(57)【要約】      （修正有）超音波探傷の検査時間の短縮化。【課題】溶接部位の超音波探傷の検査時間を短縮する技術を確立すること。【解決手段】複数の超音波探触子要素７−ｊ（ｊ＝１〜ｎ）が並ぶ探触子群１を構成していて、長く延びる溶接部位の内部の欠陥の存在を物理的走査なしに素早く検出することができる。原子炉容器のように補修期間が著しく短縮されることが望まれるプラントの容器の溶接部位の欠陥の発見のために好適に用いられる。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の超音波探触子要素が並ぶ探触子群を構成し、
複数の前記超音波探触子要素は、複数の前記超音波探触子要素に位置対応する複数の位置の探傷をそれぞれに検出する
超音波探傷装置。
【請求項２】
複数の前記超音波探触子要素は、時系列的に複数の前記位置の探傷をそれぞれに検出する
請求項１の超音波探傷装置。
【請求項３】
複数の前記超音波探触子要素は、複数の前記超音波探触子要素が並ぶ並び順に複数の前記位置の探傷を検出する
請求項２の超音波探傷装置。
【請求項４】
前記探触子群は、
複数の第１超音波探触子要素が並ぶ第１探触子群と、
複数の第２超音波探触子要素が並ぶ第２探触子群とを形成し、
前記第２探触子群は前記第１探触子群に対向して配置される
請求項１〜３から選択される１請求項の超音波探傷装置。
【請求項５】
前記第１超音波探触子要素は発信器であり、且つ、受信器である
請求項４の超音波探傷装置。
【請求項６】
前記第１超音波探触子要素は発信器であり、且つ、前記第２超音波探触子要素は受信器である
請求項４の超音波探傷装置。
【請求項７】
前記第１探触子群は、前記第１探触子群と前記第２探触子群とが対向する対向方向に列状に複数群として配列され、
前記第２探触子群は、前記対向方向に列状に複数群として配列され、
前記第１探触子群の配列数は前記第２探触子群の配列数に等しい
請求項４〜６から選択される１請求項の超音波探傷装置。
【請求項８】
前記探触子群は、複数の第３超音波探触子要素が並ぶ第３探触子群を更に形成し、
前記第３超音波探触子要素は前記第１探触子群と前記第２探触子群との間に配置されている
請求項４の超音波探傷装置。
【請求項９】
前記第３超音波探触子要素は、発信器であり、且つ、受信器である
請求項８の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波探傷装置に関し、特に、炉壁の溶接部位の欠陥を検出するための超音波探傷装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒状タンクは、軸方向に延びる突き合わせ部位が溶接されて製作されている。原子炉容器、化学反応塔のような円筒状タンクは、高温状態で繰り返し応力を受ける環境に置かれる。そのような環境下の溶接部位は疲労して、その溶接部位に亀裂が生じる。亀裂は、速やかに検出されることが重要である。亀裂発生の有無を検出する技術として、非破壊検査技術が知られている。非破壊検査技術として、渦電流探傷法と超音波探傷法とが代表的に知られている。
【０００３】
図５は、公知の非破壊探傷検査技術のうちの超音波探傷技術を示している。亀裂発生の検査は、亀裂の存在とその亀裂の深さとについて実行される。探触子として、２様の探触子が用いられる。２様の探触子として、亀裂の有無を先行的に検出する亀裂発生検出探触子と、その存在が検出された亀裂の深さを検出する亀裂深さ検出探触子とが用いられている。矢付走査線１０１に沿って案内される亀裂発生検出探触子１０２は、溶接部位１０３の中の亀裂発生位置を検出する。走査装置（図示されず）には、亀裂発生検出探触子１０２に代えられて亀裂深さ検出探触子１０４が取り付けられる。公知の走査式亀裂検出技術は、２度の走査のステップと、亀裂位置深さの同定の計算のステップとから構成されている。その計算ステップには、亀裂存在位置とその位置の亀裂深さとの対応関係の確定のステップが含まれている。このような計算ステップと走査ステップとに費やされる時間は、原子炉、化学プラントのような多様なプラント運転の休止の時間を増大させている。
【０００４】
超音波探触子としてアレイ型の探触子が用いられ、溶接部に対して直角方向のスキャニングにより探傷を効率化する技術は、後掲特許文献１で知られている。公知のこのような技術は、溶接部位に対して平行方向に探触子群を移動的に走査することにより溶接部の全域を検査している。
【０００５】
溶接部位の超音波探傷の検査時間をより短縮化する技術が求められる。更に、走査量がより少なく、且つ、位置と深さの検出の高精度化が望まれる。
【０００６】
【特許文献１】
特許公開２００２−２１４２０４号
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、溶接部位の超音波探傷の検査時間を短縮する技術を確立する超音波探傷装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、更に、亀裂の位置と深さの検出を高精度化する超音波探傷装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数の形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００９】
本発明による超音波探傷装置は、複数の超音波探触子要素（７−ｊ：ｊ＝１〜ｎ）が並ぶ探触子群（１）を構成していて、長く延びる溶接部位の内部の欠陥の存在を物理的走査なしに素早く検出することができる。本発明による超音波探傷装置は、特に、原子炉容器のように補修期間が著しく短縮されることが望まれるプラントの容器の溶接部位の欠陥の発見のために好適に用いられる。ＴＯＦＤ法（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  ｍｅｔｈｏｄ：飛行時間回折法）は、本発明の実施に顕著に有効である。
【００１０】
複数の超音波探触子要素（７−ｊ）は、複数の超音波探触子要素（７−ｊ）に位置対応する複数の位置の探傷をそれぞれに検出する。位置対応的に欠陥を検出するので、その検出精度が向上する。複数の超音波探触子要素（７−ｊ）は、時系列的に複数の位置の探傷をそれぞれに検出する。電子制御的に複数の超音波探触子要素（７−ｊ）の受発信を走査して時系列的に欠陥を探知し、欠陥存在を高精度に検出することができる。複数の超音波探触子要素（７−ｊ）は、複数の超音波探触子要素（７−ｊ）が並ぶ並び順に複数の位置の探傷を検出することは、電子制御的に有利である。
【００１１】
探触子群は、複数の第１超音波探触子要素（７−ｊ）が並ぶ第１探触子群（１）と、複数の第２超音波探触子要素（８−ｊ：ｊ＝１〜ｎ）が並ぶ第２探触子群（２）とを形成している。第２探触子群（２）は第１探触子群（１）に対向して配置される。複数群の配置により、欠陥の存在と深さ位置とを高精度に検出することができる。この場合には、第１超音波探触子要素（７−ｊ）は発信器として使用され、且つ、受信器として使用されることが可能であり、又は、第１超音波探触子要素（７−ｊ）は発信器として使用され、第２超音波探触子要素（８−ｊ）は受信器として使用されることが可能である。そのような選択的使用により、欠陥の深さ位置をより高精度に検出することができる。
【００１２】
第１探触子群（１）は、第１探触子群（１）と第２探触子群（２）とが対向する対向方向に列状に複数群（１−１，２，３）として配列されることが特に好ましい。第２探触子群（２）は、対向方向に列状に複数群（２−１，２，３）として配列され、第１探触子群（１）の配列数は第２探触子群（２）の配列数に等しい。深さ方向に異なる位置の欠陥の深さをより高精度に検出することができる。
【００１３】
探触子群は、複数の第３超音波探触子要素（１４−ｊ）が並ぶ第３探触子群を更に形成し、第３超音波探触子要素（１４−ｊ）は第１探触子群（１）と第２探触子群（２）との間に配置されていて、溶接線に直角である方向に発生する欠陥の検出が可能である。この場合には、第３超音波探触子要素（１４−ｊ）は、発信器であり、且つ、受信器である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による超音波探傷装置は、第１探触子群が第２探触子群とともに溶接部位に配置される。その第１探触子群１は、図１に示されるように、第２探触子群２に対向して円筒状容器３の溶接部位４に近接する領域に配置されている。円筒状容器３は、内周面５と外周面６とを有し、円周方向に対向する両側容器部分の突き合わせ部位は、溶接部位４で埋められている。溶接部位４の内周面は、容器の内周面５に概ね一致している。第１探触子群１は、溶接部位４に円周方向に一方の片側で近接する一方側近接部位に軸心線方向に配列される多数の第１単位超音波探触子７を要素とする集合である。第２探触子群２は、溶接部位４に円周方向に他方の片側で近接する他方側近接部位にその軸心線方向に配列される多数の第２単位超音波探触子８を要素とする集合である。第１探触子群１と第２探触子群２とは、溶接部位４を挟んで互いに対向し、それぞれに、アレイ状に形成されて探触子列を形成している。
【００１５】
第１探触子群１は、第１番目第１単位超音波探触子７−１、第２番目第１単位超音波探触子７−２、第ｎ番目第１単位超音波探触子７−ｎが軸心線方向に（溶接部位が延びる方向に）順次に並ぶ第１列を形成している。第２探触子群２は、第１番目第２単位超音波探触子８−１、第２番目第２単位超音波探触子８−２、第ｎ番目第２単位超音波探触子８−ｎがその軸心線方向に順次に並ぶ第２列を形成している。
【００１６】
第１番目第１単位超音波探触子７−１から、第１番目第１超音波が溶接部位４に対して発射される。その超音波の有効中心線は内周面５に対して規定される角度を有し、その第１番目第１超音波はその規定角度で溶接部位４の内部に入射する。第１番目第１超音波に対して時間遅れで、第１番目第２超音波が第２探触子群２のうちの１つの探触子８から発射される。その１つの探触子として、第１番目第２単位超音波探触子８−１が好適に選択される。その超音波の有効中心線は内周面５に対して規定される角度を有し、その第１番目第２超音波はその規定角度で溶接部位４の内部に入射する。第１番目第１超音波の有効中心線は、第１番目第２超音波の有効中心線に対して交叉している。第２番目第１単位超音波探触子７−２から、第２番目第１超音波が溶接部位４に対して発射される。更に時間遅れで、第２番目第２超音波が第２番目第２単位超音波探触子８−２から発射される。
【００１７】
第１番目第１単位超音波探触子７−１から発信された第１番目第１超音波は、亀裂で反射し、その反射超音波は第１番目第１単位超音波探触子７−１で受信される。第１番目第２単位超音波探触子８−１から発信された第１番目第２超音波は、その同じ亀裂で反射し、その反射超音波は第１番目第２単位超音波探触子８−１で受信される。対向する２つの超音波受発信器により亀裂の存在を検出する技術は、このような受発信の関係に限られない。互いに異なる２つの発信位置から発信される２つの超音波の反射成分は、それぞれに亀裂の存在の検出信号である。第１番目第１単位超音波探触子７−１と第１番目第２単位超音波探触子８−１とは、これらが対向する対向面を含む直方体状分割空間の中の亀裂の存在と（その存在位置と）を検出する。第ｎ番目第１単位超音波探触子７−ｎと第ｎ番目第２単位超音波探触子８−ｎとは、これらが対向する対向面を含む直方体状分割空間の中の亀裂の存在を検出する。
【００１８】
このような存在検出では、第１探触子群１と第２探触子群２とが対向する対向方向に第１探触子群１の任意の要素又は第２探触子群２の任意の要素を移動させる必要がなく、且つ、第１探触子群１が並ぶ方向又は第２探触子群２が並ぶ方向に第１探触子群１の任意の要素又は第２探触子群２の任意の要素を移動させる必要がなく、物理的に測定器を移動させる物理的走査時間が不要である。
【００１９】
次に、亀裂欠陥の深さが検出される。深さ検出では、第１探触子群１が発信器として用いられ第２探触子群２が受信器として用いられ、又は、第１探触子群１が受信器として用いられ第２探触子群２が発信器として用いられる。第１番目第１単位超音波探触子７−１から発射された超音波は、第１番目第１単位超音波探触子７−１に位置対応する既述の直方体状分割空間の中に位置する亀裂で透過的に又は散乱的に反射して第１番目第２単位超音波探触子８−１に入射する。その発信時刻と受信時刻との差は、概ね、その亀裂の存在位置の深さに対応する。第２番目第１単位超音波探触子７−２から発射された超音波は、第２番目第１単位超音波探触子７−２に位置対応する直方体状分割空間の中に位置する亀裂で透過的に又は散乱的に反射して第２番目第２単位超音波探触子８−２に入射する。第ｎ番目第１単位超音波探触子７−ｎから発射された超音波は、第ｎ番目第１単位超音波探触子７−ｎに位置対応する直方体状分割空間の中に位置する亀裂で透過的に又は散乱的に反射して第２番目第２単位超音波探触子８−２に入射する。
【００２０】
このような深さ検出として、ＴＯＦＤ法が周知である。第１探触子群１の任意の要素又は第２探触子群２の任意の要素の既述の方向の走査のための移動は、不要である。第１番目第１単位超音波探触子７−１と第１番目第２単位超音波探触子８−１の組による検出に次いで瞬間的に続いて、第２番目第１単位超音波探触子７−２と第２番目第２単位超音波探触子８−２の組による検出が可能であり、全領域のそれぞれの検出は実質的に同時的である。本発明による検出方法は、検出器の物理的移動を伴わないので、存在検出と深さ検出とが実質的に同時的に実行されている。
【００２１】
第１番目第１単位超音波探触子７−１と第１番目第２単位超音波探触子８−１との組により存在検出が実行され、次に、第１番目第１単位超音波探触子７−１と第１番目第２単位超音波探触子８−１との組により深さ検出が実行され、更に次に、第２番目第１単位超音波探触子７−２と第２番目第２単位超音波探触子８−２との組により存在検出が実行され、次に、第２番目第１単位超音波探触子７−２と第２番目第２単位超音波探触子８−２との組により深さ検出が実行され、最後に、第ｎ番目第１単位超音波探触子７−ｎと第ｎ番目第２単位超音波探触子８−ｎとの組により存在検出が実行される。これらの検出プロセスに技術的に等価又は均等である。
【００２２】
図２は、本発明による超音波探傷装置の実施の他の形態を示している。第１探触子群１は、実施の本形態で、複数列化されている。第１探触子群１は、第１列目第１探触子群１−１と、第２列目第１探触子群１−２と、第３列目第１探触子群１−３とから構成されている。第２列目第１探触子群１−２の複数要素は、第１列目第１探触子群１−１に平行に並び、第３列目第１探触子群１−３の複数要素は、第２列目第１探触子群１−２に平行に並んでいる。第２探触子群２は、複数列化されている。第２探触子群２は、第１列目第２探触子群２−１と、第２列目第２探触子群２−２と、第３列目第２探触子群２−３とから構成されている。第２列目第２探触子群２−２の複数要素は、第１列目第２探触子群２−１に平行に並び、第３列目第２探触子群２−３の複数要素は、第２列目第２探触子群２−２に平行に並んでいる。
【００２３】
第１列目第１探触子群１−１の複数要素と第１列目第２探触子群２−１の複数要素とは、図３に示されるように、それぞれに、溶接部位４に最も近接する第１離隔位置９から溶接部位４の表面に対する等入射角度θで溶接部位４の内部に超音波を発射する。第２列目第１探触子群１−２の複数要素と第２列目第２探触子群２−２の複数要素は、それぞれに、溶接部位４からより離隔して近接する第２離隔位置１１から既述の等入射角度にそれぞれに等しい等入射角度で溶接部位４の内部に超音波を発射する。第３列目第１探触子群１−３の複数要素と第３列目第２探触子群２−３の複数要素は、それぞれに、溶接部位４から最も遠くに離隔して近接する第３離隔位置１２から既述の等入射角度にそれぞれに等しい等入射角度で溶接部位４の内部に超音波を発射する。
【００２４】
このような複数列の探触子群１−１，２，３，２−１，２，３から超音波をそれぞれに発射することにより、軸方向（炉容器の高さ方向）と深さ方向（炉容器の厚み方向）との両方向に２次元的に延びて走る亀裂１３の全体の任意の部分の存在と深さとを同時的に検出することができる。
【００２５】
図４は、本発明による超音波探傷装置の実施の更に他の形態を示している。実施の本形態では、溶接部位４の中心面（円筒状容器３の軸心線を含む面）の上で溶接部位４の表面に対して規定される角度で溶接部位４の表面に入射する縦方向入射超音波を発信する縦方向超音波受発信器群１４−１，２，３，４が追加的に溶接部位４の内側寄りに縦方向に配置されている。縦方向超音波受発信器群１４の複数要素１４−１，２，３，４の配列方向は、第１探触子群１の複数要素の配列方向に一致しているが、縦方向超音波受発信器群１４の複数要素１４−１，２，３，４の超音波の入射方向は、第１探触子群１の複数要素の超音波の入射方向に概ね直交している。
【００２６】
実施の本形態の縦方向超音波受発信器群１４は、横方向（溶接線に直角である方向）に長く延びる亀裂１５の存在と深さ位置とを検出することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明による超音波探傷装置は、溶接部位の超音波探傷の検査時間を短縮化することができ、更には、亀裂の位置と深さの検出を高精度化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による超音波探傷装置の実施の形態を示す斜軸投影図である。
【図２】図２は、本発明による超音波探傷装置の実施の他の形態を示す正面図である。
【図３】図３は、図２の平面断面図である。
【図４】図４は、本発明による超音波探傷装置の実施の更に他の形態を示す正面図である。
【図５】図５は、公知装置を示す斜軸投影図である。
【符号の説明】
１…第１探触子群
１−１，２，３…複数群
２…第２探触子群
８−ｊ…第２超音波探触子要素
７−ｊ…超音波探触子要素（第１超音波探触子要素）
１４−ｊ…第３超音波探触子要素
【図１】
2004226118.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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