(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波の送受信波が通過する範囲のみが被検査材に接触するように、下方に突出した接触面を有し、ＳＨ波を送受信する探触子と、
前記探触子を収納し保持する探触子ホルダーとを備えた超音波探傷装置であって、
前記探触子ホルダーは、
前記探触子の接触面を挟んで対向する位置に、被検査材と当接するように下方に突出した当接部と、
前記探触子ホルダーの上端部と、前記探触子の前記接触面と対向する面との間に介挿され、前記探触子を被検査材に対して下方に垂直に付勢する第１の弾性部材と、
前記探触子ホルダーの水平方向側面と、前記探触子の水平方向両側面との間に介挿された第２の弾性部材とを備え、
前記第１の弾性部材は、前記探触子を被検査材に対して下方に垂直に５ｋｇ重以上１０ｋｇ重以下で付勢することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
鋼管の周方向溶接部を自動探傷する自動探傷装置であって、
請求項１に記載の超音波探傷装置と、
前記鋼管の周方向溶接部から所定距離隔てた位置に、前記鋼管を囲繞するように配置された環状のガイドレールと、
前記超音波探傷装置を前記鋼管の外表面に接触させた状態で当該鋼管の周方向に回転させるべく、前記超音波探傷装置を保持し、且つ、前記ガイドレールに沿ってモータ駆動により回転する回転部材とを備えることを特徴とする自動探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探傷装置に関し、特に、ガス管等の周方向溶接部をＳＨ波を用いて自動探傷するのに好適な超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＳＨ波（Shear Horizontal Wave）を用いた超音波探傷の研究開発が進んでおり、外部の影響を受けにくい、或いはモード変換が起きないといった有利な特性から、超音波探傷法として今後の発展が期待されている。
【０００３】
しかしながら、超音波ＳＨ波探触子を用いた探傷は、高粘性の特殊な接触媒質を使用する必要があり、探触子と被検査材間の接触媒質厚の変化によりエコー高さ（波高値）が変化するため、これを安定させるために所定の時間が必要であるという問題がある。従って、自動探傷には、ほとんど適用されていないのが実情である。
【０００４】
ここで、特開２００１−９９８１８号公報には、上記ＳＨ波を用いた超音波探傷装置が開示されている。
【０００５】
しかしながら、前記公報に開示された超音波探傷装置は、接触媒質の膜厚安定保持時間を予め記憶させておき、データ採取位置における超音波探触子の停止時間が前記膜厚安定保持時間より長くなったことを条件として測定を開始するように構成されており、エコー高さが安定するまでの探触子押し付け保持時間として数分以上を要するものである。換言すれば、エコー高さを安定させなければならないという上記ＳＨ波特有の問題点は何ら解決されておらず、被検査材を間欠的に走査して検査し得るに留まるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、斯かる従来技術の問題点を解決するべくなされたものであり、エコー高さが安定するまでの探触子押し付け保持時間を必要とせず、被検査材を連続走査して探傷し得る超音波探傷装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するべく、本発明は、超音波の送受信波が通過する範囲のみが被検査材に接触するように、下方に突出した接触面を有し、ＳＨ波を送受信する探触子と、前記探触子を収納し保持する探触子ホルダーとを備えた超音波探傷装置であって、前記探触子ホルダーは、前記探触子の接触面を挟んで対向する位置に、被検査材と当接するように下方に突出した当接部と、前記探触子ホルダーの上端部と、前記探触子の前記接触面と対向する面との間に介挿され、前記探触子を被検査材に対して下方に垂直に付勢する第１の弾性部材と、前記探触子ホルダーの水平方向側面と、前記探触子の水平方向両側面との間に介挿された第２の弾性部材とを備え、前記第１の弾性部材は、前記探触子を被検査材に対して下方に垂直に５ｋｇ重以上１０ｋｇ重以下で付勢することを特徴とする超音波探傷装置を提供するものである。
【０００８】
斯かる発明によれば、超音波の送受信波が通過する範囲のみが被検査材に接触するように、下方に突出した接触面を有する探触子が適用される。ここで、「超音波の送受信波が通過する範囲」とは、超音波の送受信波が通過すると想定される範囲と同等の範囲、若しくは、探触子の接触面周縁での反射エコーが探傷時のノイズ要因となるのを防止するべく、前記想定される範囲を含んだ若干広い範囲を意味するものである。このように接触面積の小さい探触子を適用することにより、エコー高さの安定するまでの時間を大幅に短縮させることが可能である。
【０００９】
また、本発明に係る超音波探傷装置の探触子ホルダーは、探触子の接触面を挟んで対向する位置に、被検査材と当接するように下方に突出した当接部と、探触子ホルダーの上端部と、探触子の接触面と対向する面との間に介挿され、探触子を被検査材に対して下方に垂直に付勢する第１の弾性部材とを具備する。従って、探触子と探触子ホルダーとの位置関係は、固定的ではなく、第１の弾性部材を介して、弾性的に変化し得ることになる。ここで、探触子ホルダーの当接部が被検査材に当接するように、探触子ホルダーを被検査材に対して押圧すれば、当接部に挟まれた探触子の接触面は、第１の弾性部材によって、被検査材に対して下方に垂直に付勢されるため、当接部に挟まれた範囲における被検査材表面の凹凸状態に追従して、探触子の接触面と被検査材表面とが平行状態を維持しつつ安定した検査が可能となる。
【００１０】
また、本発明に係る超音波探傷装置の探触子ホルダーは、探触子ホルダーの水平方向側面と、探触子の水平方向両側面との間に介挿された第２の弾性部材を更に備えるため、探触子を被検査材表面に接触させた状態で被検査材に対して走査する（すなわち、被検査材に対して水平方向に相対的に移動させる）際にも、第２の弾性部材の付勢力によって、探触子の位置が安定した状態となるため、第１の弾性部材によって生じる探触子の接触面と被検査材表面との平行状態をより一層確実に維持することが可能である。
【００１１】
さらに、前記第１の弾性部材は、前記探触子を被検査材に対して下方に垂直に５ｋｇ重以上１０ｋｇ重以下で付勢するように構成されるため、瞬時にエコー高さが高くなり安定するまでの時間を大幅に短縮させることが可能である一方、探触子ホルダーや被検査材を走査するための走査装置への反力も大き過ぎず、これらの強度を過度に高める必要もないため、実用上好適な超音波探傷装置を提供することが可能である。
【００１２】
以上のように、本発明によれば、接触面積の小さい探触子を適用すると共に、当該探触子の接触面と被検査材表面との平行状態を安定化させ得る探触子ホルダーの構成としたことにより、エコー高さが安定するまでの探触子押し付け保持時間を必要とせず、被検査材を連続走査して探傷し得る超音波探傷装置を提供することが可能である。
【００１３】
なお、前記「下方」及び「上端」が意味する上下方向の位置関係は、本発明に係る超音波探傷装置の下方に被検査材が位置する場合を基準にして説明したものである。
【００１５】
なお、本発明は、鋼管の周方向溶接部を自動探傷する自動探傷装置であって、前記超音波探傷装置と、前記鋼管の周方向溶接部から所定距離隔てた位置に、前記鋼管を囲繞するように配置された環状のガイドレールと、前記超音波探傷装置を前記鋼管の外表面に接触させた状態で当該鋼管の周方向に回転させるべく、前記超音波探傷装置を保持し、且つ、前記ガイドレールに沿ってモータ駆動により回転する回転部材とを備えることを特徴とする自動探傷装置としても提供される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は縦断面図を、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図を、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図をそれぞれ示す。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る超音波探傷装置１は、ＳＨ波を送受信する探触子１１と、探触子１１を収納し保持する探触子ホルダー１２とを備えている。
【００１８】
ここで、探触子１１は、超音波の送受信波が通過する範囲のみが被検査材に接触するように、下方に突出した接触面１１１を有する。より具体的には、図２に示すように、接触面１１１周縁での反射エコーが探傷時のノイズ要因となるのを防止するべく、超音波の送受信波が通過すると想定される範囲Ｓよりも若干広い範囲を有する接触面１１１とされている。
【００１９】
図３は、本実施形態に係る探触子１１と、図７に示すように接触面積の大きな（探触子の下面全てが接触面１１１’とされた）従来の探触子１１’とについて、所定の被検査材に接触させてからのエコー高さの推移を比較した結果であり、（ａ）は各探触子を５ｋｇ重で被検査材に押圧した場合の結果を、（ｂ）は各探触子を７．５ｋｇ重で被検査材に押圧した場合の結果をそれぞれ示す。図３に示す例では、本実施形態に係る探触子１１を接触面１１１の面積が５６ｍｍ2のＳＨ波探触子「５Ｚ５×５Ａ９０−ＳＨ」（「５」は周波数（５ＭＨｚ）、「Ｚ」は振動子材質（ジルコン・チタン酸鉛系磁器）、「５×５」は振動子寸法（５ｍｍ×５ｍｍ）、「Ａ」は型式（斜角）、「９０」は屈折角（９０°）、「ＳＨ」はＳＨ波探触子をそれぞれ意味する）とし、従来の探触子１１’を接触面１１１’の面積が１２８ｍｍ2のＳＨ波探触子「５Ｚ５×５Ａ９０−ＳＨ」とし、両者を比較している。
【００２０】
図３に示すように、接触面積を小さくした本実施形態に係る探触子１１は、従来の探触子１１’に比べ、エコー高さが瞬時に所定レベルまで到達していることがわかる。これは、接触面積が従来に比べ、１／２〜１／３程度であるため、探触子と被検査材間の接触媒質が均一な薄膜上に瞬時になりやすいからだと考えられる。また、図３に示すように、探触子１１を押し付ける荷重が大きいほど瞬時にエコー高さが高くなり安定するまでの時間を大幅に短縮させることが可能である。しかし、探触子１１の押し付け荷重を大きくし過ぎると、これを収納し保持する探触子ホルダー１２や、被検査材を走査するための走査装置への反力も大きくなり、これらの強度を過度に高める必要が生じることから、探触子１１の押し付け荷重としては、５〜１０ｋｇ重程度が適当であると考えられる。
【００２１】
次に、前述した図１に示す探触子ホルダー１２は、探触子１１の接触面１１１を挟んで対向する位置に、被検査材と当接するように下方に突出した当接部としてのフリーベアリング１２１と、探触子ホルダー１２の上端部１２２と、探触子１１の接触面１１１と対向する面１１２との間に介挿され、探触子１１を被検査材に対して下方に垂直に付勢する第１の弾性部材としてのバネ部材１２３とを備えている。
【００２２】
従って、探触子１１と探触子ホルダー１２との位置関係は、固定的ではなく、バネ部材１２３を介して、弾性的に変化し得ることになる。ここで、探触子ホルダー１２のフリーベアリング１２１が被検査材に当接するように、探触子ホルダー１２を被検査材に対して押圧すれば、フリーベアリング１２１に挟まれた探触子１１の接触面１１１は、バネ部材１２３によって、被検査材に対して下方に垂直に付勢されるため、フリーベアリング１２１に挟まれた範囲における被検査材表面の凹凸状態に追従して、探触子１１の接触面１１１と被検査材表面とが平行状態を維持しつつ安定した検査が可能となる。
【００２３】
なお、本実施形態に係る超音波探傷装置１には、探触子ホルダー１２の外側面１２４に、探触子ホルダー１２が軸線Ｘ周りに回動可能な状態で支持部材１３が取付けられている。支持部材１３の上端面１３１に押圧力が付加されることにより、当該押圧力が軸線Ｘを介して探触子ホルダー１２に伝達し、さらに、探触子ホルダー１２の上端部１２２からバネ部材１２３を介して探触子１１に伝達することになる。
【００２４】
また、本実施形態に係る超音波探傷装置１は、探触子ホルダー１２が、探触子ホルダー１２の内側面１２５と、探触子１１の側面１１３との間に介挿された第２の弾性部材としてのゴム部材１２６（本実施形態では、探触子１１の一方の側面１１３に対して４個ずつ計８個のゴム部材）を備えている。従って、探触子１１を被検査材表面に接触させた状態で被検査材に対して走査する（すなわち、被検査材に対して水平方向に相対的に移動させる）際にも、ゴム部材１２６の付勢力によって、探触子１１の位置が安定した状態となるため、バネ部材１２３によって生じる探触子１１の接触面１１１と被検査材表面との平行状態をより一層確実に維持することが可能である。なお、本実施形態では、計８個のゴム部材１２６を備える構成について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、バネ部材など弾性部材である限りにおいて種々の材料から構成することができる他、その個数や配置場所は、探触子１１に付加する押圧力や被検査材表面の性状等に応じて適宜選択可能である。
【００２５】
以上に説明したように、本実施形態に係る超音波探傷装置１によれば、接触面積の小さい探触子１１を適用すると共に、探触子１１の接触面１１１と被検査材表面との平行状態を安定化させ得る探触子ホルダー１２の構成としたことにより、エコー高さが安定するまでの探触子押し付け保持時間を必要とせず、被検査材を連続走査して探傷することが可能である。
【００２６】
以下、実施例を示すことにより、本発明の特徴とするところをより一層明らかにする。
【００２７】
（実施例１）
厚さ６ｍｍの平板材表面に放電加工スリットを形成した被検査材について、図１に示した超音波探傷装置１を用い、走査速度（装置１の水平方向の移動速度）を順次変更して自動探傷した。なお、接触媒質としては、日合アセチレン株式会社製「ソニコートＳＨ−Ｂ」を用いた。
【００２８】
図４に、上記の条件で自動探傷した結果を示す。図４の縦軸は、スリットからの反射エコーの高さ（静止時を１００％とした相対値）を、横軸は、走査速度をそれぞれ示す。図４に示すように、静止時に比べて反射エコーの高さは低下するものの、４．５ｄＢ程度の低下に収まり、走査速度１〜１０ｍｍ／ｓの範囲では反射エコー高さの変動はほとんどなく安定した自動探傷が可能であることが分かった。
【００２９】
（実施例２）
図５に示すように、図１に示した超音波探傷装置１を、被検査材としての鋼管Ｐの溶接部Ｐ１から所定の距離を隔てて回転部材２に取り付け、鋼管Ｐを囲繞するガイドレール３に沿ってモータ駆動（手動でも可能）によって回転部材２を回転させることにより（走査速度５ｍｍ／ｓ）自動探傷を行った。被検査材としての鋼管Ｐは、外径２００ｍｍ、肉厚５．８ｍｍのものを用いた。また、溶接部Ｐ１の内面に、周方向に沿って略一定間隔で、幅０．１ｍｍ、長さ６ｍｍで、深さがそれぞれ０．３ｍｍ、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍ、１．０ｍｍの計６個の放電加工スリットを形成した。また、接触媒質としては、日合アセチレン株式会社製「ソニコートＳＨＮ−Ｂ２５」を探傷装置１の探触子１１が接触する範囲全周に塗布した。
【００３０】
図６に、上記の条件で自動探傷した結果（オシロスコープで観察した反射エコーの波形）を示す。図６の縦軸は、各スリットからの反射エコーの高さ（深さ０．３ｍｍのスリットからの反射エコーの高さを１００％とした相対値）を、横軸は、鋼管Ｐの所定位置を基準とした周方向位置をそれぞれ示す。図６に示すように、全ての放電加工スリットが極めて良好な検出能（Ｓ／Ｎ比）で検出できることが分かった。なお、図６では、最も深さの小さい０．３ｍｍスリットの反射エコーの高さを１００％として表示しているため、深さ０．４ｍｍ以上のスリットからの反射エコーは、電気的に飽和した状態となっているが、実際には、スリット深さに応じて線形なエコー高さが得られており、欠陥深さの同定にも十分な検査精度を有することが分かった。なお、本実施例で説明した自動探傷装置（超音波探傷装置１、回転部材２及びガイドレール３）は、被検査材としての鋼管Ｐの外径が変わった場合にも、ガイドレール３交換するのみで対応可能であり、極めて利便性に優れるものである。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明に係る超音波探傷装置によれば、接触面積の小さい探触子を適用すると共に、当該探触子の接触面と被検査材表面との平行状態を安定化させ得る探触子ホルダーの構成としたことにより、エコー高さが安定するまでの探触子押し付け保持時間を必要とせず、被検査材を連続走査して探傷することが可能である。また、探触子としてＳＨ波を送受信するＳＨ波探触子を適用しており、ＳＨ波探触子を用いた自動探傷を実用化し得るという、極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図である。
【図２】  図２は、図１に示す探触子の裏面図である。
【図３】  図３は、本発明に係る探触子と、従来の探触子とについて、所定の被検査材に接触させてからのエコー高さの推移を比較した結果を示す。
【図４】  図４は、本発明の実施例１の結果を示す。
【図５】  図５は、本発明の実施例２で使用した自動探傷装置の概略構成を示す斜視図である。
【図６】  図６は、本発明の実施例２の結果を示す。
【図７】  図７は、従来の探触子の裏面図である。
【符号の説明】
１    ・・・  超音波探傷装置        １１  ・・・  探触子
１２  ・・・  探触子ホルダー        １１１・・・  接触面
１２１・・・  当接部（フリーベアリング）
１２３・・・  第１の弾性部材（バネ部材）
１２６・・・  第２の弾性部材（ゴム部材）
【図１】
0003723512.tif 000002
【図２】
0003723512.tif 000003
【図３】
0003723512.tif 000004
【図４】
0003723512.tif 000005
【図５】
0003723512.tif 000006
【図６】
0003723512.tif 000007
【図７】
0003723512.tif 000008