JP2000028588A - 超音波探傷法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通常の方法では斜角探傷や表面波探傷の適用
が困難な、複雑形状の試験体の、特に円筒面に発生する
材料きずを容易に検出する。 【解決手段】 超音波探傷器４０から水浸用探触子１に
探傷パルスを出力し、水中に存在する被探傷物に水を介
して超音波を入射させて探傷を行なう超音波探傷法にお
いて、探触子１を材料表面形状が不連続に所定量以上変
化する変曲点３に対向させて超音波を出射して試験体８
に入射させ、超音波の入射点で同時に発生する複数の振
動モードの超音波を試験体内に伝播させ、この伝播の過
程で反射されるエコーを検出して曲面部８ａ表面の探傷
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非破壊検査の一種
である超音波探傷法に係わり、特に水中で鋼材などの被
探傷物内部のきずを検出する超音波探傷法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から行なわれている超音波探傷法で
は、試験材料（被探傷物）のできるだけ平坦で平滑な面
を選び、その面に超音波探触子を当て、この超音波探触
子を当てた面から超音波を入射させ、入射点における超
音波の屈折やモード変換を利用して目的の位置に超音波
を到達させるようにしていた。このために、曲面をもっ
た材料等では検出したいきずまで超音波が到達できない
場合があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図６は従来から実施さ
れている水浸式超音波探傷法の一例を示す図である。同
図において、例えば円筒面６１の一部にきず６２が存在
するような試験体（被探傷物）６０に対する探傷におい
ては、水浸用探触子１を平坦な面６３に対して所定の角
度傾けて超音波を出射し、前記平坦な面６３から超音波
を入射させていた。この場合、従来から知られている斜
角探傷法では、図６において符号６４で示すような経路
で超音波が伝播するので、試験体６０への超音波の入射
点が制限されていた。また、きず６２からのエコー６５
の他に円筒面６１からのエコー６６が発生して、きず６
２の識別が困難な場合があった。

【０００４】一方、被探傷物の平坦な面６３の表面直下
を伝播するクリーピング波６７を利用する場合は、超音
波入射点は上記と同じ平坦面６３に限られる他、形状的
な変曲点６８で音波の伝播が阻止されるため、きず６２
まで超音波が到達することができない場合があった。

【０００５】これに対し、円筒面６１の表面に超音波を
符号７０で示すような経路で直接入射して探傷を行なう
直射法という方法も知られている。この方法では、きず
６２の開口側から入射することになるが、開口幅の小さ
いきず６２場合はきずの開口部で反射されるエコーが小
さいので、きずであるのかノイズであるのかの判別が難
しく検出は困難であった。

【０００６】本発明はこのような従来技術の実情に鑑み
てなされたもので、その目的は、複雑な形状の試験体の
曲面部のきずを検出できる超音波探傷法を提供すること
にある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の手段は、水中で超音波を送受信する探触子
と、この探触子にパルス電圧を供給するパルス発信手段
と、前記探触子が受信した信号を増幅処理する受信増幅
手段と、前記受信した信号の受信信号波形を表示する波
形表示手段とを備えた超音波探傷器を使用し、水中に存
在する被探傷物に水を介して超音波を入射させて探傷を
行なう超音波探傷法において、前記探触子を材料表面形
状が不連続に所定量以上変化する変曲点に対向させ、前
記探触子により前記変曲点から前記超音波を被探触物内
に入射させ、前記超音波の入射点で同時に発生する複数
の振動モードの超音波を被探傷物内に伝播させ、この伝
播の過程で反射されるエコーを検出して探傷することを
特徴とする。

【０００８】第２の手段は、第１の手段において、前記
変曲点でモード変換された超音波のうち、材料表層部を
伝播する超音波に基づいてきずを検出することを特徴と
する。

【０００９】第３の手段は、第１の手段において、前記
不連続に所定量以上変化する変曲点が、少なくともクリ
ーピング波を利用した探傷時に音波の伝播が阻止される
ような変化量を有する変曲点であることを特徴とする。

【００１０】第４の手段は、第１の手段において、前記
エコーの波形からあらかじめ記憶した健全部のエコーの
波形を差し引いた残りの信号の有無によって被探傷物の
合否を判定することを特徴とする。

【００１１】本発明では、試験体に対する超音波の入射
点を、従来かえりみられることが無かった形状の不連続
部である変曲点としたことに特徴がある。この検出の原
理を図５を参照して説明する。

【００１２】図５に示すように水浸用探触子１を任意の
角度θだけ傾けて、超音波（縦波）２を試験体６０の形
状の変曲点６８に入射させると、超音波２の一部は縦波
のまま試験体６０中に伝播するが、他の一部はいくつか
の振動モードに変換され、その内の一つは試験体６０の
円筒面（曲面）６１に沿って伝播する超音波６９にな
る。この現象は、実験によって確かめられた新しい知見
で、これを利用して曲面６１部の表面に発生した材料き
ずを検出する。超音波を入射させる変曲点６８は前述の
従来例で説明したクリーピング波６７を利用したときに
音波の伝播が阻止されるような変化量を有する不連続な
面変化を生じている部分であれば十分である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施形態について説明する。

【００１４】図１は本発明の一実施形態に係る超音波探
傷法を説明するためのシステム構成図である。同図にお
いて、この超音波探傷システムは超音波探傷器４０と、
この超音波探傷器４０に接続され、超音波を送受信する
水浸用探触子１とから基本的に構成されている。超音波
探傷器４０は、パルス発信器４１、受信増幅器４２、波
形表示部４３等を主な構成要素とし、パルス発振器４１
から水浸用探触子１にパルスを出力し、水浸用探触子１
から超音波を出射し、水を介して試験体８に入射させ、
反射したエコーを当該水浸用探触子１によって検出して
受信増幅器４２に入力し、増幅された受信波形を例えば
ＣＲＴからなる波形表示器４３で表示して、きずの位置
や大きさを検出するようになっている。

【００１５】この例では、試験体８の曲面部８ａの表面
のきず６を検出する際、水浸用探触子１を約５度傾けて
超音波を発射し、形状の変曲点３に超音波ビーム（縦
波）２を入射させるようにした。入射した超音波２は変
曲点３でいくつかの振動モードに変換されて材料中に伝
播するが、そのうちの一つのモードの超音波５が曲面部
８ａの表層部を伝播してきず６が検出される。なお、探
触子１からの超音波の入射角θは、前記超音波５が曲面
部８ａの表面に沿って伝播することが可能な角度に前記
変曲点３の変化量や表面形状に応じて適宜設定される。

【００１６】このときの、超音波探傷器４０のＣＲＴか
らなる波形表示部（以下、単に「ＣＲＴ」と称す。）４
３に表示される信号波形を図２に示す。 図２において
ＣＲＴ４３の横軸の起点の位置は図１の変曲点３、つま
り超音波入射点の位置になるように調整されており、Ｃ
ＲＴ４３の時間軸は横波の音速で５０ｍｍを往復する時
間になるように調整されている図２の左端のエコー１０
は、超音波の入射点、即ち変曲点３から直接のエコー
で、これから１２．５ｍｍの距離に相当する時間が遅れ
た位置に、きず６からのエコー１１が表示されている。
きず６の実際の位置は、実測すると変曲点３から１１．
５ｍｍの位置にあったので、エコー１１は実際のきず６
の位置から１ｍｍだけ遠い位置に表示されていることに
なる。

【００１７】そこで、このとき発生した超音波５の音速
は、ＣＲＴ４３の時間軸の校正に使用した横波の音速を
３２３０ｍ／ｓとすると、 （１１．５ｍｍ／１２．５ｍｍ）×３２３０ｍ／ｓ＝２
９７０ｍ／ｓ となり、ほぼ、表面波の音速になることが分かる。。

【００１８】図２にはこのほかに、超音波５がきず６で
横波にモード変換した超音波７が試験体８の底面９で反
射したエコー１３と、変曲点３で横波にモード変換した
超音波４が、同様に底面９で反射したエコー１２を見る
ことができる。

【００１９】図３は、形状が試験体８と同じできず６を
含まない、いわゆる、きず無し試験体を探傷した信号波
形である。ここでは、図２で明確に表示されていたきず
６およびきず６でのモード変換エコー１３は検出され
ず、変曲点３からの直接のエコー１０と、同じく変曲点
３でのモード変換エコー１２のみが測定されている。

【００２０】図４は、他の実施形態に係る超音波探傷シ
ステムのシステム構成を示す図である。この実施形態
は、前記図２及び図３に示したきず部と健全部の波形の
差を利用して、試験体８の合否判定を行う合否判定装置
５０を備えた例で、図１の構成にこの合否判定装置５０
を付加しただけなので、図１の構成と異なる構成のみ説
明し、重複する各部についての説明は割愛する。

【００２１】合否判定装置５０は、予め健全部（例えば
図３）の波形を記憶しておく健全波形記憶部５２と、き
ずエコーを含んだ探傷波形（例えば図２）を収録する探
傷波形収録部５１、及び両者の波形を比較する比較装置
５３とから構成され、超音波探傷器４０の受信増幅器か
らの出力が入力され、比較装置５３からの比較出力が合
否信号５４として出力されるようになっている。

【００２２】比較装置５３は時々刻々収録される探傷波
形（図２）から予め記憶してある健全部波形５２を差し
引いて、残りの信号が無い場合には合格、残った信号が
あれば、それをきず信号として否、つまり不合格とす
る。これにより、試験体８の曲面６１の表面のきず６の
有無を自動的に判定することが可能となる。

【００２３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、探触子
を材料表面形状が不連続に所定量以上変化する変曲点に
対向させて超音波を出射して被探傷物に入射させ、超音
波の入射点で同時に発生する複数の振動モードの超音波
を被探傷物内に伝播させ、この伝播の過程で反射される
エコーを検出して探傷するので、超音波の伝播が阻害さ
れるような変曲点を有する複雑な形状の試験体の曲面部
のきずを容易に検出することができる。

【００２４】また、探傷したエコーの波形からあらかじ
め記憶した健全部のエコーの波形を差し引いた残りの信
号の有無によって試験体の合否を判定するので、自動的
に試験体の合否判定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る超音波探傷システム
のシステム構成を示す図である。

【図２】きずが在る試験体の探傷波形を示す図である。

【図３】きずが無い試験体の探傷波形を示す図である。

【図４】本発明の他の実施形態に係る超音波探傷システ
ムのシステム構成を示す図である。

【図５】本発明の超音波探傷方法の原理を説明するため
の図である。

【図６】従来の超音波探傷法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ 水浸用探触子 ２ 超音波（縦波） ３ 形状の変曲点 ４ 超音波（横波） ５ 超音波 ６ きず ７ 超音波（横波） ８ 試験体 ９ 底面 １０，１１，１２，１３ エコー ４０ 超音波探傷器 ４１ パルス発信器 ４２ 受信増幅器 ４３ 波形表示部 ５０ 合否判定装置 ５１ 探傷波形収録部 ５２ 健全部波形記憶部 ５３ 比較装置 ５４ 合否信号

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 司郎 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 根目沢 勲 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 Ｆターム(参考） 2G047 AA07 AB01 BA03 BB06 GG33

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水中で超音波を送受信する探触子と、こ
   の探触子にパルス電圧を供給するパルス発信手段と、前
   記探触子が受信した信号を増幅処理する受信増幅手段
   と、前記受信した信号の受信信号波形を表示する波形表
   示手段を備えた超音波探傷器とを使用し、水中に存在す
   る被探傷物に水を介して超音波を入射させて探傷を行な
   う超音波探傷法において、 前記探触子を材料表面形状が不連続に所定量以上変化す
   る変曲点に対向させ、 前記探触子により前記変曲点から前記超音波を被探傷物
   内に入射させ、 前記超音波の入射点で同時に発生する複数の振動モード
   の超音波を被探傷物内に伝播させ、 この伝播の過程で反射されるエコーを検出して探傷する
   ことを特徴とする超音波探傷法。
2. 【請求項２】 前記変曲点でモード変換された超音波の
   うち、材料表層部を伝播する超音波により、きずを検出
   することを特徴とする請求項１記載の超音波探傷法。
3. 【請求項３】 前記不連続に所定量以上変化する変曲点
   が、少なくともクリーピング波を利用した探傷時に音波
   の伝播が阻止されるような変化量を有する変曲点である
   ことを特徴とする請求項１記載の超音波探傷法。
4. 【請求項４】 前記エコーの波形からあらかじめ記憶し
   た健全部のエコーの波形を差し引いた残りの信号の有無
   によって被探傷物の合否を判定すること特徴とする請求
   項１記載の超音波探傷法。