(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材及び母材を接合する溶接部より形成された被検査体の溶接部の超音波検査方法であって、前記母材は溶接部近傍の底面が溶接部近傍以外の底面よりも深さが深くなるように形成されており、前記母材の表面と前記溶接部近傍の底面が略平行で前記母材の表面から前記溶接部近傍の底面まで母材で形成された部分、及び、前記溶接部近傍の底面と同じ深さに位置して母材の表面より斜角に超音波を入射した際に面反射する母材に形成された形状部を持った被検査体の溶接部の超音波検査方法において、
前記母材で形成された部分を垂直探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果と、前記母材及び溶接部を通過し前記母材表面から前記形状部に対して斜角探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果を比較して、前記結果が一致することを確認できた場合に、
前記被検査体の溶接部近傍の底面深さと、超音波の反射エコー像の深さを比較し、前記反射エコーの識別を行うことを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項２】
請求項１に記載された溶接部の超音波検査方法おいて、
前記母材で形成された部分を垂直探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果と、前記母材及び溶接部を通過し前記母材表面から前記形状部に対して斜角探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果を比較して、前記結果が一致しなかった場合には、
前記斜角探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さが前記垂直探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さと一致するように前記斜角探傷法の音速及び屈折角に補正を加え、
前記補正後の音速及び屈折角を用いて前記超音波の反射エコー像の深さを算出することを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項３】
請求項１乃至２のいずれか一項に記載された溶接部の超音波検査方法おいて、
前記エコーの識別は、前記反射エコー像の深さが溶接部近傍の底面より深い位置にある場合には裏波からの形状エコーと判定し、前記反射エコー像の深さが溶接部近傍の底面の深さと一致する場合には開先未溶着部からの欠陥エコーと判定し、前記反射エコー像の深さが溶接部近傍の底面より浅い場合には前記溶接部内に位置する欠陥からの欠陥エコーと判定することを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載された溶接部の超音波検査方法において、
前記垂直探傷法には縦波の超音波を用い、前記斜角探傷法には横波の超音波を用いることを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載された溶接部の超音波検査方法において、
前記母材で形成された部分を垂直探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果と、前記母材及び溶接部を通過し前記溶接部表面から前記形状部に対して電子スキャンを行い算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果を比較して、前記結果が一致することを確認できた場合に、
前記電子スキャンによる超音波の反射エコー像の深さが溶接部近傍の底面深さより浅い位置に反射エコー像を検出した場合には、前記溶接部内に位置する欠陥からの欠陥エコーと判定することを特徴とする溶接部の超音波探傷方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載された溶接部の超音波検査方法において、
前記母材で形成された部分を垂直探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果と、前記母材及び溶接部を通過し前記溶接部表面から前記形状部に対して電子スキャンを行い算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果を比較して、前記結果が一致しなかった場合には、
前記電子スキャンにより算出した溶接部近傍の底面深さが前記垂直探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さと一致するように前記電子スキャンの音速及び屈折に補正を加え、
前記補正後の音速及び屈折角を用いて前記超音波の反射エコー像の深さを算出することを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項７】
請求項６に記載された溶接部の超音波検査方法において、
前記電子スキャンには縦波の超音波を用いることを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載された溶接部の超音波検査方法において、
前記被検査体は溶接ロータであることを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載された溶接部の超音波検査方法において、
前記被検査体は溶接ロータであって、母材の一方にタービンホイール及びパッキン溝の超音波探傷上の障害物を有し、母材の他方からだけ斜角探傷ができることを特徴とする溶接部の超音波検査方法。
【請求項１０】
母材及び母材を接合する溶接部より形成された被検査体の溶接部の超音波検査装置であって、前記母材は溶接部近傍の底面が溶接部近傍以外の底面よりも深さが深くなるように形成されており、前記母材の表面と前記溶接部近傍の底面が略平行で前記母材の表面から前記溶接部近傍の底面まで母材で形成された部分、及び、前記溶接部近傍の底面と同じ深さに位置して母材の表面より斜角に超音波を入射した際に面反射する母材に形成された形状部を持った被検査体の溶接部の超音波検査装置において、
前記母材で形成された部分に超音波を送受信する第一探触子と、
前記第一探触子を駆動する第一超音波探傷器と、
前記超音波探傷器の超音波探傷結果を表示する第一表示手段と、
前記探触子で受信した超音波の反射エコー像の深さを算出し前記第一表示手段に表示する路程算出手段と、
前記母材及び溶接部を通過し前記母材表面から前記形状部に対して斜角に超音波を送受信する第二探触子と、
前記第二探触子を駆動する第二超音波探傷器と、
前記第二探傷器の超音波探傷結果の音速及び屈折角を補正してエコー像の深さを再計算するエコー像算出手段と、
前記エコー像算出手段の処理結果を表示する第二表示手段と、を有することを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載された溶接部の超音波検査装置において、
縦波の超音波を前記第一探触子に駆動させる前記第一超音波探傷器と、
横波の超音波を前記第二探触子に駆動させる前記第二超音波探傷器と、を備えたことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
【請求項１２】
母材及び母材を接合する溶接部より形成された被検査体の溶接部の超音波検査装置であって、前記母材は溶接部近傍の底面が溶接部近傍以外の底面よりも深さが深くなるように形成されており、前記母材の表面と前記溶接部近傍の底面が略平行で前記母材の表面から前記溶接部近傍の底面まで母材で形成された部分、及び、前記溶接部近傍の底面と同じ深さに位置して母材の表面より斜角に超音波を入射した際に面反射する母材に形成された形状部を持った被検査体の溶接部の超音波検査装置において、
超音波を送受信するフェーズドアレイ探触子と、
前記フェーズドアレイ探触子を駆動するフェーズドアレイ超音波探傷器と、
前記フェーズドアレイ探傷器のからの超音波探傷結果の超音波エコー像の深さを算出する路程算出手段と、
超音波エコー像の音速及び屈折角を補正してエコー像の深さを再計算するエコー像算出手段と、
前記エコー像算出手段の処理結果を表示する表示手段と、を有することを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載された溶接部の超音波検査装置において、
垂直探傷の際には縦波の超音波を、斜角探傷の際には横波の超音波を前記フェーズドアレイ探触子に駆動させるフェーズドアレイ探傷器を備えたことを特徴とする溶接部の超音波検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部の健全性を超音波で検査する超音波検査方法および装置に関わり、特に溶接タービンロータの溶接部の超音波検査方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超音波を用いて傷を探傷する超音波検査法は、探触子から被検査体に超音波を入射して欠陥からの反射エコーを受信し、ビーム路程やエコー高さを測定することによって欠陥の位置や大きさを評価する方法である。しかし、超音波検査では、欠陥からの反射エコーだけでなく、被検査体の形状に起因する形状エコーも受信するので、受信したエコーが欠陥エコーか形状エコーかを判定しなければならない。特に、溶接部に裏波が発生している場合の超音波検査においては、受信したエコーが、欠陥からのエコーであるのか、裏波からのエコーであるのかを判定することが非常に重要となる。このような観点から、溶接部の超音波検査において欠陥エコーと裏波エコーを識別する先行技術としては、例えば、特許文献１、２があげられる。
【０００３】
特許文献１においては、超音波ビームが広がりを持つことに起因するエコー像の広がりを開口合成法によって収縮させ、エコー反射源の位置精度を高めることによって、裏波位置を反射源とする裏波エコーと、裏波以外の位置を反射源とする欠陥エコーを識別するものである。
【０００４】
特許文献２においては、各走査位置における反射エコーの波形からピークを検出し、検出された隣接する走査位置における各ピークを比較して同一反射源のものをグループ化し、グループ化された各ピークについて欠陥エコーであるか形状エコーであるかを識別して、形状エコーであるとされたピークと同一のグループのピークを欠陥として表示しないようにしてセル画を作成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２４９４４１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超音波経路の一部が溶接部を通過する場合には、母材と溶接部で音速が変化したり、母材と溶接部で屈折角が変化したりする場合があり、超音波が必ずしも直進しない可能性がある。しかし、上記の発明では、超音波の音速変化や直進伝播経路からのずれについては考慮しておらず、超音波は一定の音速で直進するものと仮定してエコー反射源の位置を高精度に求め、求めたエコー位置から裏波エコーと欠陥エコーの識別をする、あるいは、形状エコーであるとされたピークと同一のグループのピークを欠陥として表示しないようにしてセル画を作成しようとしているものと推察する。従って、溶接部を通過する際に超音波が直進しない場合には正確に裏波エコーや欠陥エコーを識別することが出来ないことが想定される。
【０００７】
本発明の目的は、溶接部を通過する際に超音波が直進しない可能性がある場合においても、裏波エコーと欠陥エコーを確実に識別できる超音波検査方法および装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明では、母材及び母材を接合する溶接部より形成された被検査体の溶接部の超音波検査方法であって、前記母材は溶接部近傍の底面が溶接部近傍以外の底面よりも深さが深くなるように形成されており、前記母材の表面と前記溶接部近傍の底面が略平行で前記母材の表面から前記溶接部近傍の底面まで母材で形成された部分、及び、前記溶接部近傍の底面と同じ深さに位置して母材の表面より斜角に超音波を入射した際に面反射する母材に形成された形状部を持った被検査体の溶接部の超音波検査方法において、前記母材で形成された部分を垂直探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果と、前記母材及び溶接部を通過し前記母材表面から前記形状部に対して斜角探傷法で算出した溶接部近傍の底面深さ算出結果を比較して、前記結果が一致することを確認できた場合に、前記被検査体の溶接部近傍の底面深さと、超音波の反射エコー像の深さを比較し、前記反射エコーの識別を行うことを特徴とする。
【０００９】
また上記目的を達成するために、本発明では、母材及び母材を接合する溶接部より形成された被検査体の溶接部の超音波検査装置であって、前記母材は溶接部近傍の底面が溶接部近傍以外の底面よりも深さが深くなるように形成されており、前記母材の表面と前記溶接部近傍の底面が略平行で前記母材の表面から前記溶接部近傍の底面まで母材で形成された部分、及び、前記溶接部近傍の底面と同じ深さに位置して母材の表面より斜角に超音波を入射した際に面反射する母材に形成された形状部を持った被検査体の溶接部の超音波検査装置において、前記母材で形成された部分に超音波を送受信する第一探触子と、前記第一探触子を駆動する第一超音波探傷器と、前記超音波探傷器の超音波探傷結果を表示する第一表示手段と、前記第一表示手段において前記探触子で受信した超音波の反射エコー像の深さを算出し前記第一表示手段に表示する路程算出手段と、前記母材及び溶接部を通過し前記母材表面から前記形状部に対して斜角に超音波を送受信する第二探触子と、前記第二探触子を駆動する第二超音波探傷器と、前記第二探傷器の超音波探傷結果の音速及び屈折角を補正してエコー像の深さを再計算するエコー像算出手段と、前記エコー像算出手段の処理結果を表示する第二表示手段とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、溶接部の超音波検査において、溶接部を通過する際に超音波が直進しない可能性がある場合においても、被検査体底面と反射エコーの深さの相対位置を正確に比較できるので、溶接部の裏波エコーと裏波以外のエコー（開先未溶着部からのエコー、欠陥エコー）を確実に識別できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１による超音波検査装置の構成を示すブロック図（Ａ）及び表示画面の一例を示す図（Ｂ）である。
【図２】本発明の実施例１による超音波検査装置を用いて被検査体の溶接部を探傷する際の判定・操作手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が不要で、裏波が発生している溶接部を探傷する場合の超音波の伝播経路と反射エコーの位置を示す被検査体の断面図である。
【図４】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が不要で、裏波が発生していない溶接部を探傷する場合の超音波の伝播経路と反射エコーの位置を示す被検査体の断面図である。
【図５】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が不要で、裏波が発生している溶接部を探傷した場合の探傷結果の表示画面例を示す説明図である。
【図６】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が不要で、裏波が発生していない溶接部を探傷した場合の探傷結果の表示画面例を示す説明図である。
【図７】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が必要で、裏波が発生している溶接部を探傷する場合の超音波の伝播経路と反射エコーの位置を示す被検査体の断面図である。
【図８】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が必要で、裏波が発生していない溶接部を探傷する場合の超音波の伝播経路と反射エコーの位置を示す被検査体の断面図である。
【図９】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が必要で、裏波が発生している溶接部を探傷した場合の探傷結果の表示画面例を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施例１によって、音速・屈折角の補正が必要で、裏波が発生していない溶接部を探傷した場合の探傷結果の表示画面例を示す説明図である。
【図１１】本発明の実施例２の被検査体である溶接ロータの概略形状を示す断面図である。
【図１２】本発明の実施例２による超音波検査装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の実施例２によって、裏波が発生している溶接部を探傷する場合の超音波の伝播経路と反射エコーの位置を示す被検査体の断面図である。
【図１４】本発明の実施例２によって、裏波が発生していない溶接部を探傷する場合の超音波の伝播経路と反射エコーの位置を示す被検査体の断面図である。
【図１５】本発明の実施例２によって、裏波が発生している溶接部を探傷した場合の探傷結果の表示画面例を示す説明図である。
【図１６】本発明の実施例２によって、裏波が発生していない溶接部を探傷した場合の探傷結果の表示画面例を示す説明図である。
【図１７】本発明の実施例１による超音波検査装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図１８】本発明の実施例２による超音波検査装置の構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明では、母材だけを通過する超音波伝播経路で探傷した被検査体表面から底面までの深さと、母材と溶接部の両方を経由する超音波経路で探傷した底面に位置する形状エコーの深さを比較するステップを設けている。この解決手段について、図７、図８を用いて詳しく説明する。図７に示すように溶接部に裏波５が発生している場合には、溶接開先７は全て溶着し、残存していないので超音波は溶着した溶接開先７を透過する。フェーズドアレイ探触子２１で斜角探傷すると裏波５からの反射エコーが受信できる、ただし、溶接部を経由する超音波が６３ｂのような経路で伝播しているにも拘わらず、超音波が６３ａのように直進すると仮定してエコー位置を算出すると、実際の反射位置５３ｂではなく、超音波の直進を仮定したエコー位置５３ａの位置に反射エコーが位置すると算出してしまう。また、図８に示すように、裏波が発生していない場合には、溶接開先７は、開先溶着部７ａと開先未溶着部７ｂの両方が存在する。超音波は開先溶着部７ａは透過するが、開先未溶着部７ｂでは反射する。フェーズドアレイ探触子２１で斜角探傷すると開先未溶着部７ｂからの反射エコーが受信できる。ただし、溶接部を経由する超音波が６４ｂのような経路で伝播しているにも拘わらず、超音波が６４ａのように直進すると仮定してエコー位置を算出すると、実際の反射位置５４ｂではなく、超音波の直進を仮定したエコー位置５４ａの位置に反射エコーが位置すると算出してしまう。図７の例では、反射エコーの位置が５３ｂでも５３ａでも被検査体の底面８より深い位置にエコーが表示されるため、この例に限っては裏波エコーであるという判定に違いは生じない。しかし、図８の例においては、実際のエコー位置５４ｂは、底面８と一致する深さなので開先未溶着部からのエコーと判定すべきであるにも拘わらず、超音波の直進を仮定したエコー位置５４ａによれば裏波エコーであると誤判定してしまうことになる。
【００１３】
このような誤判定を防止するために、本発明では、母材だけを通過する超音波伝播経路で探傷した被検査体表面から底面までの深さと、母材と溶接部の両方を経由する超音波経路で探傷した底面に位置する形状エコーの深さを比較するステップを設けている。
【００１４】
まず、図７のシングルアレイ探触子１１に示す溶接部近傍の母材位置から垂直探傷で底面８の深さを算出する。次に、フェーズドアレイ探触子２１で、底面８と同じ深さに位置する形状３からのエコー位置が５２ａに示すようにシングルアレイ探触子１１で算出した底面８の深さと一致しないときには、形状３からの反射エコーが５２ｂに表示されるように音速と補正角度の設定値を調整する。この調整を行うことにより、５３ａの位置に表示されていたエコーは裏波と同じ深さの５３ｂの位置に表示されるようになる。同様な手順で、図８に示す被検査体を探傷すると、今度は開先未溶着部７ｂからの反射エコーは５４ａの位置ではなく５４ｂの位置に表示される。底面８と同じ深さに反射エコー５４ｂが表示されるので、開先未溶着部からの反射エコーであると正しく判定できる。
【実施例１】
【００１５】
以下、図１〜図１０を用いて、本発明の実施例１による超音波検査装置の構成および操作手順について説明する。
【００１６】
図１（Ａ）は、本発明の実施例１による超音波検査装置の構成を示すブロック図である。被検査体１は母材２を溶接部４で溶接した構造をしている。溶接部近傍に突出部が設けてあり、溶接部近傍以外の底面９より溶接部近傍の底面８の方が深さが深くなっている。突出部の角は斜角探傷をすると超音波を反射するような形状３をしている。溶接部４には溶接の際に形成された肉盛溶接部６があり探触子を直接溶接部に配することは困難である。また、溶接部近傍以外の底面９や溶接部近傍の底面８は、探触子が直接アクセスできないような構造となっている。
【００１７】
超音波検査装置は、垂直探傷するためのシングルアレイ探触子１１とシングルアレイ用探傷器１２、および、斜角探傷をするためのフェーズドアレイ探触子２１、フェーズドアレイ用探傷器２３、パソコンからなる探傷条件設定・信号処理装置２４、ディスプレイ２５から構成される。シングルアレイ用探傷器１２はシングルアレイ探触子１１に超音波を送信させるための駆動信号を送る。送信された超音波は、被検査体の表面やき裂等で反射され、再びシングルアレイ探触子１１で受信され、その信号はシングルアレイ用探傷器１２に取り込まれ、その結果は表示部１３に表示される。フェーズドアレイ用探傷器２３は、電子的に生成した時間遅延を生成し、フェーズドアレイ探触子２１から方向を制御した超音波を送信するための装置である。被検査体の表面やき裂等で反射された超音波を再びフェーズドアレイ探触子２１で受信し、フェーズドアレイ用探傷器２３に取り込む。探傷条件設定・信号処理装置２４では取り込んだデータに対して、超音波の速度・屈折角の補正等を行う。図１（Ｂ）に、シングルアレイ用探傷器１２の表示部１３に表示する画面の一例を示す。超音波波形には発振パルス１４と受信した反射エコー１５が観察できる。音速設定部１７に被検査体の母材音速を予め入力しておき、カーソル１６を反射エコー１５に合わせると、路程表示部１８に自動算出した路程を表示するような機能を持っている。
【００１８】
図１７に超音波検査装置の詳細な機能ブロック図を示す。シングルアレイ用探傷器１２は超音波を送信・受信するための送信器８０・受信器８１を有する。データ収録部８２では受信波の信号を取り込んで一時的に記憶する。路程算出手段８３ではカーソル１６によって示された反射エコー１５の位置から、シングルアレイ探触子１１までの路程を算出する。また計算機８４では探傷結果を表示部１３に出力を行う、あるいは制御を行う。入力部８６は設定条件等を入力するための装置であり、キーボード等である。フェーズドアレイ用探傷器２３は、超音波の遅延時間を設定する遅延時間制御部８９、フェーズドアレイ探触子２１に送信信号を送る送信器８８及び信号を受信する受信器８７、受信信号を収録するデータ収録部８２、フェーズドアレイ用探傷器を制御する計算機８４を有する。探傷条件設定・信号処理装置２４の深さ判定器９２は垂直入射した、溶接部近傍の底面８の算出深さと、形状３からのエコー５２が底面深さと一致しているかどうかを判定する。エコー判定器９３では、エコーの位置と溶接部近傍の底面８の算出深さとから裏波からのエコーか開先未溶着部からのエコーか溶接内部からのエコーかを判定する。判定結果はディスプレイ２５のエコー像を色分けして表示したり、マークを表示することで示す。補正音速の設定枠４６、補正角度設定枠４５の入力を受け付け、補正角度設定手段９５と音速補正値設定手段９６からの設定値よりエコー像算出手段９４では、超音波の速度・屈折角を補正した探傷結果を算出して、計算機９１へ送信する。なお、補正角度設定手段９５、音速補正値設定手段９６では、入力を受け付けなくても自動補正値を算出するようにしてもよい。マーク設定手段９９では、入射位置を示すマーク４８、被検査体の断面形状を示す表示線４９、直線近似の伝播経路５８、伝播経路５７等の表示を画面に出力するためのものである。深さカーソル設定手段１００では溶接部近傍の底面８の算出深さを受け付け、算出深さに対応したカーソルを表示する。深さカーソル設定手段１００では入力部９０からの入力値でも、シングルアレイ用探傷器１２で算出した値を直接取り込むようにしてもよい。
【００１９】
図２のフローチャートに従って、検査手順・判定について説明していく。まず、例えば図３のシングルアレイ探触子１１に示す位置から超音波を垂直入射し、溶接部近傍の底面８の深さを算出する（Ｆ１１）。図３は、超音波の速度・屈折角の補正が不要で、裏波が発生している場合の例を示している。裏波が発生している場合には溶接開先７は完全に溶着しており、超音波は透過する。次に、探触子で斜角探傷を行う。本実施例ではフェーズドアレイ探触子２１で溶接部とその近傍を電子スキャンする。このときの探傷結果の表示画面例を図５に示す。画面には、電子スキャンした検査範囲４１、被検査体の表面位置を示すカーソル４２、表面からの深さを示す深さカーソル４３が表示されている。ステップＦ１１で算出した底面深さを深さカーソル表示部４４に入力あるいはシングルアレイ用探傷器１２より受信して、深さカーソルを底面高さに合わせておき、形状３からのエコー５２が底面深さと一致しているどうかを調べる（Ｆ１３）。図５の場合は、深さカーソル４３と形状３からのエコー５２の深さが一致しているので、音速・屈折角の補正をせずに次のステップへ進める。図５に表示されたエコー５３の位置は底面８の深さ（＝カーソル４３の表示位置）より深いので（Ｆ１５）、エコー５３は裏波５からのエコーであると判定する（Ｆ１７）。図５には、エコー５５も表示されているので、エコー５５の表示位置と底面深さを比較し（Ｆ１５、Ｆ１６）、エコー５５は溶接部内からのエコー、すなわち欠陥１０からのエコーであると判定する。
【００２０】
やはり超音波の速度・屈折角の補正が不要だが、裏波が発生していない場合の断面図を図４に、その探傷結果の表示画面を図６に示す。裏波が発生していない場合には、溶接開先７は、開先溶着部７ａと開先未溶着部７ｂの両方が存在する。超音波は開先溶着部７ａは透過するが、開先未溶着部７ｂでは反射する。図３、図５の場合と同様に、シングルアレイ探触子１１で底面８を探傷して深さを算出し（Ｆ１１）、深さカーソル４３を底面深さに合わせる。図６で、形状３からのエコー５２が底面深さと一致しているので（Ｆ１３）、音速・屈折角の補正をせずに次のステップへ進む。エコー５４の表示位置は、カーソル４３の深さと一致しているので（Ｆ１５、Ｆ１６）、エコー５４は開先未溶着部からのエコーと判定する（Ｆ１８）。さらに、エコー５５の表示位置と底面深さを比較し（Ｆ１５、Ｆ１６）、エコー５５は欠陥１０からのエコーであると判定する。
【００２１】
超音波の速度・屈折角の補正が必要で、裏波が発生している場合の断面図を図７に、その探傷結果の表示画面を図９に示す。これまでと同様に、シングルアレイ探触子１１で底面８を探傷して深さを算出し（Ｆ１１）、深さカーソル４３を底面深さに合わせる。図９で、補正前の形状３からのエコー５２ａの表示位置は深さカーソル４３と一致していないので（Ｆ１３）、超音波の音速・屈折角の設定値を補正する（Ｆ１４）。
【００２２】
ここで、設定値の補正法について説明する。図７においてシングルアレイ探触子１１が底面８の上側に位置すれば図１（Ｂ）に示すようなエコー１５は受信できるが、シングルアレイ探触子１１の位置が底面８の上から外れた場合には、エコー１５は受信できない、もしくは、異なる路程のエコーとして受信できる。図７においてシングルアレイ探触子１１を紙面の左右方向に走査して、底面８からのエコーが受信できる範囲を調べ、最も左側の探触子位置を求める。この位置を図９の探傷画面にシングルアレイ探触子１１の超音波入射位置を示すマーク５６として表示する。マーク５６の真下の位置に被検査体の断面形状を示す表示線４９ａの立ち上がりがくるように表示し、４９ａの位置に応じて、溶接部を挟んで逆側の形状を示す表示線４９ｂを表示する。シングルアレイ探触子１１の超音波入射位置（マーク５６）とフェーズドアレイ探触子２１の超音波入射位置の距離差に相当する分だけ離した位置にフェーズドアレイ探触子２１の入射位置を示すマーク４８を表示する。マーク４８からエコー５２ａへの直線近似の伝播経路５８と、マーク４８から表示線４９ｂとカーソル４３の交点に引いた伝播経路５７の屈折角の差を求め、補正角度の設定枠４５に入力して屈折角を補正する。この屈折角の補正により、エコーが伝播経路５７上に表示されることになる。さらに、この屈折角を補正したエコーの路程が、表示線４９ｂとカーソル４３の交点までの路程と一致するように、補正音速の設定枠４６に音速補正値を入力する。
【００２３】
エコー５２ｂがカーソル４３と一致している場合には（Ｆ１３）、補正前には５３ａの位置に表示されていたエコーも５３ｂの位置に補正表示される。補正後のエコー５３ｂの表示位置はカーソル４３より深いので、エコー５３ｂは裏波エコーと判定する。
【００２４】
超音波の速度・屈折角の補正が必要で、裏波が発生していない場合の断面図を図８に、その探傷結果の表示画面を図１０に示す。これまでと同様に、シングルアレイ探触子１１で底面８を探傷して深さを算出し（Ｆ１１）、深さカーソル４３を底面深さに合わせる。図１０で、補正前の形状エコー５２ａの表示位置が深さカーソル４３と一致していないので（Ｆ１３）、超音波の音速・屈折角の設定値を補正する（Ｆ１４）。エコー５２ｂがカーソル４３と一致するように音速・屈折角を補正したら、補正後のエコー５４ｂの表示位置とカーソル４３の深さを比較する（Ｆ１５、Ｆ１６）。両者が一致していることからエコー５４ｂは開先未溶着部からのエコーと判定する（Ｆ１８）。
【実施例２】
【００２５】
次に、図１１〜図１６を用いて、本発明の実施例２による超音波検査装置の構成および操作手順について説明する。
【００２６】
図１１は、本発明の実施例２の被検査体となる溶接ロータ７０の概要を示す断面図である。分割して製造した高温側ロータ７１と低温側ロータ７２を溶接部４で溶接した構造としている。溶接部４の内周側は空洞７５になっており、溶接終了後は空洞７５の内側にはアクセスできなくなる。従って、溶接部４の超音波検査はロータ外周側だけのアクセスで行う必要がある。なお、実施例１における溶接の際に形成されたロータ外周側の肉盛溶接部はグラインダー等で削除されており、本実施例では溶接部表面に直接探触子を配することも可能である。
【００２７】
図１２は、本発明の実施例２による超音波検査装置の構成を示すブロック図であり、併せて、溶接ロータ７０の溶接部４の近傍も拡大表示している。溶接部４の片側にはロータホイール７４やパッキン溝７６などの構造があり、こちら側からは超音波を送受信することは難しい。超音波の送受信ができるのは溶接部４に対して逆側のロータシャフト７３側からになる。溶接部近傍に突出部が設けてあり、底面８を形成している。また、突出部の角は斜角探傷をすると超音波を反射するような形状３をしている。
【００２８】
実施例２で使用する超音波検査装置は、縦波又は横波を送信するフェーズドアレイ探触子２０、フェーズドアレイ用探傷器２３、パソコンからなる探傷条件設定・信号処理装置２４、ディスプレイ２５から構成される。フェーズドアレイ用探傷器２３はフェーズドアレイ探触子２０から縦波又は横波の超音波を送信する駆動信号を送る装置である。また、フェーズドアレイ探触子２０からの受信信号を取り込み、適宜ディスプレイ２５に表示させる機能も有している。またパソコンからなる探傷条件設定・信号処理装置２４では取り込んだデータに対して、超音波の速度・屈折角の補正等を行う。使用する探触子は一つであるが、２０ａの位置から母材の縦波垂直探傷、２０ｂの位置から縦波電子スキャン、シュー２２と組み合わせて横波斜角の電子スキャンを順番に行うことが可能である。（図にはフェーズドアレイ探触子２０の設置位置によりフェーズドアレイ探触子２０を２０ａ、２０ｂ、２０ｃと示した。）また、縦波と横波をそれぞれの探傷の際に使い分けるのは、縦波は垂直探傷に向いていて、横波は斜角探傷に向いているからである。図１８には超音波検査装置の詳細な機能ブロック図を示す。実施例１では垂直探傷にシングルアレイ探触子を用いていたが、実施例２ではフェーズドアレイ探触子のみを用いている。本実施例でのフェーズドアレイ用探傷器には路程算出手段８３も備えられている。
【００２９】
裏波が発生している場合の断面図を図１３に、その探傷結果の表示画面を図１５に示す。図１５には、被検査部位の断面形状図４７（４７ａは外周側の形状、４７ｂは内周側の形状）、深さカーソル４３、反射エコー位置などを表示している。まず、フェーズドアレイ探触子を図１３（Ａ）の２０ａの位置に配し、縦波垂直探傷で底面８を探傷する。底面エコー５１の表示深さに深さカーソル４３を一致させておく。次に、探触子を図１３（Ｂ）の２０ｂの位置に配し、溶接部内を縦波で電子スキャンする。図１５に示す画面で、形状３からのエコー５２ｐ、５０ｐの表示深さとカーソル４３の深さが一致しているかを確認する。図１５では、両者が一致していて補正が不要な例を示しているが、両者が一致していない場合には実施例１と同様に超音波の音速・屈折角を補正して両者の深さを一致させるステップを追加する。最後に、探触子をシュー２２と組み合わせた状態で、図１３（Ｃ）の２０ｃの位置に配し、溶接部底面近傍を横波斜角で電子スキャンする。図１５に示す画面で、形状３からのエコー５２の表示深さとカーソル４３の深さが一致しているかを確認する。図１５では、両者が一致していて補正が不要な例を示しているが、両者が一致していない場合には実施例１と同様に超音波の音速・屈折角を補正して両者の深さが一致させるステップを追加する。図１５には、上述した図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の探傷結果を全て重ねて表示している。底面エコー５１と形状３からのエコー５２、５２ｐ、５０ｐの深さが一致していること、エコー５３、５３ｐは底面より深くに位置するので裏波エコーと判定できること、エコー５５、５５ｐは底面より浅くに位置するので、欠陥エコーと判定すべきこと、が確認できる。
【００３０】
本実施例においては、２０ｂの位置にフェーズドアレイ探触子を配し溶接部内を縦波で電子スキャンすることで、２０ｃの位置にフェーズドアレイ探触子を配した横波斜角の電子スキャンの場合より欠陥までの路程が短くなり、横波斜角の電子スキャンの場合よりも微小な内部欠陥であるボイドに対して欠陥識別の信頼性が向上する。すなわち割れ状欠陥は（横波）斜角、球状欠陥は（縦波）垂直と使い分けることで、それぞれの検出性が向上する。また、横波斜角の電子スキャンの場合には、層間剥離部にいて超音波の反射エコーが得られない場合があるが、溶接部内を縦波で電子スキャンすることで層間剥離の欠陥に対しても欠陥識別の信頼性が向上する。
【００３１】
裏波が発生していない場合の断面図を図１４に、その探傷結果の表示画面を図１６に示す。図１６には、被検査部位の断面形状図４７、深さカーソル４３、反射エコー位置などを表示している。まず、探触子を図１４（Ａ）の２０ａの位置に配し、縦波垂直探傷で底面８を探傷する。底面エコー５１の表示深さに深さカーソル４３を一致させておく。次に、探触子を図１４（Ｂ）の２０ｂの位置に配し、溶接部内を縦波で電子スキャンする。図１５に示す画面で、形状３からのエコー５２ｐ、５０ｐの表示深さとカーソル４３の深さが一致しているかを確認する。図１６では、両者が一致していて補正が不要な例を示しているが、両者が一致していない場合には実施例１と同様に超音波の音速・屈折角を補正して両者の深さを一致させるステップを追加する。最後に、探触子をシュー２２と組み合わせた状態で、図１４（Ｃ）の２０ｃの位置に配し、溶接部底面近傍を横波斜角で電子スキャンする。図１６に示す画面で、形状３からのエコー５２の表示深さとカーソル４３の深さが一致しているかを確認する。図１５では、両者が一致していて補正が不要な例を示しているが、両者が一致していない場合には実施例１と同様に超音波の音速・屈折角を補正して両者の深さが一致させるステップを追加する。図１６には、上述した図１３（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の探傷結果を全て重ねて表示している、底面エコー５１と形状３からのエコー５２、５２ｐ、５０ｐの深さが一致していること、エコー５４、５４ｐは底面深さと一致しているので開先未溶着部のエコーと判定できること、エコー５５、５５ｐは底面より浅くに位置するので、欠陥エコーと判定すべきこと、が確認できる。
【００３２】
以上の構成により溶接部の超音波検査において、溶接部を通過する際に超音波が直進しない可能性がある場合においても、被検査体底面と反射エコーの深さの相対位置を正確に比較できるので、溶接部の裏波エコーと裏波以外のエコー（開先未溶着部からのエコー、欠陥エコー）を確実に識別できる。また、垂直探傷と斜角探傷に縦波と横波をそれぞれ使い分けることにより、検出性が向上する。また、溶接部内を縦波で電子スキャンすることで、微小な内部欠陥であるボイドに対して欠陥識別の信頼性が向上する。また、層間剥離の欠陥に対しても欠陥識別の信頼性が向上する。
【符号の説明】
【００３３】
１  被検査体
２  母材
３  （超音波の反射源となる）形状
４  溶接部
５  裏波
７  溶接開先
７ａ  開先溶着部
７ｂ  開先未溶着部
８  底面
１０  欠陥
１１  シングルアレイ探触子
１２  シングルアレイ用探傷器
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２１  フェーズドアレイ探触子
２２  シュー
２３  フェーズドアレイ用探傷器
２４  探傷条件設定・信号処理装置
２５  ディスプレイ
７０  溶接ロータ
８５  記憶部
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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