(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状体の外面に対向して超音波探触子を配置する第１ステップと、
前記超音波探触子を前記管状体の周方向に沿って相対的に移動させると共に、前記超音波探触子から前記管状体の内面に対して略垂直に超音波を送信し、前記管状体の内面から反射した底面エコーを前記超音波探触子で受信して、前記管状体の周方向についての底面エコー信号の強度分布を取得する第２ステップと、
前記第２ステップで取得した底面エコー信号の強度分布に前記管状体の周方向の微分処理を施して、底面エコー信号の微分強度分布を取得する第３ステップと、
前記超音波探触子を前記管状体の軸方向に沿って相対的に移動させて前記第２ステップ及び前記第３ステップを繰り返し実行することで、又は、前記超音波探触子として前記管状体の軸方向に沿って複数の振動子を具備するアレイ超音波探触子を用いることで、前記管状体の軸方向に沿って複数の底面エコー信号の微分強度分布を取得する第４ステップと、
前記第４ステップで取得した複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施し、該統計処理によって得られた統計値の大小に基づき、前記管状体の内面の腐食状態を評価する第５ステップと、
を含むことを特徴する管状体の内面検査方法。
【請求項２】
前記管状体は、内部に高圧水が流通する管状体であることを特徴とする請求項１に記載の管状体の内面検査方法。
【請求項３】
前記管状体は、管の熱間押出機に設けられ、素材を水圧で押圧するためのシリンダであることを特徴とする請求項２に記載の管状体の内面検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超音波を用いた管状体の内面検査方法に関する。特に、本発明は、管の熱間押出機に設けられ、素材を水圧で押圧するためのシリンダなど、内部に高圧水が流通する管状体の内面の腐食状態を簡易に評価可能な管状体の内面検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、高合金等の難加工材を素材とする継目無管に好適な製造方法として、熱間押出法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
この熱間押出法は、一般的に、熱間押出機が備えるダイスに向けて素材（中空ビレット）を押圧し、ダイスとマンドレルとの間で素材を押出成形することで、継目無管を製造する方法である。熱間押出機には、素材を水圧で押圧するために、内部に高圧水が流通する水平方向に延びるシリンダ（メインシリンダ）が設けられている。
【０００３】
上記のシリンダは、長期間使用しているうちに、内部に流通する高圧水に異物（例えば、シリンダに高圧水を供給・排出するための配管内面に形成された酸化スケールの落下物）が混入し、熱間押出機の停機時にその異物が主としてシリンダ内面の下部に堆積する。この異物の堆積によってシリンダ内面に腐食が生じ、腐食が進展することで、シリンダ内面に微小クラックが発生する。この状態でシリンダ内部に高圧水が流通すると、微小クラックに応力集中が生じて、亀裂が進展し、やがては破壊して高圧水がシリンダ外部に漏れるおそれがある。このため、シリンダ内面の腐食状態を適宜評価することが重要である。
【０００４】
シリンダの内面の腐食状態は、例えば、ＩＴＶカメラなどの撮像手段をシリンダ内に挿入し、撮像画をオペレータが目視観察することでも評価可能である。
しかしながら、撮像手段をシリンダに対して挿脱するには、熱間押出機を停機して、シリンダ内部から高圧水を排出する他、撮像手段の挿脱動作に干渉する付帯設備を取り外す必要もあり、非常に手間を要する。
このため、シリンダの外面側から内面の腐食状態を簡易に評価できる方法が望まれている。
上記と同様の課題は、熱間押出機に設けられたシリンダに限らず、内部に高圧水が流通する管状体全般に共通するものだと考えられる。
【０００５】
管状体の内面検査方法としては、例えば、特許文献２〜５のような方法が提案されているものの、いずれも内部に高圧水が流通する管状体の内面の腐食状態を簡易に評価する上で効果的な方法ではない。
また、特許文献６には、高い周波数のパルス成分と低い周波数のパルス成分とを有する超音波を被検体に送信し、被検体からのエコー信号をフーリエ変換して周波数解析することで、被検体の粗さを計測する方法が提案されている。しかしながら、内部に高圧水が流通する管状体は、耐圧性の観点より、大きな肉厚を有するのが通常である。また、耐腐食性の観点より、超音波減衰の大きなステンレス鋼から形成されている場合も多い。内部に高圧水が流通する管状体が大きな肉厚を有するステンレス鋼製である場合、超音波の高周波成分が大幅に減衰する上、結晶粒度が均一でないために減衰率にバラツキも生じる。このため、特許文献６に提案されている周波数解析によって、内部に高圧水が流通する管状体の内面の腐食状態を評価することは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１０７１０６号公報
【特許文献２】特開昭５９−１４７２５９号公報
【特許文献３】特開平６−３４７２４２号公報
【特許文献４】特開平７−２１８４５９号公報
【特許文献５】特開２００５−３０８８０号公報
【特許文献６】特開平３−１３７５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、内部に高圧水が流通する管状体など、管状体の内面の腐食状態を簡易に評価可能な管状体の内面検査方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、以下の（Ａ）〜（Ｃ）に記載の知見を得て、本発明を完成した。
（Ａ）管状体の内面を垂直探傷したときの底面エコー信号の強度が内面の腐食によって減衰する。
（Ｂ）上記腐食による底面エコー信号の強度の減衰は、管状体の偏芯、偏肉、内面肌の影響を受けやすい。これらの影響を低減するには、管状体の周方向の微分処理を施して評価することが効果的である。
（Ｃ）多数の測定箇所で得られた底面エコー信号の微分強度に統計処理（平均値や標準偏差を算出する処理）を施して得られた統計値の大小によって腐食状態（腐食の程度）を評価可能（健全な内面と識別可能）である。
【０００９】
すなわち、本発明は、以下の第１〜第５ステップを含むことを特徴とする管状体の内面検査方法を提供する。
（１）第１ステップ：管状体の外面に対向して超音波探触子を配置する。
（２）第２ステップ：前記超音波探触子を前記管状体の周方向に沿って相対的に移動させると共に、前記超音波探触子から前記管状体の内面に対して略垂直に超音波を送信し、前記管状体の内面から反射した底面エコーを前記超音波探触子で受信して、前記管状体の周方向についての底面エコー信号の強度分布を取得する。
（３）第３ステップ：前記第２ステップで取得した底面エコー信号の強度分布に前記管状体の周方向の微分処理を施して、底面エコー信号の微分強度分布を取得する。
（４）第４ステップ：前記超音波探触子を前記管状体の軸方向に沿って相対的に移動させて前記第２ステップ及び前記第３ステップを繰り返し実行することで、又は、前記超音波探触子として前記管状体の軸方向に沿って複数の振動子を具備するアレイ超音波探触子を用いることで、前記管状体の軸方向に沿って複数の底面エコー信号の微分強度分布を取得する。
（５）第５ステップ：前記第４ステップで取得した複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施し、該統計処理によって得られた統計値の大小に基づき、前記管状体の内面の腐食状態を評価する。
【００１０】
本発明によれば、第１ステップ〜第４ステップを実行することにより、管状体の軸方向に沿って複数の底面エコー信号の微分強度分布を取得することが可能である。換言すれば、管状体の周方向及び軸方向について、複数点の底面エコー信号の微分強度を取得することが可能である。そして、第５ステップにおいて、複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施し（管状体の周方向及び軸方向について得られた複数点の底面エコー信号の微分強度に統計処理を施し）、得られた統計値の大小に基づき、管状体の内面の腐食状態を評価することが可能である。
本発明によれば、機械的動作としては、管状体の外面に対向して超音波探触子を配置し（第１ステップ）、管状体の周方向及び軸方向に相対的に超音波探触子を移動させる（第２ステップ及び第４ステップ）だけで良いため、撮像手段を挿脱する場合に比べて手間が掛からず、管状体の内面の腐食状態を簡易に且つ自動的に評価することが可能である。
【００１１】
本発明は、前記管状体が、内部に高圧水が流通する管状体である場合に好適に用いられる。より具体的には、例えば、前記管状体が、管の熱間押出機に設けられ、素材を水圧で押圧するためのシリンダである場合に特に好適である。
【００１２】
本発明を管の熱間押出機に設けられたシリンダに適用する場合、必ずしも熱間押出機を停機する必要はなく、シリンダ内部に高圧水が流通している状態で評価することも可能である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、管状体の内面の腐食状態を簡易に評価可能であり、特に、内部に高圧水が流通する管状体に対して好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る管状体の内面検査方法を実施するための装置構成を概略的に説明する説明図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る管状体の内面検査方法によって取得される底面エコー信号の微分強度分布の一例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る管状体の内面検査方法によって取得される底面エコー信号の微分強度分布の他の例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係る管状体の内面検査方法によって取得される底面エコー信号の微分強度分布の更に他の例を示す図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態に係る管状体の内面検査方法によって取得される底面エコー信号の微分強度分布の更に他の例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態に係る管状体の内面検査方法によって腐食状態を評価した結果の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、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管状体の内面検査方法を実施するための装置構成を概略的に説明する説明図である。図１（ａ）は管状体の軸方向から見た正面図を、図１（ｂ）は平面図を示す。
図１に示すように、本実施形態に係る内面検査方法を実施するために用いる装置は、超音波探触子１と、超音波探触子１に接続された制御・信号処理手段２とを備えている。また、後述のように、超音波探触子１を管状体Ｐの周方向に相対的に移動させるための機構部（図示せず）も備えている。管状体Ｐは、熱間押出機に設けられたシリンダなど、内部に高圧水が流通する管状体である。本実施形態に係る内面検査方法を実施する際、管状体Ｐの内部に高圧水が流通している状態でも良いし、高圧水が排出されている状態であっても良い。
【００１６】
本実施形態の超音波探触子１としては、管状体Ｐの軸方向に沿って複数の振動子１１を具備するアレイ超音波探触子が好適に用いられる。本実施形態の超音波探触子１は、管状体Ｐの軸方向に沿った寸法が１ｍｍでそれに直交する方向の寸法が２０ｍｍの振動子１１を管状体Ｐの軸方向に沿って３２個具備しており、探傷周波数は７ＭＨｚとされている。
【００１７】
制御・信号処理手段２は、超音波探触子１（超音波探触子１が具備する各振動子１１）から超音波を送信させるためのパルス信号を供給するパルサーや、エコーを受信した超音波探触子１（超音波探触子１が具備する各振動子１１）から出力されるエコー信号を増幅するレシーバなど、超音波の送受信を制御する機能を果たす部分と、後述のように超音波探触子１から出力される底面エコー信号に基づき、管Ｐの周方向についての底面エコー信号の強度分布や微分強度分布を作成したり、底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施すなど、各種の信号処理を実行する機能を果たす部分とを備えている。
【００１８】
機構部としては、管状体Ｐの周方向に超音波探触子１を回転させる機構を例示できる。ただし、これに限るものではなく、管状体Ｐの方を周方向に回転させる機構を採用することも可能である。
【００１９】
以上に説明した構成を有する装置を用いて、本実施形態に係る内面検査方法では、図１に示すように、管状体Ｐの外面に対向して超音波探触子１を配置する（本発明の第１ステップに相当）。
【００２０】
次に、機構部によって超音波探触子１を管状体Ｐの周方向に沿って相対的に移動させると共に、超音波探触子１から管状体Ｐの内面に対して略垂直に超音波を送信し、管状体Ｐの内面から反射した底面エコーＢを超音波探触子１で受信して底面エコー信号を出力し、制御・信号処理手段２が管状体Ｐの周方向についての底面エコー信号の強度分布を作成する（本発明の第２ステップに相当）。
具体的には、制御・信号処理手段２は、管状体Ｐの周方向について所定のピッチ毎に、超音波探触子１で受信したエコーのうち、底面エコーＢ（本実施形態では、表面エコーＳを受信してから最初に受信した第１底面エコー）に相当する底面エコー信号の強度を検出することで、管状体Ｐの周方向についての底面エコー信号の強度分布を作成する。底面エコー信号の強度分布は、各振動子１１から出力される底面エコー信号毎に作成される。本実施形態では、内径が約１３００ｍｍの管状体Ｐの周方向について１ｍｍピッチ毎に約２５０点〜３００点の底面エコー信号の強度を検出して強度分布を作成している。
【００２１】
次に、制御・信号処理手段２は、作成した底面エコー信号の強度分布に管状体Ｐの周方向の微分処理を施して、底面エコー信号の微分強度分布を作成する（本発明の第３ステップに相当）。底面エコー信号の微分強度分布は、各振動子１１から出力される底面エコー信号毎に作成される。
具体的には、制御・信号処理手段２は、底面エコー信号の強度分布を構成する複数の点の各強度に対して、注目点から所定の点数の範囲内での強度の最大値から最小値を減算し、この減算結果を当該注目点の微分強度とする演算を、注目点を順次ずらして実行することにより、底面エコー信号の微分強度を作成している。本実施形態では、底面エコー信号の強度分布を構成する２５０点〜３００点の各強度に対して、注目点から５点の範囲内（５ｍｍの範囲内に相当）での強度の最大値から最小値を減算して底面エコー信号の微分強度を作成している。
【００２２】
本実施形態では、超音波探触子１として、管状体Ｐの軸方向に沿って３２個の振動子１１を具備するアレイ超音波探触子を用いているため、前述のように、各振動子１１から出力される底面エコー信号毎に底面エコー信号の微分強度分布を作成することで、管状体Ｐの軸方向に沿って複数（３２点）の底面エコー信号の微分強度分布を作成することになる（本発明の第４ステップに相当）。
上記のように、本実施形態では、管状体Ｐの軸方向に約１ｍｍピッチ（振動子１１の寸法）で計３２点の底面エコー信号の微分強度分布を作成している。したがって、底面エコー信号の微分強度として、管状体Ｐの周方向に約２５０〜３００点で軸方向に３２点の計約８０００点〜９６００点の微分強度が生成されることになる。
なお、本実施形態では、超音波探触子１として管状体Ｐの軸方向に沿って複数の振動子を具備するアレイ超音波探触子を用いているが、本発明はこれに限るものではない。超音波探触子１として、単一の振動子を具備する超音波探触子を用い、この超音波探触子１を機構部によって管状体Ｐの軸方向に沿って相対的に移動させて制御・信号処理手段２が上記の動作（本発明の第２ステップ及び第３ステップに相当する動作）を繰り返し実行することで、管状体Ｐの軸方向に沿って複数の底面エコー信号の微分強度分布を作成することも可能である。
【００２３】
図２〜図５は、本実施形態に係る内面検査方法によって取得される底面エコー信号の微分強度分布の例を示す図である。各図の（ａ）は管状体Ｐ（具体的には、熱間押出機に設けられたシリンダ）の内面をＩＴＶカメラで撮像した撮像画を、各図の（ｂ）は各図の（ａ）に示す管状体Ｐの内面について作成した底面エコー信号の微分強度分布（管状体Ｐの軸方向について３２点作成した底面エコー信号の微分強度分布をそのまま重ねて表示したもの）を、各図の（ｃ）は各図の（ａ）に示す管状体Ｐの内面について作成した底面エコー信号の強度分布（管状体Ｐの軸方向について３２点作成した底面エコー信号の強度分布（微分処理を施す前）をそのまま重ねて表示したもの）を示す。
図２は熱間押出機に設置してから約１２年経過したシリンダ（以下、適宜、「旧シリンダ」と称する）の内面下部で腐食が進展している状態の例を、図３は旧シリンダの内面上部で腐食が軽微である状態の例を、図４は熱間押出機に設置してからまだ１年程度しか経過していないシリンダ（以下、適宜、「新シリンダ」と称する）の内面下部で腐食が軽微である状態の例を、図５は新シリンダの内面上部で腐食が生じていない例を示す。
【００２４】
図２（ｂ）〜図５（ｂ）から分かるように、腐食が進展している場合（図２（ｂ））には、腐食が軽微な場合（図３（ｂ）及び図４（ｂ））や腐食が無い場合（図５（ｂ））に比べて、底面エコー信号の微分強度が全体的に大きくなり、変動も大きいことがわかる。したがい、複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施し、その統計値の大小を評価すれば、腐食状態（腐食の程度）を評価可能（健全な内面と識別可能）となることが期待できる。
なお、図２（ｃ）〜図５（ｃ）から分かるように、微分処理を施さない底面エコー信号の強度分布には、図２（ｂ）〜図５（ｂ）に比べて、管状体Ｐの偏芯や偏肉に起因した強度のムラが生じている。このため、腐食状態を精度良く評価するには、本実施形態に係る内面検査方法のように、微分処理を施して評価することが効果的である。
【００２５】
本実施形態に係る内面検査方法では、上述のようにして作成した複数の底面エコー信号の微分強度分布（本実施形態では約８０００点〜９６００点の微分強度）に統計処理を施し、該統計処理によって得られた統計値の大小に基づき、腐食状態を評価している（本発明の第５ステップに相当）。
【００２６】
図６は、本実施形態に係る内面検査方法によって腐食状態を評価した結果の一例を示す。図６において「〇」でプロットしたデータは統計値として平均値を用いた場合を、「△」でプロットしたデータは統計値として標準偏差を用いた場合を示す。図６に示す結果は、前述の図２〜図５を参照して説明した旧シリンダの内面下部及び内面上部と新シリンダの内面下部及び内面上部において、それぞれ複数の領域で統計値を算出してプロットしたものである。
図６に示すように、平均値及び標準偏差のいずれの統計値も、腐食が進展している場合と、腐食が軽微な場合と、腐食が無い場合とで、その値に有意差が生じている。したがって、本実施形態に係る内面検査方法によれば、複数の底面エコー信号の微分強度分布に統計処理を施して得られた統計値の大小に基づき、管状体Ｐの内面の腐食状態を評価可能であることが分かった。
【符号の説明】
【００２７】
１・・・超音波探触子
２・・・制御・信号処理手段
Ｐ・・・管状体
【図１】
0006565411.tif 000002
【図２】
0006565411.tif 000003
【図３】
0006565411.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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