(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波励起点を線状に形成し、当該線状の超音波励起点から、等方的に伝播する超音波および衝撃波の少なくとも一方を発生させる超音波励起機構と、この超音波励起機構により前記超音波励起点から発生した前記超音波または衝撃波により被検査対象物の表面に励起した表面波の漏洩による漏洩表面波、衝撃波を検出する受信機構と、を備えることを特徴とする表面劣化検出装置。
【請求項２】
請求項１記載の表面劣化検出装置において、
前記超音波励起機構は、前記線状の超音波励起点を被検査対象面以外の場所に形成することを特徴とする表面劣化検出装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の表面劣化検出装置において、
前記超音波励起機構が、パルスレーザ光源であることを特徴とする表面劣化検出装置。
【請求項４】
請求項３記載の表面劣化検出装置において、
前記超音波励起機構から出射されるレーザ光を、超音波および衝撃波の少なくとも一方を発生させるための発生機構へ照射することを特徴とする表面劣化検出装置。
【請求項５】
請求項１記載の表面劣化検出装置において、
前記超音波励起機構が、圧電素子であることを特徴とする表面劣化検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れかに記載の表面劣化検出装置において、
前記超音波励起機構を2つ以上備えることを特徴とする表面劣化検出装置。
【請求項７】
超音波励起点を線状に形成し、当該線状の超音波励起点から、等方的に伝播する超音波および衝撃波の少なくとも一方を発生させ、前記超音波励起点から発生した前記超音波または衝撃波により被検査対象物の表面に励起した表面波の漏洩による漏洩表面波、衝撃波を検出することを特徴とする表面劣化検出方法。
【請求項８】
請求項７記載の表面劣化検出方法において、
前記超音波励起点を、前記被検査対象物における被検査対象面以外の場所に集束させることを特徴とする表面劣化検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造物の表面劣化を検出する装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントおよびその他各種プラントにおける構造物の非破壊検査において、構造材に生じる劣化および腐食を早期に検知することは重要である。一般的な構造物の劣化、腐食の多くは、母材部より溶接部およびその近傍に生じ易いことが知られている。
【０００３】
例えば原子力プラントにおける炉内構造物の多くは、溶接部またはその近傍から劣化が生じる可能性が高いことはよく知られており、当該箇所を検査する技術の開発が進められている。また、万一、構造材料に劣化、腐食が生じた場合、構造材に対して溶接を行うことで健全性を保つ補修溶接が行われている。
【０００４】
一般に、溶接を行った後には、溶接の健全性を確認するために、目視試験（ＶＴ）や放射線透過探傷試験（ＲＴ）、浸透探傷試験（ＰＴ）、磁粉探傷試験（ＭＴ）、超音波探傷試験（ＵＴ）などを行うことになっている（非特許文献１参照）。ここで、溶接表層部に生じる溶接不良を検出するには、ＰＴまたはＭＴを使用することが一般的である。
【０００５】
構造物の表層部の劣化状態を検査する技術として、漏洩表面波を使用した材料の劣化状態を検出する方法が挙げられる。図１０に、その装置体系図を示す。
【０００６】
この技術によれば、音響レンズ１００や曲率表面に圧電高分子ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）センサ１０１を設置するなどの方法により、音響レンズ１００から発せられた入射超音波ＩＳが被検査対象物１の表層部を伝播する表面波Ｓを励起させ、伝播中に表層部の材料から受けた影響の情報を有した表面波が水中へ漏洩する漏洩表面波ＬＳを検出することで、被検査対象物１の表層部の劣化状態を検出することが可能である（非特許文献２参照）。また、音響レンズ１００からは縦波超音波ＬＬが発せられこの音響レンズ１００と被検査対象物１との距離を測定し、上記劣化状態の検出に反映させている。
【０００７】
上述した検査方法においては、一般に現場での使用が難しい問題がある。例えば、非特許文献３に示す方法は、マクロ割れに至る前の微細な粒界侵食を検出する目的で漏洩表面波を発生させるための臨界角が、粒界侵食による音速変化によって検出するものである。
【０００８】
このような方法の場合、超音波を送受信するプローブと被検査対象物のなす角度が非常に重要になる。被検査対象物の面が完全に平坦である場合、このような計測手法は比較的容易である。
【０００９】
しかし、例えば溶接金属部などにおいて被検査体の表面に凹凸が存在する場合などは、検査箇所の凹凸に応じて臨界角が変化してしまい、正確な計測が困難になる問題がある。
【００１０】
また、特許文献１には、非特許文献２で示した方法を現場適用するための技術が記載されている。そして、特許文献１においては、特定の１方向からの計測のみでなく、複数方向からの計測を行うことで、劣化が一定の広がりを有する場合の検査性能を向上させることを目的にしている。また、特許文献２では、表層欠陥を高精度で検出する技術を提案している。
【００１１】
上述した検査方法においては、実際の検査対象が平面である場合には適用が可能であるが、実際の被検査対象面の多くは、例えば図１１に示したように、被検査対象物１に溶接面１０２があるなどにより、平面でない場合が多く存在するため、適用が難しい場合が多い。
【００１２】
これは、上述の検査方法が、被検査対象面を伝播する表面波を使用することに起因している。表面波を被検査対象面に励起させるために、臨界角で被検査対象面に超音波を出射するが、この際に表面形状が複雑な形状を有していると、表面波の励起効率が低下、または表面波が励起できないなどの問題が生じる。
【非特許文献１】溶接技術の基礎、溶接学会編、ｐ．１８６（産報出版）
【非特許文献２】超音波便覧、超音波便覧編集委員会編、ｐ．３８０（丸善）
【非特許文献３】「漏洩弾性表面波（ＬＳＡＷ）による材料表面の微細粒界侵食の検出（第１報）水浸臨界角法の適用」、横野泰和他著、非破壊検査、第５１巻５号（２００２）
【特許文献１】特開２００５−５５２００号公報
【特許文献２】特開２００１−２０８７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
このように、従来の表面劣化検査装置では、表面形状が非平面であると表面波を励起できないとか、被検査対象面に痕跡を残す可能性がある、という不具合がある。
【００１４】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、被検査対象面が平面でない形状においても適用可能な表面劣化検出装置および方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明は、
超音波励起点を線状に形成し、当該線状の超音波励起点から、等方的に伝播する超音波および衝撃波の少なくとも一方を発生させる超音波励起機構と、この超音波励起機構により前記超音波励起点から発生した前記超音波または衝撃波により被検査対象物の表面に励起した表面波の漏洩による漏洩表面波、衝撃波を検出する受信機構と、を備えることを特徴とする表面劣化検出装置、
および
超音波励起点を線状に形成し、当該線状の超音波励起点から、等方的に伝播する超音波および衝撃波の少なくとも一方を発生させ、前記超音波励起点から発生した前記超音波または衝撃波により被検査対象物の表面に励起した表面波の漏洩による漏洩表面波、衝撃波を検出することを特徴とする表面劣化検出方法、
を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように、等方的に伝播する超音波および衝撃波の少なくとも一方を、
被検査対象物の被検査対象面以外の場所に照射することとしたため、被検査対象物の形状に依存せず、表面波を励起することができ、被検査対象面が平面でない形状においても適用可能な表面劣化検出手段を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、まず図１を参照して本発明の適用対象である欠陥検出装置の全体構成を説明し、次いで図２ないし図９を参照して、本発明に係る実施例につき説明する。
【００１８】
（欠陥検出装置）
図１は、本発明の適用対象である欠陥検出装置の全体構成を示している。この装置では、被検査対象物１の表面に対して超音波励起機構２から表面励起波を照射すると、被検査対象物１の表面から超音波受信機構３の反射体４に衝撃波ＳＷが伝達され、また、被検査対象物１の表面を伝わった表面波Ｓから漏洩波ＬＳが反射体４に伝達される。
【００１９】
超音波受信機構３は、レーザ光伝送機構１０５を介して受信レーザ光源１０６、ならびに計測機構１０７および信号収録機構１０８に接続されており、これら機器と反射体４との間でレーザ光の送受が行われる。
【００２０】
反射体４は、これら衝撃波ＳＷおよび漏洩波ＬＳが与えられて振動し、レーザ光の反射に変化を生じる。これにより、計測機構１０７および信号収録機構１０８が被検査対象物１における欠陥状況に応じた信号を受信、収録する。
【００２１】
このように構成された欠陥検出装置における超音波励起機構２および超音波受信機構３の周辺に関して実施例の説明を行う。
【００２２】
（実施例１）
（構成）
図２は、本発明の第１の実施例の構成を示したものである。この第１の実施例は、被検査対象物１の表面に超音波を励起させる超音波励起機構２と、この超音波励起機構２によって出射された超音波励起源、例えばレーザ光ＬＷが超音波励起点５に集束することで発生した衝撃波ＳＷ、衝撃波ＳＷが被検査対象物１に入射し反射することによって発生した反射衝撃波ＳＷ’、および衝撃波ＳＷが被検査対象物１に入射することで発生した表面波Ｓの漏洩による漏洩波ＬＳを検出する受信機構３とを備える。
【００２３】
ここで、図２における超音波励起機構２は、
（１）図３に示すように、２つの電極６間で放電させて超音波励起点５を形成し、発生した超音波ＵＳを被検査対象物１に与えたときの反射波（漏洩波ＬＳ、衝撃波ＳＷ、反射衝撃波ＳＷ’）を受信機構３により受信する構成、
（２）図４に示すように、超音波励起機構２を複数個設置し、励起源ＬＷを集束して複数個の超音波励起点５を形成し衝撃波ＳＷを発生させる構成、
（３）図５に示すように、超音波励起点５を線上に集束させて発生させた衝撃波ＳＷを劣化個所７に与え、劣化個所７により影響を受けた衝撃波ＳＷＲや反射衝撃波ＳＷ’を受信機構３により受信する構成、または他の超音波ＵＳや衝撃波ＳＷを励起させる手段、などが考えられる。
【００２４】
特に、超音波励起機構２から発生させる超音波励起源４がレーザ光の場合、使用するレーザ光源としては、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ、Ｎｄ：ＹＬＦレーザ、ＣＯ２レーザ、Ｅｒ：ＹＡＧレーザ、チタンサファイアレーザ、アレキサンドライトレーザ、ルビーレーザ、色素（ダイ）レーザ、エキシマレーザなどが挙げられ、これ以外のパルスレーザ光源も考えられる。
【００２５】
また発生した衝撃波や超音波を検出するための超音波受信機構３の受信要素としては、圧電素子やレーザ光の受信素子などが考えられる。特に、超音波受信機構３がレーザ光を発生するものである場合（図２）、干渉計測などが考えられ、使用する干渉計測機構７としては、マイケルソン干渉計やホモダイン干渉計、ヘテロダイン干渉計、フィゾー干渉計、マッハツェンダー干渉計、ファブリー−ペロー干渉計、フォトリフラクティブ干渉計であり、他のレーザ干渉計も考えられる。また干渉計測以外の方法として、ナイフエッジ法も考えられる。
【００２６】
（作用）
図２および図６ないし図８を参照して、本発明の第１の実施例における作用を説明する。上述の手法において、被検査対象物１と超音波励起機構２との間の超音波励起源４を超音波励起点５に集束（レーザ光の場合は集光）させると、キャビテーションやブレイクダウンが発生し、音波や超音波、衝撃波など各種の波（ＳＷ）が発生する。発生した超音波や衝撃波は超音波励起点５から等方的に伝播し、被検査対象物１の表面に到達する。
【００２７】
ここで、到達した超音波や衝撃波の多くの成分は、被検査対象面で反射される（ＳＷ’）。一方で、被検査対象物の内部や表面を伝播するモードに変化する成分もある。被検査対象物を伝播する超音波に変化したもののうち、例えば表面波Ｓは被検査対象物１の表面を伝播するが、被検査対象物１が設置されている環境の音響インピーダンスに応じた臨界角で被検査対象物１の設置環境へ漏洩していく漏洩波ＬＳとなる。
【００２８】
ここで、図６に示したように、被検査対象物１に劣化箇所７が存在すると、伝播する表面波Ｓは、劣化個所７の状態により表面波の振幅や周波数などが変化した表面波Ｓ’となる。この変化を受けた表面波Ｓ’は、被検査対象物１が置かれている環境媒質および被検査対象物１のそれぞれの音速から算出される臨界角で、環境媒質中へ漏洩する漏洩波ＬＳ’となる。
【００２９】
ここで、環境媒質とは一般的には水であるが、この他に空気、油や液体金属など被検査対象物１の材料と異なる媒質であり、超音波や衝撃波が伝播する媒質であれば何でも可能である。
【００３０】
この漏洩波ＬＳ’を超音波受信機構３で検出することで、被検査対象物１の劣化情報を検出することができる。なお、ここで劣化箇所７とは、例えば開口欠陥、閉口欠陥、表層内在欠陥、腐食、マイクロクラック、転位、滑りなどであり、また他の劣化状態も考えられる。
【００３１】
また、図７に示したように、発生させた表面波Ｓは、被検査対象物１に生じている劣化が特に開口欠陥７の場合、その開口部７で表面波Ｓが環境媒質中に伝播する水中伝播音波ＳＯＲに変換される。この水中伝播音波ＳＯＲを検出することで、被検査対象物１の特に開口欠陥等の表面状態に起因する劣化情報を検出することができる。
【００３２】
また、超音波励起点５から発生する衝撃波ＳＷは、照射点から半球状に放射していく。このとき、図８に示したように被検査対象物１の表面に開口欠陥７が発生している場合、伝播する衝撃波ＳＷは表面開口欠陥の開口部７で変化を受け、健全部における衝撃波の反射とは異なる波形成分を持つ衝撃波ＳＷＲに変換される。この劣化個所７により影響を受けた衝撃波ＳＷＲを検出することで、被検査対象物１の特に開口欠陥７等の表面状態に起因する劣化情報を検出することができる。
【００３３】
（効果）
図２ないし図８に示した第１の実施例においては、超音波励起機構２から出射される超音波励起源４により超音波励起点５から発生する超音波や衝撃波は等方的に伝播する。
【００３４】
これにより、被検査対象物１が図１１に示した溶接面のような凹凸を有していても、等方的に伝播している超音波や衝撃波は、必ず被検査対象物１に表面波Ｓを励起させることができる臨界角を有した成分を持つ。このため、被検査対象物１の形状に依存せず、表面波を励起することが可能である。
【００３５】
また、表面の開口欠陥などを等方的に伝播してきた衝撃波の反射成分から検出することが可能になる。このように、第１の実施例により、本発明による第１の課題である、被検査対象面が平面でない形状にも適用可能な表面劣化検出手段を提供することができる。
【００３６】
また、第１の実施例においては、例えば図１に示した試験方法の場合、超音波励起機構２から出射されるレーザ光は被検査対象物１の表面に集光され、超音波や衝撃波が励起されるが、集光されたレーザ光のエネルギー密度は非常に高いため、被検査対象物１の表面が酸化し、照射による痕跡が残る場合がある。
【００３７】
しかし、第１の実施例においては、レーザ光の集光は被検査対象物１の表面でなく被検査対象物１から離れた箇所とし、集光後のレーザ光は再び拡散していくため、被検査対象物１にレーザ光が到達しても、そのエネルギー密度は十分低く、被検査対象物１の表面上に痕跡を残すことはない。
【００３８】
（実施例２）
（構成）
図９は、本発明の第２の実施例の構成を示している。この第２の実施例においては、第１の実施例における超音波励起機構２から出射される超音波励起源４の超音波励起点５に、超音波発生機構８を設置する。
【００３９】
このような構成とすることで、超音波励起点５で超音波や衝撃波ＳＷが発生し、被検査対象物１に表面波Ｓを励起し、また衝撃波により被検査対象物１の表面の開口欠陥などを検査できる一方で、被検査対象物１に直接レーザ光を照射しないことから、被検査対象物１の表面に痕跡を残す恐れがない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の適用対象である欠陥検出装置の構成を示す説明図。
【図２】本発明の第１の実施例における超音波励起機構の作用説明図。
【図３】本発明の第１の実施例における超音波励起機構の作用説明図。
【図４】本発明の第１の実施例における超音波励起機構の作用説明図。
【図５】本発明の第１の実施例における被検査物の劣化個所についての作用説明図。
【図６】本発明の第１の実施例における被検査物の劣化個所についての作用説明図。
【図７】本発明の第１の実施例における被検査物の劣化個所についての作用説明図。
【図８】本発明の第１の実施例における被検査物の劣化個所についての作用説明図。
【図９】本発明の第２の実施例に関する作用説明図。
【図１０】従来の表面劣化検査のための装置構成を示す説明図。
【図１１】検査対象物の表面状態の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・被検査対象物
２・・・超音波励起機構
３・・・受信機構
４・・・超音波励起源
５・・・超音波励起点
６・・・電極
７・・・劣化
８・・・超音波発生機構
１００・・・音響レンズ
１０１・・・圧電素子
１０２・・・凹凸を有した溶接金属面
１０５・・・レーザ光伝送機構
１０６・・・受信レーザ光源
１０７・・・計測機構
１０８・・・信号収録機構
Ｓ・・・表面波
Ｓ’・・・劣化により影響を受けた表面波
ＬＳ・・・漏洩波
ＬＳ’・・・劣化により影響を受けた漏洩波
ＬＷ・・・レーザ光
ＳＷ・・・衝撃波
ＳＷ’・・・反射された衝撃波
ＳＷＲ・・・劣化により影響を受けた衝撃波
ＳＯＲ・・・開口部で回折し環境媒質中を伝播する音波
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005410651.tif 000008
【図８】
0005410651.tif 000009
【図９】
0005410651.tif 000010
【図１０】
0005410651.tif 000011
【図１１】
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