(57)【要約】【課題】被検体の円筒状の内面に生じる亀裂を迅速、確実に探傷できる超音波探傷技術を提供する。【解決手段】超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子とを有する超音波探傷装置を使用し、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、当該円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向に並んだ送信用探触子と受信用探触子とについて、あるいは、当該円筒状の内面の作る円筒形の円周方向に並んだ送信用探触子と受信用探触子とについて、当該円筒形の中心軸方向の移動と円周方向の回転との少なくともいずれか一つを行って超音波探傷する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子とを有する超音波探傷装置において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、
送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向に並んでおり、
当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該中心軸方向の移動と当該円筒形の円周方向の回転との少なくともいずれか一つが可能である
超音波探傷装置。
【請求項２】
超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子とを有する超音波探傷装置において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、
送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の円周方向に並んでおり、
当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該円筒形の中心軸方向の移動と当該円周方向の回転との少なくともいずれか一つが可能である
超音波探傷装置。
【請求項３】
超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子とを有する超音波探傷装置において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、
一組の送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向に並んでおり、
他の一組の送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の円周方向に並んでおり、
当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該中心軸方向の移動と当該円周方向の回転との少なくともいずれか一つが可能である
超音波探傷装置。
【請求項４】
前記送信用探触子の表面部と受信用探触子の表面部とが前記円筒状の内面に沿った曲面を構成するようになした、請求項１〜３のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【請求項５】
送信用探触子と受信用探触子とを収納する探触子ホルダーの内部に前記送信用探触子と受信用探触子とを収納しており、
超音波探傷に際して、当該送信用探触子と受信用探触子とを、前記円筒状の内面に面する当該探触子ホルダーの表面から突出させることができるようになした、請求項１〜４のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【請求項６】
バネにより、探触子ホルダーの内部に送信用探触子と受信用探触子とを収納しており、
圧縮空気により、当該送信用探触子と受信用探触子とを、前記円筒状の内面に面する当該探触子ホルダーの表面から突出させることができるようになした、請求項１〜５のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記送信用探触子の表面部と受信用探触子の表面部とに超音波伝達媒体を供給できるようになした、請求項１〜６のいずれかに記載の超音波探傷装置。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれかに記載の超音波探傷装置を使用する超音波探傷方法において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、
当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該円筒形の中心軸方向の移動と円周方向の回転との少なくともいずれか一つを行い、
当該送信用探触子と受信用探触子とを、前記円筒状の内面に面する当該探触子ホルダーの表面から突出させ、被検体の円筒状の内面に当接させて超音波探傷する、
超音波探傷方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検体の円筒状の内面を超音波探傷する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、車軸等の円柱体や鋼管などの筒状体の表面を超音波探傷する場合、適当な手段によって被検体をその円周方向に回転させ、この被検体の外側から、超音波探触子を被検体に向けて配し、探触子と被検体との間に超音波伝達媒体となる水等の媒体液を供給しつつ超音波探傷する技術が知られている（例えば特許文献１，２参照。）。
【０００３】
しかしながら、これらは、筒状体の外表面に生じる亀裂の超音波探傷には適用できるものの、被検体の円筒状の内面に生じる亀裂の超音波探傷には種々の不便があった。すなわち、超音波探触子の移動が容易ではないこと、超音波探触子と被検体の内面である被検面との間隔を所定の範囲保つことが困難であること、超音波伝達媒体の供給が容易ではないこと等の問題があった。特に、手で超音波探触子を扱うような超音波探傷装置を使用する場合には、手が入らないような狭い空間については、超音波探傷ができない場合があった。
【０００４】
一方、火力発電用ボイラーの蒸気弁等は、ボイラーの起動停止等の激しい温度変化により、その円筒状の内面について、その内面の作る円筒形の中心軸方向や円周方向に亀裂が生じることが多く、迅速で確実な探傷技術の開発が望まれている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−２７３３８９号公報（段落番号０００２，０００６〜００１０）
【０００６】
【特許文献２】
特開平７−２９４４９３号公報（段落番号０００２〜０００３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題を解決し、被検体の円筒状の内面に生じる亀裂の超音波探傷に適する、新規な超音波探傷方法および超音波探傷装置を提供することを目的とする。
【０００８】
本発明のさらに他の目的および利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子とを有する超音波探傷装置において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向に並んでおり、当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該中心軸方向の移動と当該円筒形の円周方向の回転との少なくともいずれか一つが可能である超音波探傷装置、あるいは、超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子とを有する超音波探傷装置において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の円周方向に並んでおり、当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該円筒形の中心軸方向の移動と当該円周方向の回転との少なくともいずれか一つが可能である超音波探傷装置、あるいは、超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子とを有する超音波探傷装置において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、一組の送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向に並んでおり、他の一組の送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の円周方向に並んでおり、当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該中心軸方向の移動と当該円周方向の回転との少なくともいずれか一つが可能である超音波探傷装置が提供される。
【００１０】
前記送信用探触子の表面部と受信用探触子の表面部とが、前記円筒状の内面に沿った曲面を構成するようになしてあること、送信用探触子と受信用探触子とを収納する探触子ホルダーの内部に前記送信用探触子と受信用探触子とを収納しており、超音波探傷に際して、当該送信用探触子と受信用探触子とを、前記円筒状の内面に面する当該探触子ホルダーの表面から突出させることができるようになしてあること、特に、バネにより、探触子ホルダーの内部に送信用探触子と受信用探触子とを収納しており、圧縮空気により、当該送信用探触子と受信用探触子とを、前記円筒状の内面に面する当該探触子ホルダーの表面から突出させることができるようになしてあること、前記送信用探触子の表面部と受信用探触子の表面部とに超音波伝達媒体を供給できるようになしてあることが好ましい。
【００１１】
本発明の他の一態様によれば、上記の超音波探傷装置を使用する超音波探傷方法において、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該円筒形の中心軸方向の移動と円周方向の回転との少なくともいずれか一つを行い、当該送信用探触子と受信用探触子とを、前記円筒状の内面に面する当該探触子ホルダーの表面から突出させ、被検体の円筒状の内面に当接させて超音波探傷する超音波探傷方法が提供される。
【００１２】
なお、以下に説明する発明の実施の形態や図面の中で、本発明の更なる特徴が明らかにされる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図、実施例等を使用して説明する。なお、これらの図、実施例等および説明は本発明を例示するものであり、本発明の範囲を制限するものではない。本発明の趣旨に合致する限り他の実施の形態も本発明の範疇に属し得ることは言うまでもない。図中、同一の要素については同一の符号を付すものとする。これらの図において、本発明に係る要素は、必ずしも同一の縮尺によるものではない。
【００１４】
本発明に係る超音波探傷装置は、超音波を送信する送信用探触子と超音波を受信する受信用探触子と（両者を合わせて単に探触子という場合がある）を有し、被検体の円筒状の内面を超音波探傷するに際し、送信用探触子と受信用探触子とが当該円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向に並んでおり、あるいは当該円筒状の内面の作る円筒形の円周方向に並んでおり、あるいは、円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向に並んでいる一組と当該円筒状の内面の作る円筒形の円周方向に並んでいる一組とからなり、当該送信用探触子と受信用探触子とについて、当該中心軸方向の移動と当該円周方向の回転との少なくともいずれか一つが可能であるようになっている。超音波探傷装置の探傷方式そのものは、送信用探触子が超音波を送信し、回折超音波を受信用探触子が受信する方式であるいわゆるＴＯＦＤ（ＴＩＭＥ−ＯＦ−ＦＬＩＧＨＴ  ＤＩＦＦＲＡＣＴＩＯＮ）方式であり、本発明の趣旨に反しない限り、公知のどのような方式を採用してもよい。なお、以下では、「円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向」を単に「中心軸方向」と、「円筒状の内面の作る円筒形の円周方向」を単に「円周方向」と言う場合がある。中心軸方向の移動と円周方向の回転とに制限があってもよい。たとえば回転は時計回り方向と反時計回り方向とのいずれか一方であってもよく、３６０゜回転できなくてもよい。探傷停止中のみ移動や回転ができるようになっていたり、移動と回転とを同時に行えなくてもよい。
【００１５】
この装置による超音波探傷を図１，２により説明する。図１は、被検体１の内面２の中心軸方向に発生した亀裂３を探傷する場合を例示するものである。内面２の近傍には、内面２の円周方向に並んだ超音波を送信する送信用探触子４と超音波を受信する受信用探触子５との表面部が内面２に沿った曲面を構成するようになした探触子ホルダー６が配置されている。
【００１６】
このような配置において、超音波探傷を実行すると、送信用探触子４から送信された超音波は被検体１の外面で反射され、底面反射波７として、受信用探触子５によって受信される。そして、探触子ホルダー６を内面２の中心軸方向に移動させ、あるいは円周方向に回転させ、亀裂３が送信用探触子４と受信用探触子５とに挟まれ、亀裂３の先端が送信用探触子４と受信用探触子５とに対しある角度の範囲になると、超音波が亀裂３の先端で回折し、その回折波８として、受信用探触子５によって受信されることになる。この亀裂３が内面２の中心軸方向に広がっている様子は、探触子ホルダー６を内面２の中心軸方向に移動させて探傷することにより検出することが可能である。
【００１７】
これに対し図２は、被検体１の円筒状の内面２の円周方向に発生した亀裂３を探傷する場合を例示するものである。内面２の近傍には、内面２の中心軸方向に並んだ超音波を送信する送信用探触子４と超音波を受信する受信用探触子５との表面部が内面２に沿った曲面を構成するようになした探触子ホルダー６が配置されている。
【００１８】
このような配置において、超音波探傷を実行すると、送信用探触子４から送信された超音波は被検体１の外面で反射され、底面反射波７として受信用探触子５によって受信される。
【００１９】
そして、探触子ホルダー６を内面２の中心軸方向に移動させ、あるいは円周方向に回転させ、亀裂３が送信用探触子４と受信用探触子５とに挟まれ、亀裂３の先端が送信用探触子４と受信用探触子５とに対しある角度の範囲になると、超音波射が亀裂３の先端で回折し、その回折波８として、受信用探触子５によって受信されることになる。この亀裂３の広がりは、内面２の円周方向にあるため、探触子ホルダー６を内面２の円周方向に回転させて探傷することにより検出することが可能である。
【００２０】
このようにして、中心軸方向に並んだ送信用探触子と受信用探触子とについて、あるいは、円周方向に並んだ送信用探触子と受信用探触子とについて、当該中心軸方向の移動と当該円周方向の回転との少なくともいずれか一つを行えば、円筒状の内面の超音波探傷を容易に実施することができる。なお、探触子ホルダー６が、中心軸方向に並んだ一組の送信用探触子と受信用探触子と、円周方向に並んだ他の一組の送信用探触子と受信用探触子とを共に収納している場合には、中心軸方向の移動と円周方向の回転との少なくともいずれか一つを行って超音波探傷して、中心軸方向の亀裂と円周方向の亀裂とを一つの超音波探装置で行うことも可能となる。
【００２１】
送信用探触子の表面部と受信用探触子の表面部とが、前記円筒状の円筒状の内面に沿った曲面を構成するようになしてあるとは、図３〜５に示すような関係を意味する。図３は、探触子ホルダー６の正面図である。図３では、探触子ホルダー６が、中心軸方向に並んだ一組の送信用探触子４と受信用探触子５と、円周方向に並んだ他の一組の送信用探触子４と受信用探触子５とを共に収納している。図４はこの探触子ホルダー６をＸ方向から見た図、図５はこの探触子ホルダー６をＹ方向から見た図である。すなわち、図４，５に示すように、送信用探触子の表面部と受信用探触子の表面部とが円筒状の内面と相似形となる曲面を構成するようになすのである。探触子ホルダー６も同様であることが好ましい。
【００２２】
どの程度円筒状の内面に沿った曲面とするか、言い換えれば、どの程度円筒状の内面と相似形となる曲面を構成するようになすのかは、実験的に定めることができる。一般的には探触子の表面部が円筒状の内面に接することができるようになっていることが好ましいが、亀裂の存在が明確で探傷しやすい場合や探傷の要求精度が低い場合には、それほど厳密に円筒状の内面に沿った曲面を構成する必要がない場合が多く、一組の探触子で複数の直径を有する円筒状の内面の探傷が可能である場合もある。より精度の高い探傷を実行する場合には、形状の異なる探触子や探触子ホルダーを交換使用する方が好ましい場合が多い。このため、本発明に係る超音波探傷装置においては、形状の異なる探触子と探触子ホルダーとを複数組備えておくことが一般的には好ましい。
【００２３】
なお、図２の場合は、内面２にブッシュ受け部９が存在するため、ブッシュ受け部９近傍に生じた亀裂３を送信用探触子４と受信用探触子５とで挟むためには、特殊な構造が必要となる。この目的のためには、探触子ホルダーの内部に探触子が収納されており、超音波探傷に際して探触子ホルダーの、円筒状の内面に面する表面から、探触子を突出させることができるようになしてあることが好ましい。
【００２４】
具体的には、バネにより、探触子ホルダーの内部に探触子が収納されており、圧縮空気により、円筒状の内面に面する探触子ホルダーの表面から探触子を突出させることができるようになしてあることを好ましい例として挙げることができる。このようにすると、探触子を被検体の円筒状の内面に当接させることができ、迅速確実な超音波探傷を行うことができる。
【００２５】
図６は、このような機構の一例を説明するためのモデル図である。図６において、探触子１０は、バネ１１により、探触子ホルダー６の内部に収納されている。この状態であれば探触子ホルダー６は、被検体１に衝突しない限り、円筒状の内面が作る円筒形の空間内を中心軸方向に移動し、円周方向に回転することができる。
【００２６】
超音波探傷に際しては、圧縮空気１２を、探触子１０と探触子ホルダー６との間に供給する。この圧縮空気は、Ｏ−リング２４によって封止されているため、探触子１０はバネに逆らって探触子ホルダーから突出し、円筒状の内面に接するようになる。この状態で、適当な方法で超音波伝達媒体を、探触子１０と円筒状の内面との間に供給し、超音波探傷を実行することができる。
【００２７】
このような機構により、内面に狭い場所があってもその奥に探触子を配することが可能となり、円筒状の内面に対し探触子が適切に配置されることになる。また図２の場合のように、段差が生じた場所でも超音波探傷を実行することが可能となる。なお、探触子ホルダー６自身が、円筒状の内面が作る円の中心方向に縮む、あるいは折り畳まれる機構を有していれば、さらに狭い空間を有する円筒状の内面の探傷にとって有用である。この縮む、あるいは折り畳まれる機構は公知のどのような機構であっても良い。
【００２８】
本発明に係る超音波探傷を実行する際には、探触子と円筒状の内面との間に超音波伝達媒体を供給することが必要である。超音波伝達媒体としては公知のどのようなものを使用することもできるが、一般的には水が好ましい。特に腐食の心配の少ない還元水が好ましい。
【００２９】
超音波伝達媒体の供給は公知のどのような手段によってもよいが、探触子ホルダーを介して、探触子の表面部に超音波伝達媒体を供給できるようになっていると、内部を点検しなくても確実に探触子と円筒状の内面との間に超音波伝達媒体を供給できるため好ましい。具体的にはどのような構造でもよいが、図７に示すように、超音波伝達媒体容器１６から、ポンプ１５により、ホース１４を経由して、回転軸１３上に設置された探触子ホルダー６に超音波伝達媒体を供給する構造を例示することができる。超音波伝達媒体を超音波伝達媒体溜まり１７のように探触子ホルダー６の周囲に溜めるようにしてもよい。超音波伝達媒体溜まり１７に溜まった超音波伝達媒体は適宜下に洩れ落ちるようにすることができる。
【００３０】
このようにして、本発明によれば、被検体の円筒状の内面に生じる亀裂を迅速、確実に探傷できる。たとえば、中心軸方向と円周方向との亀裂を容易に探傷でき、場合によっては、ほぼ同時に探傷でき、円筒状の内面が形成する空間が狭く、手を入れて探触子を操作することができないものから、広いものまで、高い自由度で対応でき、内部に少々の凹凸があっても探傷でき、超音波探触子の移動が容易であり、超音波探触子と被検体の内面である被検面との間隔を適切に保つことが容易であり、超音波伝達媒体の供給が容易である等の特徴が発揮される。
【００３１】
本発明の用途は、本発明が適用できる限り特に限定されるものではないが、火力発電用ボイラーの蒸気弁のように、激しい温度変化により、その円筒状の内面の作る円筒形の中心軸方向や円周方向に亀裂が生じることが多い用途に特に適している。
【００３２】
【実施例】
次に本発明の実施例および比較例を詳述する。
【００３３】
［実施例１］
本発明に係る超音波探傷装置の一例を示すと図８のモデル図のようになる。図８中、超音波伝達媒体の供給系は図示されていない。図８において、回転軸１３は支え１８により支えられ、図の上下に移動できる。回転軸１３の頂部には探触子１０を収納する探触子ホルダー６が設置されている。探触子の探触開始位置はＣＣＤ撮像装置１９によって検出され、中心軸方向の位置は位置設定エンコーダ２３によって設定される。探触子１０によって得られる超音波探傷情報と位置情報とは超音波探傷器２０を介してコンピュータ２１で処理され、どの位置にどの程度の大きさの亀裂があるかを検出する。場合によっては、データや画像をモニタ２２に表示することも可能である。
【００３４】
［実施例２］
本発明に係る超音波探傷技術の、火力発電用ボイラーの蒸気弁への適用を示すと図９のようになる。図９は、火力発電用ボイラーの蒸気弁９１の部分断面図を表す。円筒状の内面２で囲まれた空間からは、弁棒等の弁の開閉のための部品が取り除かれ、本発明に係る探触子４，５を収納する探触子ホルダー６が配されている。探触子ホルダー６は、回転軸１３により、中心軸方向に移動可能であり、回転軸１３の周りに、矢印の方向に３６０゜回転可能となっている。ブッシュ受け部９の近傍に亀裂３が例示されている。
【００３５】
このような構成により、回転軸１３を中心軸方向に移動させ、あるいは図の矢印の方向に回転させることにより、探触子の位置を、円筒状の内面上で自由に移動させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、被検体の円筒状の内面に生じる亀裂を迅速、確実に探傷できる超音波探傷技術が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る探触子を使用して、被検体の内面の中心軸方向に発生した亀裂を探傷する様子を示すモデル図である。
【図２】本発明に係る探触子を使用して、被検体の内面の円周方向に発生した亀裂を探傷する様子を示すモデル図である。
【図３】送信用探触子の表面部と受信用探触子の表面部との形状を示すモデル図である。
【図４】図３の形状をＸ方向から見た図である。
【図５】図３の形状をＹ方向から見た図である。
【図６】探触子を探触子ホルダーに収納するためのバネと、探触子ホルダーから突出させるための圧縮空気供給機構とを示すモデル図である。
【図７】探触子ホルダーに超音波伝達媒体を供給する構造を例示するモデル図である。
【図８】本発明に係る超音波探傷装置の一例を示すモデル図である。
【図９】火力発電用ボイラーの蒸気弁の部分断面図である。
【符号の説明】
１    被検体
２    内面
３    亀裂
４    送信用探触子
５    受信用探触子
６    探触子ホルダー
７    底面反射波
８    亀裂上部回折波
９    ブッシュ受け部
１０  探触子
１１  バネ
１２  圧縮空気
１３  回転軸
１４  ホース
１５  ポンプ
１６  超音波伝達媒体容器
１７  超音波伝達媒体溜まり
１８  支え
１９  ＣＣＤ撮像装置
２０  超音波探傷器
２１  コンピュータ
２２  モニタ
２３  位置設定エンコーダ
２４  Ｏ−リング
９１  蒸気弁
【図１】
2004163125.tif 000002
【図２】
2004163125.tif 000003
【図３】
2004163125.tif 000004
【図４】
2004163125.tif 000005
【図５】
2004163125.tif 000006
【図６】
2004163125.tif 000007
【図７】
2004163125.tif 000008
【図８】
2004163125.tif 000009
【図９】
2004163125.tif 000010