(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体の内部に配置した超音波探触子から、前記管体の内周面に向けて超音波を出射して超音波探傷をする方法において、
前記超音波探触子として集束型の振動子を有するものを採用し、
前記振動子から出射する超音波の集束位置を、前記管体の厚さ方向に関して中央位置よりも内周側に設定し、
更に、前記超音波が前記管体へ浸入していく入射角度を、４５°を越える角度とし、
前記振動子として、超音波が集束している集束範囲が長く、前記管体の厚さ方向に関して前記管体の外周面の位置にまで前記集束範囲が達するものを使用し、
前記超音波探触子を走査しつつ、
走査線位置のうち先行位置において、前記振動子から出射した超音波が欠陥に直接入射されることにより生じた欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔを、前記先行位置にある前記振動子で受信し、
前記走査線位置のうち前記先行位置よりも時間的に後の位置である後行位置において、前記振動子から出射した超音波が前記外周面で反射してから前記欠陥に向かうことにより生じた欠陥面エコーＥｐを、前記後行位置にある前記振動子で受信し、
前記先行位置にある前記振動子で受信した欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔに対応する探傷信号と、前記後行位置にある前記振動子で受信した欠陥面エコーＥｐに対応する探傷信号とを、Ｄスコープ処理することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
請求項１において、
出射した前記超音波が前記管体の縦断面の内面に位置する軸方向探傷をする場合には、前記入射角度を、４５°を越え６０°以内とし、
出射した前記超音波が前記管体の横断面の内面に位置する周方向探傷をする場合には、前記入射角度を、４５°を越え５５°以内としたことを特徴とする超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超音波探傷方法に関し、管体の内周側から超音波検査をする場合に、欠陥を正確・確実に検出することができるように工夫したものである。特に本発明は、薄肉の管体（細管）の内周面側に発生する微細な欠陥を検査する場合に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
原子力プラントや蒸気発生プラントなど各種のプラントでは、多数の管体が使用されており、このような管体については定期的に検査をして、欠陥の検出や、場合によっては検出した欠陥のサイジング（寸法計測）をしている。
【０００３】
管体の内周側から欠陥検出やサイジングをする手法として、集束型やフラット型の振動子を備えた超音波探触子を用いる手法がある。
つまり、金属製の管体の内部に超音波探触子を配置し、超音波探触子の振動子から発生した超音波を、管体の内周面に向けて出射し、その後、反射してきた超音波（反射エコー）を振動子で受信する。振動子からは、受信した超音波（反射エコー）に対応した探傷信号が出力され、この探傷信号を信号処理して画像表示することにより、欠陥の検出をしていた（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、小口径（例えば直径が２０ｍｍ程度）で薄肉（例えば約１ｍｍ程度）の管体（金属製の細管）を、その内周側から超音波探傷して、応力腐食割れ（ＳＣＣ）などの欠陥を検査する従来手法を、図８〜図１０を参照して説明する。
【０００５】
図８及び図９は、細管１の内部に、集束型の振動子１１を備えた超音波探触子１０を配置した例を示す。細管１の内部には、水が充満しており、集束型の振動子１１から細管１の内周面１inに向けて超音波ＵＴを出射している。
図８は細管1の外周面１out側に欠陥Ｋが発生している場合であり、図９は細管1の内周面１in側に欠陥Ｋが発生している場合である。
【０００６】
図８及び図９に示すように、欠陥Ｋの先端（細管１の肉厚方向の中央側）からは、欠陥先端エコーＥｔが発生し、内周面１inからは表面形状エコーＥｓが発生する。このうち欠陥先端エコーＥｔを振動子１１にて受信して検出することにより、欠陥Ｋの高さ(深さ)検出をしている。
【０００７】
なお、従来では図８及び図９に示すように、出射された超音波ＵＴの集束位置Ｆは、細管１の厚さ方向に関して中央位置よりも外周面１out側に設定しており、また超音波ＵＴを細管１に入射する入射角度θを４５°程度に設定している。
入射角度θは、細管１中を進行する超音波ＵＴの中央の超音波ビームと、この中央の超音波ビームの入射位置（屈折位置）において内周面１inに立てた垂直線と、で形成される角度である。
【０００８】
図１０では、細管１の内部に、フラット型の振動子２１を備えた超音波探触子２０を配置した例である。細管１の内部には、水が充満しており、フラット型の振動子２１から細管１の内周面１inに向けて超音波ＵＴを出射している。
図１０は細管1の内周面１in側に欠陥Ｋが発生している場合である。
【０００９】
図１０に示すように、欠陥Ｋの先端（細管１の肉厚方向の中央側）からは、欠陥先端エコーＥｔが発生し、内周面１inからは表面形状エコーＥｓ及び欠陥開口部エコーＥｏが発生する。このうち欠陥先端エコーＥｔを振動子２１にて受信して検出することにより、欠陥Ｋの高さ(深さ)検出をしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平６−１４８１４５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図８に示す例では、欠陥先端エコーＥｔと表面形状エコーＥｓとの発生位置が離れているため、欠陥先端エコーＥｔを振動子１１で受信することにより、外周面１out側に発生した欠陥Ｋの検出や高さ(深さ)サイジングが可能である。
【００１２】
しかし図９に示す例では、欠陥先端エコーＥｔと表面形状エコーＥｓとの発生位置が近いため、欠陥先端エコーＥｔに表面形状エコーＥｓが重畳・混在してしまう。このため、欠陥先端エコーＥｔを振動子１１で受信しても、欠陥先端エコーＥｔを識別することが困難であり、内周面１in側に発生した欠陥Ｋの検出やサイジングが困難であるか、または欠陥Ｋの識別性が低くなっていた。
【００１３】
また図１０に示す例では、欠陥先端エコーＥｔと、表面形状エコーＥｓ及び欠陥開口部エコーＥｏとの発生位置が近いため、欠陥先端エコーＥｔに、表面形状エコーＥｓ及び欠陥開口部エコーＥｏが重畳・混在してしまう。このため、欠陥先端エコーＥｔを振動子２１で受信しても、欠陥先端エコーＥｔを識別することが困難であり、内周面１in側に発生した欠陥Ｋの検出やサイジングが困難であるか、または欠陥Ｋの識別性が低くなっていた。
【００１４】
更に図８〜図１０のいずれの例であっても、肉厚が１ｍｍ程度の細管１に発生する欠陥Ｋは微細欠陥であり、しかも、超音波ＵＴの入射角度θが４５°程度と小さいため、入射した超音波が欠陥Ｋの面に入射して面的に反射してくる欠陥面エコーが微弱であった。
このように欠陥面エコーの発生が微弱であるため、欠陥面エコーを利用した欠陥検出が十分でなく、欠陥Ｋの検出やサイジングの精度が低くなっていた。特に欠陥Ｋが微細欠陥である場合には、このような問題が顕著になっていた。
【００１５】
本発明は、上記従来技術に鑑み、管体の内周面に発生した欠陥が微細であっても、管体の内周側から確実に欠陥検出およびサイジングをすることができる、超音波探傷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】
【００１６】
上記課題を解決する本発明の構成は、
管体の内部に配置した超音波探触子から、前記管体の内周面に向けて超音波を出射して超音波探傷をする方法において、
前記超音波探触子として集束型の振動子を有するものを採用し、
前記振動子から出射する超音波の集束位置を、前記管体の厚さ方向に関して中央位置よりも内周側に設定し、
更に、前記超音波が前記管体へ浸入していく入射角度を、４５°を越える角度とし、
前記振動子として、超音波が集束している集束範囲が長く、前記管体の厚さ方向に関して前記管体の外周面の位置にまで前記集束範囲が達するものを使用し、
前記超音波探触子を走査しつつ、
走査線位置のうち先行位置において、前記振動子から出射した超音波が欠陥に直接入射されることにより生じた欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔを、前記先行位置にある前記振動子で受信し、
前記走査線位置のうち前記先行位置よりも時間的に後の位置である後行位置において、前記振動子から出射した超音波が前記外周面で反射してから前記欠陥に向かうことにより生じた欠陥面エコーＥｐを、前記後行位置にある前記振動子で受信し、
前記先行位置にある前記振動子で受信した欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔに対応する探傷信号と、前記後行位置にある前記振動子で受信した欠陥面エコーＥｐに対応する探傷信号とを、Ｄスコープ処理することを特徴とする。
【００１７】
また本発明の構成は、
出射した前記超音波が前記管体（小口径（例えば直径が２０ｍｍ程度）で薄肉（例えば約１ｍｍ程度））、の縦断面の内面に位置する軸方向探傷をする場合には、前記入射角度を、４５°を越え６０°以内とし、
出射した前記超音波が前記管体の横断面の内面に位置する周方向探傷をする場合には、前記入射角度を、４５°を越え５５°以内としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、超音波の入射角度が大きいため管体が細くても欠陥面エコーを確実に発生させることができ、また、超音波の集束位置を内周面側としたため内周側の欠陥の先端において欠陥先端エコーを効果的に発生させることができる。
このような欠陥面エコー及び欠陥先端エコーを振動子で受信することにより、管体の内周面側に発生した欠陥を確実に検出することができ、欠陥のプロファイルを明確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例１に係る超音波探傷方法を示す構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る超音波探傷方法を示す構成図。
【図３】本発明の実施例１に係る超音波探傷方法により得た探傷信号を画像処理して示す画像図。
【図４】各スコープの表示手法を示す説明図。
【図５】本発明の実施例２に係る超音波探傷方法を示す構成図。
【図６】超音波ビームの集束範囲を示す説明図。
【図７】本発明の実施例２に係る超音波探傷方法により得た探傷信号を画像処理して示す画像図。
【図８】従来の超音波探傷方法を示す構成図。
【図９】従来の超音波探傷方法を示す構成図。
【図１０】従来の超音波探傷方法を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について、実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は本発明の実施例１に係る超音波探傷方法を示す。同図において、細管１は、小口径（例えば直径が２０ｍｍ程度）で薄肉（例えば約１ｍｍ程度）の金属製の管体である。この細管１の内部には水が充満している。
本実施例では、細管１の内周面側に発生する応力腐食割れ（ＳＣＣ）などの微細な欠陥Ｋであっても、精度良く検出する方法である。
【００２３】
超音波探触子３０は集束型の振動子３１を備えており、この超音波探触子３０を細管１の内部に配置する。そして、集束型の振動子３１から細管１の内周面１inに向けて超音波ＵＴを出射する。
【００２４】
この場合、出射した超音波ＵＴの集束位置Ｆを、細管１の厚さ方向に関して中央位置よりも内周面１in側に設定しており、また超音波ＵＴを細管１に入射する入射角度θを４５°を越える角度に設定している。
なお、入射角度θは、細管１中を進行する超音波ＵＴの中央の超音波ビームと、この中央の超音波ビームの入射位置（屈折位置）において内周面１inに立てた垂直線と、で形成される角度である。
このように、集束位置Ｆと入射角度θを設定することが、本実施例における特別な技術的特徴となっている。
【００２５】
入射角度θについて更に説明する。
軸方向探傷をする場合、つまり、図１に示すように、出射した超音波ＵＴが、細管１の縦断面の面内に位置した状態で斜めに出射されている状態では、入射角度θは、４５°を越え６０°以内としている。
一方、周方向探傷をする場合、つまり、図２に示すように、出射した超音波ＵＴが、細管１の横断面の面内に位置した状態で斜めに出射されている状態では、入射角度θは、４５°を越え５５°以内としている。
なお入射角度の上限値を、軸方向探傷では６０°、周方向探傷では５５°としている理由は、入射角度がこのような上限値を越えるように設定した場合には、超音波ＵＴが細管１の内部に効率よく入射せずに反射する成分が発生してくるからである。
【００２６】
本実施例では、図１に示すように、欠陥Ｋの先端（細管１の肉厚方向の中央側）からは欠陥先端エコーＥｔが発生し、欠陥Ｋの欠陥面からは超音波ＵＴを面的に反射した欠陥面エコーＥｐが発生し、内周面１inからは表面形状エコーＥｓが発生する。
【００２７】
本実施例では、超音波ＵＴの入射角度θが４５°を越える大きな角度となっているため、細管１に入射した超音波ＵＴのうち、細管１の軸方向に進む成分が大きくなるため、入射した超音波ＵＴが欠陥Ｋの欠陥面で効果的に反射し、欠陥面エコーＥｐの値は大きくなる。
また超音波ＵＴの集束位置Ｆを、細管１の厚さ方向に関して中央位置よりも内周面１in側に設定しているため、細管１の内周面１in側に発生している欠陥Ｋの先端で発生する欠陥先端エコーＥｔの値も大きくなる。
このように値の大きな欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔが、振動子３１で受信され、振動子３１からは、欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔとにそれぞれ対応した探傷信号が出力される。
【００２８】
一方、入射角度θが大きくなるに併せて、振動子３１から細管１の内周面１inに向かって水中を進む超音波ＵＴの進行方向と、屈折位置で内周面１inに立てた垂線とでなす角度δも大きくなり、軸方向に関して欠陥Ｋの位置と振動子３１との距離が大きくなる。
このため、細管１の内周面１inから発生した表面形状エコーＥｓの殆どは、振動子３１で受信されることはない。
【００２９】
図１に示すような状態で超音波探触子３０を走査しつつ、走査線の各位置で超音波探傷検査をして、各位置における探傷信号を処理装置で記憶して信号処理する。
【００３０】
図３は、振動子３１から出力された探傷信号を信号処理して画像表示した例であり、それぞれ、Ｃスコープ、Ｄスコープ、Ｂスコープ、Ａスコープである。
なお、図４に示すように、Ｃスコープとは、内周面１inを平面的に示した画像であり、Ｄスコープとは細管１を横断面的に示した画像であり、Ｂスコープとは細管１を縦断面的に示した画像であり、Ａスコープとは横軸を時間にとり縦軸を反射エコーの振幅を示す画像であり、各スコープ表示は超音波探傷技術において一般に用いられている表示態様である。
なお、Ｄ，Ｂスコープにおいて、Ｅｓは表面形状エコーによる画像であり、Ｅｐは欠陥面エコーによる欠陥Ｋの画像であり、Ｅｔは欠陥先端エコーによる欠陥Ｋの画像である。
【００３１】
図３のスコープ画像からも分かるように、本実施例では、欠陥面エコーＥｐによる欠陥Ｋの画像及び欠陥先端エコーＥｔによる欠陥Ｋの画像が明確に表示でき、しかも、表面形状エコーＥｓによる画像と明確に分離することができる。
よって、欠陥Ｋの分布イメージ（プロファイル）が明瞭となり、欠陥最深部の見落としも低減することができる。
【００３２】
このように、本実施例によれば欠陥Ｋの分布イメージ（プロファイル）が明瞭となり、微細欠陥であっても正確に検出することができ、また、検出した欠陥のサイジングも正確に行うことができる。
【実施例２】
【００３３】
図５は本発明の実施例２に係る超音波探傷方法を示す。同図において、細管１は、小口径（例えば直径が２０ｍｍ程度）で薄肉（例えば約１ｍｍ程度）の金属製の管体である。この細管１の内部には水が充満している。
【００３４】
超音波探触子４０は集束型の振動子４１を備えており、この超音波探触子４０を細管１の内部に配置する。そして、集束型の振動子４１から細管１の内周面１inに向けて超音波ＵＴを出射する。
【００３５】
この場合、出射した超音波ＵＴの集束位置Ｆを、細管１の厚さ方向に関して中央位置よりも内周面１in側に設定しており、また超音波ＵＴを細管１に入射する入射角度θを４５°を越える角度に設定している。
軸方向探傷をする場合では、入射角度θは、４５°を越え６０°以内としている。一方、周方向探傷をする場合では、入射角度θは、４５°を越え５５°以内としている。
【００３６】
更に本実施例では、超音波ＵＴが集束して超音波ビームが集束している集束範囲が長くなる特性を有する振動子４１を採用している。しかも、この振動子４１によれば、細管１に浸入した超音波ＵＴが集束して形成される集束範囲が、少なくとも細管１の肉厚方向の半分の位置を越えており、例えば細管１の外周面１outにまで達するようになっている。
【００３７】
ここで、図６を参照して集束範囲の長さＬｚについて説明する。
振動子４１の直径をＤ、振動子４１から集束位置Ｆまでの距離をＬｒ、超音波の音速をｖ、超音波の振動数をｆ、集束位置での超音波のビーム径をdとすると、
集束範囲の長さＬｚは次式により表される。
Ｌｚ＝４・ｖ・Lｒ・Lr／（f・D・D）
また、集束したビームの径dは、次式により表される。
ｄ＝ｖ・Lr ／（ｆ・D）
上記関係式を用い、集束したビームの径はあまり変化させず、集束長さを長くするためには、細管内の形状的制約を加味して、周波数ｆ、振動子直径D、焦点位置までの距離Lｒを適切に設定する必要がある。
【００３８】
図５に戻り説明を続けると、本実施例では、図５において点線で示すように、超音波ＵＴが欠陥に直接に入射される場合には、実施例１と同様にして、振動子４１は、値の大きな欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔを受信し、欠陥面エコーＥｐと欠陥先端エコーＥｔとにそれぞれ対応した探傷信号を出力する。
【００３９】
超音波探触子４０が走査されて、図５に実線で示す位置になったときには、内周面１inから細管１内に入射された超音波は、集束した状態で外周面１outで反射してから集束した状態で欠陥Ｋに向かう。このため、超音波ＵＴが欠陥Ｋの欠陥面で効果的に反射し、欠陥面エコーＥｐが発生する。なお、このときには表面エコーは発生しない。
発生した欠陥面エコーＥｐは、集束した状態で、入射時と同じ経路を逆方向に進み振動子４１で受信される。振動子４１は、外周面１outで一回反射してきた欠陥面エコーＥｐに対応した探傷信号を出力する。
【００４０】
図５に示すような状態で超音波探触子４０を走査しつつ、走査線の各位置で超音波探傷検査をして、各位置における探傷信号を処理装置で記憶して処理する。
【００４１】
図７は、振動子４１から出力された探傷信号を信号処理して画像表示した例であり、それぞれ、Ｃスコープ、Ｄスコープ、Ｂスコープ、Ａスコープである。
なお、Ｄ，Ｂスコープにおいて、Ｅｓは表面形状エコーによる画像であり、Ｅｐは欠陥面エコーによる欠陥Ｋの画像であり、Ｅｔは欠陥先端エコーによる欠陥Ｋの画像である。
【００４２】
本実施例では、Ｄスコープにおいて、直射エコーによる欠陥面エコーＥｐによる欠陥Ｋの画像、欠陥先端エコーＥｔによる欠陥Ｋの画像、及び表面形状エコーＥｓによる画像のみならず、一回反射してきた欠陥面エコーＥｐによる欠陥Ｋの画像も表示される。
【００４３】
図７のスコープ画像からも分かるように、本実施例では、欠陥面エコーＥｐによる画像及び欠陥先端エコーＥｔによる画像が明確に表示でき、しかも、表面形状エコーＥｓによる画像と明確に分離することができる。
更に、Ｄスコープでは、一回反射してきた欠陥面エコーＥｐによる欠陥Ｋの画像も表示される。
よって、欠陥Ｋの分布イメージ（プロファイル）が更に明瞭となり、欠陥最深部の見落としも低減することができる。
【００４４】
このように、本実施例によれば欠陥Ｋの分布イメージ（プロファイル）が明瞭となり、微細欠陥であっても正確に検出することができ、また、検出した欠陥のサイジングも正確に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、蒸気発生器に用いられている伝熱管等の細管の他、各種の管体を、超音波探傷検査する場合に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  細管
１in  内周面
１out外周面
１０，２０，３０，４０  超音波探触子
１１，２１，３１，４１  振動子
Ｋ  欠陥
Ｆ  集束位置
ＵＴ  超音波
Ｅｔ  欠陥先端エコー
Ｅｓ  表面形状エコー
Ｅｐ  欠陥面エコー
Ｅｏ  欠陥開口部エコー
【図１】
0005645428.tif 000002
【図２】
0005645428.tif 000003
【図３】
0005645428.tif 000004
【図４】
0005645428.tif 000005
【図５】
0005645428.tif 000006
【図６】
0005645428.tif 000007
【図７】
0005645428.tif 000008
【図８】
0005645428.tif 000009
【図９】
0005645428.tif 000010
【図１０】
0005645428.tif 000011