(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼管の表面上に音響媒質体を配置し、複数の超音波振動子を含むアレイ探触子を前記音響媒質体上に配置し、前記超音波振動子の複数を１つのグループとする振動子群により超音波ビームを送受信して前記鋼管を探傷する超音波探傷方法において、  前記各振動子群により送受信される超音波ビームの通過位置が前記各振動子群間において前記音響媒質体と前記鋼管との接触部にあってほぼ同一となるように、前記アレイ探触子との接触面を曲面状になした音響媒質体を配置し、
前記グループとする振動子群により超音波ビームを送受信し、前記グループを順次切り替えることにより超音波ビームの屈折角度を変えて、前記鋼管の肉厚方向に超音波ビームを走査することを特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】
前記肉厚方向のビーム走査は、少なくとも１回の前記鋼管内面での反射を利用して実施する請求項１記載の超音波探傷方法。
【請求項３】
前記グループの切り替え毎に、前記グループの各超音波振動子の送受信に遅延時間を与えて、超音波ビームを前記鋼管の所定位置で集束させる請求項１又は２記載の超音波探傷方法。
【請求項４】
鋼管の表面上に、音響媒質体を介し、複数の超音波振動子を含むアレイ探触子を配置し、各別に超音波振動子に接続された発振回路により各超音波振動子を駆動して超音波ビームを送信し、前記超音波振動子が受信したエコー信号を信号処理回路に取り込んで前記鋼管を探傷すべくなしてある超音波探傷装置において、
前記各振動子群により送受信される超音波ビームの通過位置が前記各振動子群間において前記音響媒質体と前記鋼管との接触部にあってほぼ同一となるように、前記アレイ探触子との接触面を曲面状になした前記音響媒質体を配置してあり、
複数の前記超音波振動子を１つのグループとして選択する回路と、
前記グループを順次切り替える回路と、
前記グループの各超音波振動子を駆動するタイミングを各発振回路に与える回路と
を有した屈折角度制御器を備えており、
前記グループを順次切り替えることにより超音波ビームの屈折角度を変えて、前記鋼管の肉厚方向に超音波ビームを走査することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項５】
前記屈折角度制御器は、少なくとも１回は前記鋼管内面に超音波ビームが反射する角度範囲で屈折角度を走査する請求項４記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記屈折角度制御器が走査する屈折角度範囲は５５°〜７０°である請求項５記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記屈折角度制御器により制御された遅延時間を前記タイミングに加えたタイミングを各発振回路に与える送信用遅延素子と、
前記超音波振動子がエコー信号を受信したタイミングに、前記屈折角度制御器により制御された遅延時間を加えて前記エコー信号を前記信号処理回路に与える受信用遅延素子と  を備えた請求項４〜６のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記音響媒質体は、前記超音波振動子から送信された超音波ビームを前記鋼管の内部で集束させるための形状をなしている請求項４〜７のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接部等に内在するきずを検出する超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関し、特に厚肉溶接部の断面全体を探傷する超音波探傷方法及び超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
溶接鋼管等の溶接部には溶接方法及び条件により様々なきずが発生し、溶接部の品質低下の原因となっている。このため、Ｘ線及び超音波を用いた非破壊検査が行われている。Ｘ線はピンホール及びスラグ巻き込み等の点状きずを容易に検出することができ、検査実績も多いが、能率が低い、設備コストが高い等の問題点がある。
【０００３】
このため、サブマージドアーク溶接（ＳＡＷ）鋼管では、超音波探傷を行い、きず有りと判定された部位及び両管端部のみにＸ線検査を実施している。
超音波探傷は、割れきず及び融合不良等面状きずを検出するのに適した方法であり、検査能率、設備コストの面からＸ線検査より優れているので、両管端数１０ｍｍの部分を除き、溶接部全面の検査を担っている。
【０００４】
一例として、ＳＡＷ鋼管の製造工程におけるオンライン自動探傷方法の概略が文献１（「溶接鋼管の超音波探傷法」鉄鋼協会品質管理部会（ＮＤＩ部門）編、１９９９年２月２２日発行）の４．４．１〜４．４．３（ｐｐ６０〜６２）に記載されている。同技術は、縦方向きず、横方向きずそれぞれについて内面きず、外面きず検出用の複数の探触子を配置し、溶接部に発生する様々なきずを見逃すことなく検出できるようにしたものである。
【０００５】
オンライン探傷では前記探触子群を渦流式又は光学式シーム検出器とシーム追従機構とを用いて、常に溶接部からの所定位置に配置できるようにしながら、鋼管を直線搬送して溶接部全面の検査を行っている。この場合、きずを見逃さないために、管の長手方向の各位置において前記探触子群で送受信する超音波ビームが溶接部全断面をカバーしている必要性がある。
【０００６】
超音波探触子で送受信される超音波ビームは、探傷周波数及び振動子径等によって規定される指向角で拡散しながら材料中を伝搬する。
図１０は、管軸方向きず検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図であり、図中１は鋼管である。
鋼管１は溶接部２を有しており、鋼管１の外表面には、内面きず用探触子２３が溶接部２から０．５スキップの位置に、外面きず用探触子２４が１．０スキップの位置に配置されている。
この内面きず用探触子２３及び外面きず用探触子２４を用いた場合、溶接部２の中央部の超音波ビーム強度が弱くなり、きず検出能が低下する。すなわち、図１０に示したように、溶接部２の中央部に探傷感度不足域Ａが発生する。この傾向は厚肉材ほど顕著になる。
【０００７】
従って、前記文献１記載の技術では鋼管探傷における探触子設定例（文献１：表４．１１、ｐ６５）に記載されているように、厚肉材では溶接部２から１．０スキップ以上の距離に２個の探触子を設置するよう推奨されている。
図１１は、前記推奨位置に配置された管軸方向きず検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図であり、図中１は鋼管である。
鋼管１は溶接部２を有しており、鋼管１の外表面には、内面きず用探触子２３が溶接部２から１．０スキップの位置に、外面きず用探触子２４が１．５スキップの位置に配置されている。図１１においては、探傷感度不足域が発生していない。
これは、伝搬距離が長くなるのに従い、超音波ビームが拡散することを利用したものであるが、伝搬距離が長くなるのに比例して単位面積当たりの超音波ビーム強度は低下するので、きずからの反射エコー強度も低下し、きずエコーがノイズ信号に埋没する虞がある。
【０００８】
前記課題を解決するためには、溶接部２までの超音波伝搬距離が短い位置に数多くの探触子（例えば外面きず、内面きず用の探触子に中央部きず用の探触子を付加した３個）を配置するのが望ましい。
しかし、探触子の数を増やすことは探傷器の数を増加させるばかりではなく、前記シーム検出器及びシーム追従機構等も増設する必要性が生じ、設備コストが莫大なものとなる問題がある。
【０００９】
前記問題を解決するために、近年、アレイ探触子を用いた探傷技術が提案されている。
例えば、文献２（非破壊検査第４７巻１号（１９９８）ｐｐ４５〜５２「ガス導管に適用するリニアアレイ方式超音波探傷技術の開発」）に記載されている斜角アレイ探触子のリニア走査方式、及び特開平１１−１８３４４６号公報に記載されている斜角アレイ探触子のセクター走査方式がこれに相当する。すなわち、アレイ探触子１個で図１０及び図１１に記載している２個以上の探傷領域を確保しようという考えである。しかし、これらの技術には下記の課題がある。
【００１０】
前記文献２に記載された技術では、くさびと呼ばれる、アレイ探触子を探傷面に対し所定角度傾けて配置するための合成樹脂製の音響媒質体が大きなものとなり、肉厚１９ｍｍの溶接部全断面をカバーするためにはくさびと被検査材との接触部の長さが１５０ｍｍ（幅２０ｍｍ）程度必要であると報告されている。精度が高く、安定した探傷を行うためには、くさびと被検査材との接触部には水等の接触媒質が必要であるが、前記のように広い接触部に均一に、且つ安定して接触媒質を供給し続けることは困難である。これはＳＡＷ鋼管等の被検査材の表面が曲率を有する場合には、よりいっそう顕著となる。
【００１１】
特開平１１−１８３４４６号公報に開示された技術においては、前記問題は比較的少ない。しかし、くさび形状によって決まる屈折角度に対して超音波ビームを偏向させ、屈折角度を変えるためには、大きな送受信遅延時間が必要となる。
例えば、１ｍｍピッチで１６個の振動子から構成されるアレイ探触子（くさび材質はアクリル：縦波音速２７００ｍ／ｓ）でくさび設定屈折角度を６０°（入射角４６°）として±８°程度（入射角±６°程度）、屈折角度を変更するには、両端の振動子間には約６２０ｎｓ程度の遅延時間が必要となる（＝１６振動子×ｓｉｎ（６°）／２７００ｍ／ｓ）。
各振動子での受信信号に遅延を与える手段として通常アナログ遅延線が用いられているが、遅延量を増やすとともに受信波形が歪み、また振動持続時間が長くなるという欠点がある。従って、セクター走査を行う場合、受信側の位相整合が難しく、高精度かつ高分解能な探傷を行うのが困難であるという問題がある。
また、セクター走査を行う場合、サイドローブによる虚像が発生しやすいという問題もある。
【００１２】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、アレイ探触子との接触面を曲面状になした音響媒質体を用い、アレイ探触子の複数の超音波振動子を１つのグループとする振動子群により超音波ビームを送受信し、このグループを順次切り替え、超音波ビームの屈折角度を変えて探傷することにより、被検査部分の全断面にわたって精度良く内在きずを検出することができる超音波探傷方法及びこの方法を実施するための超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明は、グループの切り替え毎に、グループの各超音波振動子の送受信に遅延時間を与えることにより、鋼管の肉厚方向の各深さで超音波ビームを集束することができ、溶接部全断面で微小きずの検出が可能となる超音波探傷方法及び超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【００１４】
さらに、本発明は、音響媒質体の形状を、超音波振動子から送信された超音波ビームが鋼管の内部で集束するような形状にすることにより、送受信遅延処理をしなくても微小きずを検出することができる超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
第１発明の超音波探傷方法は、鋼管の表面上に音響媒質体を配置し、複数の超音波振動子を含むアレイ探触子を前記音響媒質体上に配置し、前記超音波振動子の複数を１つのグループとする振動子群により超音波ビームを送受信して前記鋼管を探傷する超音波探傷方法において、前記各振動子群により送受信される超音波ビームの通過位置が前記各振動子群間において前記音響媒質体と前記鋼管との接触部にあってほぼ同一となるように、前記アレイ探触子との接触面を曲面状になした音響媒質体を配置し、前記グループとする振動子群により超音波ビームを送受信し、前記グループを順次切り替えることにより超音波ビームの屈折角度を変えて、前記鋼管の肉厚方向に超音波ビームを走査することを特徴とする。
【００１６】
第２発明の超音波探傷方法は、第１発明において、前記肉厚方向のビーム走査は、少なくとも１回の前記鋼管内面での反射を利用して実施することを特徴とする。
第３発明の超音波探傷方法は、第１又は第２発明において、前記グループの切り替え毎に、前記グループの各超音波振動子の送受信に遅延時間を与えて、超音波ビームを前記鋼管の所定位置で集束させることを特徴とする。
【００１７】
第４発明の超音波探傷装置は、鋼管の表面上に、音響媒質体を介し、複数の超音波振動子を含むアレイ探触子を配置し、各別に超音波振動子に接続された発振回路により各超音波振動子を駆動して超音波ビームを送信し、前記超音波振動子が受信したエコー信号を信号処理回路に取り込んで前記鋼管を探傷すべくなしてある超音波探傷装置において、前記各振動子群により送受信される超音波ビームの通過位置が前記各振動子群間において前記音響媒質体と前記鋼管との接触部にあってほぼ同一となるように、前記アレイ探触子との接触面を曲面状になした前記音響媒質体を配置してあり、複数の前記超音波振動子を１つのグループとして選択する回路と、前記グループを順次切り替える回路と、前記グループの各超音波振動子を駆動するタイミングを各発振回路に与える回路とを有した屈折角度制御器を備えており、前記グループを順次切り替えることにより超音波ビームの屈折角度を変えて、前記鋼管の肉厚方向に超音波ビームを走査することを特徴とする。
【００１８】
第５発明の超音波探傷装置は、第４発明において、前記屈折角度制御器は、少なくとも１回は前記鋼管内面に超音波ビームが反射する角度範囲で屈折角度を走査することを特徴とする。
第６発明の超音波探傷装置は、第５発明において、前記屈折角度制御器が走査する屈折角度範囲は５５°〜７０°であることを特徴とする。
第７発明の超音波探傷装置は、第４〜第６発明のいずれかにおいて、前記屈折角度制御器により制御された遅延時間を前記タイミングに加えたタイミングを各発振回路に与える送信用遅延素子と、前記超音波振動子がエコー信号を受信したタイミングに、前記屈折角度制御器により制御された遅延時間を加えて前記エコー信号を前記信号処理回路に与える受信用遅延素子とを備えたことを特徴とする。
【００１９】
第８発明の超音波探傷装置は、第４〜第７発明のいずれかにおいて、前記音響媒質体が、前記超音波振動子から送信された超音波ビームを前記鋼管の内部で集束させるための形状をなしていることを特徴とする。
【００２０】
第１発明及び第４発明においては、アレイ探触子との接触面を曲面状になした音響媒質体を用いるので、超音波送受信に関わる超音波振動子のグループを順次切り替えることにより、被検査部分への超音波入射点から探触子までの距離を一定に保ちながら、セクター走査同様の屈折角度変更を行うことができ、被検査部分の全断面を高精度に探傷することができる。特に、厚肉の溶接部を自動探傷し、内在きずを精度良く検出する溶接部の超音波探傷方法として有益である。
そして、各超音波振動子群で送受信する超音波ビームが音響媒質体と鋼管との接触部において、ほぼ同一の場所を通過するので、音響媒質体の長さの短縮を実現することができる。
また、選択振動子群を切り替えるだけで屈折角度の変更が可能であるので、各超音波振動子に送受信遅延を与えずに探傷することができる。
【００２１】
第２及び第５発明においては、少なくとも１回の鋼管内面での反射を利用して、鋼管の肉厚方向のビーム走査を行うことにより、鋼管の全断面に漏れなく超音波ビームを走査させる。
第６発明においては、屈折角度制御器が走査する屈折角度範囲を５５°〜７０°とすることにより、鋼管の全断面に漏れなく超音波ビームを走査させる。
第３及び第７発明においては、送受信遅延を与えるので、超音波ビームが鋼管中で拡散するのが防止される。また、遅延時間を小さく、波形歪みを極小化することができ、サイドローブによる虚像の発生を防止することができる。そして、選択振動子群毎に最大２００ｎｓｅｃ程度の比較的小さな送受信遅延を与えるだけで肉厚方向の各深さで超音波ビームを集束することができ、溶接部全断面で微小きずの検出が可能となる。
【００２２】
曲面上に配設された振動子群から送受信される超音波ビームは、曲面形状によって定まる位置に集束する。第８発明においては、音響媒質体が、集束位置が鋼管内部の所定位置（例えば溶接部中央部）になるような形状を有しているので、送受信遅延処理をしなくても（またはごくわずかの遅延量を与えるのみで）集束点近傍の微小きずを検出することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置を示す模式図であり、図中１は鋼管である。
鋼管１は溶接部２を有しており、鋼管１の外表面には、アクリル等の樹脂製で扇形状のくさび３（曲率５０ｍｍ×幅１５ｍｍ円筒の１／４）が配置されており、くさび３の外周面上には複数個の超音波振動子４ａ（長さ１ｍｍ×幅１０ｍｍ）からなるアレイ探触子４が配設されている。この実施の形態においては、アレイ探触子４は３２ＣＨからなり、頂点側が第１ＣＨ、９０°側が第３２ＣＨである。
【００２４】
配設された各振動子４ａには、それぞれパルサ５及び送信用遅延素子６、並びにレシーバ７及び受信用遅延素子８が接続されている。この実施の形態においては、受信用遅延素子８としてアナログ遅延線が使用されている。
振動子４ａは、対応するパルサ５により駆動され、各パルサ５の動作タイミングは、送信用遅延素子６により決定されるようになしてある。
【００２５】
各送信用遅延素子６は屈折角度制御器９に接続されている。屈折角度制御器９は、予め設定された数の振動子４ａを１つのグループとする振動子群を選択する回路と、前記グループを切り替える回路と、グループの各振動子４ａを駆動するタイミングを各パルサ５に与える回路と、送信用遅延素子６及び受信用遅延素子８に遅延時間を与える回路とを備えている。
屈折角度制御器９により、振動子群が選択され、選択された各振動子４ａに対し、対応する送信用遅延素子６によって、各振動子４ａを駆動するタイミングに、屈折角度制御器９により制御された遅延時間を加算したタイミングが各パルサ５に与えられる。前記タイミングでパルサ５により送信電圧を印加することにより、振動子４ａから鋼管１中に超音波ビームが送信される。
【００２６】
きずエコー等の受信は下記のように実施される。
選択された振動子群の各振動子４ａに受信された信号は、レシーバ７に入力される。レシーバ７に入力された信号は、受信用遅延素子８が屈折角度制御器９により制御された遅延時間を与えられて、加算器１０へ出力される。
受信信号は、加算器１０により合成され、増幅器１１により評価に必要な信号レベルまで増幅される。増幅された信号値は、きず評価器１２により予め決められたしきい値と比較されて、きずの有無が評価される。
この実施の形態に係る超音波探傷装置においては、超音波ビーム形成に寄与する、例えば１６個の選択振動子群を所定間隔で順次切り替えて走査することにより、鋼管１に屈折入射する角度を変えて、溶接部２の全断面を探傷することができる。
【００２７】
図１においては、内面側を０．５スキップで探傷し、外面側（アレイ探触子４設置側）を１．０スキップで探傷しているビームの状態を示すが、鋼管１の肉厚方向に多段的にビーム照射位置を変え、溶接部２の全断面を探傷するようにするのが好ましい。後述するように、本願発明者らは内外面の探傷以外に、肉厚中央部（０．７５スキップ）を探傷する試験も行っている。
【００２８】
この実施の形態においては、下記の遅延を与えた。なお、遅延時間の単位はいずれもｎｓである。
ＣＨ１  ：１７０、  ＣＨ２  ：１３０、
ＣＨ３  ：  ９０、  ＣＨ４  ：  ６０、
ＣＨ５  ：  ３５、  ＣＨ６  ：  ２０、
ＣＨ７  ：    ５、  ＣＨ８  ：    ０、
ＣＨ９  ：    ０、  ＣＨ１０：    ５、
ＣＨ１１：  ２０、  ＣＨ１２：  ３５、
ＣＨ１３：  ６０、  ＣＨ１４：  ９０、
ＣＨ１５：１３０、  ＣＨ１６：１７０
選択振動子群を順次切り替えるときも、これらの送受信遅延時間は同一パターンで与える。すなわち、両端の振動子４ａには常に中央部の振動子４ａに比べ１７０ｎｓ程度の遅延を与える。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１の超音波探傷装置においては、くさび３として１／４円柱を用いたので、送受信遅延時間を与えない場合、各選択振動子群で送受信される超音波ビームはくさび３と鋼管１間の境界面に集束し、鋼管１の内部では拡散しながら伝搬することになり、きず検出能が低下する。
このため、実施の形態１においては、溶接部２までの距離に対応する送受信遅延を与えて、超音波ビームを集束する。しかしながら、送受信遅延時間を与えるためには、送信用遅延素子６群及び受信用遅延素子８群が必要となり、それだけ電子回路的にも複雑、かつ高価なものとなる。また、実施の形態１で与える遅延時間は最大で２００ｎｓｅｃ程度であるが、前述のように波形ひずみ、持続時間増大等の問題が残存している。
【００３０】
そこで、本願発明者らはアレイ探触子４を配設するくさび３の形状を検討することにより、送受信遅延時間を与える必要がない超音波探傷装置を開発した。
図２は、本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置を示す模式図であり、図中、図１と同一部分は同一符号で示してある。
この実施の形態２においては、くさび３の形状は、曲率２００ｍｍＲの円柱の一部を切り取る形状をなしており、溶接部２側の端面（超音波ビーム進行側）をこれと反対側の端面より大きくしてある。その結果、送受信遅延時間を与えなくても、鋼管１中のビーム路程で略４５ｍｍの位置に集束するようになっている。
【００３１】
くさび３の溶接部２側の端面には、くさび３内部の乱反射信号を抑制するための吸音材１３が張り付けられている。また、くさび３と鋼管１との接触面は、各選択振動子群で送受信する超音波ビームが通過するのに必要十分な領域（長さ５０ｍｍ×くさび３の幅程度）を除いて、安定接触させ、くさび３内の音波の乱反射を防止するための切り込みが設けられている。
この実施の形態においては、送受信遅延が不要となるため、送信用遅延素子６群及び受信用遅延素子８群が不要となり、電子回路が簡素化され、安価に製造でき、安価な超音波探傷装置の提供を可能としている。
【００３２】
【実施例】
以下に、実施の形態１及び２を実施例によりさらに詳しく説明する。
［実施例１］
実施例１においては、実施の形態１に係る超音波探傷装置を用い、送受信遅延時間を与えずに、選択振動子群を切り替えて探傷を実施した。振動子群を切り替えることにより、屈折角度が変更され、鋼管１中に入射する超音波ビームが偏向される。
図３は、肉厚４０ｍｍの鋼板に人工きずを設けた状態を示す図であり、図３（ａ）は側面図、図３（ｂ）は平面図である。
図４は、実施の形態１に係る超音波探傷装置を用い、実施例１の方法により前記鋼板の人口きずを調べた場合を示す波形図であり、図４（ａ）は鋼板の板厚中央部の横穴を探傷した場合、（ｂ）は外面部のスリットを探傷した場合、（ｃ）は内面部のスリットを探傷した場合を示す。図中の矢印はきず波形位置を示す。
【００３３】
前記アレイ探触子４についてきずの加工位置からの距離を一定に保持しながら、選択振動子群を順次切り替えて内外面スリット及び板厚中央部の横穴を検出した結果を示している。各部の検出時の屈折角度は以下の通りである。
・内面スリット検出時の屈折角度：約７０°
・外面スリット検出時の屈折角度：約５５°
・中央横穴検出時の屈折角度    ：約６３°
【００３４】
同時に、通常の斜角探傷試験を実施した。この探傷試験では、屈折角度を５５°に固定し、鋼板の板厚方向のきず深さに応じて探触子の位置を変更し、最もＳＮ比が優れた位置において探傷を行った。きずからの離隔距離は概ね、内面きず：０．５スキップ、外面きず：１．０スキップ、中央横穴：０．７５スキップとした。
【００３５】
図５は、実施例１と、前記斜角探傷の２つの方法できずを探傷した場合のＳＮ比を示すグラフである。実施例１ではきず加工位置からアレイ探触子４までの距離を一定に保持しているにも関わらず、屈折角度を変えながら探傷することにより、きずとの距離を最適に調整した通常の斜角探傷と同程度のＳＮ比が得られていることが判る。すなわち、アレイ探触子４が１つで、通常の斜角探触子の３つ分の探傷範囲をカバーすることになる。
表１に、前記の内外面スリットきずを通常の探触子及び本発明のアレイ探触子４により探傷した場合の感度差を示す。
【００３６】
【表１】
0003729044.tif 000002
【００３７】
表１より、本発明のアレイ探触子４を用いた場合、通常の斜角探傷よりも内外面スリットきずの感度差が少ないことが判る。これは下記の理由による。
図６は、屈折角度２０°〜８０°の範囲において、屈折角度と相対エコー強度の相関関係を示したグラフである。
通常の斜角探傷では屈折角度は同一にし、きずからの距離を変えて内外面きずを検出するので、内外面スリットそれぞれの感度（相対エコー強度）は図６の点Ａ、点Ｂとなる。
一方、実施例１に係る探傷では、きずからの距離は一定にし、屈折角を変えることにより内外面スリットを検出するので、内外面スリットそれぞれの感度は点Ａ、点Ｃとなる。図６より、点ＡＢ間の感度差に比べ、点ＡＣ間の感度差が小さいことが判る。
従って、本発明においては、内外面きずの感度差が小さい探傷を行うことが可能となり、同一寸法のきずであれば、内外面のどちらに存在していても同一のエコー強度で検出することができる。
【００３８】
また、順次選択振動子群を切り替えて走査を行うときに、各選択振動子群で送受信する超音波ビームは、くさび３と鋼管１との接触面上の、長さ２０ｍｍ×くさび３の幅程度の部分を通過することが実験により確認されているので、この部分の接触状態を安定させることにより、再現性のよい探傷を実施することができる。以上のように、本発明を適用することにより、ＳＡＷ鋼管等のオンライン探傷を行う場合に探触子４の数を大幅に削減することが可能となった。
【００３９】
［実施例２］
次に、実施例２に係る超音波探傷方法について説明する。この方法においては、実施の形態１に係る超音波探傷装置を用い、グループとして選択された各振動子４ａの送受信の遅延時間を探傷位置に合わせて変更する。
実施例２では、内面きず探傷の場合は、選択振動子群で送受信される超音波が溶接部２の内面に集束するような遅延時間を与え、外面きず探傷の場合は、溶接部２の外面でビームが集束するような遅延時間を与え、探傷の深さに合わせて送受信遅延時間を変更する。
【００４０】
図７は、実施例２と、前記斜角探傷の２つ方法により、図３の人工きずを探傷した場合のＳＮ比を示すグラフである。きずの深さに対応させて超音波ビームの集束位置を変えることによりＳＮ比が向上しており、実施例１に係る方法による図５の場合と比較して微小なきずまで検出可能になったことが判る。
被検査材の板厚によって、内外面、及び被検査材の板厚中央部までのビーム路程が変わるので、実施例２では被検査材の板厚及び探傷深さに対応させて送受信の遅延時間を変更する必要性があるが、この方法は微小きずまで検出する必要がある場合には極めて有効な探傷方法である。
【００４１】
［実施例３］
実施の形態２に係る超音波探傷装置を用い、送受信遅延を与えずに、超音波探傷を実施した。
図８は、実施例３に係る方法と、前記斜角探傷の２つ方法により、図３の人工きずを探傷した場合のＳＮ比を示すグラフである。図８より、実施例２の結果（図７参照）よりは若干劣るが、実施例１の結果（図５参照）、及び通常の斜角探傷に比肩するＳＮ比が得られており、十分にオンライン探傷に適用可能なことが判る。
【００４２】
図９は、深さ１０〜８０ｍｍに加工したφ３．２ｍｍ横穴から得られるきずエコー強度（相対エコー強度）の深さ依存性を示すグラフである。図９より、実施例２の方法によりきず深さに依存しない相対エコー強度が得られており、実施例１及び実施例３の場合、従来の斜角探傷方法と比較して、エコー強度の深さ依存性が減じていることがわかる。
【００４３】
以上のように、本発明は鋼管１の溶接部２に存在するきずを超音波探傷する方法において、溶接部２の片側から１つの探触子（溶接部両側から２個）を用いて、溶接部２から探触子４までの距離を一定に保ちながら、溶接線方向に直線走査するだけで、溶接部２の全断面を高精度に探傷することができる。
また、比較的小さな送受信遅延を与えるだけで肉厚方向の各深さで超音波ビームを集束することができ、溶接部２の全断面で微小きずの検出が可能となる。
そして、くさび３の形状を、集束位置が溶接部２内部の所定位置（例えば中央部）になるような形状にすることにより、送受信遅延処理をしなくても（またはごくわずかの遅延量を与えるのみで）集束点近傍の微小きずを検出することができる。
【００４４】
なお、前記実施の形態においては、ＳＡＷ鋼材溶接部探傷における縦方向きず検出（溶接線に垂直に超音波ビーム入射）につき説明しているが、これに限定されるものではなく、溶接線に対し斜めにビームを入射する横方向きず検出にも適用することが可能である。
さらに、本発明は、鋼管１の溶接部２の探傷に限定されるものではなく、鋼板の突き合わせ溶接部等の超音波探傷に適用することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上、詳述したように、第１発明及び第４発明による場合は、アレイ探触子との接触面を曲面状になした音響媒質体を用いるので、超音波送受信に関わる超音波振動子のグループを順次切り替えることにより、被検査部分への超音波入射点から探触子までの距離を一定に保ちながら、セクター走査同様の屈折角度変更を行うことができ、被検査部分の全断面を高精度に探傷することが可能になる。特に厚肉の溶接部を自動探傷し、内在きずを精度良く検出する溶接部の超音波探傷方法として有益である。
そして、各超音波振動子群で送受信する超音波ビームが音響媒質体と鋼管との接触部において、ほぼ同一の場所を通過するようになり、音響媒質体の長さの短縮を実現することができる。
また、選択振動子群を切り替えるだけで屈折角度の変更が可能であるので、各超音波振動子に送受信遅延を与えずに探傷することができる。
【００４６】
第２及び第５発明による場合は、少なくとも１回の鋼管内面での反射を利用して、鋼管の肉厚方向のビーム走査を行うようにしたので、鋼管の全断面に漏れなく超音波ビームを走査させることができる。
第６発明による場合は、屈折角度制御器が走査する屈折角度範囲を５５°〜７０°とするようにしたので、鋼管の全断面に漏れなく超音波ビームを走査させることができる。
第３及び第７発明による場合は、送受信遅延を与えるので、超音波ビームが鋼管中で拡散するのが防止される。また、遅延時間を小さく、波形歪みを極小化することができ、サイドローブによる虚像の発生を防止することができる。そして、選択振動子群毎に最大２００ｎｓｅｃ程度の比較的小さな送受信遅延を与えるだけで肉厚方向の各深さで超音波ビームを集束することができ、被検査部分の全断面で微小きず検出が可能となる。
【００４７】
第８発明による場合は、音響媒質体が、集束位置が鋼管内部の所定位置（例えば溶接部の中央部）になるような形状を有しているので、送受信遅延処理をしなくても（またはごくわずかの遅延量を与えるのみで）集束点近傍の微小きずを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超音波探傷装置を示す模式図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る超音波探傷装置を示す模式図である。
【図３】肉厚４０ｍｍの鋼板に人工きずを設けた状態を示す図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図４】実施例１の方法により前記鋼板の人口きずを調べた場合を示す波形図である。
【図５】実施例１と、斜角探傷の２つの方法できずを探傷した場合のＳＮ比を示すグラフである。
【図６】屈折角度２０°〜８０°の範囲において、屈折角度と相対エコー強度の相関関係を示したグラフである。
【図７】実施例２と、斜角探傷の２つ方法により、図３の人工きずを探傷した場合のＳＮ比を示すグラフである。
【図８】実施例３に係る方法と、斜角探傷の２つ方法により、図３の人工きずを探傷した場合のＳＮ比を示すグラフである。
【図９】きず深さと相対エコーとの相関関係を示したグラフである。
【図１０】従来の管軸方向きず検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図である。
【図１１】従来の管軸方向きず検査用探触子の配置及び超音波伝搬挙動を示す模式図である。
【符号の説明】
１    鋼管
２    溶接部
３    くさび
４    アレイ探触子
４ａ  超音波振動子
５    パルサ
６    送信用遅延素子
７    レシーバ
８    受信用遅延素子
９    屈折角度制御器
１２  きず評価器
【図１】
0003729044.tif 000003
【図２】
0003729044.tif 000004
【図３】
0003729044.tif 000005
【図４】
0003729044.tif 000006
【図５】
0003729044.tif 000007
【図６】
0003729044.tif 000008
【図７】
0003729044.tif 000009
【図８】
0003729044.tif 000010
【図９】
0003729044.tif 000011
【図１０】
0003729044.tif 000012
【図１１】
0003729044.tif 000013