JP4839333B2 - 超音波検査方法および超音波検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属等を対象とする超音波検査方法および超音波検査装置に係り、特に、部分または全部に円筒形状を有する構造物（管または容器）と他の構造物とを、円筒形状の周または軸方向（溶接線方向）に沿って接合する溶接部の検査に好適な超音波検査方法および超音波検査装置に関する。

金属などの固体の非破壊検査方法として、超音波による方法（超音波探傷法）が従来から一般に用いられている。このうち、原子炉圧力容器に見られるような、部分または全部に円筒形状を有する構造物（管または容器）と他の構造物とを、前記円筒形状の周または軸方向（溶接線方向）に沿って接合する溶接部の超音波検査方法として、従来、以下のような３つの検査方法が知られている。

第１の方法としては、原子炉圧力容器貫通部（原子炉圧力容器下鏡に取付けられた制御棒駆動機構部のスタブ溶接部）の内面に超音波探触子を配置し、貫通部の内面に水を入れ水浸法により探傷する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、第２の方法としては、原子炉炉内炉底部の貫通部（制御棒駆動機構のスタブ溶接部）に炉内，すなわち、圧力容器の内側に超音波探触子を配置し、貫通部（スタブ溶接部）を探傷する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、第３の方法としては、原子炉圧力容器と炉内構造物を接合している溶接部に対し、圧力容器の外側に探触子を配置し、溶接部を探傷する方法が報告されている（例えば、非特許文献１参照）
特開平７−２４４０３３公報 特開２００５−３００２２４公報 AUTOMATED UT EXAMINATION OF BWR H8 & H9 CORE SHROUD WELDS USING PHASED ARRAY TECHNIQUES (Hector Diaz Steven J. Todd IHI Southwest Technologies, Inc.)

しかしながら、従来の検査方法では、まず溶接部側からの探傷では、構造物内部に超音波探触子を配置するため、場所および作業環境によっては直接溶接部に近づいて検査ができない場合もあるため、その場合超音波探触子を走査するにあたり大掛かりな走査装置が必要となり、検査が容易でないという問題があった。

また、溶接部表面は単純形状でない部位や、グラインダなどで表面が機械加工で仕上げてある場合が多く、検査対象表面に粗さやうねりといった形状のばらつきが存在するために、前記構造物内部（溶接線のある側）からの超音波検査では、検査対象への超音波の入射効率を一定に保つことができず、検査部位ごとに受信信号にばらつきが生じ、欠陥の評価が難しくなる場合がある。

さらに、非特許文献３は、圧力容器の外側から探傷する際の、周割れ（溶接線方向に対し欠陥長さ方向が平行の欠陥）に対する検出およびサイジングについて開示しているのみで、軸割れ（溶接線方向に対し欠陥長さ方向が直交の欠陥）に対する検出およびサイジングについては開示していないものである。

本発明の目的は、容易に検査を行えるとともに、溶接線に存在する周割れおよび軸割れをも検出できる超音波検査方法および超音波検査装置を提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、部分または全部に円筒形状を有する管若しくは容器からなる第１の構造物と他の第２の構造物とを、前記円筒形状の周または軸方向に沿って接合する溶接線に対して、超音波探触子を、前記溶接線が位置する前記第１の構造物の面とは反対側の前記第１の構造物の面に配置し、前記超音波探触子を、前記周または軸方向に沿って接合する溶接線のいずれか一方に対して平行方向に移動させ、前記超音波探触子が配置される前記第１の構造物の面の法線方向をＸ軸、前記周または軸方向に沿って接合する溶接線のいずれか一方と平行方向をＹ軸、前記Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とし、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸について回転させた軸をＸ’軸とするとき、前記超音波探触子から、前記Ｘ’軸が一つのみであって、前記Ｘ’軸及び前記Ｚ軸によって形成されるＸ’−Ｚ平面内で扇形の面状に超音波を送信し、前記超音波探触子の設置面と、前記溶接線の表面がＸ−Ｚ断面で平行でない、前記溶接線における欠陥からの反射波信号を受信し、欠陥を検出するようにしたものである。
かかる方法により、容易に検査を行えるとともに、溶接線に存在する周割れおよび軸割れを検出できるものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記超音波探触子を前記Ｙ軸または前記Ｚ軸方向に移動し、前記超音波を前記Ｘ’―Ｚ平面内で任意の角度で走査したとき、その探傷結果（Ｂスキャン）を表示し、その探傷結果内で注目すべき範囲を指定し、前記指定範囲内でエコーの平均値を求め、該平均値と各超音波入射角度でのエコー強度とを比較し、欠陥の検出を行うようにしたものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記超音波を任意の角度で走査したとき、前記欠陥から得られる反射波信号から欠陥の長さを測定するようにしたものである。

（４）上記（１）において、好ましくは、前記第１の構造物の形状に起因するエコーのビーム路程および角度で算出される反射源位置を基準に、検査対象である前記第１の構造物における溶接線の断面図を重ね合わせて表示するようにしたものである。

（５）また、上記目的を達成するために、本発明は、超音波探触子と、前記超音波探触子から発せられる超音波を扇形の面状に走査する制御手段とを有し、溶接線における欠陥からの反射波信号を受信する超音波探傷装置であって、部分または全部に円筒形状を有する管若しくは容器からなる第１の構造物と他の第２の構造物とを、前記円筒形状の周または軸方向に沿って接合する溶接線に対して、前記超音波探触子は、前記溶接線が位置する前記第１の構造物の面とは反対側の前記第１の構造物の面に配置し、前記超音波探触子を、前記溶接線に対して平行方向に移動させ、前記超音波探触子が配置される前記第１の構造物の面の法線方向をＸ軸、前記周または軸方向に沿って接合する溶接線のいずれか一方と平行方向をＹ軸、前記Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とし、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸について回転させた軸をＸ’軸とするとき、前記超音波探触子から、前記Ｘ’軸が一つのみであって、前記Ｘ’軸及び前記Ｚ軸によって形成されるＸ’−Ｚ平面内で前記超音波探触子から前記第１の構造物の内部に送信するように超音波の送信方向をＸ軸方向からＸ’軸方向に変更する音波方向変更手段と、前記溶接線方向またはその直交方向に前記超音波探触子を移動させる位置変更手段とを備え、前記超音波探触子の設置面と、前記溶接線の表面がＸ−Ｚ断面で平行でない、前記溶接線における欠陥からの反射波信号により、前記溶接線における欠陥の検出を行うようにしたものである。
かかる構成により、容易に検査を行えるとともに、溶接線に存在する周割れおよび軸割れを検出できるものとなる。

（６）上記（５）において、好ましくは、前記音波方向変更手段は、前記走査面と前記超音波探触子の間に挿入されるとともに、前記第１の構造物と音速の異なる媒質である。

（７）上記（５）において、好ましくは、前記著音波探触子を前記Ｙ軸または前記Ｚ軸方向に移動し、前記超音波を前記Ｘ’―Ｚ平面内で任意の角度で走査したとき、前記制御手段は、その探傷結果（Ｂスキャン）を表示し、その探傷結果内で，かつ指定された注目すべき範囲内で、エコーの平均値を求め、該平均値と各超音波入射角度でのエコー強度とを比較し、欠陥の検出を行うようにしたものである。

（８）上記（５）において、好ましくは、前記第１の構造物の形状に起因するエコーのビーム路程および角度等で算出される反射源位置を基準に、検査対象である前記第１の構造物における溶接線の断面図を重ね合わせて表示する表示手段を備えるようにしたものである。

本発明によれば、容易に検査を行えるとともに、溶接線に存在する周割れおよび軸割れを検出でき、検査時間を短縮することができるものとなる。

以下、図１〜図２７を用いて、本発明の一実施形態による超音波検査装置の構成および動作について説明する。ここでは、円筒形の構造物として沸騰水型原子力炉（ＢＷＲ）の原子炉圧力容器を、他の構造物としてシュラウドサポートやプレートのような炉内構造物を、溶接部として前記構造物と他の構造物を接合する溶接部を例に挙げて説明する。

最初に、図１および図２を用いて、本実施形態による超音波検査装置の設置状態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による超音波検査装置の設置状態を示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。なお、図２は、図１を少し拡大して図示している。なお、図１および図２において、同一符号は、同一部分を示している。また、圧力容器２１０の軸方向をＺ軸方向とし、圧力容器２１０の半径方向をＸ軸方向とし、半径方向に直角な接線方向をＹ軸方向としている。

図１および図２に示すように、沸騰水型原子力炉（ＢＷＲ）の圧力容器２１０の内部には、シュラウドサポート２２０、プレート２２２のような炉内構造物が設置される。圧力容器２１０は、例えば、炭素鋼からなり、その厚さは、例えば、１６０ｍｍである。シュラウドサポート２２０、プレート２２２は、シュラウド２２４を支えている。シュラウドサポート２２０は、Ｈ１０溶接線より上部は円筒形状であり、Ｈ１０溶接線より下部は長方形の板状の構造物である。プレート２２２は、ドーナツ状の円盤状の構造物である。シュラウドサポート２２０およびプレート２２２は、インコネル等の材料からなる。

プレート２２２の外周側は、圧力容器２１０の内面に対して、矢印Ｈ９部において全周に亘って溶接されている。この溶接部を、Ｈ９溶接線と称する。また、シュラウドサポート２２０の下端部は、圧力容器２１０の内面（より具体的には、圧力容器下鏡の内面）に対して、矢印Ｈ１１部において周方向に対し、一定間隔で溶接されている。この溶接部を、Ｈ１１溶接線と称する。プレート２２２の内周側は、シュラウドサポート２２０の外面に対して、矢印Ｈ８部において溶接されている。この溶接部を、Ｈ８溶接線と称する。また、シュラウドサポート２２０の上部の円筒形状部と、下部の板状部との間が溶接されている。この溶接部を、Ｈ１０溶接線と称する。

なお、圧力容器２１０の内面には、耐腐食性を向上するために、ステンレス等の被膜が厚さ７〜８ｍｍ程度で全面に被覆されている。そのため、前記の溶接部においては、この被膜を除去し、除去した部分に、インコネル製の台座を取付けた上で、このインコネル台座とプレート２２２の外周部や、シュラウドサポート２２０の下端部を溶接している。

圧力容器２１０の外周であって、Ｈ９溶接線の近傍には、あらかじめ、軌道２３０が設置されている。軌道２３０は、圧力容器２１０の全周に設置されている。超音波検査装置を構成する超音波探触子１０１は、走査機構１０４によって支持されている。走査機構１０４は、軌道２３０と係合しており、超音波探触子１０１を、圧力容器２１０の外表面に軽く押し付けるとともに、その外表面に沿って移動することができる。超音波探触子１０１から発せられた超音波は、Ｈ９溶接線に照射され、Ｈ９溶接線の内部の欠陥等を検査することができる。

前述したように、圧力容器２１０の内面には、ステンレス等の皮膜が形成されているため、圧力容器の内面は凹凸を有している。したがって、従来のように、圧力容器の内面に検査装置を設置した場合には、その凹凸による形状のばらつきが存在するために、検査対象への超音波の入射効率を一定に保つことができず、検査部位ごとに受信信号にばらつきが生じ、欠陥の評価が難しくなる場合があった。それに対して、本実施形態では、圧力容器の外表面側に超音波探触子１０１を設置するようにしているため、形状のばらつきが少なく、検査対象への超音波の入射効率を一定に保つことができ、検査部位ごとに受信信号にばらつきが生じないため、欠陥の評価も容易になる。

また、超音波探触子１０１は、圧力容器２１０の外表面に設置するため、従来のように水中に設置する場合の大型化の問題も回避することができる。

なお、図１，図２に示した例では、Ｈ９溶接線の近傍に設けた軌道２３０のみを図示しているが、図１７にて後述するように、圧力容器２１０の外部であって、Ｈ１１溶接線の近傍にも軌道を設け、この軌道を用いて、超音波探触子を移動することで、Ｈ１１溶接線の欠陥の検出を行うことができる。また、Ｈ８溶接線の欠陥の検出については、図２４を用いて後述する。

次に、図３を用いて、本実施形態による超音波検査装置のシステム構成について説明する。
図３は、本発明の一実施形態による超音波検査装置の構成を示すブロック図である。なお、図１および図２と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、Ｈ９溶接線に対して、超音波を入射する超音波探触子１０１を圧力容器２１０の外面側に押し付け、Ｈ９溶接線に対し平行方向および直交方向の両方に超音波の入射角を変化させて探傷する。超音波探触子１０１には、超音波を圧力容器の法線方向（Ｘ方向）に対し斜めに入射するための媒質１０６が取付けてある。なお、媒質１０６による超音波の斜め入射については、図６を用いて後述する。

Ｈ９溶接線に超音波を伝達させるため、圧力容器２１０と媒質１０６の間には、音の伝播効率をよくするために、中間媒質として水やグリセリンといった接触媒質（または、カプラントとも呼ばれる）が塗布または充填されている。

超音波探触子１０１は、送受信部１０２と接続されている。送受信部１０２は、超音波を送信するための励起電圧を発振し探触子１０１に送り出す機能や、超音波探触子１０１で受信された信号を受信する機能を備えている。

また、超音波探触子１０１は、走査機構１０４によって走査面である圧力容器２１０の外面を１次元的にまたは２次元的に走査される。走査機構１０４は、制御機構１０３により走査範囲や走査位置（すなわち、超音波探触子１０１の位置）を制御する。走査位置（超音波探触子の位置）とその位置で受信された信号は組みとなって記録され、さらに、表示部１０５に表示される。

次に、図４を用いて、本実施形態による超音波検査装置に用いる走査機構１０４の構成について説明する。
図４は、本発明の一実施形態による超音波検査装置に用いる走査機構の構成を示す側面図である。なお、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。

走査機構１０４は、検査用に敷設されている超音波自動探傷用の軌道２３０に取付けられる。走査機構１０４は、軌道２３０に対し上下方向からローラー１００６で挟み込み、取付けられる。軌道２３０には、ラック１００７が組み込まれている。

筐体１０１６Ａの内部には、ローラー１００６と、ピ二ヨン１００８，１００９と、モーター１０１０と、エンコーダー１０１１とが収納されている。ピ二ヨン１００８は、ラック１００７と組み合っている。ピ二ヨン１００８は、モーター１０１０によりピ二ヨン１００９を介して回転される。モーター１０１０は、図３に示した制御機構１０３により制御される。また、モーター１０１０の軸には、直結したエンコーダー１０１１が取付けられており、溶接線平行方向に対する位置情報を取り込み、制御機構１０３にその情報を伝達する。

このように、ピ二ヨン１００８が回転することで、走査機構１０４がＨ９溶接線（Ｙ軸方向）に対し平行方向（Ｙ軸方向）に移動することができる。すなわち、走査機構１０４によって、超音波探触子１０１は、Ｈ９溶接線に対し平行方向に移動させることができる。

また、筐体１０１６Ｂには、ネジきり１００３と、支柱１０１７と、ピ二ヨン１０１２，１０１３と、モーター１０１４と、エンコーダー１０１５とが収納されている。台座１００２は、ネジきり１００３および支柱１０１７の間を自由に移動できる。台座１００２は、ネジきり１００３と連結されており、ネジきり１００３が回転することにより、台座１００２がＨ９溶接線に対し直交方向（Ｚ軸方向）に移動する。ネジきり１００３を回転させるために、ネジきり１００３の末端にはピ二ヨン１０１２が取付けられており、ピ二ヨン１０１２が回転することでネジきり１００３が回転する。このピ二ヨン１０１２を回転させるために、ピ二ヨン１０１３がピ二ヨン１０１２と組み合った状態でモーター１０１４に取付けられている。モーター１０１４が回転することでピ二ヨン１０１２を回転させることができる。モーター１０１４は、図３に示した制御機構１０３により制御される。また、モーター１０１４の軸には、直結したエンコーダー１０１５が取付けられており、溶接線に対し直交方向の位置情報を取り込み、制御機構１０３にその情報を伝達する。

このように、ピ二ヨン１０１２が回転することで、走査機構１０４がＨ９溶接線（Ｙ軸方向）に対し直交方向（Ｚ軸方向）に移動することができる。

また、超音波探触子１０１は、圧力容器２１０に柔軟に追従させるためのジンバル機構１００４に取付けられている。ジンバル機構１００４と台座１００２の間には、押し付け機構１００１に取付けられており、圧力容器２１０の外面に超音波探触子１０１を押し付けられる。押し付け機構１００１には、例えば、バネや、エアシリンダーを用いることができる。

このような走査機構１０４により、検査対象となっている所定の位置に、超音波探触子１０１を移動し、設置することができる。

次に、図５および図６を用いて、本実施形態による超音波検査装置における探触子の位置関係と超音波の伝播方向について説明する。
図５および図６は、本発明の一実施形態による超音波検査装置における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。図５（Ａ），（Ｂ）は、圧力容器の板厚断面から見た探触子の位置関係を示しており、Ｘ−Ｚ平面における超音波の伝搬方向を示している。図６（Ａ），（Ｂ）は、圧力容器の上部から見た探触子の位置関係を示しており、Ｘ−Ｙ平面における超音波の伝搬方向を示している。なお、図１〜図４と同一符号は、同一部分を示している。

図５（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｘ−Ｚ平面内では、超音波ＳＷは、圧力容器２１０の上部から下部方向に向けて、任意の角度範囲内で走査される。一方、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面内では、超音波ＳＷは、圧力容器２１０の外面の法線に対し、角度θだけ斜めにしたＸ’−Ｚ平面内で走査される。この斜め入射とするために、媒質１０６を備えている。媒質１０６は、例えばアクリル製のシューである。角度θは１０〜３０度程度の浅い角度を選定する。これにより、図５（Ａ）に示すような軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖに対して、任意の角度範囲内で走査された超音波ＳＷが角度θで入射する。これは、経験則上、角度θが０度の場合、すなわち、圧力容器２１０の外面の法線方向から、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖに対して超音波を入射させると、軸割れ欠陥はＸ軸方向に深さ方向が延びている場合が主であるため、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖの検知精度が低下することがわかっており、それに対して、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖに対して超音波をわずかに斜め入射させることで、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖの検出精度を向上させるようにしている。

また、圧力容器２１０の外面の法線に対し、角度θだけ斜めにしていることで、軸割れのみでなく周割れ欠陥ＤＥ−Ｈも１回の走査で同時に検出することが可能である。図５（Ｂ）に示すように、超音波ＳＷは、圧力容器２１０の上部から下部方向に向けて、任意の角度範囲内で走査される。一方、図６（Ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面内では、超音波ＳＷは、圧力容器２１０の外面の法線に対し、角度θだけ斜めにしたＸ’−Ｚ平面で走査される。この斜め入射とするために、媒質１０６を備えている。角度θは１０〜３０度程度の浅い角度を選定する。この場合においても、周割れ欠陥ＤＥ−Ｈからの反射波を受信することができる。

なお、図３において超音波探触子１０１と媒質１０６は分離可能な構造であるが、超音波探触子１０１と媒質１０６を一体化した超音波探触子を用いても良い。

次に、図７および図８を用いて、本実施形態による超音波検査装置における超音波の走査方法について説明する。
図７は、本発明の一実施形態による超音波検査装置における、超音波を任意の角度に設定する方法の原理説明図である。図８は、本発明の一実施形態による超音波検査装置における超音波を任意の角度に設定するためのブロック図である。なお、図１〜図６と同一符号は、同一部分を示している。

図７は、アレイ探触子によるフェーズドアレイ法の概要を示している。ここでは、概要を説明するため、媒質１０６を省略する。超音波探触子１０１としては、アレイ探触子を用いている。アレイ探触子とは、小さな圧電素子１１０１を通常数個から数十個規則的に配列させた探触子のことであり、広く用いられているものとしては、１方向に矩形の素子を配列したリニアアレイ探触子が知られている。素子の大きさは周波数によって若干変化するが、およそ０．数ミリから数ミリである。圧電素子１１０１に対して、送信（発振）および受信のタイミングを変化させることで様々な超音波ビームを合成する方法がフェーズドアレイ法である。

フェーズドアレイ法を使用する場合、アレイ探触子１０１を構成する素子１１０１に対してあるタイミングのパターン（遅延時間パターン）１１０２を設定する。各素子１１０１から発生する波面１１０７は、合成されて方向１１０５に伝播する合成波面１１０６となる。合成面１１０６は、点１１０４で互いに強め合うため、点１１０４は焦点と呼ばれる。最終的にアレイ探触子１０１の全体が作る音の分布は、焦点１１０４に集束する超音波ビームＳＷのようになる。フェーズドアレイ法の特徴は、遅延時間パターン１１０２を変化させることで、焦点１１０４の深さや、伝播方向１１０５を自由に且つ高速に電子的に制御することが可能な点である。

超音波探触子１０１に対して送受信部１０２により遅延時間パターン１１０２の情報が送られることで、超音波探触子１０１は、例えば振り角１１０８の範囲を有する扇形のように伝播方向１１０５を変化させて、超音波を扇形に走査しながら、任意の角度で送受信する。なお、ここでは超音波の送受信を一つのアレイ探触子で行った例を示したが、送信と受信を別々のアレイ探触子で行っても良い。

次に、図８を用いて、送受信部１０２と、制御機構１０３と、表示部１０５の構成例について説明する。送受信部１０２は、遅延時間制御部１０２Ｂと、パルサー１０２Ｃと、レシーバ１０２Ｄから構成される。また、制御機構１０３は、計算機１０３Ｂと、データ収録部１０３Ｃと、走査手段制御部１０３Ｄから構成される。

フェーズドアレイ法を利用する場合、図７に示したように、アレイ触子１０１を構成する各素子に異なったタイミングでパルス信号を与えることで超音波ビームの伝播方向や保焦点位置を電気的に制御することができる。このタイミングのパターン（遅延時間パターン）は、制御機構１０３の計算機１０３Ｂにて計算される。このとき、計算に必要なパラメータ、例えば、超音波の入射角度，屈折角度，焦点の有無および焦点の位置や深さ等は、例えばユーザによって、ポインティングデバイスやキーボードを用いて、計算機１０３Ｂに入力される。各素子に与える遅延時間パターンにしたがって、遅延時間制御部１０２Ｂから遅延時間に相当する時間だけシフトされたトリガ信号が発生し、アレイ探触子の各素子１１０１に対して高電圧パルスを与えるパルサー１０２Ｃに送られる。パルサー１０２Ｃはアレイ探触子を構成する各素子と接続されているため、アレイ探触子１０１は遅延時間パターンによって規定される方向および焦点位置をともなった超音波ビームＳＷを、検査対象である圧力容器２１０の内部に発生させる。検査対象内部または表面に反射源が存在する場合には、再び圧力容器２１０内を反射された超音波が伝播し、アレイ探触子１０１に到達する。

このとき、アレイ探触子１０１を、図４で説明した走査機構１０４により検査対象である圧力容器２１０の表面上を移動させ、検査対象の広い範囲について超音波検査を行う。

アレイ探触子１０１に到着した超音波は、アレイ探触子の各素子で圧電変換され電気信号へと変換され、各素子に接続されたレシーバ１０２Ｄに送られる。ここで、素子からの電気信号は通常非常に微弱であることが多いため、アンプにより数ボルト程度に増幅された後、アナログデジタル変換を行う。また、走査機構１０４より提供される位置信号を、アレイ探触子１０１の位置情報として走査手段制御部１０３Ｄを介して計算機に取り込む。これら受信信号と位置信号を対応させ、デジタルデータとしてデータ収録部１０３Ｃに記録する。送受信部１０２で受信され探触子位置に関する情報とともに記録された信号は、波形または画像として表示部１０５に表示される。

次に、図９及び図１０を用いて、本実施形態による超音波検査装置における溶接線の形状と検出されるエコーの関係について説明する。
図９及び図１０は、本発明の一実施形態による超音波検査装置における溶接線の形状と検出されるエコーの関係の説明図である。なお、図１〜図８と同一符号は、同一部分を示している。

図９（Ａ）及び図１０（Ａ）は、Ｈ９溶接線と超音波探触子１０１の位置関係を示している。Ｈ９溶接線の内部には、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖ（図９（Ａ））もしくは周割れ欠陥ＤＥ―Ｈ（図１０（Ａ））が存在するものとする。検査においては、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖおよび周割れ欠陥ＤＥ―Ｈを検出すること、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖおよび周割れ欠陥ＤＥ―Ｈの長さをＬとすると、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖおよび周割れ欠陥ＤＥ―Ｈの長さＬを測定することが必要である。その検出方法については図１１〜１４を用いて、長さＬの測定方法については図１６を用いて後述する。

図９（Ａ）に示すような配置の場合、主に４種類の信号が受信される。図９（Ｂ）において、第一のエコーＥ１はＨ９溶接線の表面形状Ｆ−Ｈ９からの反射波であり、第二のエコーＥ２は圧力容器２１０の内側の表面Ｆ−ＩＳからの反射波である。第三のエコーＥ３は、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖからの反射波である。そして第四のエコーＥ４は、圧力容器２１０と圧力容器２１０の内面に施されたステンレス等の皮膜の境界からのエコーである。

同様に、図１０（Ａ）に示すような配置の場合も、主に４種類の信号が受信される。図１０（Ｂ）において、第一のエコーＥ１はＨ９溶接線の表面形状Ｆ−Ｈ９からの反射波であり、第二のエコーＥ２は圧力容器２１０の内側の表面Ｆ−ＩＳからの反射波である。第三のエコーＥ３は、周割れ欠陥ＤＥ―Ｈからの反射波である。そして第四のエコーＥ４は、圧力容器２１０と圧力容器２１０の内面に施されたステンレス等の皮膜の境界からのエコーである。

断面表示の図形は、走査軸方向（探傷面に平行な方向）と深さ方向（探傷面に垂直な方向）の２つの軸によって検査対象の断面図を描画したものである。複数の角度方向に送受信した超音波をその信号を送受信した方向に描画して表示している。そのため、エコーＥ１〜エコーＥ４は、位置関係を崩さずに表示される。

次に、図１１から図１５を用いて、本実施形態による超音波検査装置による検査方法について説明する。
図１１及び図１２は、本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査方法の内容を示すフローチャートである。図１３及び図１４は、本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査方法の説明図である。図１５は、本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査時の表示例の説明図である。

最初に、図１１を用いて、本実施形態による超音波検査装置による欠陥の検出方法について説明する。

まず、図１１のステップＳ１０において、制御機構１０３においてＨ９溶接線に対する検査範囲を設定する。

次に、ステップＳ２０において、制御機構１０３において、検査対象となる場所まで走査機構１０４を移動する。

次に、ステップＳ３０において、押し付け機構１００１で媒質１０６を取付けた超音波探触子１０１を圧力容器２１０の外面に押し付ける。

そして、制御機構１０３により、圧力容器２１０の外面に押し付けられた超音波探触子１０１からは、複数の方向に超音波を送信し、反射源が存在する場合にはその角度方向からのエコー（反射波）を受信する。例えば、超音波探触子１０１では、任意の角度に超音波を送信し、受信した超音波による画像が表示部１０５に表示される。

次に、Ｓ４０において、検査対象となる範囲を走査し、Ｚ−Ｙ平面を一定のピッチでデータ収録する。

次に、データ収録終了後、ステップＳ５０において、欠陥からのエコーと想定されるエコーの収録位置を抽出する。その抽出方法については、図１２〜図１４を用いて後述する。

次に、ステップＳ６０において、抽出された収録位置のデータにおいて、形状エコー（底面エコー、コーナーエコー等）を 基に、断面図を重ね合わせて欠陥からのエコーと想定されるエコー位置を確認する。

次に、ステップＳ７０において、ステップＳ６０の結果から、欠陥からのエコーと想定されるエコーが欠陥からのエコーかどうかを判断する。欠陥からのエコーと判断された場合、Ｈ９溶接線に欠陥があると評価する。

次に、図１２を用いて、図１１のステップＳ５０における、欠陥からのエコーと想定されるエコーの収録位置の抽出方法について説明する。

まず、ステップＳ１００において、欠陥からのエコーと想定されるエコーの収録位置の抽出を、制御機構１０３を用いて自動で行うか、手動で行うかを選択する。自動で行う場合は、ステップＳ１２０に進む。手動で行う場合には、ステップＳ１１０において、図１５（Ａ）のように収録されたデータを、表示部１０５を見ながら評価していく。

次に、ステップＳ１２０において、自動処理を行う前に制御機構１０３の各値を０に初期化する。

次に、ステップＳ１３０において、図１３（Ａ）のように、Ｙ軸方向の検出評価範囲ＭＹｓおよびＭＹｅを、Ｚ軸方向の検出評価範囲ＭＺｓおよびＭＺｅを設定し、走査範囲ＳＡを設定する。

次に、ステップＳ１４０において、図１３（Ｂ）のように、データ収録位置Ｍ［ｉ］で、注目するビーム路程範囲ＷｓおよびＷｅを指定し、超音波の入射角度をｎ通り（θ１〜θｎ）変化させて、エコーＥ３の強度Ｉｎｔ［ｉ］ を入射角度ごとに求める。なお、入射角度θｉにおいて、ビーム路程範囲Ｗｓ〜Ｗｅに複数のエコーを持つ波形の場合、それらの和をＩｎｔ［ｉ］とする。例えば、図１３（Ｃ）のθ１では、Ｉｎｔ［１］＝Ｅ１＋Ｅ２となる。最後に、Ｉｎｔ［ｉ］の総和ΣＩｎｔ［ｉ］を求める。なお、ここでは検出評価範囲をビーム路程範囲Ｗｓ〜Ｗｅおよび超音波の入射角度（θ１〜θｎ）により設定した例で説明したが、図１４（Ｂ）に示すように検出評価範囲を表示部１０５に表示されるようなカーソルＣ１〜Ｃ４で囲むことで設定することでも良い。

次に、ステップＳ１５０において、検出評価範囲のエコー強度の平均値Ｉａを求める。

次に、ステップＳ１６０において、Ｉｎｔ［ｉ］とＩａを比較し、Ｉｎｔ［ｉ］＞Ｉａの場合、ｉに対応する収録位置を表示部１０５に図１４（Ａ）のようなＣスコープ等で表示する。そして、ステップＳ１９０において、ｉがＭになるまで、ステップＳ１６０，Ｓ１７０、Ｓ１８０を繰り返す。

また、図１３（Ａ）のように、Ｚ軸方向に探触子位置をずらして複数ライン収録を行っている場合は、収録したライン分だけＳ１４０からＳ１６０を繰り返す。

上記処理により、欠陥が存在する位置では、エコー強度が大きくなることから、欠陥が存在する位置以外のエコー強度も含めた平均値との比較を行うことで、欠陥からのエコーと想定されるエコーの収録位置の抽出を行うことができる。抽出された収録位置は、図１４（Ａ）に示す平面図（Ｃスコープ）で表示され、抽出位置を一目で把握できる。なお、ここではエコー強度の比較対象のしきい値として全エコー強度の平均値を用いて説明したが、目的とする検出欠陥の大きさ等に応じて別途設定してもよい。

次に、図１１のステップＳ６０において、ステップＳ５０により抽出した測定位置のデータを、制御機構１０３により、表示部１０５の画像に、図１４（Ｂ）に示すように、検査対象部の断面図の重ね合わせを行うことで、反射源位置の確認を行う。重ね合わせは、図１４（Ａ）に示すような画像に対し、図１０（Ａ）もしくは図１１（Ａ）に示すような断面図を重ねあわせる。重ね合わせの際には、溶接部の表面形状からのエコーＥ１や圧力容器の内面からのエコーＥ２の位置を基に、図１５（Ｂ）のように画像と断面図の位置を一致させ、欠陥の有無を判断する。

次に、図１６を用いて、本実施形態の超音波検査装置による欠陥の長さ測定方法について説明する。
図１６は、本発明の一実施形態の超音波検査装置による欠陥の長さ測定方法の説明図である。

図１１〜図１５に示した方法により、欠陥を検出した場合、検出した欠陥の長さを求める。周割れＤＥ−Ｈの長さを求めるには、欠陥エコー強度に注目し、探触子１０１の移動量から長さを求める、公知の手法を用いる。しかし、この手法では、軸割れＤＥ−Ｖの長さを求めることはできない。ここでは、本実施形態による手法による軸割れの長さ測定について説明する。

まず、図１６（Ａ）において、測定データに対し検査対象部の断面図の重ね合わせを行い、軸割れＤＥ−Ｖの位置関係を把握する。

次に、図１６（Ｂ）のように、軸割れＤＥ−Ｖからのエコーにおいて開口部付近と想定されるエコー表示範囲の始点Ｐ１および終点Ｐ２を求める。始点Ｐ１および終点Ｐ２は、入射角度θを変化させ、図１６（Ｃ）のようにＳＷ−２およびＳＷ−３のようなエコー強度が，例えばしきい値としてＳＮ比＝１となる両端を探すことで求める。

次に、始点Ｐ１および終点Ｐ２と断面図を正確に重ね合わせ、断面図上で始点Ｐ１および終点Ｐ２の距離を測ることで、軸割れＤＥ−Ｖの長さを求める。

次に、図１７を用いて、本実施形態による超音波検査装置に用いる探触子の他の例について説明する。
図１７は、本発明の一実施形態による超音波検査装置に用いる探触子の他の例を示す斜視図である。

図５および図６にて説明したように、本実施形態では、超音波ＳＷは、Ｘ−Ｚ平面内では、任意の角度に走査される。一方、Ｘ−Ｙ平面内では、圧力容器２１０の外面の法線に対し、角度θだけ斜めになる斜め入射としている。この斜め入射のために、図６にて説明したように、媒質１０６を用いている。

このように、任意の角度走査をし、かつ、斜め入射する際に、媒質１０６を用いないでも、マトリクスアレイ探触子１０１Ａを用いて実現できる。すなわち、マトリクスアレイ探触子１０１Ａは、探触子の素子が、２次元的に素子を配列させたものである。ここで、ｊ行目方向の素子を用いて、図７に示した原理によりＸ−Ｚ平面内に任意の角度で超音波を走査し、かつ、ｉ列目方向の素子により、Ｘ−Ｙ平面内において、角度θだけ傾けることで、斜め入射にすることができる。

次に、図１８〜図２２を用いて、Ｈ１１溶接線に対する本実施形態による超音波検査装置の構成及び動作について説明する。
図１８は、本発明の一実施形態によるＨ１１溶接線に対する超音波検査装置に用いる走査機構の構成を示す側面図である。図１９〜図２１は、本発明の一実施形態によるＨ１１溶接線に対する超音波検査装置における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。図１９および図２１（Ａ）は、圧力容器の板厚断面から見た探触子の位置関係を示しており、Ｘ−Ｚ平面内における超音波の伝搬方向を示している。図２０および図２１（Ｂ）は、圧力容器の上部から見た探触子の位置関係を示しており、Ｘ−Ｙ平面内における超音波の伝搬方向を示している。図２２は、Ｈ１１溶接線に対する本実施形態による超音波検査装置における重ね合わせの原理説明図である。なお、図１〜図６と同一符号は、同一部分を示している。

Ｈ１１溶接線に対しては、走査部位が変わることから、走査機構１０４に改良が必要である。図１８は、Ｈ１１溶接線を対象とした走査機構１０４Ａの例を示している。走査機構１０４Ａは、圧力容器２１０の下鏡に対する超音波自動探傷用の軌道２３０Ａに取付ける。また、下鏡の外表面と媒質１０６の設置面を合わせるために、連結板１０２２を介して筐体１０１６Ａと１０１６Ｂを固定させる。これにより、Ｈ１１溶接線に対応することができる。その他の構成は、図４にて説明したものと同様である。

そして、図２０および図２１に示すように、走査面の法線方向をＸ軸、前記溶接線方向をＹ軸、前記Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とし、Ｘ軸をＺ軸について回転させた軸をＸ’軸とするとき、前記超音波は、Ｘ’−Ｚ平面内で任意の角度で走査される。このＸ’−Ｚ平面を実現するために、媒質１０６を備えている。

Ｈ１１溶接線に対する欠陥の検出、長さ測定は、図２０（Ａ），（Ｂ）および図２１（Ａ）に示すような軸割れＤＥ−Ｈ、周割れＤＥ−Ｈおよび溶接線の側面に発生する割れＤＥ−Ｔ等が対象となるが、Ｈ９溶接線に対する欠陥の検出、長さ測定と同様の方法で行うことができる。ただし、Ｈ１１溶接線における検査対象部の断面図の重ね合わせは、Ｈ９溶接線と継手形状が異なるため、別途図２２を用いて説明する。

次に、図２２を用いて、Ｈ１１溶接線における検査対象部の断面図の重ね合わせについて説明する。Ｈ１１溶接線に対する重ね合わせは、図２２（Ａ）に示すような画像に対し、図１９に示すような断面図を重ねあわせる。重ね合わせの際には、溶接部の表面形状からのエコーＥ１、Ｅ２や圧力容器２１０とステンレス皮膜の境界からのエコーＥ４等の位置を基に、図２２（Ｂ）のように画像と断面図の位置を一致させる。

次に、図２３〜図２８を用いて、Ｈ８溶接線に対する本実施形態による超音波検査装置の構成について説明する。
図２３および図２４は、Ｈ８溶接線に対する本発明の一実施形態による超音波探傷装置の設置状態を示したものである。図２４は、図２３のＡ−Ａ’断面を示している。なお、図１〜２２と同一符号は、同一部分を示している。Ｈ８溶接線は、圧力容器２１０の内部にあり、シュラウドサポート２２０とプレート２２２を接合している。本発明の一実施形態によれば、Ｈ８溶接線に対し、図２３および図２４に示すように圧力容器の内部に探触子１０１を設置する。すなわち、Ｈ７溶接線に対して、溶接部と反対側に位置するシュラウドサポート２２０の面（すなわち、シュラウドサポート２２０の内面）に接する位置に、探触子１０１が設置される。

次に、図２５を用いて、Ｈ８溶接線に対する本実施形態による走査機構について例を挙げて説明する。図２５（Ａ）は、シュラウドサポート２２０の断面図である。図２５（Ｂ）は、シュラウドサポート２２０の内面側から見た斜視図である。なお、図１〜２４と同一符号は、同一部分を示している。

Ｈ８溶接線は圧力容器２１０の内部にあるため、純水のような液体に満たされている場合が多い。この場合、液体中を自由に走行できるビークル２３０１のような移動装置を用いてＨ８溶接線に探触子１０１を当てる。ビークル２３０１には図４に示す原理と同様の探触子駆動機構２３０１Ａを備えており、探触子１０１をＸ方向もしくはＹ方向に移動させることができる。また、探触子１０１は、シュラウドサポート２２０に柔軟に追従させるためのジンバル機構２３０１Ｂに取付けられている。

次に、図２６および図２７を用いて、Ｈ８溶接線に対する本実施形態における探触子の位置関係と超音波の伝播方向について説明する。

図２６および図２７は、本発明の一実施形態による超音波検査装置における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。図２６は、シュラウドサポートの板厚断面から見た探触子の位置関係を示しており、Ｘ―Ｚ平面における超音波の伝播方向を示している。図２７は、シュラウドサポートの上部から見た探触子の位置関係を示しており、Ｘ―Ｙ平面における超音波の伝播方向を示している。なお、図１〜２５と同一符号は、同一部分を示している。

図２６（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｘ−Ｚ平面内では、超音波ＳＷは、シュラウドサポート２２０の上部から下部方向に向けて、任意の角度範囲内で走査される。一方、図２７（Ａ），（Ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面内では、超音波ＳＷは、シュラウドサポート２２０の内面の法線に対し、角度θだけ斜めにしたＸ’−Ｚ平面で走査される。この斜め入射とするために、媒質１０６を備えている。媒質１０６は、例えばアクリル製のシューである。角度θは１０〜３０度程度の浅い角度を選定する。これにより、図２７（Ａ）に示すような軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖに対して、任意の角度範囲内で走査された超音波ＳＷが角度θで入射する。これは、経験則上、角度θが０度の場合、すなわち、シュラウドサポート２２０の内面の法線方向から、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖに対して超音波を入射させると、軸割れ欠陥はＸ軸方向に深さ方向が延びている場合が主であるため、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖの検知精度が低下することがわかっており、それに対して、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖに対して超音波をわずかに斜め入射させることで、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖの検出精度を向上させるようにしている。

また、シュラウドサポート２２０の外面の法線に対し、角度θだけ斜めにしていることで、軸割れのみでなく周割れ欠陥ＤＥ−Ｈも１回の走査で同時に検出することが可能である。図２７（Ｂ）に示すように、Ｘ−Ｙ平面内では、超音波ＳＷは、シュラウドサポート２２０の内面の法線に対し、角度θだけ斜めにしたＸ’−Ｚ平面で走査される。この斜め入射とするために、媒質１０６を備えている。角度θは１０〜３０度程度の浅い角度を選定する。この場合においても、周割れ欠陥ＤＥ−Ｈからの反射波を受信することができる。

次に、図２８を用いて、本実施形態による超音波検査装置における溶接線の形状と検出されるエコーの関係について述べる。

図２８（Ａ）に示すような配置の場合、主に３種類の信号が受信される。図２８（Ｂ）において、第一のエコーＥ１はＨ８溶接線の表面形状Ｆ−１Ｓからの反射波であり、第二のエコーＥ２はシュラウドサポート２２０の内側の表面Ｆ−Ｈ８からの反射波である。第三のエコーＥ３は、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖからの反射波である。周割れ欠陥ＤＥ―Ｈについても、軸割れ欠陥ＤＥ―Ｖを周割れ欠陥ＤＥ―Ｈに置き換えることで同様に説明できる。

Ｈ８溶接線に対する欠陥の検出、長さ測定は、図２６（Ａ），（Ｂ）に示すような軸割れＤＥ−Ｈおよび周割れＤＥ−Ｈ等が対象となるが、Ｈ９溶接線に対する欠陥の検出、長さ測定と同様の方法で行うことができる。ただし、Ｈ８溶接線における検査対象部の断面図の重ね合わせは、Ｈ９溶接線と継手構造が異なるため、別途図２９を用いて説明する。

次に、図２９を用いて、Ｈ８溶接線における検査対象部の断面図の重ね合わせについて説明する。Ｈ８溶接線に対する重ね合わせは、図２９（Ａ）に示すような画像に対し、図２６に示すような断面図を重ねあわせる。重ね合わせの際には、溶接部の表面形状からのエコーＥ１、Ｅ２等の位置を基に、図２９（Ｂ）のように画像と断面図の位置を一致させる。断面表示の図形は、走査軸方向（探傷面に平行な方向）と深さ方向（探傷面に垂直な方向）の２つの軸によって検査対象の断面図を描画したものである。複数の角度方向に送受信した超音波をその信号を送受信した方向に描画して表示している。そのため、エコーＥ１〜エコーＥ３は、位置関係を崩さずに表示される。

次に、図３１を用いて、本実施形態による超音波検査装置による、配管における外面走査の探触子の位置関係と超音波の伝播方向について説明する。なお、図３０は、参考としての超音波検査装置による、配管における外面走査の探触子の位置関係と超音波の伝播方向を示している。

図１〜図２９においては、円筒形状の外面に超音波探触子を設置する場合（Ｈ９、Ｈ１１溶接線）と、円筒形状の内面に超音波探触子を設置する場合（Ｈ８溶接線）の場合について説明した。これらの例は、圧力容器（直径５ｍ以上）の大型構造物を例にしたものである。

それに対して、本実施形態は、図３１に示すように、直径が１ｍ未満となるような一般的な配管に対しても適用できる。

図３０は、参考として、配管の外面から走査を行う場合について示している。配管２８０１には、長手方向が周方向の溶接線ＷＬがあり、溶接線ＷＬの内面には、軸割れＤＥ−Ｈもしくは周割れＤＥ−Ｈがあるものとする。超音波ＳＷは、図３０（Ａ）に示すように、配管２８０１の軸方向に向けて任意の角度範囲内で走査される一方、図３０（Ｂ）に示すように、配管２８０１の外面の法線に対し、角度θだけ斜めにしたＸ’−Ｚ平面内で走査される。本形態は、Ｈ８、Ｈ９およびＨ１１溶接線における実施形態と同じであり、同様に欠陥の検出およびサイジングを行うことができる。

図３１は、配管の内面から走査を行う場合について示している。配管２９０１および配管２９０２は、周溶接線ＷＬにより結合している。溶接線ＷＬの外面には、軸割れＤＥ−Ｈもしくは周割れＤＥ−Ｈがあるものとする。超音波ＳＷは、図３１（Ａ）に示すように、配管２９０１の軸方向に向けて任意の角度範囲内で走査される一方、図３１（Ｂ）に示すように、配管２９０１の内面の法線に対し、角度θだけ斜めにしたＸ’−Ｚ平面内で走査される。本形態は、Ｈ８、Ｈ９およびＨ１１溶接線における実施形態と同じであり、同様に欠陥の検出およびサイジングを行うことができる。

以上、配管の外面または内面に超音波探触子を設置することで、配管の周方向溶接部に対して、溶接部の欠陥である軸割れや周割れを一度に検出することが可能である。

なお、図３１では、超音波の送受信を一つのアレイ探触子で行った例を示したが、送信と受信を別々のアレイ探触子で行っても良い。

以上説明したように、本実施形態によれば、部分または全部に円筒形状を有する構造物（管または容器）と他の構造物とを、前記円筒形状の周または軸方向（溶接線方向）に沿って接合する溶接部に対して、超音波探触子を、前記溶接部と反対側に位置する構造物の面（走査面）に配置し、超音波を照射して、溶接部の欠陥である軸割れや周割れ等を一度に検出でき、検査時間を短縮することができる。

本発明の一実施形態による超音波検査装置の設置状態を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置に用いる走査機構の構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ９溶接線における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の実施形態による超音波検査装置における、Ｈ９溶接線における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における超音波を任意の角度に走査する方法の原理説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における超音波を任意の角度に走査するためのブロック図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ９溶接線における溶接線の形状と検出されるエコーの関係の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査方法の内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査方法の内容を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による検査時の表示例の説明図である。 図１６は、本発明の一実施形態の超音波検査装置による欠陥の長さ測定方法の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置に用いる探触子の他の例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態によるＨ１１溶接線に対する超音波検査装置に用いる走査機構の構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ１１溶接線における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ１１溶接線における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ１１溶接線における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による、Ｈ１１溶接線における断面形状図の重ね合わせの原理説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置の設置状態を示す平面図である。 図２１のＡ−Ａ’断面図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置に用いる、Ｈ８溶接線における走査機構の構成を示す側面図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ８溶接線における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ８溶接線における探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置における、Ｈ８溶接線における溶接線の形状と検出されるエコーの関係の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による、Ｈ８溶接線における断面形状図の重ね合わせの原理説明図である。 参考として、超音波検査装置による、配管における外面走査の探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。 本発明の一実施形態による超音波検査装置による、配管における内面走査の探触子の位置関係と超音波の伝播方向の説明図である。

符号の説明

１０１…超音波探触子
１０２…送受信部
１０３…制御機構
１０４…走査機構
１０５…表示部
１０６…シュー
２１０…圧力容器
２２０…シュラウドサポート
２２２…プレート
２３０…軌道
２３０１…ビークル
２８０１…配管
ＤＥ―Ｖ…欠陥（軸割れ）
ＤＥ―Ｈ…欠陥（周割れ）
ＤＥ―Ｔ…欠陥（Ｈ１１溶接線の側面の割れ）
Ｅ…エコー
Ｆ−Ｈ９…溶接部の表面形状
Ｆ−Ｈ８…溶接部の表面形状
Ｆ−ＩＳ…圧力容器内面
Ｈ８，Ｈ９，Ｈ１１…溶接線
ＷＬ…配管における溶接線
ＳＷ…超音波ビーム

Claims (8)

1. 部分または全部に円筒形状を有する管若しくは容器からなる第１の構造物と他の第２の構造物とを、前記円筒形状の周または軸方向に沿って接合する溶接線に対して、超音波探触子を、前記溶接線が位置する前記第１の構造物の面とは反対側の前記第１の構造物の面に配置し、
   前記超音波探触子を、前記周または軸方向に沿って接合する溶接線のいずれか一方に対して平行方向に移動させ、
   前記超音波探触子が配置される前記第１の構造物の面の法線方向をＸ軸、前記周または軸方向に沿って接合する溶接線のいずれか一方と平行方向をＹ軸、前記Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とし、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸について回転させた軸をＸ’軸とするとき、
   前記超音波探触子から、前記Ｘ’軸が一つのみであって、前記Ｘ’軸及び前記Ｚ軸によって形成されるＸ’−Ｚ平面内で扇形の面状に超音波を送信し、
   前記超音波探触子の設置面と、前記溶接線の表面がＸ−Ｚ断面で平行でない、前記溶接線における欠陥からの反射波信号を受信し、欠陥を検出することを特徴とする超音波検査方法。
2. 請求項１記載の前記超音波検査方法において、
   前記超音波探触子を前記Ｙ軸または前記Ｚ軸方向に移動し、前記超音波を前記Ｘ’―Ｚ平面内で任意の角度で走査したとき、その探傷結果（Ｂスキャン）を表示し、
   その探傷結果内で注目すべき範囲を指定し、前記指定範囲内でエコーの平均値を求め、
   該平均値と各超音波入射角度でのエコー強度とを比較し、欠陥の検出を行うことを特徴とする超音波検査方法。
3. 請求項１記載の超音波検査方法において、
   前記超音波を任意の角度で走査したとき、前記欠陥から得られる反射波信号から欠陥の長さを測定することを特徴とする超音波検査方法。
4. 請求項１に記載の超音波検査方法において、
   前記第１の構造物の形状に起因するエコーのビーム路程および角度で算出される反射源位置を基準に、検査対象である前記第１の構造物における溶接線の断面図を重ね合わせて表示することを特徴とする超音波検査方法。
5. 超音波探触子と、前記超音波探触子から発せられる超音波を扇形の面状に走査する制御手段とを有し、溶接線における欠陥からの反射波信号を受信する超音波探傷装置であって、
   部分または全部に円筒形状を有する管若しくは容器からなる第１の構造物と他の第２の構造物とを、前記円筒形状の周または軸方向に沿って接合する溶接線に対して、前記超音波探触子は、前記溶接線が位置する前記第１の構造物の面とは反対側の前記第１の構造物の面に配置し、
   前記超音波探触子を、前記溶接線に対して平行方向に移動させ、
   前記超音波探触子が配置される前記第１の構造物の面の法線方向をＸ軸、前記周または軸方向に沿って接合する溶接線のいずれか一方と平行方向をＹ軸、前記Ｘ軸およびＹ軸に垂直な方向をＺ軸とし、前記Ｘ軸を前記Ｚ軸について回転させた軸をＸ’軸とするとき、前記超音波探触子から、前記Ｘ’軸が一つのみであって、前記Ｘ’軸及び前記Ｚ軸によって形成されるＸ’−Ｚ平面内で前記超音波探触子から前記第１の構造物の内部に送信するように超音波の送信方向をＸ軸方向からＸ’軸方向に変更する音波方向変更手段と、
   前記溶接線方向またはその直交方向に前記超音波探触子を移動させる位置変更手段とを備え、
   前記超音波探触子の設置面と、前記溶接線の表面がＸ−Ｚ断面で平行でない、前記溶接線における欠陥からの反射波信号により、前記溶接線における欠陥の検出を行うことを特徴とする超音波検査装置。
6. 請求項５記載の超音波検査装置において、
   前記音波方向変更手段は、前記走査面と前記超音波探触子の間に挿入されるとともに、前記第１の構造物と音速の異なる媒質であることを特徴とする超音波検査装置。
7. 請求項５記載の前記超音波検査装置において、
   前記著音波探触子を前記Ｙ軸または前記Ｚ軸方向に移動し、前記超音波を前記Ｘ’―Ｚ平面内で任意の角度で走査したとき、
   前記制御手段は、その探傷結果（Ｂスキャン）を表示し、その探傷結果内で，かつ指定された注目すべき範囲内で、エコーの平均値を求め、該平均値と各超音波入射角度でのエコー強度とを比較し、欠陥の検出を行うことを特徴とする超音波検査装置。
8. 請求項５に記載の超音波検査装置において、
   前記第１の構造物の形状に起因するエコーのビーム路程および角度等で算出される反射源位置を基準に、検査対象である前記第１の構造物における溶接線の断面図を重ね合わせて表示する表示手段を備えることを特徴とする超音波検査装置。

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