(57)【要約】【課題】  フェーズドアレイＴＯＦＤ法を用いて端部エコーを明瞭に識別することを可能にする超音波探傷法及び超音波探傷装置を提供する。【解決手段】  送信用フェーズドアレイ探触子２から超音波を所望の焦点位置Ｘに集束させるように送信し、送信用フェーズドアレイ探触子２の回折波を受信用フェーズドアレイ探触子３で受信し、焦点位置Ｘを維持しつつ送信用フェーズドアレイ探触子２及び受信用フェーズドアレイ探触子３の少なくとも一方を被険部Ｔに沿って移動させて複数の異なる屈折角（α，β）による回折波を受信用フェーズドアレイ探触子３によって受信し、異なる屈折角（α，β）による受信信号に基づく探傷画像を表示する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信用フェーズドアレイ探触子から超音波を所望の焦点位置に集束させるように送信する集束ステップと、
前記送信用フェーズドアレイ探触子の回折波を受信用フェーズドアレイ探触子で受信する受信ステップと、
前記焦点位置を維持しつつ前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方を被険部に沿って移動させて複数の異なる屈折角による回折波を前記受信用フェーズドアレイ探触子によって受信する移動受信ステップと、
異なる屈折角による受信信号に基づく探傷画像を表示する画像表示ステップと、
を含むことを特徴とする超音波探傷法。
【請求項２】
前記移動受信ステップは、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子との間隔を一定に保って、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを移動させることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷法。
【請求項３】
前記移動受信ステップは、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを、両者の間隔を変更するように移動させることを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷法。
【請求項４】
前記画像表示ステップは、異なる屈折角で受信した複数の回折波信号に基づく複数の探傷画像を同時に画像表示することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の超音波探傷法。
【請求項５】
前記画像表示ステップは、異なる屈折角で受信した複数の回折波信号を平均化処理し、平均化処理した情報に基づいて探傷画像を画像表示することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の超音波探傷法。
【請求項６】
送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子を保持するとともに前記送信用フェーズドアレイ探触子及び前記受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方をモータ動力により被検部に沿って移動させるスキャン装置と、
前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の振動子を電子制御する電子制御装置と、
前記スキャン装置の位置情報及び前記電子制御装置の受信信号情報に基づいて探傷画像データを生成する演算処理装置と、
前記探傷画像データを画像表示する画像表示装置と、を備え、
前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子から超音波を所望の焦点位置に集束させるように送信するとともに、前記焦点位置を維持しつつ前記スキャン装置による前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方の移動に応じて複数の異なる屈折角及び焦点位置による回折波を前記受信用フェーズドアレイ探触子によって受信するように制御することを特徴する超音波探傷装置。
【請求項７】
前記スキャン装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子との間隔を一定に保って、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを移動させることを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記スキャン装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを、両者の間隔を変更するように移動させることを特徴とする請求項６に記載の超音波探傷装置。
【請求項９】
フェーズドアレイ探触子の振動子群を送信用の振動子群と受信用の振動子群とに分けて電子的に制御する電子制御装置と、
前記電子制御装置の送受信信号情報に基づいて探傷画像データを生成する演算処理装置と、
前記探傷画像データを画像表示する画像表示装置と、を備え、
前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方を電子的に移動させるとともに、送信用フェーズドアレイ探触子から超音波を所望の焦点位置に集束させるように送信し、前記焦点位置を維持しつつ前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方の移動に応じて複数の異なる屈折角による回折波を前記受信用の振動子によって受信するように制御することを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項１０】
前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子との間隔を一定に保って、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを移動させることを特徴とする請求項９に記載の超音波探傷装置。
【請求項１１】
前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを、両者の間隔を変更するように移動させることを特徴とする請求項９に記載の超音波探傷装置。
【請求項１２】
前記演算処理装置は、前記受信用フェーズドアレイ探触子で受信した複数の異なる屈折角の回折波信号を平均化処理する処理を含み、前記画像表示装置は、前記平均化処理した情報に基づいて探傷画像を表示することを特徴とする請求項９〜１１の何れかに記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェーズドアレイＴＯＦＤ法を用いた超音波探傷法及び超音波探傷装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超音波探傷法として、ＴＯＦＤ（Time Of Flight Diffraction：回折伝播時間）法が知られている（特許文献１、２、非特許文献１等）。
【０００３】
ＴＯＦＤ法は、図２０に示すように、一定間隔で対向配置した送受信探触子２０、２１を用い、欠陥Ｃの先端回折波２２の伝播時間計測により、欠陥の深さｄを高精度で測定する方法である。
【０００４】
欠陥の深さｄは、次式（１）で与えられる。
【０００５】
【数１】
2014048169.tif 000003
上式（１）において、Ｃは超音波伝搬速度、Ｓは（送信と受信の探触子の入射点間距離）／２、Ｔｄは材料表面経路（２ｓ）と欠陥端部伝播経路（２Ｗ）の超音波伝搬時間差である。
【０００６】
しかしながら、ＴＯＦＤ法は、超音波が広がることと回折波が微弱なことから、ステンレス鋼溶接部などの散乱減衰の大きな材料への適用が困難であった。
【０００７】
そこで、ＴＯＦＤ法にフェーズドアレイ探傷素子を用いて超音波ビームを集束させることにより、ステンレス鋼溶接部等への適用が可能となった（特許文献１、非特許文献２等）。これを「フェーズドアレイＴＯＦＤ法」と言う。
【０００８】
フェーズドアレイ探触子は、図２１に概念的に示すように、多数の微小な振動子３０（エレメントと称される。）を配列したアレイ探触子を用いて、その中の振動子に対して励起する個数、順番、時期を電子的に制御することによって、見かけの探触子の大きさ、屈折角（ビーム角とも言う。）、集束点の深さを任意に設定しての探傷が可能である。
【０００９】
さらに、フェーズドアレイ探傷素子にマトリクス探触子を用いることによって、幅方向の超音波ビームの集束効果の向上も図られている（特許文献３〜５、非特許文献３等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−６２２８１号公報
【特許文献２】特開平１１‐３１６２１５
【特許文献３】特開２００９−１８６４８９号公報
【特許文献４】特開２００１−２２８１２８号公報
【特許文献５】特開２０１２−２２０１３号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】三原毅著、「ＴＯＦＤ法の原理とＢＳ７７０６」、非破壊検査協会、非破壊検査第４９巻１２号、２０００年
【非特許文献２】石田仁志著、「超音波フェーズドアレイＴＯＦＤ法による厚肉ステンレス鋼配管溶接部の欠陥深さ測定技術の開発」、ＩＮＳＳ  ＪＯＵＲＮＡＬ  １３、２００６年
【非特許文献３】石田仁志、黒住保夫、藤井登著、「送受信分割型マトリクスアレイ超音波探触子によるステンレス鋼溶接部欠陥深さ測定技術の開発」、ＩＮＳＳ  ＪＯＵＲＮＡＬ  １３、２００６年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように従来ではフェーズドアレイ探傷素子を用いて超音波ビームを集束させることによりステンレス鋼溶接部への適用が可能となり、更にマトリクス探触子を用いることによって幅方向の超音波ビームの集束効果の向上が図れているが、フェーズドアレイ探傷画像に映し出される端部エコーの識別が困難な場合があった。
【００１３】
そこで、本発明は、フェーズドアレイＴＯＦＤ法を用いて端部エコーを明瞭に識別することを可能にする超音波探傷法及び超音波探傷装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するため、本発明に係る超音波探傷法は、送信用フェーズドアレイ探触子から超音波を所望の焦点位置に集束させるように送信する集束ステップと、前記送信用フェーズドアレイ探触子の回折波を受信用フェーズドアレイ探触子で受信する受信ステップと、前記焦点位置を維持しつつ前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方を被険部に沿って移動させて複数の異なる屈折角による回折波を前記受信用フェーズドアレイ探触子によって受信する移動受信ステップと、複数の異なる屈折角による受信信号に基づく探傷画像を表示する画像表示ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１５】
前記移動受信ステップは、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子との間隔を一定に保って、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを移動させることが好ましい。
【００１６】
また、前記移動受信ステップは、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを、両者の間隔を変更するように移動させることが好ましい。
【００１７】
また、前記画像表示ステップは、異なる屈折角で受信した複数の回折波信号に基づく複数の探傷画像を同時に画像表示することが好ましい。
【００１８】
また、前記画像表示ステップは、異なる屈折角で受信した複数の回折波信号を平均化処理し、平均化処理した情報に基づいて探傷画像を画像表示することが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係る超音波探傷装置は、第１の手段として、
送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子を保持するとともに前記送信用フェーズドアレイ探触子及び前記受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方をモータ動力により被検部に沿って移動させるスキャン装置と、
前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の振動子を電子制御する電子制御装置と、
前記スキャン装置の位置情報及び前記電子制御装置の受信信号情報に基づいて探傷画像データを生成する演算処理装置と、
前記探傷画像データを画像表示する画像表示装置と、を備え、
前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子から超音波を所望の焦点位置に集束させるように送信するとともに、前記焦点位置を維持しつつ前記スキャン装置による前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方の移動に応じて複数の異なる屈折角による回折波を前記受信用フェーズドアレイ探触子によって受信するように制御することを特徴する。
【００２０】
前記スキャン装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子との間隔を一定に保って、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを移動させることが好ましい。
【００２１】
前記スキャン装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを、両者の間隔を変更するように移動させるようにしても良い。
【００２２】
また、本発明に係る超音波探傷装置は、第２の手段として、
フェーズドアレイ探触子の振動子群を送信用の振動子群と受信用の振動子群とに分けて電子的に制御する電子制御装置と、
前記電子制御装置の送受信信号情報に基づいて探傷画像データを生成する演算処理装置と、
前記探傷画像データを画像表示する画像表示装置と、を備え、
前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方を電子的に移動させるとともに、送信用フェーズドアレイ探触子から超音波を所望の焦点位置に集束させるように送信し、前記焦点位置を維持しつつ前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の少なくとも一方の移動に応じて複数の異なる屈折角による回折波を前記受信用の振動子によって受信するように制御することを特徴とする。
【００２３】
本発明に超音波探傷装置の前記第２の手段において、前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子との間隔を一定に保って、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを移動させることが好ましい。
【００２４】
本発明に超音波探傷装置の前記第２の手段において、前記電子制御装置は、前記送信用フェーズドアレイ探触子と前記受信用フェーズドアレイ探触子とを、両者の間隔を変更するように移動させるようにしても良い。
【００２５】
本発明に係る超音波探傷装置の前記第１及び第２の手段の何れかにおいて、前記演算処理装置は、前記受信用フェーズドアレイ探触子で受信した複数の異なる屈折角の回折波信号を平均化処理する処理を含み、前記画像表示装置は、前記平均化処理した情報に基づいて探傷画像を表示することが好ましい。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、複数の異なる屈折角の回折波信号に基づく探傷画像を表示させることにより、従来では識別しにくかった端部エコーを明瞭に識別することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る超音波探傷装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１の超音波探傷装置を用いて探傷している状態を示す説明図である。
【図３】図１の超音波探傷装置を用いて探傷している他の状態を示す説明図である。
【図４】本発明に係る超音波探傷方法を説明するための説明図である。
【図５】本発明の実施試験に使用した試験体を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は長手方向の中央縦断面図、（ｃ）は短手方向の縦断面図である。
【図６】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図７】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図８】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図９】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１０】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１１】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１２】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１３】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１４】試験体の切断面写真である。
【図１５】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１６】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１７】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１８】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図１９】本発明の実施試験による探傷画像である。
【図２０】従来のＴＯＦＤ法の原理を示す説明図である。
【図２１】従来のフェーズドアレイの原理を示す説明図であり、（ａ）は超音波の斜め入射、（ｂ）は超音波の集束、（ｃ）は超音波の斜め入射と集束の組合せを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明に係る超音波探傷方法及び超音波探傷装置について、以下に図１〜図１９を参照して説明する。
【００２９】
超音波探傷装置１は、図１に示すように、送信用フェーズドアレイ探触子２及び受信用フェーズドアレイ探触子３を保持して制御モータ（図示せず）の動力により被検部Ｔに沿って移動させるスキャン装置４と、送信用フェーズドアレイ探触子２及び受信用フェーズドアレイ探触子３の振動子を電子制御する電子制御装置５と、スキャン装置４の位置情報及び電子制御装置５の受信信号情報に基づいて探傷画像データを生成する演算処理装置６と、探傷画像データを画像表示する画像表示装置７と、を備えている。
【００３０】
図示例では、送信用フェーズドアレイ探触子２及び受信用フェーズドアレイ探触子３は、１対のフェーズドアレイ探触子を用いている。また、図示例では、２次元状の行列配列をもつマトリックスアレイ探触子を用いている。２次元配列でなくても一次元一列配列のアレイ探触子も使用可能である。さらに、フェーズドアレイ探触子は、図示例のものに限らず、例えば１つのフェーズドアレイ探触子を送信側振動子群と受信側振動子群とに分けて電子的に制御することもできる。この場合、例えば、放射状同心円状に振動子を配列した円形アレイ探触子を送信側振動子群と受信側振動子群とに分けて用いることもできる。
【００３１】
スキャン装置４は、送信用フェーズドアレイ探触子２と受信用フェーズドアレイ探触子３との間隔を一定に保って被険体の表面に沿って移動させるようになっている。スキャン装置４は、詳細を図示しないが、ステッピングモータ、サーボモータ等の位置制御可能な制御モータ及び該制御モータを制御するコントローラ等を備えるとともに、ロータリーエンコーダを内蔵して位置情報を演算処理装置６に出力することができる。
【００３２】
電子制御装置５は、図２に示すように、送信用フェーズドアレイ探触子２の中の複数の振動子２ａからの超音波を所望の焦点位置Ｘに集束させるように、振動子２ａの送信時刻を制御して、超音波ビームを送信させる。焦点位置Ｘに欠陥Ｃの端部があれば欠陥Ｃの端部から回折波として発生する端部エコーを受信用フェーズドアレイ探触子３の中の複数の振動子３ａで同時に受信するように受信時刻を制御して、超音波ビームが受信される。図２は、送信ビームの屈折角αと受信ビームβの屈折角が同じ、即ち対称の状態を示している。
【００３３】
フェーズドアレイ探触子は一般に同一寸法の複数の振動子（エレメント）が同一ピッチで規則正しく配列されており、本発明において、屈折角とは、全振動子の振動子群の幅方向中心位置と超音波の集束点とを結ぶ線分と、前記幅方向中心位置を通り被険体Ｔの表面から被険体Ｔ内部に垂直に延びる法線との為す角のことである。
【００３４】
スキャン装置４によって送信用フェーズドアレイ探触子２と受信用フェーズドアレイ探触子３とが一定間隔を保って被険部Ｔの表面に沿って図２の状態から移動させられる間、図３に示すように、焦点位置Ｘは維持するように制御されるため、屈折角α、βは非対称に変化し、伝播経路も変化する。送信用フェーズドアレイ探触子２と受信用フェーズドアレイ探触子３の中点Ｍと焦点（交点）Ｘとを結ぶ線Ｌの中点Ｍにおける材料表面の法線Ｎとの角度を走査角γと称して図３中に表示している。
【００３５】
所望の焦点位置での複数の異なる屈折角での回折波受信信号は、電子制御装置５から演算処理装置６に入力される。演算処理装置６は、入力された回折波受信信号とスキャン装置４から入力された位置情報とを元に探傷画像データを生成し、生成した探傷画像データを画像表示装置７に入力する。
【００３６】
焦点位置Ｘは、き裂Ｃの先端が存在すると予想される周辺の複数の位置に設定され得る。き裂先端位置は、被険体表面のき裂開口の大きさから経験的に大まかに予想することができる。
【００３７】
図６を参照すれば、画像表示装置７では、異なる屈折角（図６では“走査角”で表示されている。）毎に、Ｃスコープ、Ｂスコープ、及びＤスコープの探傷画像が同時に表示されている。例えば、図６のＢスコープ探傷画像を参照すれば、異なる屈折角或いは走査角での画像を表示することで、従来（走査角＝０°に相当する。）では一つの画像でしか判断できなかったが、異なる屈折角での探傷画像を見比べることができる。
【００３８】
材料減衰が大きく、散乱波ノイズの大きい材料においては、欠陥先端に対する超音波ビーム軸の屈折角によって端部エコーの強度が異なると考えられ、複数の異なる屈折角条件により探傷データを得ることが、より確からしい探傷結果の判断に有効である。
【００３９】
被険体中の一つの焦点位置に対して複数の屈折角での回折波受信信号は、図４に概念的に示すように合成（以下、「マルチアングル合成」と称する。）することができる。マルチアングル合成は、演算処理装置６において行われ、具体的には、一つの焦点位置に対して複数の屈折角での回折波受信信号（強度）が平均化処理される。なお、図４に示されている格子線は、理解を助けるための仮想線である。
【００４０】
回折波受信信号には、欠陥位置から得られる欠陥エコーと材料中のランダムな位置に生じる散乱波ノイズがある。複数の異なる屈折角による探傷データを重ね合わせて平均値をとることによって、欠陥エコーは重畳して強調され、散乱波ノイズは相殺されて低減される。そのため、マルチアングル合成された探傷画像（たとえば図１０、図１６参照）では、欠陥の端部エコーをいっそう明瞭に識別することが可能となる。
【００４１】
上記実施形態では、送信用フェーズドアレイ探触子２と受信用フェーズドアレイ探触子３とが一定間隔を保持した状態で移動する例を示したが、本発明においては、１つの焦点位置に対して複数の屈折角（又は走査角）による回折波受信信号を得ることができれば良く、例えば、送信用フェーズドアレイ探触子２を固定しておいて受信用フェーズドアレイ探触子３を移動させたり、受信用フェーズドアレイ探触子３を固定しておいて送信用フェーズドアレイ探触子２を移動させたり、送信ビームと受信ビームの屈折角を対称性（α＝β）を維持して変化させるように受信用フェーズドアレイ探触子３と送信用フェーズドアレイ探触子２とを互いに接近又は離反させるように移動させたりすることもできる。
【実施例】
【００４２】
以下に実施例をあげて本発明を更に具体的に説明する。ただし、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００４３】
試験体
図５に、Ｎｉ基合金溶接部ＳＣＣ（Stress Corrosion Cracking：応力腐食割れ） 試験体を示す。図５（ａ）は平面図、図５（ｂ）は長手方向の中央縦断面図、図５（ｃ）は短手方向の縦断面図である。試験体は、厚さ４０ｍｍのステンレス鋼ＳＵＳ３１６平板１０，１１をインコネル６００溶接材により突合せ溶接したものである。溶接部１２に溶接線と直交方向に２個のＳＣＣ（ＳＣＣ‐Ａ、ＳＣＣ−Ｂ）および放電加工（Electric  Discharge Machining ; EDM）スリットを加工付与した。
【００４４】
ＳＣＣは、次の方法により付与した。突合せ溶接部のＳＣＣを付与する領域の表面を削除し、ＳＣＣが発生、進展しやすくさせるために高炭素量のインコネル６００溶接材を用いて肉盛、再溶接を行い、起点となるＥＤＭスリットを加工した。
【００４５】
肉盛溶接部に加工したＥＤＭスリットを起点に、試験体の溶接線と平行方向に引張荷重を加え、テトラチオン酸水溶液に浸漬させてＳＣＣを発生、進展させた。
【００４６】
試験装置
使用したフェーズドアレイ探触子は、周波数２．２５ＭＨｚ、配列２×１６または４×８のマトリクスアレイ探触子である。フェーズドアレイ探触子は試験体表面に直接接触またはウェッジを介して接触させて測定を行った。
【００４７】
試験条件
送信用と受信用のフェーズドアレイ探触子を移動させるために、走査スキャナを用いた。走査スキャナは、送信用と受信用のフェーズドアレイ探触子を一定間隔で保持して、試験体表面上を２次元方向に移動走査する。送信用と受信用のフェーズドアレイ探触子の超音波ビームの方向および移動走査方向を、ＳＣＣの割れ面に対して垂直方向とした。
【００４８】
前記送信用フェーズドアレイ探触子及び受信用フェーズドアレイ探触子の振動子を電子制御する電子制御装置として、市販のフェーズドアレイ超音波探傷装置と装置に付属の制御・データ収集ソフトを使用した。
【００４９】
市販の制御・データ収集ソフトは、本発明に従う処理機能は備えていないので、フェーズドアレイ探触子の振動子駆動時刻の設定機能により、屈折角条件を設定して探傷データの収録と表示を行った。屈折角条件は、走査スキャナにより一対の受信用及び送信用のフェーズドアレイ探触子を移動させる際に、送信用フェーズドアレイ探触子の個々の振動子（エレメント）から発せられる超音波が予め設定した焦点位置に集束するように、各振動子から超音波を発振するタイミングに時間差を与えるために、各振動子と焦点位置とを結ぶ経路の長さの差に基づいて各振動子の駆動時刻を算出して設定する。走査スキャナによる一対の受信用及び送信用のフェーズドアレイ探触子の移動にともなって、各振動子と焦点位置とを結ぶ経路の長さは変化するため、移動距離に応じて、振動子の駆動時刻が算出され設定される。受信用フェーズドアレイ探触子についても同様に、焦点位置から同時に発生する回折波を順次受信するように、各振動子と焦点位置とを結ぶ経路の長さの際に基づいて各振動子が受信する時刻を算出して設定する。
【００５０】
マルチアングル合成処理は、各屈折角の探傷データを平均化処理するプログラムを作成し、演算処理装置としてパソコンで解析処理した。
【００５１】
探傷条件として設定した焦点深さは、８〜２４ｍｍ範囲の４ｍｍ毎とした。走査角は垂直方向を中心に±４５°の範囲の１°毎とした。
【００５２】
試験結果
図６〜図９にＳＣＣ−Ａの探傷画像を示す。４種の探触子条件として、図６は２×１６マトリクスアレイ探触子のウェッジなし、図７は２×１６マトリクスアレイ探触子のウェッジあり，図８は４×８マトリクスアレイ探触子のウェッジなし、図９は４×８マトリクスアレイ探触子のウェッジあり、の結果を示している。図６〜図９は、探傷画像であり、上段から準に、Ｃスコープ（試験体上面からの平面図）、Ｂスコープ（ＳＣＣ割れ面に垂直方向における断面図）、およびＤスコープ（ＳＣＣ割れ面に平行方向における断面図）である。水平方向には、走査角‐３０°、−１５°、０°、１５°、３０°の探傷画像を示している。異なる焦点深さ条件で得られた探傷結果のうち、後述のＳＣＣ切断調査により測定されたＳＣＣ−Ａ深さに近い、焦点深さ８ｍｍの結果を図６〜図９に示した。
【００５３】
マルチアングル合成
図１０〜図１３に、図６〜図９に示した焦点深さ８ｍｍで異なる屈折角条件の探傷データを重ね合わせて平均化処理した結果を示す。図１０〜図１３は、異なる屈折角条件の結果が焦点深さ条件ごとに１枚の探傷画像として得られ、そのうち、焦点深さ８ｍｍのものを示したものである。
【００５４】
図６〜図９の個別の屈折角条件の画像では、ＳＣＣ端部エコーの下方の溶接部における散乱波による模様が現れていたが、図１０〜図１３ではマルチアングル合成による重ね合わせによって低減され、ＳＣＣの端部エコーが、高いＳＮ比により明瞭に識別することができた。
【００５５】
ＳＣＣ切断調査
図１４は、ＳＣＣ−Ａの破断調査結果を示し、割れ面に垂直方向に切断し、割れの断面を撮影した写真である。割れは複数存在し、その深さは６〜７ｍｍであった。
【００５６】
図１４を参照すると、ＳＣＣ下方に、ブローホール、高温割れなどいくつかの溶接欠陥が存在した。これらは、ＳＣＣ付与のための肉盛再溶接の際に発生したものである。
【００５７】
ＳＣＣ切断調査において発見された溶接欠陥は、図６〜図９とは異なる焦点深さ条件において検出されている。図１５に、ＳＣＣ−Ａの焦点深さ２０ｍｍの条件の探傷結果として、２×１６マトリクスアレイ探触子のウェッジなしの条件による例を示す。ＳＣＣの下方に、複数の反射源が得られた。しかし，これはＳＣＣのような表面からの割れではないと容易に判断できた。なぜなら、送信と受信の探触子が分割された探傷法においては、割れ面が複数ある場合には、割れ面が互いに障壁となって、それぞれの割れの先端エコーを個別に検出することはないからである。切断調査によって、これらの判断が適切であったことが確かめられた。
【００５８】
さらに、異なる焦点深さ条件の探傷データについても、マルチアングル合成による重ね合わせ（平均化処理）を行った。図１６〜図１９に、マルチアングル合成により、異なる屈折角条件に加えて、焦点深さ８〜２４ｍｍの４ｍｍ毎の異なる焦点深さ条件の探傷データを重ね合わせた結果を示す。異なる深さ位置にあるＳＣＣの端部エコーと再溶接部の溶接欠陥が、図１４のＳＣＣ断面図に相当する断面図の形で、一つの画像として得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、溶接部に限らず、応力腐食割れによるき裂深さの高精度の判定に利用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  超音波探傷装置
２  送信用フェーズドアレイ探触子
２ａ  振動子
３  受信用フェーズドアレイ探触子
３ａ  振動子
４  スキャン装置
５  電子制御装置
６  演算処理装置
７  画像表示装置
α、β  屈折角
Ｃ  き裂
Ｔ  検査体
Ｘ  焦点位置
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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