(57)【要約】【課題】  ２層構造のベローズであっても、迅速且つ簡便にベローズの腐食や傷等の欠陥を評価することが可能なベローズの欠陥評価方法及びこれに用いる渦流探傷装置を提供すること。【解決手段】  二層の金属薄板を成形してなるベローズの欠陥を評価する二層ベローズ１００の欠陥を評価する。薄板のうち外側である第一層側の凸部表面１０４ａに沿ってセンサ２０を走査させて渦流探傷を行うと共に、第一層側の凸部表面１０４ａに沿って送受信子を走査させて超音波探傷を行う。渦流探傷及び超音波探傷の受信信号に基づいて欠陥を評価する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二層の金属薄板を成形してなるベローズの腐食や傷等の欠陥を評価する二層ベローズの欠陥評価方法であって、
前記薄板のうち外側である第一層側の凸部表面に沿ってセンサを走査させて渦流探傷を行うと共に、前記第一層側の凸部表面に沿って送受信子を走査させて超音波探傷を行い、前記渦流探傷及び前記超音波探傷の受信信号に基づいて前記欠陥を評価することを特徴とする二層ベローズの欠陥評価方法。
【請求項２】
前記渦流探傷による欠陥検査結果と前記超音波探傷による欠陥検査結果とを比較することにより第二層の欠陥の有無を評価することを特徴とする請求項１記載の二層ベローズの欠陥評価方法。
【請求項３】
前記センサは走査方向に沿って少なくとも一対の車輪を有し、前記車輪の外周部には幅方向中央部が凹む凹部を有していることを特徴とする請求項１又は２記載の二層ベローズの欠陥評価方法。
【請求項４】
前記センサは前記車輪との相対的高さを調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の二層ベローズの欠陥評価方法。
【請求項５】
前記送受信子は前記渦流探傷により特定された欠陥位置の近傍において走査されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の二層ベローズの欠陥評価方法。
【請求項６】
前記薄板はステンレス鋼よりなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の二層ベローズの欠陥評価方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の二層ベローズの欠陥評価方法に用いられる渦流探傷装置であって、
プローブは本体部と走査方向に沿って少なくとも一対の車輪とコイルを備え、前記車輪の外周部には幅方向中央部が凹む凹部を有し、前記コイルは前記車輪との相対的高さが調整可能であることを特徴とする渦流探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二層ベローズの欠陥評価方法及びこれに用いる渦流探傷装置に関する。さらに詳しくは、二層の金属薄板を成形してなるベローズの腐食や傷等の欠陥を評価する二層ベローズの欠陥評価方法及びこれに用いる渦流探傷装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ベローズの腐食や傷等の欠陥を非破壊試験する方法として、例えば渦流探傷や超音波探傷等が知られている。しかし、渦流探傷では、腐食や傷等の欠陥を定量的に評価することが困難であった。超音波探傷では、２層構造のベローズにおいて、層間の境界面により超音波が反射されるため、探傷面より内部の層の欠陥を検出することができなかった。そのため、定期的にベローズを開放して、内面からの目視及び浸透探傷試験が適用されていた。
【０００３】
また、ベローズの欠陥評価方法としては、例えば特許文献１に記載の如きものが知られている。同文献記載の超音波探傷方法は、ベローズ部材内側の凹部に探触子を挿入し、その凹部に超音波を送信するものである。しかし、ベローズ部材内側からの探傷であるため、ベローズ部材を取り外さなければならず、検査作業が煩雑となっていた。また、超音波探傷であるため、上述の問題が解決されず、探傷側の表層側に存在する欠陥のみしか検出することができない。
【０００４】
一方、超音波探傷と渦流探傷とを併用して欠陥を検出する方法として、例えば特許文献２に記載の如き欠陥検出方法が知られている。しかし、この欠陥検出方法は、鋳造部品を検査対象物とし、対象物が多層構造の場合について詳細は記載されておらず、２層構造のベローズにおける欠陥評価について、具体的に解決手段は何ら開示されていない。
【特許文献１】特開２０００−２６６７３５号公報
【特許文献２】特開２００６−１３３０３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来の実情に鑑みて、本発明は、２層構造のベローズであっても、迅速且つ簡便にベローズの腐食や傷等の欠陥を評価することが可能なベローズの欠陥評価方法及びこれに用いる渦流探傷装置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】
【０００６】
発明者らの研究の結果、ベローズの伸縮等に伴う応力は、ベローズの凸部に集中し易く、それにより、ベローズの凸部に欠陥が生じ易いことが判明した。また、ベローズを水平に配置した場合、下側の凸部に内部を流れる流体の一部が滞留しやすく、それにより凸部の内面側が腐食を受け易いことが判明した。
【０００７】
この点を鑑み、上記目的を達成するため、本発明に係る二層ベローズの欠陥評価方法の特徴は、二層の金属薄板を成形してなるベローズの欠陥を評価する二層ベローズの欠陥を評価する方法であって、前記薄板のうち外側である第一層側の凸部表面に沿ってセンサを走査させて渦流探傷を行うと共に、前記第一層側の凸部表面に沿って送受信子を走査させて超音波探傷を行い、前記渦流探傷及び前記超音波探傷の受信信号に基づいて前記欠陥を評価することにある。
【０００８】
同構成により、欠陥が発生しやすい凸部表面に沿って探傷を行うことで、効率よくベローズの欠陥を評価することが可能となる。また、外部と接する第一層側を走査するので、ベローズを取り外すことなく稼働させた状態で簡便に欠陥評価を行うことができる。さらに、渦流探傷及び超音波探傷双方の受信信号により欠陥を評価するので、２層構造のベローズであっても確実に欠陥評価することが可能となる。
【０００９】
前記渦流探傷による欠陥検査結果と前記超音波探傷による欠陥検査結果とを比較することにより第二層の欠陥の有無を評価するようにしても構わない。前記センサは走査方向に沿って少なくとも一対の車輪を有し、前記車輪の外周部には幅方向中央部が凹む凹部を有してもよい。係る場合、前記センサは前記車輪との相対的高さを調整可能であることが望ましい。
【００１０】
前記送受信子は前記渦流探傷により特定された欠陥位置の近傍において走査するようにしてもよい。また、前記薄板はステンレス鋼より構成されていても構わない。
【００１１】
また、上記目的を達成するため、本発明に係る渦流探傷装置の特徴は、上記のいずれかに記載の二層ベローズの欠陥評価方法に用いられる渦流探傷装置において、プローブは本体部と走査方向に沿って少なくとも一対の車輪とコイルを備え、前記車輪の外周部には幅方向中央部が凹む凹部を有し、前記コイルは前記車輪との相対的高さが調整可能であることにある。
【発明の効果】
【００１２】
上記本発明に係る二層ベローズの欠陥評価方法及びこれに用いる渦流探傷装置の特徴によれば、２層構造のベローズであっても、迅速且つ簡便にベローズの腐食や傷等の欠陥を確実に評価することが可能となった。
【００１３】
本発明の他の目的、構成及び効果については、以下の発明の実施の形態の項から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、適宜添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。
本発明は配管等に用いられるベローズ１００に発生する割れや腐食等の欠陥を検出するためのものである。本実施形態では、図１に示す渦流探傷装置２と、図５に示す超音波探傷装置３との双方を含む検査装置１を用い、渦流探傷試験と超音波探傷試験とを併用して探傷試験を行う。
【００１５】
検査対象であるベローズ１００は、図２，５，６に示すように、ステンレス鋼材よりなる第一層１０１及び第二層１０２の二層の薄板を成型したものであり、円筒状又はスパイラル状の蛇腹として形成されている。第一層１０１はベローズ１００の外部Ｏと接する外側の層をいい、第二層１０２はベローズ１００内部Ｉを流れる流体が接する内側層をいう。これらの探傷試験においては、外部Ｏに露出している第一層１０１側の山部表面１０４ａに沿って走査を行う。
【００１６】
渦流探傷装置２を用いて行う渦流探傷試験について説明する。渦流探傷試験では、まず検査対象であるベローズ１００にコイル２１を内蔵したセンサ２０を近づけ、そのコイル２１を励磁することで、ベローズ１００内部に渦電流を発生させる。そして、渦電流により生成される磁束の変化に伴うコイル２１のインピーダンス変化を測定し、亀裂や腐食等の損傷を検出する。
【００１７】
図７に示すように、渦流探傷装置２は、大略、センサ２０を支持するプローブ１０、発振器２２、ブリッジ２３、移相器２４、自動平衡器２５、増幅器２６、同期検波器２７及び表示器２９を備える。コイル２１は同様に構成された第一、第二コイル２１ａ，２１ｂよりなり、ブリッジ２３は、これら一対のコイル２１ａ，２１ｂと図示しない可変抵抗器により構成されるブリッジ回路である。
【００１８】
発振器２２からの交流出力はコイル２１に加えられてベローズ１００を励磁し、渦電流に伴う磁束を検出する。自動平衡器２５は健全部でのブリッジ２３出力を零とするものである。第一、第二コイル２１ａ，２１ｂ間の不平衡出力が増幅器２６で増幅され、同期検波器２７に送られて、移相器２４の出力とあいまって検波される。そして、受信信号の波形をパーソナルコンピューター２８に取り込むと共に表示器２９に例えば図８に示す如き波形を表示する。
【００１９】
渦流探傷においては、図５に示すように、第一層１０１及び第二層１０２に跨って存在する欠陥Ｄ１が可能であると共に、符号２０’に示すセンサにおいて第二層１０２内にのみ存在する欠陥Ｄ２をも検出することが可能である。よって、渦流探傷によりベローズの山部１０４内全体の欠陥を検出する。
【００２０】
続いて、超音波探傷装置３について説明する。この装置は、主として上述の渦流探傷試験により欠陥信号を検出した箇所に対し試験を行う。
【００２１】
図７に示すように、超音波探傷装置３は、第一層１０１の表面１０１ａを走査する一対の送信子３０ａ及び受信子３０ｂよりなる送受信子３０と、送信子３０ａを励起するためのパルサー３１と、受信子３０ｂで受信した波形を処理するレシーバー３２とを備えている。また、送受信子３０にはワイヤーエンコーダー３３が取り付けられており、送受信子３０の移動位置が記録される。レシーバー３２の出力はパーソナルコンピュータ３４に取り込まれてエンコーダー３３により記録された位置情報と共に処理され、その結果を例えば図９に示す如きＢスコープ画像として表示器３５に表示する。
【００２２】
超音波探傷においては、図６に示すように、第一層１０１及び第二層１０２に跨って存在する欠陥Ｄ１は、欠陥Ｄ１からの反射信号により検出し、欠陥Ｄ１の深さを測定することが可能である。しかし、第二層１０２内にのみ存在する欠陥Ｄ２は、符号３０’に示す送受信子において第一層１０１と第二層１０２との境界面１０３で超音波が反射するため、欠陥Ｄ２を検出することができない。
【００２３】
そこで、渦流探傷と超音波探傷を組み合わせて検査することにより、山部１０４の欠陥を渦流探傷で検出すると共に、第一層１０１及び第二層１０２に跨って存在する欠陥Ｄ１の深さを超音波探傷により測定することができる。また、渦流探傷により欠陥を検出したが、超音波探傷により欠陥が検出できない箇所は、欠陥Ｄ２が存在している箇所であることが分かり、少なくとも第一層１０１の健全性を評価することができる。
【００２４】
次に、図１，３を参照しながら、渦流探傷装置２のプローブ１０について説明する。
プローブ１０は、大略、樹脂等により形成される本体部１１と、一対の車輪１２とセンサ２０のリフトオフ距離を調整する調整機構１５とよりなる。センサ２０のコイル２１は、プローブ進行方向Ｙに一対の第一、第二コイル２１ａ，２１ｂを備えており、ベローズ１００に渦電流を発生させる。図４に示すように、コイル２１は全体を棒状に形成してあり、第一、第二コイル２１ａ，２１ｂをセンサ２０の筐体２０ａに支持した芯材２１ｃに巻き付けてある。
【００２５】
一対の車輪１２はプローブ１０の進行方向Ｙ前後にセンサ２０を挟んで設けられている。この車輪１２の周方向には凹部となるＶ溝１２ａが形成され、その両側端部がベローズ１００の山部表面１０４ａと接触する接触部１２ｂとなる。よって、前後一対の車輪１２，１２の各接触部１２ｂによりプローブ１０が支持されるので、プローブの横ずれが防止され、走査を安定して行うことができる。また、図３に示すように、符号１０４’で示す如く山部表面の曲率が変化しても、凹部によって一対の接触部が生じるので、曲率が変化した場合であってもプローブの横ずれを防止できる。
【００２６】
また、調整機構１５は、大略、センサ２０を取り付ける固定板１６と本体部１１ａと螺合するねじ１７とナット１８とよりなる。ねじ１７は、固定板１６と連結しており、このねじ１７により、センサ２０と車輪１２との相対高さ、すなわち、センサ２０と山部表面１０４ａとのリフトオフ距離Ｈを調整することができる。図３に示すように、この調整機構１５により、山部１０４の走査位置の相違により符号１０４’で示す如く山部表面の曲率が変化しても、一定のリフトオフ距離Ｈにより検査することができる。また、曲率の異なるベローズに対してもこのプローブ１０を適用させることができる。
【００２７】
次に、ベローズ１００の探傷試験手順について説明する。
まず、渦流探傷装置２を用いて渦流探傷試験を行う。プローブ１０にセンサ２０を取り付けると共に調整機構１５によりセンサ２０と山部１０４の第一層表面１０１ａとのリフトオフ距離を調整する。そして、ベローズ１００の山部表面１０４ａに沿って、山部１０４の長手方向Ｙ（ベローズ１００の管周方向）にプローブ１０を走行させて走査を行う。
【００２８】
そして、表示器２９に表示された受信信号の波形を確認しながら、検査員がベローズ１００に欠陥信号箇所をマーキングしていく。次に先の走査方向Ｙに対し直交する方向Ｘへ間隔をおいて、その走査方向と平行に山部表面１０４ａに沿って走査を行い、欠陥信号箇所をマーキングしていく。この手順を繰り返し行い、山部１０４の面探傷を行う。
【００２９】
次に、その山部１０４に対して超音波探傷装置３を用いて超音波探傷試験を行う。まず、山部１０４に送信子３０ａ及び受信子３０ｂを配置する。次に、送信子３０ａから超音波を山部表面１０４ａに向けて送信すると共に、反射する反射波を受信子３０ｂで受信する。この送受信を行いながら先の走査と同一経路を走査する。そして、受信した受信信号とエンコーダー３３により取得した位置情報により、Ｂスコープ画像を表示される。
【００３０】
上述のマーキングを施した箇所において、超音波探傷により欠陥が検出された場合は、第一、第二層１０１，１０２共に侵されているときであり、その欠陥深さを測定することが可能である。一方、マーキング箇所において、超音波探傷により欠陥が検出されなかった場合、第二層１０２に存在する欠陥Ｄ２であると判定し、第一層１０１に欠陥は存在せず少なくとも第一層１０１は健全であると評価する。
【００３１】
最後に、本発明の他の実施形態の可能性について言及する。
上記実施形態において、センサ２０には自己誘導自己比較方式のコイルを用いた。しかし、コイルの態様は自己誘導自己比較方式に限らず、種々の方式のコイルを適用しても構わない。
【００３２】
上記実施形態において、センサ２０のリフトオフ距離の調整をねじ１７により行ったが、ねじに限らず、各種調整手段が適用可能である。また、車輪に形成した凹部はＶ字形状であったが、一対の接触部が形成される形状であれば円弧状であってもよく、用途に応じて改変が可能である。
【００３３】
また、上記実施形態において、渦流探傷の結果を検査員がマーキングするようにしていた。しかし、渦流探傷において欠陥位置情報を記録させ、その欠陥位置情報に基づいて超音波探傷を行うようにしても構わない。上記実施形態において、超音波探傷結果をＢスコープ画像として表示した。しかし、二軸スキャナーを用いＣスコープ画像を表示させることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、２層構造のベローズの欠陥評価方法及びこれに用いる欠陥評価装置として利用することができる。なお、２層構造に限定されるわけではなく、単一層のベローズにおいても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ベローズと渦流探傷装置との関係を示す側面図である。
【図２】ベローズの構造を模式的に表した図である。
【図３】プローブの正面図である。
【図４】コイルの断面図である。
【図５】渦流探傷試験での欠陥検出を説明する模式図である。
【図６】超音波探傷試験での欠陥検出を説明する模式図である。
【図７】検査装置のブロック図である。
【図８】渦流探傷の走査結果例の波形例を示すグラフである。
【図９】超音波探傷の走査結果例のＢスコープ画像である。
【符号の説明】
【００３６】
１：欠陥検出装置、２：渦流探傷装置、３：超音波探傷装置、１０：プローブ、１１：本体部、１２：車輪、１２ａ：Ｖ溝（凹部）、１２ｂ：接触部、１３：軸、１５：調整機構、１６：固定板、１７：ねじ、１８：ナット、２０：センサ、２１ａ：第一コイル、２１ｂ：第二コイル、２１ｃ：芯材、２２：発振器、２３：ブリッジ、２４：移相器、２５：自動平衡器、２６：増幅器、２７：同期検波器、２８：パーソナルコンピューター、２９：表示器、３０：送受信子、３０ａ：送信子、３０ｂ：受信子、３１：パルサー、３２：レシーバー、３３：ワイヤーエンコーダー、３４：ＰＣ、３５：表示器、１００：ベローズ、１００ａ：ひだ、１０１：第一層、１０２：第二層、１０３：境界面、１０４：山部、Ｄ１，２：欠陥、Ｉ：内部、Ｏ：外部
【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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