(57)【要約】【課題】外周面にテーパ部を有する様々な形状の配管に対して、その接合部分全体をより短時間で探傷することができる超音波探触子、超音波探傷装置、及び超音波探傷方法を提供する。【解決手段】配管と配管の端面に設けられた溶接部との境界を超音波探傷するための超音波探触子は、配管の外周面における境界に連なる直線部に配置され、境界のうち第１領域を超音波探傷する第１アレイと、配管の外周面における直線部に連なるテーパ部であって、境界から離間するにつれて配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置され、境界のうち第１領域とは異なる第２領域を超音波探傷する第２アレイと、を備え、第２アレイは、第２領域に対するセクタスキャンの実行によって、第２領域を超音波探傷するように構成される。【選択図】図４Ｂ
2018155582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管と前記配管の端面に設けられた溶接部との境界を超音波探傷するための超音波探触子であって、
前記配管の外周面における前記境界に連なる直線部に配置され、前記境界のうち第１領域を超音波探傷する第１アレイと、
前記配管の外周面における前記直線部に連なるテーパ部であって、前記境界から離間するにつれて前記配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置され、前記境界のうち前記第１領域とは異なる第２領域を超音波探傷する第２アレイと、を備え、
前記第２アレイは、前記第２領域に対するセクタスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷するように構成される超音波探触子。
【請求項２】
前記第１アレイは、前記第１領域に対するセクタスキャンの実行によって、前記第１領域を超音波探傷するように構成される請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項３】
前記第１アレイは、前記第１領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第１領域を超音波探傷するように構成される請求項１に記載の超音波探触子。
【請求項４】
前記第２アレイは、前記第２領域に対する前記セクタスキャンの実行に加えて、前記第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷するように構成される請求項３に記載の超音波探触子。
【請求項５】
前記第１アレイは、前記第１領域に対する前記タンデムスキャンの実行に加えて、前記第１領域に対するセクタスキャンの実行によって、前記第１領域を超音波探傷するように構成される請求項３に記載の超音波探触子。
【請求項６】
配管と前記配管の端面に設けられた溶接部との境界を超音波探傷するための超音波探触子であって、
前記配管の外周面における前記境界に連なる直線部に配置される第１アレイと、
前記配管の外周面における前記直線部に連なるテーパ部であって、前記境界から離間するにつれて前記配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置される第２アレイと、を備え、
前記第１アレイから発信された第１超音波が、前記境界のうち第１領域によって反射された後に、前記第２アレイで受信されることで、前記第１領域を超音波探傷し、
前記第２アレイは、前記境界のうち前記第１領域とは異なる第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷するように構成される超音波探触子。
【請求項７】
前記第１アレイから発信された第１超音波の進行方向と、前記第１超音波が入射した前記配管の入射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３０度以上５５度以下であり、且つ
前記第１超音波が前記配管に入射した第１入射波の進行方向と前記第１入射波を反射する前記第１領域の反射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３０度以上となるように構成される請求項１から６の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項８】
前記第２アレイから発信された第２超音波の進行方向と、前記第２超音波が入射した前記配管の入射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３０度以上５５度以下であり、且つ
前記第２超音波が前記配管に入射した第２入射波の進行方向と前記第２入射波を反射する前記第２領域の反射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３０度以上となるように構成される請求項１から７の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項９】
前記第１アレイは、前記第２アレイよりも振動子間の隙間が小さくなるように構成される請求項１から８の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項１０】
前記第１アレイと前記第２アレイとを角度可変に接続する接続部をさらに備える請求項１から９の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項１１】
前記第１アレイと前記第２アレイは角度固定に接続されており、
前記超音波探触子は、前記第１アレイと前記直線部との隙間、又は前記第２アレイと前記テーパ部との隙間、を埋めるスペーサをさらに備える請求項１から１０の何れか一項に記載の超音波探触子。
【請求項１２】
請求項１から１１の何れか一項に記載の超音波探触子を備える超音波探傷装置。
【請求項１３】
前記超音波探触子を前記配管の周方向に移動させる移動機構をさらに備える請求項１２に記載の超音波探傷装置。
【請求項１４】
請求項１乃至５の何れか一項に記載の超音波探触子を用いた超音波探傷方法であって、
前記第２アレイによって、前記第２領域に対してセクタスキャンを実行することで、前記第２領域を超音波探傷する第２領域探傷ステップを備える超音波探傷方法。
【請求項１５】
請求項６に記載の超音波探触子を用いた超音波探傷方法であって、
前記第１アレイから発信された第１超音波が、前記境界のうち第１領域によって反射された後に、前記第２アレイで受信されることで、前記第１領域を超音波探傷する第１領域探傷ステップと、
前記第２アレイによる、前記第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷する第２領域探傷ステップと、を備える超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、超音波探触子、超音波探傷装置、及び超音波探傷方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接部分など部材の接合部分の状態を超音波探傷にて検査するための幾つかの技術が提案されている。例えば、特許文献１には、容器に円形の穴を開けてノズルを溶接により接合した場合に、溶接部分に対して超音波探傷を行なうための検査方法及び装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平８−２７１６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
径が異なる２つの配管を接合する方法として、これら２つの配管の間にテーパ形状を有する配管を挿入して接合する方法がある。特に、このようなテーパ形状を有する配管は、外周面のうちテーパの付けられていない直線部を有する端部を備え、この端部で配管の接合を行なう方法がある。
この方法で接合された配管の接合部分全体を超音波探傷するために、テーパ部（外周面のうちテーパが付けられている部分）に超音波探触子を移動させ、さらに、直線部に超音波探触子を移動させて超音波で接合部分を走査する場合がある。
【０００５】
しかしながら、この場合、テーパ部に超音波探触子を設置して移動させた後に、直線部に超音波探触子を設置し直す必要がある点で、超音波探傷に時間を要する。また、特許文献１には、テーパ部から超音波を入力して超音波探傷を行なうことについては記載されていない。
【０００６】
また、外周面にテーパ部を有する配管の形状にも様々なものがある。
【０００７】
本発明の少なくとも幾つかの実施形態は上述の問題点に鑑みなされたものであり、外周面にテーパ部を有する様々な形状の配管に対して、その接合部分全体をより短時間で探傷することができる超音波探触子、超音波探傷装置、及び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】
【０００８】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探触子は、配管と前記配管の端面に設けられた溶接部との境界を超音波探傷するための超音波探触子であって、前記配管の外周面における前記境界に連なる直線部に配置され、前記境界のうち第１領域を超音波探傷する第１アレイと、前記配管の外周面における前記直線部に連なるテーパ部であって、前記境界から離間するにつれて前記配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置され、前記境界のうち前記第１領域とは異なる第２領域を超音波探傷する第２アレイと、を備え、前記第２アレイは、前記第２領域に対するセクタスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷するように構成される。
【０００９】
上記（１）の構成によれば、第１アレイは、配管の外周面における境界に連なる直線部に配置される。そして、この第１アレイは境界のうち第１領域を超音波探傷する。また、第２アレイは、配管の外周面における直線部に連なるテーパ部であって、境界から離間するにつれて配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置される。そして、この第２アレイは、境界のうち第１領域とは異なる第２領域を超音波探傷する。このように、配管の外周面における直線部とテーパ部とに跨って超音波探触子を設置することができるため、超音波探触子をテーパ部に設置した後に、直線部に設置し直す必要はなく、より短時間で超音波探傷を行なうことができる。
また、直線部に配置される第１アレイから超音波を発信して第１領域を超音波探傷し、テーパ部に配置される第２アレイから超音波を発信して第２領域を超音波探傷するので、配管と溶接部との境界全体を超音波探傷することができる。
【００１０】
配管と溶接部との境界を超音波探傷する方法として、例えば、セクタスキャンと呼ばれる方法がある。セクタスキャンは、複数の振動子のそれぞれを振動させるタイミングを調整することで生成された扇形の超音波ビームによって超音波探傷を行なう方法である。上記（１）の構成によれば、第２アレイは、第２領域に対するセクタスキャンの実行によって、第２領域を超音波探傷するように構成される。このため、第２領域に対してセクタスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管と溶接部との境界に対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記第１アレイは、前記第１領域に対するセクタスキャンの実行によって、前記第１領域を超音波探傷するように構成される。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、第１領域に対してセクタスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管と溶接部との境界に対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、前記第１アレイは、前記第１領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第１領域を超音波探傷するように構成される。
【００１４】
配管と溶接部との境界を超音波探傷する方法として、例えば、タンデムスキャンと呼ばれる方法がある。タンデムスキャンは、超音波を発信する振動子（送信用振動子）と超音波を受信する振動子（受信用振動子）とを別々に設け、送信用振動子、受信用振動子それぞれの位置を変えながら超音波探傷を行なう方法である。上記（３）の構成によれば、第１アレイは、第１領域に対するタンデムスキャンの実行によって、第１領域を超音波探傷するように構成される。このため、第１領域に対してタンデムスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管と溶接部との境界に対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記第２アレイは、前記第２領域に対する前記セクタスキャンの実行に加えて、前記第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷するように構成される。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、第２アレイによって第２領域に対してタンデムスキャンとセクタスキャンとの両方が実行されるので、第２領域の探傷結果の評価精度を向上させることができる。特に、損傷か境界エコーかの識別性を向上させることができる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、前記第１アレイは、前記第１領域に対する前記タンデムスキャンの実行に加えて、前記第１領域に対するセクタスキャンの実行によって、前記第１領域を超音波探傷するように構成される。
【００１８】
上記（５）の構成によれば、第１アレイによって第１領域に対してタンデムスキャンとセクタスキャンとの両方が実行されるので、第１領域の探傷結果の評価精度を向上させることができる。特に、損傷か境界エコーかの識別性を向上させることができる。
【００１９】
（６）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探触子は、配管と前記配管の端面に設けられた溶接部との境界を超音波探傷するための超音波探触子であって、前記配管の外周面における前記境界に連なる直線部に配置される第１アレイと、前記配管の外周面における前記直線部に連なるテーパ部であって、前記境界から離間するにつれて前記配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置される第２アレイと、を備え、前記第１アレイから発信された第１超音波が、前記境界のうち第１領域によって反射された後に、前記第２アレイで受信されることで、前記第１領域を超音波探傷し、前記第２アレイは、前記境界のうち前記第１領域とは異なる第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷するように構成される。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、第１アレイは、配管の外周面における境界に連なる直線部に配置される。第２アレイは、配管の外周面における直線部に連なるテーパ部であって、境界から離間するにつれて配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置される。このように、配管の外周面における直線部とテーパ部とに跨って超音波探触子を設置することができるため、超音波探触子をテーパ部に設置した後に、直線部に設置し直す必要はなく、より短時間で超音波探傷を行なうことができる。
また、第１アレイから発信された第１超音波が、第１領域によって反射された後に、第２アレイで受信されることで、第１領域を超音波探傷し、第２アレイは第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、第２領域を超音波探傷するので、配管と溶接部との境界全体を超音波探傷することができる。また、このような超音波探傷を行うのに適した配管と溶接部との境界に対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【００２１】
（７）幾つかの実施形態では、上記（１）から（６）の何れかに記載の一構成において、前記第１アレイから発信された第１超音波の進行方向と、前記第１超音波が入射した前記配管の入射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３０度以上５５度以下であり、且つ前記第１超音波が前記配管に入射した第１入射波の進行方向と前記第１入射波を反射する前記第１領域の反射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３５度以上となるように構成される。
【００２２】
本発明者らの知見によれば、図６Ａに示すように、往復透過率は、第１超音波の入射角度が０度から大きくなるにつれ増加するが、第１超音波の入射角度が２８度附近では往復透過率は０となり、その後急激に増加し、第１超音波の入射角度が３２度附近でピークとなる。そして、往復透過率はピークを超えると、第１超音波の入射角度が大きくなるにつれて減少し、第１超音波の入射角度が５５度より大きくなると急激に減少して、５８度付近では０となる。また、図６Ｂに示すように、反射率は、第１入射波の入射角度が０度から大きくなるにつれ減少し、第１入射波の入射角度が３０度附近では反射率が最も小さくなり、その後急激に増加し、第１入射波の入射角度が３２度附近でピークとなる。
【００２３】
上記（７）の構成によれば、第１アレイから発信された第１超音波は、第１超音波の入射角度が３０度以上５５数値度以下で配管内に入射するので、第１アレイから配管に入射した際の第１超音波の往復透過率は比較的高い。また、第１入射波は、第１入射波の入射角度が３５度以上で第１領域に入射するので、配管内の第１領域と反射した際の第１入射波の反射率は比較的高い。このため、第１アレイによって第１領域を精度良く超音波探傷することができる。
【００２４】
（８）幾つかの実施形態では、上記（１）から（７）の何れかに記載の一構成において、前記第２アレイから発信された第２超音波の進行方向と、前記第２超音波が入射した前記配管の入射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３０度以上５５度以下であり、且つ前記第２超音波が前記配管に入射した第２入射波の進行方向と前記第２入射波を反射する前記第２領域の反射面に対する垂直方向と、によって形成される入射角度が３５度以上となるように構成される。
【００２５】
上記（８）の構成によれば、第２アレイから発信された第２超音波は、第２超音波の入射角度が３０度以上５５度以下で配管内に入射するので、第２アレイから配管に入射した際の第２超音波の往復透過率は比較的高い。また、第２入射波は、第２入射波の入射角度が３５度以上で第２領域に入射するので、配管内の第２領域と反射した際の第２入射波の反射率は比較的高い。このため、第２アレイによって第２領域を精度良く超音波探傷することができる。
【００２６】
（９）幾つかの実施形態では、上記（１）から（８）の何れかに記載の一構成において、前記第１アレイは、前記第２アレイよりも振動子間の隙間が小さくなるように構成される。
【００２７】
第１アレイでは、第２アレイよりも伝播経路が短い超音波を受信する場合が多い。このため、上記（９）の構成によれば、第１アレイは、第２アレイよりも大きい周波数で第１領域を超音波探傷することができる。また、第２アレイは、第１アレイよりも超音波の減衰による影響を低減させて第２領域を超音波探傷することができる。
【００２８】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（１）から（９）の何れかに記載の一構成において、前記第１アレイと前記第２アレイとを角度可変に接続する接続部をさらに備える。
【００２９】
上記（１０）の構成によれば、第１アレイ及び第２アレイの両方が、配管の外周面に接した状態で超音波探傷を行なうことができる。このため、第１アレイ及び第２アレイの両方とも、超音波を発信した際に配管の外周面での反射が比較的少なくて済む。よって、超音波探触子は、超音波探傷を高精度に行なうことができる。
また、第１アレイと第２アレイとの角度が可変であることで、超音波探触子は様々なテーパ角度の配管の超音波探傷を高精度に行なうことができる。
【００３０】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（１）から（１０）の何れかに記載の一構成において、前記第１アレイと前記第２アレイは角度固定に接続されており、前記超音波探触子は、前記第１アレイと前記直線部との隙間、又は前記第２アレイと前記テーパ部との隙間、を埋めるスペーサをさらに備える。
【００３１】
上記（１１）の構成によれば、超音波探触子は、第１アレイと第２アレイとを角度可変に接続する仕組みを備える必要がないため、超音波探触子の構造を簡単にすることができる。
【００３２】
（１２）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷装置は、上記（１）から（１１）の何れかに記載の一構成の超音波探触子を備える。
【００３３】
上記（１２）に構成によれば、従来の超音波探傷装置よりも短時間で、配管と溶接部との境界全体を探傷することができる。
【００３４】
（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、前記超音波探触子を前記配管の周方向に移動させる移動機構をさらに備える。
【００３５】
上記（１３）の構成によれば、配管と溶接部との境界を周方向に走査することができる。このため、配管と溶接部との境界全体に対して超音波探傷を行なうことができる。
【００３６】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法は、上記（１）から（５）の何れか一つに記載の超音波探触子を用いた超音波探傷方法であって、前記第２アレイによって、前記第２領域に対してセクタスキャンを実行することで、前記第２領域を超音波探傷する第２領域探傷ステップを備える。
【００３７】
上記（１４）の方法によれば、第２領域探傷ステップにおいて、第２アレイは、第２領域に対するセクタスキャンの実行によって、第２領域を超音波探傷する。このため、第２領域に対してセクタスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管と溶接部との境界に対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【００３８】
（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係る超音波探傷方法は、上記（６）に記載の超音波探触子を用いた超音波探傷方法であって、前記第１アレイから発信された第１超音波が、前記境界のうち第１領域によって反射された後に、前記第２アレイで受信されることで、前記第１領域を超音波探傷する第１領域探傷ステップと、前記第２アレイによる、前記第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、前記第２領域を超音波探傷する第２領域探傷ステップと、を備える。
【００３９】
上記（１５）の方法によれば、第１領域探傷ステップにおいて、第１アレイから発信された第１超音波が、第１領域によって反射された後に、第２アレイで受信されることで、第１領域を超音波探傷する。また、第２領域探傷ステップにおいて、第２アレイは第２領域に対するタンデムスキャンの実行によって、第２領域を超音波探傷する。このため、このような超音波探傷を行うのに適した配管と溶接部との境界に対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、外周面にテーパ部を有する様々な形状の配管に対して、その接合部分（境界）全体をより短時間で探傷することができる超音波探触子、超音波探傷装置、及び超音波探傷方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の機能構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置によって超音波探傷が行なわれる配管の外形の例を示す概略外形図である。
【図３Ａ】外周面にテーパ構造を有する配管と溶接部との境界を拡大して示す断面図である。
【図３Ｂ】外周面にテーパ構造を有する配管と溶接部との境界を拡大して示す断面図である。
【図３Ｃ】外周面にテーパ構造を有する配管と溶接部との境界を拡大して示す断面図である。
【図４Ａ】本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ａに示した配管に対して配置した場合を示す図である。
【図４Ｂ】本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ｂに示した配管に対して配置した場合を示す図である。
【図４Ｃ】本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ｃに示した配管に対して配置した場合を示す図である。
【図４Ｄ】本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ｂに示した配管に対して配置した場合を示す図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る第１アレイから超音波が発信されている状態を示す拡大図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る第２アレイから超音波が発信されている状態を示す拡大図である。
【図６Ａ】屈折角度と往復透過率との関係を示す図である。
【図６Ｂ】入射角度と反射率との関係を示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ｂに示した配管に対して配置した場合を示す図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る超音波探触子の移動方向の例を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る表示部による超音波探傷の結果の表示の例を示す図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートである。
【図１１】本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートである。
【図１２】本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００４３】
本発明の一実施形態にかかる超音波探触子は、例えば後述する図３Ａ〜図３Ｃに示すような、外周面にテーパ構造を有する配管の溶接部を超音波探傷するためのものである。
【００４４】
図１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置の機能構成を示す概略ブロック図である。
【００４５】
図１に示すように、超音波探傷装置１は、超音波探触子１００と、処理装置２００とを備える。超音波探触子１００は、第１アレイ１１０と、第２アレイ１２０と、移動機構１３０とを備える。第１アレイ１１０は、複数の第１アレイ用振動子１１１を備える。第２アレイ１２０は、複数の第２アレイ用振動子１２１を備える。処理装置２００は、信号入出力部２１０と、表示部２２０と、操作入力部２３０と、記憶部２８０と、制御部２９０とを備える。超音波探触子１００は、さらに後述する接続部１４０を備える。
【００４６】
超音波探傷装置１は、テーパ（Ｔａｐｅｒ）形状を有する配管の溶接部に対して超音波探傷を行なう。超音波探触子１００は、超音波の入出力を行なう。具体的には、超音波探触子１００は、探傷対象に超音波を発し、反射した超音波を検出する。
【００４７】
第１アレイ１１０は、配管の外周面における境界に連なる直線部に配置されて、配管と配管の端面に設けられた溶接部との境界のうち第１領域を超音波探傷する。
【００４８】
ここで、直線部は、配管の外周面のうちテーパを付けられていない部分である。また、本開示における第１領域は、配管と溶接部との境界を２つに分けた各領域のうち配管の外周面側の領域である。また、第２領域は、配管と溶接部との境界を２つに分けた各領域のうち第１領域以外の領域である。従って、第２領域は、配管と溶接部との境界を２つに分けた各領域のうち、第１領域よりも内側（配管の中心側）の領域である。後述するように、第２アレイ１２０によって第２領域を超音波探傷する。
【００４９】
第２アレイ１２０は、配管の外周面における直線部に連なるテーパ部であって、境界から離間するにつれて配管の軸線との距離が近くなるテーパ部に配置されて、配管と配管の端面に設けられた溶接部との境界のうち第２領域を超音波探傷する。上述したように、第２領域は、配管と溶接部との境界における第１領域よりも内側の領域である。ここで、テーパ部は、配管の外周面のうちテーパを付けられている部分である。
【００５０】
配管と溶接部との境界を超音波探傷する方法として、例えば、セクタスキャンと呼ばれる方法がある。セクタスキャンは、複数の振動子のそれぞれを振動させるタイミングを調整することで生成された扇形の超音波ビームによって超音波探傷を行なう方法である。
【００５１】
第２アレイ用振動子１２１の各々は、制御部２９０の制御に従って、超音波を発信し、また、超音波を受信する。このため、第２アレイ用振動子１２１の各々が所定のタイミング及び強度で超音波を発信することで、第２アレイ１２０は第２領域に対してセクタスキャンを実行することができる。
尚、第２アレイ１２０が備える第２アレイ用振動子１２１の数は、セクタスキャン及び後述するタンデムスキャンを実行可能な数であればよい。
【００５２】
移動機構１３０は、制御部２９０の制御に従って、超音波探触子１００を配管の周方向に移動させる。これにより、超音波探傷装置１は、配管と溶接部との境界を周方向に走査することができる。移動機構１３０は、例えば１ミリメートル（ｍｍ）毎など、所定の走査間隔毎に超音波探触子１００を移動させる。そして、超音波探傷装置１は、移動機構１３０が超音波探触子１００を移動させる毎に超音波探傷を行なう。
【００５３】
処理装置２００、第１アレイ用振動子１１１の各々、及び、第２アレイ用振動子１２１の各々を制御して超音波を発信させる。また、処理装置２００は、第１アレイ用振動子１１１の各々、及び、第２アレイ用振動子１２１の各々が受信した超音波を解析する。処理装置２００は、例えばコンピュータを用いて構成される。
【００５４】
信号入出力部２１０は、超音波探触子１００との間で信号のやり取りを行なう。特に、信号入出力部２１０は、超音波の出力を指示する信号を制御部２９０から取得して超音波探触子１００へ出力する。また、信号入出力部２１０は、超音波探触子１００による超音波受信結果を示す信号を超音波探触子１００から取得して制御部２９０へ出力する。
【００５５】
表示部２２０は、例えば液晶パネル等の表示画面を備え、各種画像を表示する。特に、表示部２２０は、超音波探触子１００による超音波受信結果（すなわち、超音波探探傷の結果）を示す画像を、制御部２９０の制御に従って表示する。具体的には、表示部２２０は、第１アレイ１１０による超音波探傷の結果を示す画像と第２アレイ１２０による超音波探傷の結果を示す画像とをつなぎ合わせた１つの画像を表示する。
【００５６】
操作入力部２３０は、例えば押ボタン等の入力デバイスを備え、ユーザ操作を受ける。例えば、操作入力部２３０は超音波探傷開始を指示するユーザ操作を受ける。操作入力部２３０は、受けたユーザ操作を示す信号を制御部２９０へ出力する。
【００５７】
記憶部２８０は、処理装置２００が備える記憶デバイスを用いて構成され、各種情報を記憶する。
【００５８】
制御部２９０は、処理装置２００の各部を制御して各種処理を実行する。制御部２９０は、例えば処理装置２００が備えるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）が記憶部２８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
【００５９】
図２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷装置によって超音波探傷が行なわれる配管の外形の例を示す概略外形図である。
【００６０】
図２に示すように、第１配管９１０と第２配管９２０とが溶接部９３０にて溶接されている。第２配管９２０の外周面には、直線部９２１とテーパ部９２２とが含まれている。第２配管９２０の端部は、その外周面に直線部９２１を含む。そして、この端部が溶接部９３０に接している。また、軸線Ｌ１１は第２配管９２０の軸線である。
【００６１】
ここで、直線部９２１は、第２配管９２０の外周面のうち軸線Ｌ１１に対して平行な部分である。テーパ部９２２は、第２配管９２０の外周面のうち、第２配管９２０と溶接部９３０との境界から離間するにつれて第２配管９２０の軸線Ｌ１１との距離が近くなる部分である。第２配管９２０は配管（テーパ形状を有する配管）の例に該当する。
超音波探傷装置１は、第２配管９２０と溶接部９３０との境界面を超音波探傷する。
【００６２】
図３Ａ〜図３Ｃは、外周面にテーパ構造を有する配管と溶接部との境界を拡大して示す断面図である。
【００６３】
図３Ａ〜図３Ｃに示すように、配管９２０のそれぞれは、溶接部９３０との境界Ａ付近の配管９２０形状が互いに異なっている場合がある。
【００６４】
図３Ａ〜図３Ｃに示した実施形態では、テーパ部９２２は外周面側変曲点９２７を介して直線部と連なっている。そして、外周面における直線部９２１の長さは、図３Ａが一番短く、次いで図３Ｂ、図３Ｃの順に長くなっている。また、外周面におけるテーパ部９２２のテーパ角度αは、図３Ａが一番小さく、次いで図３Ｂ、図３Ｃの順に大きくなっている。
【００６５】
次に図３Ａ〜図３Ｃに示した配管９２０それぞれについて、内周面の形状の違いを説明する。図３Ａに示した配管９２０は、配管９２０の内周面のうち境界Ａに連なり、軸線Ｌ１１に対して平行な内周面側直線部９２６を含む。また、配管９２０の内周面のうち内周面側変曲点９２８を介して内周面側直線部９２６と連なり、境界Ａから離間するにつれて配管９２０の軸線Ｌ１１との距離が遠くなる内周面側テーパ部９２４Ｕを含む。
【００６６】
図３Ｂに示した配管９２０は、配管９２０の内周面のうち境界Ａに連なり、境界Ａから離間するにつれて配管９２０の軸線Ｌ１１との距離が近くなる内周面側テーパ部９２４Ｄを含む。また、配管９２０の内周面のうち内周面側変曲点９２８を介して内周面側テーパ部９２４Ｄと連なり、配管９２０の軸線Ｌ１１に対して平行な内周面側直線部９２６を含む。
【００６７】
図３Ｃに示した配管９２０は、配管９２０の内周面のうち境界Ａに連なるシンニング９２５を含む。また、配管９２０の内周面のうちシンニング９２５に連なり、配管９２０の軸線１１に対して平行な内周面側直線部９２６を含む。
【００６８】
図４Ａは、本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ａに示した配管に対して配置した場合を示す図である。図４Ｂは、本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ｂに示した配管に対して配置した場合を示す図である。図４Ｃは、本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ｃに示した配管に対して配置した場合を示す図である。
【００６９】
図４Ａ〜図４Ｃに示すように、超音波探触子１００は、第１アレイ１１０と第２アレイ１２０とを備える。第１アレイ１１０は、配管９２０の外周面のうち直線部９２１に配置されている。そして、この第１アレイ１１０は、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａのうち第１領域Ａ１１を超音波探傷するように構成されている。
【００７０】
第２アレイ１２０は、配管９２０の外周面のうちテーパ部９２２に配置されている。そして、この第２アレイ１２０は、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａのうち第２領域Ａ１２を超音波探傷するように構成されている。特に、第２アレイ１２０は、上述したように制御部２９０の制御によって、第２領域Ａ１２に対するセクタスキャンの実行によって、第２領域Ａ１２を超音波探傷するように構成されている。図４Ａ〜図４Ｃに示した実施形態では、第２アレイ１２０は第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンを実行している。
【００７１】
このような本発明の一実施形態に係る超音波探触子１００によれば、第１アレイ１１０は、配管９２０の外周面における境界Ａに連なる直線部９２１に配置される。そして、この第１アレイ１１０は境界Ａのうち第１領域Ａ１１を超音波探傷する。また、第２アレイ１２０は、配管９２０の外周面における直線部９２１に連なるテーパ部９２２であって、境界Ａから離間するにつれて配管９２０の軸線Ｌ１１との距離が近くなるテーパ部９２２に配置される。そして、この第２アレイ１２０は、境界Ａのうち第１領域Ａ１１とは異なる第２領域Ａ１２を超音波探傷する。このように、配管９２０の外周面における直線部９２１とテーパ部９２２とに跨って超音波探触子１００を設置することができるため、超音波探触子１００をテーパ部９２２に設置した後に、直線部９２１に設置し直す必要はなく、より短時間で超音波探傷を行なうことができる。
【００７２】
また、このような本発明の一実施形態に係る超音波探触子１００によれば、直線部９２１に配置される第１アレイ１１０から超音波を発信して第１領域Ａ１１を超音波探傷し、テーパ部９２２に配置される第２アレイ１２０から超音波を発信して第２領域Ａ１２を超音波探傷するので、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａ全体を超音波探傷することができる。
【００７３】
幾つかの実施形態では、上述したように、内周面に境界Ａに連なる内周面側テーパ部９２４Ｄを含む配管９２０と溶接部９３０との境界Ａを超音波探傷する場合において、第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンを実行するように構成される。このような構成によれば、第２アレイ１２０は、内周面側テーパ部９２４Ｄで反射した超音波を受信する必要がないので、配管９２０の内周面に内周面側テーパ部９２４Ｄが含まれていても、第２領域Ａ１２に対して超音波探傷を実行することができる。
【００７４】
幾つかの実施形態では、上述したように、内周面にシンニング９２５を含む配管９２０と溶接部９３０との境界Ａを超音波探傷する場合において、第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンを実行するように構成される。このような構成によれば、第２アレイ１２０は、シンニング９２５で反射した超音波を受信する必要がないので、配管９２０の内周面にシンニング９２５が含まれていても、第２領域Ａ１２に対して超音波探傷を実行することができる。
【００７５】
このような本発明の一実施形態に係る超音波探触子１００によれば、第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対するセクタスキャンの実行によって、第２領域Ａ１２を超音波探傷するように構成される。このため、第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管９２０と溶接部９３０との境界に対して、短時間で境界Ａ全体を探傷することができる。
【００７６】
尚、幾つかの実施形態では、配管９２０の軸線方向における外周面側変曲点９２７の位置が内周面側変曲点９２８の位置よりも境界Ａに近い形状を有する配管９２０と溶接部９３０との境界Ａを超音波探傷する場合において、第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンを実行するように構成される。
【００７７】
幾つかの実施形態では、第１アレイ１１０は、第１領域Ａ１１に対するセクタスキャンの実行によって、第１領域Ａ１１を超音波探傷するように構成される。図４Ａ〜図４Ｃに示した実施形態では、第１アレイ１１０は第１領域Ａ１１に対してセクタスキャンを実行している。
【００７８】
上述した第２アレイ用振動子の各々と同様に、第１アレイ用振動子１１１の各々は、処理装置２００からの信号に従って、超音波を発信し、また、超音波を受信するように制御される。このため、第１アレイ用振動子１１１の各々が所定のタイミング及び強度で超音波を発信することで、第１アレイ１１０はセクタスキャンを第１領域Ａ１１に対して実行することができる。
【００７９】
このような構成によれば、第１領域Ａ１１に対してセクタスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管９２０と溶接部９３０との境界Ａに対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【００８０】
幾つかの実施形態では、第１アレイ１１０は、第１領域Ａ１１に対するタンデムスキャンの実行によって、第１領域Ａ１１を超音波探傷するように構成される。
【００８１】
配管９２０と溶接部９３０との境界Ａを超音波探傷する方法として、例えば、タンデムスキャンと呼ばれる方法がある。タンデムスキャンは、超音波を発信する振動子（送信用振動子）と超音波を受信する振動子（受信用振動子）とを別々に設け、送信用振動子、受信用振動子それぞれの位置を変えながら超音波探傷を行なう方法である。
【００８２】
上述したように、第１アレイ用振動子１１１の各々は、制御部２９０の制御に従って、超音波を発信し、また、超音波を受信する。このため、処理装置２００は、第１アレイ用振動子１１１の一部を送信用振動子に設定し、残りの第１アレイ用振動子１１１の一部を受信用振動子に設定する。そして、送信用振動子に設定された第１アレイ用振動子１１１の各々が所定のタイミング及び強度で所定の向きに超音波を発信することで、第１アレイ１１０は第１領域Ａ１１に対してタンデムスキャンを実行することができる。
尚、第１アレイ１１０が備える第１アレイ用振動子１１１の数は、セクタスキャン及びタンデムスキャンを実行可能な数であればよい。
【００８３】
第１アレイ１１０から第１領域Ａ１１までの距離は、第２アレイ１２０から第２領域Ａ１２までの距離と比較して短い。このため、第１アレイ１１０が第１領域Ａ１１に対してセクタスキャンを実行（扇型の超音波ビームを発信）すると、第１領域Ａ１１の全体に対して超音波探傷が行なわれず、第１領域Ａ１１内に超音波探傷が行なわれない領域が生じる場合がある。
【００８４】
このような構成によれば、第１アレイ１１０は、セクタスキャンより幅広く超音波探傷することが可能なタンデムスキャンによって第１領域Ａ１１を超音波探傷する。このため、第１領域Ａ１１に対してタンデムスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管９２０と溶接部９３０との境界Ａに対して、短時間で境界Ａ全体を探傷することができる。
【００８５】
幾つかの実施形態では、第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対するセクタスキャンの実行に加えて、第２領域Ａ１２に対するタンデムスキャンの実行によって、第２領域Ａ１２を超音波探傷するように構成される。
【００８６】
上述したように、第２アレイ用振動子１２１の各々は、処理装置２００からの信号に従って、超音波を発信し、また、超音波を受信するように制御される。処理装置２００は、第２アレイ用振動子１２１の一部を送信用振動子に設定し、残りの第２アレイ用振動子１２１の一部を受信用振動子に設定する。そして、送信用振動子に設定された第２アレイ用振動子１２１の各々が所定のタイミング及び強度で所定の向きに超音波を発信することで、第２アレイ１２０は、セクタスキャンに加えて、タンデムスキャンを第２領域Ａ１２に対して実行することができる。
【００８７】
この場合、第２アレイ１２０は、タンデムスキャンとセクタスキャンとが同時に実行されるように構成されてもよい。つまり、第２アレイ用振動子１２１の一部でタンデムスキャンを実行し、残りの第２アレイ用振動子１２１の一部でセクタスキャンを実行してもよい。または、第２アレイ１２０は、タンデムスキャンの実行とタイミングをずらしてとセクタスキャンを実行するように構成されてもよい。
【００８８】
このような構成によれば、第２領域Ａ１２に対して、タンデムスキャンとセクタスキャンとが実行されるので、第２領域Ａ１２の探傷結果の評価精度を向上させることができる。特に、損傷か境界エコーかの識別性を向上させることができる。
【００８９】
幾つかの実施形態では、第１アレイ１１０は、第１領域Ａ１１に対するタンデムスキャンの実行に加えて、第１領域Ａ１１に対するセクタスキャンの実行によって、第１領域Ａ１１を超音波探傷するように構成される。
【００９０】
上述したように、第１アレイ用振動子１１１の各々は、処理装置２００からの信号に従って、超音波を発信し、また、超音波を受信するように制御される。このため、第１アレイ用振動子１１１の各々が所定のタイミング及び強度で超音波を発信することで、第１アレイ１１０は、タンデムスキャンに加えて、セクタスキャンを第１領域Ａ１１に対して実行する。
【００９１】
この場合、第１アレイ１１０は、タンデムスキャンとセクタスキャンとが同時に実行されるように構成されてもよい。つまり、第１アレイ用振動子１１１の一部でタンデムスキャンを実行し、残りの第１アレイ用振動子１１１の一部でセクタスキャンを実行してもよい。または、第１アレイ１１０は、タンデムスキャンの実行とタイミングをずらしてとセクタスキャンを実行するように構成されてもよい。
【００９２】
このような構成によれば、第１領域Ａ１１に対して、タンデムスキャンとセクタスキャンとが実行されるので、第１領域Ａ１１の探傷結果の評価精度を向上させることができる。特に、損傷か境界エコーかの識別性を向上させることができる。
【００９３】
尚、上述した処理装置２００は、第１アレイ１１０をセクタスキャン又はタンデムスキャンを実行するように制御する。同様に、処理装置２００は、第２アレイ１２０をセクタスキャン又はタンデムスキャンを実行するように制御する。このため、第１アレイ１１０は第１領域Ａ１１に対してタンデムスキャンを実行し、第２アレイ１２０は第２領域Ａ１２に対してタンデムスキャンを実行するように構成されてもよい。あるいは、第１アレイ１１０は第１領域Ａ１１に対してタンデムスキャンとセクタスキャンとを実行し、第２アレイ１２０は第２領域Ａ１２に対してタンデムスキャンを実行するように構成されてもよい。
【００９４】
本発明の一実施形態に係る超音波探触子１００は、配管９２０と配管９２０の端面に設けられた溶接部９３０との境界Ａを超音波探傷するための装置である。そして、上述したように、このような超音波探触子１００は、配管９２０の外周面における境界Ａに連なる直線部９２１に配置される第１アレイ１１０と、配管９２０の外周面における直線部９２１に連なるテーパ部９２２であって、境界Ａから離間するにつれて配管９２０の軸線Ｌ１１との距離が近くなるテーパ部９２２に配置される第２アレイ１２０と、を備える。
【００９５】
そして、この超音波探触子１００は、図４Ｄに示すように、第１アレイ１１０から発信された第１超音波が、境界Ａのうち第１領域Ａ１１によって反射された後に、第２アレイ１２０で受信されることで、第１領域Ａ１１を超音波探傷（変則タンデムスキャン）する。図４Ｄに示した実施形態では、第１超音波が第１領域Ａ１１によって反射された後に、配管９２０の内周面側テーパ部９２４Ｄによって反射されてから第２アレイ１２０で受信されている。第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対するタンデムスキャンの実行によって、第２領域Ａ１２を超音波探傷するように構成される。
【００９６】
このような構成によれば、第１アレイ１１０は、配管９２０の外周面における境界Ａに連なる直線部９２１に配置される。第２アレイ１２０は、配管９２０の外周面における直線部９２１に連なるテーパ部９２２であって、境界Ａから離間するにつれて配管９２０の軸線Ｌ１１との距離が近くなるテーパ部９２２に配置される。このように、配管９２０の外周面における直線部９２１とテーパ部９２２とに跨って超音波探触子１００を設置することができるため、超音波探触子１００をテーパ部９２２に設置した後に、直線部９２１に設置し直す必要はなく、より短時間で超音波探傷を行なうことができる。
【００９７】
また、このような構成によれば、第１アレイ１１０から発信された第１超音波が、第１領域Ａ１１によって反射された後に、第２アレイ１２０で受信されることで、第１領域Ａ１１を超音波探傷し、第２アレイ１２０は第２領域Ａ１２に対するタンデムスキャンの実行によって、第２領域Ａ１２を超音波探傷するので、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａ全体を超音波探傷することができる。また、このような超音波探傷を行うのに適した配管９２０と溶接部９３０との境界に対して、短時間で境界全体を探傷することができる。
【００９８】
図５Ａは、本発明の一実施形態に係る第１アレイから超音波が発信されている状態を示す拡大図である。図５Ｂは、本発明の一実施形態に係る第２アレイから超音波が発信されている状態を示す拡大図である。図６Ａは、屈折角度と往復透過率との関係を示す図である。図６Ｂは、入射角度と反射率との関係を示す図である。
【００９９】
幾つかの実施形態では、図５Ａに示すように、第１アレイ１１０から発信された第１超音波Ｕ１の進行方向と、この第１超音波Ｕ１が入射した配管９２０の入射面に対する垂直方向（Ｌ１２）と、によって第１超音波Ｕ１の入射角度Ｄ１が形成される。そして、この第１超音波Ｕ１の入射角度Ｄ１は、３０度以上５５度以下となるように構成される。また、第１超音波Ｕ１が配管９２０に入射した第１入射波Ｓ１の進行方向と第１入射波Ｓ１を反射する第１領域Ａ１１の反射面に対する垂直方向（Ｌ１３）と、によって第１入射波Ｓ１の入射角度Ｄ２が形成される。そして、この第１入射波Ｓ１の入射角度Ｄ２は、３５度以上となるように構成される。
尚、第１超音波とは、第１アレイ用振動子１１１の各々から発信された超音波であってもよいし、第１アレイ用振動子１１１の各々から発信された超音波を合成した超音波であってもよい。
尚、第１超音波Ｕ１の入射角度Ｄ１は３５度以上５５度以下となることが好ましい。
【０１００】
ここで、往復透過率及び反射率について説明する。本発明者らの知見によれば、図６Ａに示すように、往復透過率は、入射角度が０度から大きくなるにつれ増加するが、入射角度が２８度附近では往復透過率は０となり、その後急激に増加し、入射角度が３２度附近でピーク（往復透過率がおよそ０．３）となる。そして、往復透過率はピークを超えると、入射角度が大きくなるにつれて減少し、入射角度が５５度より大きくなると急激に減少して、５８度付近では０となる。
【０１０１】
また、本発明者らの知見によれば、図６Ｂに示すように、反射率は、入射角度が０度から大きくなるにつれ減少し、入射角度が３０度附近では反射率が最も小さくなり、その後急激に増加し、入射角度が３２度附近でピークとなる。図６Ｂに示した実施形態では、反射率のピークが１となる角度（臨界角）が示されており、臨界角より大きくなっても反射率は１のままである。つまり、入射角度が臨界角以上であると、第１入射波Ｓ１は第１領域Ａ１１に対して完全反射する。
【０１０２】
幾つかの実施形態では、第１アレイ１１０は、第１超音波Ｕ１の入射角度Ｄ１が３０度以上５５度以下となるような第１超音波Ｕ１が第１アレイ１１０から発信されるように、処理装置２００によって制御される。この場合、処理装置２００は、既知であるテーパ角度α及びベベル角度β（開先の角度）などを考慮して、第１アレイ用振動子１１１の各々が超音波を発信するタイミングを制御する。
【０１０３】
幾つかの実施形態では、第１アレイ１１０は、第１入射波Ｓ１の入射角度Ｄ２が３５度以上（臨界角より大きい角度）となるような第１超音波Ｕ１が第１アレイ１１０から発信されるように、処理装置２００によって制御される。この場合、処理装置２００は、既知であるテーパ角度α及びベベル角度β（開先の角度）などを考慮して、第１アレイ用振動子１１１の各々が超音波を発信するタイミングを制御する。
【０１０４】
このような構成によれば、第１アレイ１１０から発信された第１超音波Ｕ１は、第１超音波Ｕ１の入射角度Ｄ１が３０度以上５５度以下で配管９２０内に入射するので、第１アレイ１１０から配管９２０に入射した際の第１超音波Ｕ１の往復透過率は比較的高い。また、第１入射波Ｓ１は、第１入射波Ｓ１の入射角度Ｄ２が３５度以上で第１領域Ａ１１に入射する。このため、第１入射波Ｓ１は第１領域Ａ１１によって完全反射される。よって、第１領域Ａ１１を精度良く超音波探傷することができる。
【０１０５】
幾つかの実施形態では、図５Ｂに示すように、第２アレイ１２０から発信された第２超音波Ｕ２の進行方向と、この第２超音波Ｕ２が入射した配管９２０の入射面に対する垂直方向（Ｌ１４）と、によって第２超音波Ｕ２の入射角度Ｄ１１が形成される。そして、この第２超音波Ｕ２の入射角度Ｄ１１は、３０度以上５５度以下となるように構成される。また、第２超音波Ｕ２が配管９２０に入射した第２入射波Ｓ２の進行方向と第２入射波Ｓ２を反射する第２領域Ａ１２の反射面に対する垂直方向（Ｌ１５）と、によって第２入射波Ｓ２の入射角度Ｄ１２が形成される。そして、この第２入射波Ｓ２の入射角度Ｄ１２は、３５度以上となるように構成される。
尚、第２超音波Ｕ２とは、第２アレイ用振動子１２１の各々から発信された超音波であってもよいし、第２アレイ用振動子１２１の各々から発信された超音波を合成した超音波であってもよい。
尚、第２超音波Ｕ２の入射角度Ｄ１１は３５度以上５５度以下となることが好ましい。
【０１０６】
幾つかの実施形態では、第２アレイ１２０は、第２超音波Ｕ２の入射角度Ｄ１１が３０度以上５５度以下となるような第２超音波Ｕ２が第２アレイ１２０から発信されるように、処理装置２００によって制御される。この場合、処理装置２００は、既知であるテーパ角度α及びベベル角度βなどを考慮して、第２アレイ用振動子１２１の各々が超音波を発信するタイミングを制御する。
【０１０７】
幾つかの実施形態では、第２アレイ１２０は、第２入射波Ｓ２の入射角度Ｄ１２が３５度以上となるような第２超音波Ｕ２が第２アレイ１２０から発信されるように、処理装置２００によって制御される。この場合、処理装置２００は、既知であるテーパ角度α及びベベル角度βなどを考慮して、第２アレイ用振動子１２１の各々が超音波を発信するタイミングを制御する。
【０１０８】
このような構成によれば、第２アレイ１２０から発信された第２超音波Ｕ２は、第２超音波Ｕ２の入射角度Ｄ１１が３０度以上５５度以下で配管９２０内に入射するので、第２アレイ１２０から配管９２０に入射した際の第２超音波Ｕ２の往復透過率は比較的高い。また、第２入射波Ｓ２は、第２入射波Ｓ２の入射角度Ｄ１２が３５度以上で第２領域Ａ１２に入射する。このため、第２入射波Ｓ２は第２領域Ａ１２によって完全反射される。よって、第２領域Ａ１２を精度良く超音波探傷することができる。
【０１０９】
幾つかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、第１アレイ１１０は、第２アレイ１２０よりも振動子間の隙間が小さくなるように構成される。図４Ａ〜図４Ｃに示した実施形態では、第１アレイ用振動子１１０間のピッチの長さＰ１は、第２アレイ用振動子１２０間のピッチの長さＰ２より短くなるように構成されている。
【０１１０】
上述したように、第１アレイ１１０から第１領域第Ａ１１までの距離は、第２アレイ１２０から第２領域Ａ１２までの距離よりも短い。このため、第１アレイ１１０は第２アレイ１２０よりも伝播経路が短い超音波を受信する場合が多い。このような構成によれば、第１アレイ１１０は、第２アレイ１２０よりも大きい周波数で第１領域Ａ１１を超音波探傷することができる。また、第２アレイ１２０は、第１アレイ１１０よりも超音波の減衰による影響を低減させて第２領域Ａ１２を超音波探傷することができる。
【０１１１】
幾つかの実施形態では、図４Ａ〜図４Ｃに示すように、超音波探触子１００は、第１アレイ１１０と第２アレイ１２０とを角度可変に接続する接続部１４０をさらに備える。これにより、第１アレイ１１０は、直線部９２１に接している。また、第２アレイ１２０は、テーパ部９２２に接している。
【０１１２】
このような構成によれば、第１アレイ１１０及び第２アレイ１２０の両方が、配管９２０の外周面に接した状態で超音波探傷を行なうことができる。このため、第１アレイ１１０及び第２アレイ１２０の両方とも、超音波を発信した際に配管９２０の外周面での反射が比較的少なくて済む。よって、超音波探触子１００は、超音波探傷を高精度に行なうことができる。
【０１１３】
また、このような構成によれば、第１アレイ１１０と第２アレイ１２０との角度が可変であることで、超音波探触子１００はいろいろなテーパ角度の配管９２０の超音波探傷を高精度に行なうことができる。
【０１１４】
図７は、本発明の一実施形態に係る超音波探触子を図３Ｂの配管に対して配置した場合の図である。
【０１１５】
幾つかの実施形態では、図７に示すように、第１アレイ１１０と第２アレイ１２０は角度固定に接続されている。そして、超音波探触子１００は、第１アレイ１１０と直線部９２１との隙間、又は第２アレイ１２０とテーパ部９２２との隙間を埋めるスペーサ１５０をさらに備える。
【０１１６】
図７に示した実施形態では、第１アレイ１１０と直線部９２１との隙間を埋めるスペーサ１５０を例にして説明する。第１アレイ１１０における第１アレイ用振動子１１１の配置は図３Ｂの場合と同様であるが、第１アレイ１１０と第２アレイ１２０とが直線状に結合されている点で図３Ｂの場合と異なる。また、第１アレイ１１０が直線部９２１に設置されている点は、図３Ｂの場合と同様であるが、第１アレイ１１０が直線部９２１に接していない点で図３Ｂの場合と異なる。さらに、第１アレイ１１０と直線部９２１との間にスペーサ１５０が設けられている点でも図３Ｂの場合と異なる。このような場合、超音波探触子１００は、接続部１４０に代えてスペーサ１５０を備える。
【０１１７】
スペーサ１５０は、配管９２０と同じ素材で出来ており、直線部９２１及び第１アレイ１１０と接している。すなわち、スペーサ１５０により、第１アレイ１１０と直線部９２１との間の隙間が埋められている。これにより、第１アレイ１１０が超音波を発信した際に直線部９２１での反射が比較的少なくて済む。この点で、超音波探傷装置１は、超音波探傷を高精度に行なうことができる。
尚、第２アレイ１２０は、テーパ部９２２に接した状態で、超音波探傷を行なう。これにより、第２アレイ１２０が超音波を発信した際にテーパ部９２２での反射が比較的少なくて済む。この点で、超音波探傷装置１は、超音波探傷を高精度に行なうことができる。
【０１１８】
このような構成によれば、第１アレイ１１０と第２アレイ１２０とは角度固定に接続されている。そして、スペーサ１５０は、第１アレイ１１０と直線部９２１との隙間を埋める。このため、超音波探触子１００は、第１アレイ１１０と第２アレイ１２０とを角度可変に接続する仕組みを備える必要がない。よって、超音波探触子１００の構造を簡単にすることができる。
【０１１９】
また、ユーザは第１アレイ１１０と直線部９２１との隙間にスペーサ１５０を挿入するという簡単な処理で、第１アレイ１１０と直線部９２１との隙間を埋めることができる。スペーサ１５０が、第１アレイ１１０と直線部９２１との間を埋めることで、第１アレイ１１０が超音波を発信した際に直線部９２１での反射が比較的少なくて済む。この点で、超音波探傷装置１は、超音波探傷を高精度に行なうことができる。
【０１２０】
図２を例にして上述したように、超音波探傷装置１は超音波探触子１００を備える。このような構成によれば、従来の超音波探傷装置１’よりも短時間で、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａ全体を探傷することができる。
【０１２１】
図８は、本発明の一実施形態に係る超音波探触子の移動方向の例を示す説明図である。
【０１２２】
幾つかの実施形態では、図１及び図８に示すように、超音波探傷装置１は、移動機構１３０をさらに備える。この移動機構１３０は、超音波探触子１００を配管９２０の周方向に移動させるように構成される。
【０１２３】
図８に示した実施形態では、超音波探触子１００の端部には、移動機構１３０の不図示のタイヤが設けられている。移動機構１３０のタイヤは、例えば磁石により形成されており、直線部９２１に設けられた磁性体のレール９４０に磁力で吸着して配置されている。移動機構１３０は、このタイヤを回転させる不図示のモータを備え、モータがタイヤを回転させることで、超音波探触子１００を周方向（例えば、矢印Ｂ１１の方向）に移動させて、配管９２０の外周面上を一周させる。処理装置２００は、タイヤの回転数から超音波探触子１００の位置（特に、超音波探触子１００が配管９２０の外周面上を一周したか否か）を判定する。
尚、ユーザが超音波探触子１００を手動で移動させるようにしてもよい。
【０１２４】
このような構成によれば、超音波探触子１００は、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａを周方向に走査することができる。このため、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａ全体に対して超音波探傷を行なうことができる。
【０１２５】
図９は、本発明の一実施形態に係る表示部による超音波探傷の結果の表示の例を示す図である。
【０１２６】
表示部２２０が超音波探傷の結果を座標軸と共に表示している。横軸は、配管９２０の周方向を示し、縦軸はおおよそ配管９２０の半径方向を示している。横軸の上側が配管９２０の外表面側（配管９２０の外周面側）に相当し、下側が配管９２０の内表面（配管９２０の内周面側）に相当する。
【０１２７】
領域Ａ２１は、第１アレイ１１０が第１領域Ａ１１を超音波探傷して得られた画像の表示領域である。領域Ａ２２は、第２アレイ１２０が第２領域Ａ１２を超音波探傷して得られた画像の表示領域である。
【０１２８】
このように、表示部２２０は、第１アレイ１１０による超音波探傷の結果と第２アレイ１２０による超音波探傷の結果とを１つの画像につなぎ合わせて表示する。これにより、ユーザは、１つの画像を参照して配管９２０と溶接部９３０との境界Ａ全体の状況を把握することができる。この点で、ユーザは、配管９２０と溶接部９３０との境界Ａ全体の状況を容易かつ迅速に把握することができる。
【０１２９】
図１０は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートである。
【０１３０】
本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法は、配管９２０と配管９２０の端面に設けられた溶接部９３０との境界Ａを超音波探傷するための超音波探傷方法である。このような超音波探傷方法は、上述した超音波探触子１００を用いた超音波探傷方法であって、第２アレイ１２０によって、第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンを実行することで、第２領域Ａ１２を超音波探傷する第２領域探傷ステップを備える。
【０１３１】
図１０に示した処理で、制御部２９０は、第２アレイ１２０が超音波を発信する角度を算出する（ステップＳ１０１）。
【０１３２】
次に、制御部２９０は第１アレイ用振動子１１１の各々、及び、第２アレイ用振動子１２１の各々が超音波を発信するタイミング及び強度を設定する（ステップＳ１０２）。特に、制御部２９０は、ステップＳ１０１で算出した角度に基づいて、第２アレイ用振動子の各々が超音波を発信するタイミング及び強度を設定する。
【０１３３】
次に、制御部２９０は、第１アレイを制御してセクタスキャンの実行によって第１領域Ａ１１（図４Ａ〜図４Ｃ）の超音波探傷を行なわせる（ステップＳ１１１）。具体的には、制御部２９０は、ステップＳ１０２で決定したタイミング及び強度にて、第１アレイ用振動子１１１の各々に超音波を発信させる。
そして、制御部２９０は、第１アレイ用振動子１１１の各々が受信した超音波（第１領域Ａ１１からの反射波）を解析する（ステップＳ１１２）。
【０１３４】
また、ステップＳ１０２の後、制御部２９０は、第２アレイ１２０を制御してセクタスキャンの実行によって第２領域Ａ１２（図４Ａ〜図４Ｃ）の超音波探傷を行なわせる（ステップＳ１２１）。具体的には、制御部２９０は、ステップＳ１０２で決定したタイミング及び強度にて、第２アレイ用振動子１２１の各々に超音波を発信させる。
そして、制御部２９０は、第２アレイ用振動子１２１の各々が受信した超音波（第２領域Ａ１２からの反射波）を解析する（ステップＳ１２２）。
尚、制御部２９０が、ステップＳ１１１及びステップＳ１１２とステップＳ１２１及びステップＳ１２２とを同時に実行するようにしてもよいし、いずれか一方を先に実行するようにしてもよい。
尚、ステップＳ１２１が第２領域探傷ステップに相当する。
【０１３５】
ステップＳ１１２及びステップＳ１２２の後、制御部２９０は、超音波探触子１００が配管９２０の外周面上を一周したか否かを判定する（ステップＳ１３１）。例えば上述したように、制御部２９０は、移動機構１３０が備えるタイヤの回転数が所定の回転数に達したか否かを判定することで、超音波探触子１００が配管９２０の外周面上を一周したか否かを判定する。
【０１３６】
未だ一周していないと判定した場合（ステップＳ１３１：ＮＯ）、制御部２９０は、移動機構１３０を制御して配管９２０の外周の方向に所定の距離（サンプリング間隔）だけ移動させる（ステップＳ１４１）。あるいは、超音波探触子１００が手動で移動するようにしてもよい。例えば、制御部２９０が、超音波探触子１００の移動を促すメッセージを表示部２２０に表示させ、この表示を見たユーザが超音波探触子１００を手動で移動させるようにしてもよい。ステップＳ１４１の後、ステップＳ１１１及びステップＳ１２１に戻る。
【０１３７】
一方、ステップＳ１３１で、超音波探触子１００が配管９２０の外周面上を一周したと判定した場合（ステップＳ１３１：ＹＥＳ）、制御部２９０は、解析結果を表示部２２０に表示させる（ステップＳ１５１）。特に、制御部２９０は、第１アレイ１１０による超音波探傷の結果を示す画像と第２アレイによる超音波探傷の結果を示す画像とをつなぎ合わせた１つの画像を表示部２２０に表示させる。ステップＳ１５１の後、図１０の処理を終了する。
【０１３８】
このような本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法によれば、第２領域探傷ステップ（Ｓ１２１、Ｓ２２１）では、第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対するセクタスキャンの実行によって、第２領域Ａ１２を超音波探傷する。このため、第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンによって超音波探傷を行うのに適した配管９２０と溶接部９３０との境界Ａに対して、短時間で境界Ａ全体を探傷することができる。
【０１３９】
図１１は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートである。
【０１４０】
図１１のステップＳ２０１は、図１０のステップＳ１０１と同様である。ステップＳ２０２では、制御部２９０は、第１アレイ１１０がタンデムスキャンを実行するように、第１アレイ用振動子１１１の各々が超音波を発信するタイミング及び強度を設定する。また、ステップＳ２０２では、制御部２９０は、図１０のステップＳ１０２での処理に加え、さらに、第２アレイ１２０がタンデムスキャンを実行するように、第２アレイ用振動子１２１の各々が超音波を発信するタイミング及び強度を設定する。
【０１４１】
次に、制御部２９０は、第１アレイ１１０を制御してタンデムスキャンの実行によって第１領域Ａ１１（図４Ａ〜図４Ｃ）の超音波探傷を行なわせる（ステップＳ２１１）。具体的には、制御部２９０は、ステップＳ２０２で決定したタイミング及び強度にて、第１アレイ用振動子１１１の各々に超音波を発信させる。
そして、制御部２９０は、第１アレイ用振動子１１１の各々が受信した超音波（第１領域Ａ１１からの反射波）を解析する（ステップＳ２１２）。
【０１４２】
ステップＳ２２１〜ステップＳ２２２は、図７のステップＳ１２１〜ステップＳ１２２と同様である。ステップＳ２２２の後、制御部２９０は、第２アレイを制御してタンデムスキャンの実行によって第２領域Ａ１２（図４Ａ〜図４Ｃ）の超音波探傷を行なわせる（ステップＳ２２３）。具体的には、制御部２９０は、ステップＳ２０２で決定したタイミング及び強度にて、第２アレイ用振動子１２１の各々に超音波を発信させる。
そして、制御部２９０は、第２アレイ用振動子１２１の各々が受信した超音波（第２領域Ａ１２からの反射波）を解析する（ステップＳ２２４）。
尚、制御部２９０が、ステップＳ２２３及びステップＳ２２４の処理を、ステップＳ２２１及びステップＳ２２２の処理よりも先に行なうようにしてもよい。すなわち、第２アレイ１２０が第２領域Ａ１２に対してタンデムスキャンを実行した後に、この第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンを実行してもよい。
【０１４３】
次に、制御部２９０は、ステップＳ２２２での解析結果とステップＳ２２４での解析結果とを纏める。例えば、制御部２９０は、ステップＳ２２２での解析結果とステップＳ２２４での解析結果とを１つの画像に重ね合わせる。ステップＳ２１２及びステップＳ２２５の後、ステップＳ２３１へ進む。ステップＳ２３１、Ｓ２４１、Ｓ２５１は、それぞれ、図１０のステップＳ１３１、Ｓ１４１、Ｓ１５１と同様である。ステップＳ２４１の後、ステップＳ２１１及びステップＳ２２１に戻る。また、ステップＳ２５１の後、図１１の処理を終了する。
【０１４４】
このような超音波探傷方法によれば、第２アレイ１２０は、第２領域Ａ１２に対してセクタスキャンとタンデムスキャンとの両方を実行している。このため、ユーザは、セクタスキャンとタンデムスキャンとの２つの方法で探傷結果の評価を行なうことができ、この点で評価精度の向上が期待される。特に、損傷か境界エコーかの識別性が向上することが期待される。
【０１４５】
図１２は、本発明の一実施形態に係る超音波探傷方法のフローチャートである。
【０１４６】
図１２のステップＳ３０１は、図１０のステップＳ１０１と同様である。ステップＳ３０２では、制御部２９０は、上述した変則タンデムスキャンを実行するように、第１アレイ用振動子１１１の各々が超音波を発信するタイミング及び強度を設定する。また、ステップＳ３０２では、制御部２９０は、第２アレイ１２０がタンデムスキャンを実行するように、第２アレイ用振動子１２１の各々が超音波を発信するタイミング及び強度を設定する。
【０１４７】
次に、制御部２９０は、第１アレイ１１０を制御して、変則タンデムスキャンの実行によって第１領域Ａ１１（図４Ｄ）の超音波探傷を行なわせる（ステップＳ３１１）。具体的には、制御部２９０は、ステップＳ３０２で決定したタイミング及び強度にて、第１アレイ用振動子１１１の各々に超音波を発信させる。
そして、制御部２９０は、第２アレイ用振動子１２１の各々が受信した超音波（第１領域Ａ１１からの反射波）を解析する（ステップＳ３２２）。
【０１４８】
ステップＳ３２２の後、制御部２９０は、第２アレイを制御してタンデムスキャンの実行によって第２領域Ａ１２（図４Ｄ）の超音波探傷を行なわせる（ステップＳ３２３）。具体的には、制御部２９０は、ステップＳ３０２で決定したタイミング及び強度にて、第２アレイ用振動子１２１の各々に超音波を発信させる。
そして、制御部２９０は、第２アレイ用振動子１２１の各々が受信した超音波（第２領域Ａ１２からの反射波）を解析する（ステップＳ３２４）。
尚、制御部２９０が、ステップＳ３２３及びステップＳ３２４の処理を、ステップＳ３１１及びステップＳ３２２の処理よりも先に行なうようにしてもよい。すなわち、第２アレイ１２０が第２領域Ａ１２に対してタンデムスキャンを実行した後に、第１領域Ａ１１に対して変則タンデムスキャンを実行してもよい。
【０１４９】
次に、制御部２９０は、ステップＳ３２２での解析結果とステップＳ３２４での解析結果とを纏める。例えば、制御部２９０は、ステップＳ３２２での解析結果とステップＳ３２４での解析結果とを１つの画像に重ね合わせる。ステップＳ３２５の後、ステップＳ３３１へ進む。ステップＳ３３１、Ｓ３４１、Ｓ３５１は、それぞれ、図１０のステップＳ１３１、Ｓ１４１、Ｓ１５１と同様である。ステップＳ３４１の後、ステップＳ３１１に戻る。また、ステップＳ３５１の後、図１２の処理を終了する。
【０１５０】
このような超音波探傷方法によれば、第１領域探傷ステップ（ステップＳ３１１）において、第１アレイ１１０から発信された第１超音波Ｕ１が、第１領域Ａ１１によって反射された後に、第２アレイＡ１２０で受信されることで、第１領域Ａ１１を超音波探傷する。また、第２領域探傷ステップ（ステップＳ３２３）において、第２アレイ１２０は第２領域Ａ１２に対するタンデムスキャンの実行によって、第２領域を超音波探傷する。このため、このような超音波探傷を行うのに適した配管９２０と溶接部９３０との境界Ａに対して、短時間で境界Ａ全体を探傷することができる。
【０１５１】
以上、本発明の一実施形態にかかる超音波探触子、超音波探傷装置、及び超音波探傷方法について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１５２】
１  超音波探傷装置
１００  超音波探触子
１１０  第１アレイ
１１１  第１アレイ用振動子
１２０  第２アレイ
１２１  第２アレイ用振動子
１３０  移動機構
１４０  接続部
１５０  スペーサ
２００  処理装置
２１０  信号入出力部
２２０  表示部
２３０  操作入力部
２８０  記憶部
２９０  制御部
９１０  第１配管
９２０  配管、第２配管
９２１  直線部
９２２  テーパ部
９２４Ｄ  内周面側テーパ部
９２４Ｕ  内周面側テーパ部
９２５  シンニング
９２６  内周面側直線部
９２７  外周面側変曲点
９２８  内周面側変曲点
９３０  溶接部
９４０  レール
Ａ  境界
Ａ１１  第１領域
Ａ１２  第２領域
Ｄ１  第１超音波の入射角度
Ｄ２  第１入射波の入射角度
Ｄ１１  第２超音波の入射角度
Ｄ１２  第２入射波の入射角度
Ｌ１１  軸線
Ｓ１  第１入射波
Ｓ２  第２入射波
Ｕ１  第１超音波
Ｕ２  第２超音波
【図１】
2018155582.tif 000003
【図２】
2018155582.tif 000004
【図３Ａ】
2018155582.tif 000005
【図３Ｂ】
2018155582.tif 000006
【図３Ｃ】
2018155582.tif 000007
【図４Ａ】
2018155582.tif 000008
【図４Ｂ】
2018155582.tif 000009
【図４Ｃ】
2018155582.tif 000010
【図４Ｄ】
2018155582.tif 000011
【図５Ａ】
2018155582.tif 000012
【図５Ｂ】
2018155582.tif 000013
【図６Ａ】
2018155582.tif 000014
【図６Ｂ】
2018155582.tif 000015
【図７】
2018155582.tif 000016
【図８】
2018155582.tif 000017
【図９】
2018155582.tif 000018
【図１０】
2018155582.tif 000019
【図１１】
2018155582.tif 000020
【図１２】
2018155582.tif 000021