 128 with respect to the inspection surface (bonding surface S) is reflected by the reception window.
  • the transmission probe 110 and the reception probe 120 are installed so that the relationship does not reach 128 (installation step S110).
  • control unit 134 controls the pulsar receiver 132 to cause the transmission probe 110 to transmit an ultrasonic beam from the transmission window 118 toward the inspection required range (transmission step S120).
  • the ultrasonic beam is incident on the inspection object, and a reflected wave (or diffracted wave, scattered wave) is generated in the inspection required range.
  • the reception probe 120 converts the vibration based on the ultrasonic wave received through the reception window 128 into an electric signal and outputs it to the pulser receiver 132 (reception step S130).
  • the pulsar receiver 132 converts the electrical signal input from the reception probe 120 into vibration information and transmits the vibration information to the control unit 134.
  • the determination part 134a of the control part 134 determines the presence or absence of the damage
  • the ultrasonic flaw detection apparatus 100 of this embodiment As described above, according to the ultrasonic flaw detection apparatus 100 of this embodiment and the ultrasonic flaw detection method using the same, it is possible to suppress the generation of noise and to detect the inspection required range with high accuracy.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an ultrasonic flaw detector 100 according to a first modification.
  • the groove 66 is shown in gray, and the ultrasonic beam and the reflected ultrasonic wave are shown in hatching.
  • the ultrasonic flaw detector 100 brings the facing surface 112 a of the transmitting probe 110 and the facing surface 122 a of the receiving probe 120 into contact with the upper surface of the flow path 52 so that the joint surface S is formed. You may be flawed. That is, the ultrasonic flaw detector 100 may detect the joint surface S by bringing the facing surface portion 112a and the facing surface portion 122a into contact with the bottom surface 62a of the partition wall 60.
  • FIG. 6A is a first diagram illustrating an ultrasonic flaw detector 200 according to a second modification.
  • FIG. 6B is a second diagram illustrating an ultrasonic flaw detector 200 according to a second modification.
  • the flow path 52 is shown in gray, and the ultrasonic beam and the reflected ultrasonic wave are shown in hatching.
  • the rib 64 that can be sandwiched between the transmission window 118 and the reception window 128 is provided on the inspection object. For this reason, the rib 64 can be interposed between the transmission window 118 and the reception window 128 (at least a part of the inspection object is used as a medium part).
  • the configuration in which the ultrasonic beam can enter the inspection required range through the rib 64 has been described as an example.
  • the inspection object such as the lid 54 of the structure 50 is not necessarily one of the inspection objects between the transmission window 118 and the reception window 128.
  • the shape does not mean that the part is interposed.
  • the ultrasonic flaw detector 200 includes a transmission probe 110, a reception probe 120, and a control device 130 (here, In addition to (not shown), a medium portion 210 is provided.
  • a transmission probe 110 a transmission probe 110
  • a reception probe 120 a reception probe 120
  • a control device 130 a control device 130
  • a medium portion 210 is provided.
  • symbol is attached
  • the medium unit 210 is made of a substance that propagates ultrasonic waves, and is provided between the transmission window 118 and the reception window 128.
  • the configuration including the medium unit 210 enables flaw detection regardless of the shape of the inspection object.
  • the material of the medium part 210 is not limited as long as ultrasonic waves can be propagated.
  • the medium part 210 is preferably made of substantially the same material as the inspection object or a material having substantially the same density as the inspection object. Thereby, the reflected wave generated at the boundary between the medium part 210 and the inspection object can be suppressed.
  • the contact surface portion 210a in contact with the inspection object in the medium portion 210 may have a shape along the contacted surface 54a of the inspection object. Then, the contact area between the medium part 210 and the inspection object can be increased. Thereby, the space
  • the configuration in which the angle of the transmission window 118 with respect to the inspection surface and the angle of the reception window 128 with respect to the inspection surface is 90 ° (right angle) has been described as an example.
  • the angle of the transmission window 118 with respect to the inspection surface and the angle of the reception window 128 with respect to the inspection surface are not limited.
  • the angle of the transmission window 118 with respect to the inspection surface and the angle of the reception window 128 with respect to the inspection surface may be 45 °, 65 °, or the like.
  • the ultrasonic flaw detector 100 reflects the distance between the transmission window 118 and the reception window 128 outside the inspection required range only by sandwiching the rib 64 between the transmission probe 110 and the reception probe 120. It was possible to maintain the distance at which the ultrasonic wave did not reach the reception window 128. However, the ultrasonic flaw detector 100 may adjust the required range by adjusting the distance between the transmission probe 110 and the reception probe 120.
  • the configuration in which the ultrasonic flaw detector 100 includes the determination unit 134a has been described as an example.
  • the ultrasonic flaw detector is formed as independent hardware without the determination unit 134a, the inspection object can be flawed if connected to the existing determination unit.
  • the present disclosure can be used for an ultrasonic flaw detection apparatus and an ultrasonic flaw detection method for flaw detection of an inspection object using ultrasonic waves.
  • Ultrasonic flaw detector 110 Transmission probe 112a Opposing surface (first opposing surface) 112b Side surface portion 118 Transmission window 120 Reception probe 122a Opposing surface portion (second opposing surface portion) 122b Side part 128 Reception window 134a Determination part 200 Ultrasonic flaw detector 210 Medium part

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Abstract

超音波探傷装置１００は、送信窓１１８と、検査対象物の検査面における予め定められた検査必要範囲に向けて、送信窓１１８から超音波ビームを送信する送信探触子１１０と、送信窓１１８に対し、検査必要範囲外で反射した超音波が到達しない関係に配された受信窓１２８と、受信窓１２８を通過した超音波を受信する受信探触子１２０と、を備える。

Description

超音波探傷装置、および、超音波探傷方法
　本開示は、超音波を用いて検査対象物を探傷する超音波探傷装置、および、超音波探傷方法に関する。
　従来、検査対象物の傷、亀裂、接合不良等の欠陥を検査する際に、超音波探傷装置が利用されている。超音波探傷装置は、送信探触子と、受信探触子とを含んで構成される。送信探触子は、送信窓から超音波ビームを送信する。受信探触子は、受信窓を通過した超音波を受信する。超音波探傷装置は、受信探触子が受信した超音波を解析することで、欠陥の有無、欠陥の位置や大きさ等を検知する。
　超音波探傷装置として、例えば、送信探触子と受信探触子とを一定の間隔に保持する技術が開示されている（例えば、特許文献１、２）。特許文献１、２の技術は、送信窓と受信窓とを検査対象物の検査面に対向させた状態で、送信探触子から超音波ビームを送信して検査対象物内に入射させる。
特開２０１３－２３４８８６号公報 特許第４４３７６５６号公報
　上記したように、従来の超音波探傷装置は、検査面の対向面から超音波を送信し、当該対向面で超音波を受信している。このため、従来の超音波探傷装置は、検査可能範囲をある程度までしか絞ることができない。なお、検査可能範囲は、送信探触子から照射された超音波ビームが入射し、かつ、反射した超音波が受信探触子に到達する検査面上の範囲である。したがって、検査対象物の検査面における検査対象となる範囲（以下、「検査必要範囲」と称する）が、検査可能範囲より小さい場合、受信探触子は、検査必要範囲で反射した超音波のみならず検査必要範囲外で反射した超音波も受信してしまう。このため、従来の超音波探傷装置は、ノイズが大きくなり、検査必要範囲の探傷が困難となっていた。
　本開示は、このような課題に鑑み、ノイズの発生を抑制し、高精度に探傷することが可能な超音波探傷装置、および、超音波探傷方法を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る超音波探傷装置は、送信窓と、検査対象物の検査面における予め定められた検査必要範囲に向けて、送信窓から超音波ビームを送信する送信探触子と、送信窓に対し、検査必要範囲外で反射した超音波が到達しない関係に配された受信窓と、受信窓を通過した超音波を受信する受信探触子と、を備える。
　また、送信探触子は、超音波ビームの縁部が、検査必要範囲における送信探触子側の縁部または当該縁部より内側に到達する角度となるように形成され、検査面に対する送信窓の角度および検査面に対する受信窓の角度は、検査必要範囲外で反射した超音波が受信窓に到達しない関係となっているとしてもよい。
　また、送信探触子は、検査面に対向する第１の対向面部を有し、送信窓は、第１の対向面部から立設した側面部に設けられ、受信探触子は、検査面に対向する第２の対向面部を有し、受信窓は、第２の対向面部から立設した側面部に設けられるとしてもよい。
　また、送信窓と受信窓との間に超音波を伝搬させる媒質部が設けられているとしてもよい。
　また、検査対象物の少なくとも一部を媒質部として利用するとしてもよい。
　また、受信探触子が受信した超音波に基づいて、検査必要範囲の傷の有無を判定する判定部をさらに備えるとしてもよい。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る超音波探傷方法は、送信窓から超音波ビームを送信する送信探触子と、受信窓を通過した超音波を受信する受信探触子とを備えた超音波探傷装置を用い、検査対象物の検査面における予め定められた検査必要範囲を探傷する超音波探傷方法であって、送信窓および受信窓が、検査必要範囲外で反射した超音波が受信窓に到達しない関係となるように、送信探触子および受信探触子を配し、送信探触子に、送信窓から検査必要範囲に向けて超音波ビームを送信させる。
　本開示は、ノイズの発生を抑制し、高精度に探傷することが可能となる。
図１（ａ）は、超音波探傷装置の使用形態を説明するための第１の図である。図１（ｂ）は、超音波探傷装置の使用形態を説明するための第２の図である。図１（ｃ）は、超音波探傷装置の使用形態を説明するための第３の図である。 図２（ａ）は、送信探触子および受信探触子の斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＩＩｂ－ＩＩｂ線断面図である。図２（ｃ）は、超音波探傷装置の機能ブロック図である。 図３（ａ）は、従来の超音波探傷装置における検査可能範囲および検査必要範囲を説明する図である。図３（ｂ）は、超音波探傷装置における検査可能範囲および検査必要範囲を説明する図である。 実施形態の超音波探傷方法の処理の流れを説明するフローチャートである。 第１の変形例の超音波探傷装置を説明する図である。 図６（ａ）は、第２の変形例の超音波探傷装置を説明する第１の図である。図６（ｂ）は、第２の変形例の超音波探傷装置を説明する第２の図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
（超音波探傷装置１００）
　図１（ａ）は、超音波探傷装置１００の使用形態を説明するための第１の図である。図１（ｂ）は、超音波探傷装置１００の使用形態を説明するための第２の図である。図１（ｃ）は、超音波探傷装置１００の使用形態を説明するための第３の図である。本実施形態の図１（ａ）をはじめ以下の図では、垂直に交わるＸ軸（水平方向）、Ｙ軸（水平方向）、Ｚ軸（鉛直方向）を図示の通り定義している。また、本実施形態では、超音波探傷装置１００の検査対象物として構造物５０（例えば、リアクタ）を例に挙げて説明する。
　図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、構造物５０は、金属製の隔壁６０を積層することで形成される。隔壁６０は、底板６２と、リブ６４とを含んで構成される。リブ６４は、底板６２から立設し、図１中、Ｙ軸方向に延在した部材である。なお、隔壁６０同士は、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接等の溶接や拡散接合、ろう付け等によって接合される。すなわち、リブ６４の上面と、隔壁６０（底板６２）の底面６２ａとは、溶接等によって、接合される。
　こうして、１の隔壁６０のリブ６４間に形成された溝部６６と、当該隔壁６０の上に積層された他の隔壁６０の底面６２ａとによって流路５２が形成される。そして、構造物５０の使用時には、流体（ガス、液体、または、混相流）が流路５２を流れる。なお、流路５２の幅（図１中、Ｘ軸方向の幅）は、例えば、３６ｍｍ程度である。流路５２の高さ（図１中、Ｚ軸方向の高さ）は、例えば、１５ｍｍ程度である。流路５２のリブ６４の幅（図１中、Ｘ軸方向の幅）は、例えば、５ｍｍ程度である。
　このように、構造物５０に形成された流路５２には、様々な流体が流れる。しかし、リブ６４の上面と隔壁６０の底面６２ａとの接合不良が生じると、１の流路５２を流れている流体が他の流路５２に混入してしまい、不具合が生じてしまう。そこで、超音波探傷装置１００を用いて、リブ６４の上面と隔壁６０の底面６２ａとの接合面（検査面）Ｓの接合不良が検査される。
　超音波探傷装置１００は、図１（ｃ）に示すように、送信探触子１１０と、受信探触子１２０と、制御装置１３０とを含んで構成される。送信探触子１１０と制御装置１３０とは、支持部材１４２によって接続される。受信探触子１２０と制御装置１３０とは、支持部材１４４によって接続される。送信探触子１１０および受信探触子１２０は、溝部６６の底面６６ａおよび接合面Ｓの上方（真上）に配されるリブ６４の側面６４ａに接触可能な寸法関係に形成される。送信探触子１１０および受信探触子１２０は、溝部６６（流路５２）に接触して配される。換言すれば、送信探触子１１０および受信探触子１２０は、送信探触子１１０と受信探触子１２０との間に、接合面Ｓの上方のリブ６４が挟まれるように配される。なお、送信探触子１１０と構造物５０との間には、超音波の減衰を抑制するグリセリンや水等が充填される。また、受信探触子１２０と構造物５０との間には、超音波の減衰を抑制するグリセリンや水等が充填される。
　図２（ａ）は、送信探触子１１０および受信探触子１２０の斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＩＩｂ－ＩＩｂ線断面図である。図２（ｃ）は、超音波探傷装置１００の機能ブロック図である。なお、図２（ｃ）中、信号の流れを矢印で示す。
　図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、送信探触子１１０は、筐体１１２（例えば、金属製）と、振動子１１４と、充填物１１６とを含んで構成される。振動子１１４は、筐体１１２内に配され、超音波ビームを発信する。充填物１１６は、筐体１１２の内部に充填され、超音波の伝搬を維持する。充填物１１６は、例えば、アクリルを含んで構成される。筐体１１２は、対向面部１１２ａ（第１の対向面部）と、側面部１１２ｂとを含んで構成される。対向面部１１２ａは、検査面と対向し、流路５２（溝部６６）の底面６６ａに接触する。側面部１１２ｂは、対向面部１１２ａから直角に立設している。側面部１１２ｂには、超音波ビームを通過させる送信窓１１８が設けられている。
　受信探触子１２０は、送信探触子１１０と同様に、筐体１２２（例えば、金属製）と、振動子１２４と、充填物１２６とを含んで構成される。振動子１２４は、筐体１２２内に配され、超音波を受信して電気信号に変換する。充填物１２６は、筐体１２２内部に充填され、超音波の伝搬を維持する。充填物１２６は、例えば、アクリルを含んで構成される。筐体１２２は、対向面部１２２ａ（第２の対向面部）と、側面部１２２ｂとを含んで構成される。対向面部１２２ａは、検査面と対向し、流路５２（溝部６６）の底面６６ａに接触する。側面部１２２ｂは、対向面部１２２ａから直角に立設している。側面部１２２ｂには、超音波を通過させる受信窓１２８が設けられている。
　制御装置１３０は、図２（ｃ）に示すように、パルサレシーバ１３２と、制御部１３４とを含んで構成される。パルサレシーバ１３２は、支持部材１４２を通じて送信探触子１１０の振動子１１４に電力を供給する。パルサレシーバ１３２は、振動子１１４を振動させて超音波ビームを送信（発信）させる。また、パルサレシーバ１３２は、支持部材１４４を通じて受信探触子１２０の振動子１２４から入力された電気信号を振動情報に変換する。パルサレシーバ１３２は、振動情報を制御部１３４に送信する。振動情報は、例えばデジタル値で表される情報である。
　制御部１３４は、ＣＰＵ（中央処理装置）を含む半導体集積回路で構成される。制御部１３４は、ＲＯＭからＣＰＵ自体を動作させるためのプログラムやパラメータ等を読み出す。制御部１３４は、ワークエリアとしてのＲＡＭや他の電子回路と協働して超音波探傷装置１００全体を管理および制御する。制御部１３４は、パルサレシーバ１３２を制御して、送信探触子１１０に超音波ビームを送信させる。制御部１３４は、パルサレシーバ１３２から送信された振動情報（受信探触子１２０が受信した超音波に基づく情報）を受信する。
　また、本実施形態において制御部１３４は、判定部１３４ａとして機能する。判定部１３４ａは、パルサレシーバ１３２から受信した振動情報に基づいて、検査面（接合面Ｓ）の接合不良（傷の有無）を判定する。
　以上説明したように、超音波探傷装置１００は、検査対象物（構造物５０）の検査面（接合面Ｓ）に超音波ビームを送信する。そして、超音波探傷装置１００は、検査可能範囲で反射（または、回折、散乱）した超音波を受信して解析する。これにより、超音波探傷装置１００は、検査可能範囲の探傷を行う。具体的に説明すると、超音波は密度が異なる物質の境界において反射するという特性を有する。このため、検査可能範囲に傷等の欠陥が存在する場合、欠陥と周囲の箇所との境界において超音波が反射する。したがって、超音波探傷装置１００は、反射した超音波を受信して解析することで、欠陥の有無、欠陥の位置、欠陥の形状等を把握することができる。
　ここで、検査が必要な検査必要範囲が検査可能範囲より小さい場合、検査必要範囲外で反射した超音波が受信探触子に到達してノイズとなる。そうすると、欠陥由来の反射波がノイズに埋もれてしまい、検査必要範囲の探傷が困難となる。なお、検査可能範囲は、送信探触子１１０から照射された超音波ビームが入射し、かつ、反射した超音波が受信探触子１２０に到達する検査面上の範囲である。
　図３（ａ）は、従来の超音波探傷装置１０における検査可能範囲および検査必要範囲を説明する図である。図３（ｂ）は、超音波探傷装置１００における検査可能範囲および検査必要範囲を説明する図である。なお、図３（ａ）、図３（ｂ）中、理解を容易にするために、流路５２をグレーの塗りつぶしで示し、超音波ビームおよび反射した超音波をハッチングで示す。
　図３（ａ）に示すように、従来の超音波探傷装置１０は、送信探触子２０の対向面部２０ａに送信窓２２が設けられている。送信窓２２を通じて送信された超音波ビームは、ビーム幅を広げつつ入射方向（送信方向）に直進する（図３（ａ）中、超音波ビームの縁部を矢印ａ１、ａ２で示す）。ここで、超音波を発信する振動子は、ある程度の大きさを有する。このため、超音波ビームのビーム幅は、ある程度大きくなってしまう。したがって、検査必要範囲（接合面Ｓ）が５ｍｍ程度と狭隘である場合には、検査必要範囲が検査可能範囲より狭くなる。そうすると、受信探触子３０は、検査必要範囲外（検査必要範囲の外縁より大きい範囲）で反射した超音波（図３（ａ）中、反射した超音波の縁部を矢印ｂ１、ｂ２で示す）も受信して（拾って）しまう。
　そこで、本実施形態の超音波探傷装置１００では、検査面に対する送信窓１１８の角度および検査面に対する受信窓１２８の角度が、検査必要範囲外で反射した超音波が受信窓１２８に到達しない関係となるように、送信探触子１１０および受信探触子１２０が配される。
　具体的に説明すると、図３（ｂ）に示すように、送信窓１１８は、対向面部１１２ａ（検査面と対向する面）から直角に立設した側面部１１２ｂに設けられる。そして、受信窓１２８は、対向面部１２２ａ（検査面と対向する面）から直角に立設した側面部１２２ｂに設けられている。また、送信窓１１８と受信窓１２８との間の距離が検査必要範囲の幅（図３中、Ｘ軸方向の幅）よりわずかに大きくなるように、送信探触子１１０および受信探触子１２０が配されている。
　これにより、送信窓１１８から送信された超音波ビームの送信探触子１１０側の縁部Ａ１は、側面部１１２ｂによって入射方向が制限される。したがって、超音波ビームが、側面部１１２ｂより対向面部１１２ａ側に入射する事態を回避することができる。また、超音波ビームの縁部Ａ１は、検査必要範囲における送信探触子１１０側の縁部ＦＳより内側に到達する。したがって、対向面部１１２ａの下方に位置する流路５２において反射波が生じる事態を回避することが可能となる。
　一方、送信窓１１８から送信された超音波ビームの受信探触子１２０側の縁部Ａ２は、入射方向を制限する障害物がない。このため、送信窓１１８から送信された超音波ビームは、検査必要範囲より受信探触子１２０側（外側）まで入射する。したがって、超音波ビームの縁部Ａ１から縁部Ａ２までの範囲（ビーム幅の範囲）で反射波が生じる。つまり、検査必要範囲のみならず、受信探触子１２０側の流路５２においても反射波が生じる。
　しかし、本実施形態の受信窓１２８は、対向面部１２２ａではなく、側面部１２２ｂに設けられている。このため、受信窓１２８は、受信探触子１２０の対向面部１２２ａに到達する反射波（図３（ｂ）中、Ｎで示す）を受信することはない。したがって、受信探触子１２０側の流路５２において生じた反射波が受信窓１２８に到達してしまう事態を回避することができる。これにより、流路５２由来のノイズを除去することが可能となる。こうして、受信窓１２８には、検査必要範囲内において生じた反射波のみが到達し、精度よく検査必要範囲の探傷を行うことが可能となる。
（超音波探傷方法）
　続いて、超音波探傷装置１００を用いた超音波探傷方法の処理の流れを説明する。図４は、超音波探傷方法の処理の流れを説明するフローチャートである。図４に示すように、まず、検査面（接合面Ｓ）に対する送信窓１１８の角度および検査面（接合面Ｓ）に対する受信窓１２８の角度が、検査必要範囲外で反射した超音波が受信窓１２８に到達しない関係となるように、送信探触子１１０および受信探触子１２０が設置される（設置工程Ｓ１１０）。そして、制御部１３４は、パルサレシーバ１３２を制御して、送信探触子１１０に送信窓１１８から検査必要範囲に向けて超音波ビームを送信させる（送信工程Ｓ１２０）。こうして、超音波ビームが検査対象物に入射され、検査必要範囲において反射波（または、回折波、散乱波）が生じる。
　そして、受信探触子１２０は、受信窓１２８を通じて受信した超音波に基づく振動を電気信号に変換してパルサレシーバ１３２に出力する（受信工程Ｓ１３０）。パルサレシーバ１３２は、受信探触子１２０から入力された電気信号を振動情報に変換して、制御部１３４に送信する。そして、制御部１３４の判定部１３４ａは、パルサレシーバ１３２から送信された振動情報に基づいて、検査必要範囲の傷の有無を判定する（判定工程Ｓ１４０）。
　以上説明したように、本実施形態の超音波探傷装置１００およびこれを用いた超音波探傷方法によれば、ノイズの発生を抑制し、高精度に検査必要範囲を探傷することが可能となる。
（第１の変形例）
　図５は、第１の変形例の超音波探傷装置１００を説明する図である。なお、図５中、理解を容易にするために、溝部６６をグレーの塗りつぶしで示し、超音波ビームおよび反射した超音波をハッチングで示す。
　上記実施形態では、送信探触子１１０の対向面部１１２ａおよび受信探触子１２０の対向面部１２２ａを、流路５２の底面６６ａに接触させて、探傷する構成を例に挙げて説明した。しかし、超音波探傷装置１００は、図５に示すように、送信探触子１１０の対向面部１１２ａおよび受信探触子１２０の対向面部１２２ａを、流路５２の上面に接触させて接合面Ｓを探傷してもよい。すなわち、超音波探傷装置１００は、対向面部１１２ａおよび対向面部１２２ａを、隔壁６０の底面６２ａに接触させて接合面Ｓを探傷してもよい。
（第２の変形例）
　図６（ａ）は、第２の変形例の超音波探傷装置２００を説明する第１の図である。図６（ｂ）は、第２の変形例の超音波探傷装置２００を説明する第２の図である。なお、図６（ａ）、図６（ｂ）中、理解を容易にするために、流路５２をグレーの塗りつぶしで示し、超音波ビームおよび反射した超音波をハッチングで示す。
　上記したように、超音波は密度の異なる物質の境界において反射する。このため、送信窓１１８と受信窓１２８との間に空隙が存在すると、送信窓１１８と空隙との境界で超音波ビームが反射してしまう。そうすると、送信探触子１１０は、検査必要範囲まで超音波ビームを入射させることができない。上記実施形態では、送信窓１１８と受信窓１２８との間に挟むことができるリブ６４が検査対象物に設けられている。このため、送信窓１１８と受信窓１２８との間にリブ６４を介在させる（検査対象物の少なくとも一部を媒質部として利用する）ことができる。したがって、上記実施形態では、超音波ビームがリブ６４を通過して検査必要範囲まで入射できる構成を例に挙げて説明した。しかし、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、構造物５０の蓋部５４等、検査対象物は、必ずしも、送信窓１１８と受信窓１２８との間に検査対象物の一部が介在する形状となっているわけではない。
　そこで、図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、第２の変形例の超音波探傷装置２００は、送信探触子１１０、受信探触子１２０、制御装置１３０（ここでは、不図示）に加えて、媒質部２１０を備える。なお、上記実施形態において説明した構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
　媒質部２１０は、超音波を伝搬させる物質で構成され、送信窓１１８と受信窓１２８との間に設けられる。媒質部２１０を備える構成により、検査対象物の形状に拘らず、探傷することが可能となる。
　なお、媒質部２１０は、超音波を伝搬させることができれば、材質に限定はない。しかし、媒質部２１０は、検査対象物と実質的に同一の材質、または、検査対象物と実質的に密度が等しい材質が好ましい。これにより、媒質部２１０と検査対象物との境界で生じる反射波を抑制することができる。
　また、図６（ｂ）に示すように、媒質部２１０における検査対象物と接触する接触面部２１０ａが、検査対象物の被接触面５４ａに沿った形状であるとよい。そうすると、媒質部２１０と検査対象物との接触面積を大きくすることができる。これにより、媒質部２１０と検査対象物との間に形成される空隙を少なくすることができる。したがって、超音波探傷装置２００は、検査必要範囲内に効率よく超音波ビームを入射させることが可能となる。
　以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記実施形態において、検査面に対する送信窓１１８の角度および検査面に対する受信窓１２８の角度が９０°（直角）である構成を例に挙げて説明した。しかし、検査面に対する送信窓１１８の角度および検査面に対する受信窓１２８の角度は限定されない。検査面に対する送信窓１１８の角度および検査面に対する受信窓１２８の角度は、例えば、４５°、６５°等であってもよい。
　また、上記実施形態では、検査必要範囲とリブ６４の幅とが実質的に等しい構成を例に挙げて説明した。このため、超音波探傷装置１００は、送信探触子１１０と受信探触子１２０とでリブ６４を挟むだけで、送信窓１１８と受信窓１２８との間の距離を、検査必要範囲外で反射した超音波が受信窓１２８に到達しない距離に維持することができた。しかし、超音波探傷装置１００は、送信探触子１１０と受信探触子１２０との間の距離を調整して、検査必要範囲を調整してもよい。
　また、上記実施形態において、超音波探傷装置１００が判定部１３４ａを備える構成を例に挙げて説明した。しかし、判定部１３４ａを備えず独立したハードウェアとして超音波探傷装置を形成しても、既存の判定部に接続すれば、検査対象物を探傷することができる。
　本開示は、超音波を用いて検査対象物を探傷する超音波探傷装置、および、超音波探傷方法に利用することができる。
１００　超音波探傷装置
１１０　送信探触子
１１２ａ　対向面部（第１の対向面部）
１１２ｂ　側面部
１１８　送信窓
１２０　受信探触子
１２２ａ　対向面部（第２の対向面部）
１２２ｂ　側面部
１２８　受信窓
１３４ａ　判定部
２００　超音波探傷装置
２１０　媒質部

Claims (7)

  1. 　送信窓と、
    　検査対象物の検査面における予め定められた検査必要範囲に向けて、前記送信窓から超音波ビームを送信する送信探触子と、
    　前記送信窓に対し、前記検査必要範囲外で反射した超音波が到達しない関係に配された受信窓と、
    　前記受信窓を通過した超音波を受信する受信探触子と、
    を備える超音波探傷装置。
  2. 　前記送信探触子は、前記超音波ビームの縁部が、前記検査必要範囲における前記送信探触子側の縁部または前記縁部より内側に到達する角度となるように形成され、
    　前記検査面に対する前記送信窓の角度および前記検査面に対する前記受信窓の角度は、前記検査必要範囲外で反射した超音波が前記受信窓に到達しない関係となっている請求項１に記載の超音波探傷装置。
  3. 　前記送信探触子は、前記検査面に対向する第１の対向面部を有し、前記送信窓は、前記第１の対向面部から立設した側面部に設けられ、
    　前記受信探触子は、前記検査面に対向する第２の対向面部を有し、前記受信窓は、前記第２の対向面部から立設した側面部に設けられる請求項１または２に記載の超音波探傷装置。
  4. 　前記送信窓と前記受信窓との間に超音波を伝搬させる媒質部が設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
  5. 　前記検査対象物の少なくとも一部を前記媒質部として利用する請求項４に記載の超音波探傷装置。
  6. 　前記受信探触子が受信した超音波に基づいて、前記検査必要範囲の傷の有無を判定する判定部をさらに備える請求項１から５のいずれか１項に記載の超音波探傷装置。
  7. 　送信窓から超音波ビームを送信する送信探触子と、受信窓を通過した超音波を受信する受信探触子とを備えた超音波探傷装置を用い、検査対象物の検査面における予め定められた検査必要範囲を探傷する超音波探傷方法であって、
    　前記送信窓および前記受信窓が、前記検査必要範囲外で反射した超音波が前記受信窓に到達しない関係となるように、前記送信探触子および前記受信探触子を配し、
    　前記送信探触子に、前記送信窓から前記検査必要範囲に向けて前記超音波ビームを送信させる超音波探傷方法。
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