(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却水を通すパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなるステーブクーラの欠陥を検出する検査装置において、
前記検査装置は、パイプの軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子と、この水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させるミラーと、このミラー及び前記探触子をパイプの中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダと、この可撓性ホルダに取付けた重力センサと、前記可撓性ホルダをパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段と、前記ミラーをパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段と、このミラー回転手段並びに前記ホルダ移動手段を制御し、移動距離情報及び重力センサの情報に基づいて探触子の位置並びに超音波照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプと鋳鉄との境界の欠陥を検出する制御部とからなり、
前記ミラーと水浸式超音波探触子とはシリンダ内に向かい合うように配置されており、前記水浸式超音波探触子は信号線に接続されて前記シリンダ内で固定であり、前記シリンダは、前記ミラーに面して超音波を通すための通孔を備え、前記シリンダは前記ミラーに一体に結合されて前記可撓性ホルダに対して回転可能であり、
前記シリンダとともにミラーを回転させ、水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させ、前記通孔からパイプ内面全周にわたって超音波を照射するようにした、
ことを特徴としたステーブクーラの検査装置。
【請求項２】
パイプを少なくとも一層の外パイプで囲む又はパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなる多層構造物の欠陥を検出する検査装置において、
前記検査装置は、パイプの軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子と、この水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させるミラーと、このミラー及び前記探触子をパイプの中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダと、この可撓性ホルダに取付けた重力センサと、前記可撓性ホルダをパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段と、前記ミラーをパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段と、このミラー回転手段並びに前記ホルダ移動手段を制御し、移動距離情報及び重力センサの情報に基づいて探触子の位置並びに超音波照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプの減肉の有無の検出、又はパイプと外パイプ若しくは鋳鉄との境界の欠陥の有無を検出する制御部とからなり、
前記ミラーと水浸式超音波探触子とはシリンダ内に向かい合うように配置されており、前記水浸式超音波探触子は信号線に接続されて前記シリンダ内で固定であり、前記シリンダは、前記ミラーに面して超音波を通すための通孔を備え、前記シリンダは前記ミラーに一体に結合されて前記可撓性ホルダに対して回転可能であり、
前記シリンダとともにミラーを回転させ、水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させ、前記通孔からパイプ内面全周にわたって超音波を照射するようにした、
ことを特徴とした多層構造物の欠陥を検出する検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉などの炉内壁保護のために張り付けるステーブクーラの検査、特にパイプとこのパイプを鋳ぐるむ鋳鉄との境目に発生しやすい欠陥を検査する技術、及びパイプを少なくとも一層の外パイプで囲む又はパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなる多層構造物の欠陥を検出する検査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉（溶鉱炉）は、大きな鉄鋼製筒に厚く耐火物（材）を内張りし、その内で鉄鉱石、コークス、石灰などを燃焼反応させて溶けた銑鉄を造る設備であり、熱及び化学反応により、耐火物は損耗する。大きな損耗が予想される箇所には、耐火物にステーブクーラと称する冷却器を埋め込み、温度を下げることで耐火物の損耗を遅らせる技術が広く採用されている。
ステーブクーラは、例えば▲１▼実開昭５６−６１４４０号公報「高炉ステーブクーラにおける水圧試験装置」の第１図に示される構造の物であり、冷却水の出入り口を確保するためにコ若しくはＵ字状に曲げたパイプ２（符号は公報記載の番号を流用。以下同じ。）を鋳鉄１で鋳ぐるんでなる直方体ブロックである。
【０００３】
また、パイプを少なくとも一層の外パイプで囲んだ多層構造は熱交換器に用いる伝熱管としての二重管、又はパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなる多層構造物は製鋼炉のステーブ、内燃機関のシリンダとシリンダブロックなど各種の工業製品が挙げられる。
それらのうちで熱交換器の伝熱管としての二重管を例に説明すると、伝熱管は管内に腐食性熱媒体、管外に摩耗性熱媒体を流す場合には、管内に耐食性材料、管外に耐摩耗性材料を配置する必要があり、１本の管の内面に耐食処理、外面に耐摩耗処理する手法もあるが溶射など特殊な処理が必要となりコスト高となる。そこで、例えば内管を腐食性材料、外管を耐摩耗性材料とした二重管の採用が考えられる。
【０００４】
この様な二重管は、加熱して拡径した外管を、内管に嵌め、次に外管を冷却するという焼きばめ法によるか、やや径の大きな内管にやや径の大きな外管を嵌めて二重管にし、この二重管を引抜いて所定径まで絞ることにより、内管に外管を嵌合する冷間引抜き法によって製造する。この様にして製造した二重管は、内外管が良好に密着していることが必須条件となる。内・外管間に隙間があると熱伝導率が低下し、所定の伝熱量が確保できず、場合によっては伝熱管に孔が開くという事態が起こる。そこで、内・外管間の密着性検査は十分に行う必要がある。
【０００５】
熱交換器に組込む前の単品であれば、周知の超音波検査で密着性能を確認することはできる。しかし、熱交換器に組込んだ状態では通常の方法で検査を行うことはできない。このことに対処すべく、例えば▲２▼特開平８−１４５９５４号公報「渦電流探知試験方法及び渦電流探知試験装置」や▲３▼特開平６−２４９８３６号公報「二重管の内挿渦流探傷方法」が提案されている。
上記▲２▼は、同公報の段落番号［０００６］第２行〜第３行に記載された通り、内管に発生している減肉状態を信頼高く探知するというものであり、又、上記▲３▼は、その特許請求の範囲に記載の通り、内管内壁全面を探傷することを特徴とする発明である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図８（ａ）〜（ｃ）はステーブクーラの要部断面の比較図である。
（ａ）において、パイプ１０１を鋳鉄１０２で単純に鋳ぐるむと、パイプ１０１の外表面が溶けて鋳鉄１０２に「溶着」する。ステーブクーラではなく、一般の用途であれば、この様にパイプ１０１と鋳鉄１０２が溶着することは熱伝導の点で歓迎すべきことである。しかし、ステーブクーラでは鋳鉄１０２が繰り返し高温にさらされることから、鋳鉄１０２の炉内面側から亀裂が発生し、成長することがある。もし、パイプ１０１と鋳鉄１０２とが溶着していれば、前記亀裂がパイプ１０１の表面に到達したときに、この亀裂がパイプ１０１内へ伝播する虞れがある。
もし、パイプ１０１に亀裂が発生し、水が高炉内に侵入すれば、高炉操業に悪影響を及ぼしかねず、好ましいことでない。
【０００７】
そこで、近年は（ｂ），（ｃ）に示す隙間を開けた構造が実用に供されている。すなわち、（ｂ）ではパイプ１０１に溶着防止剤１０３を塗布し、その外に注湯することで、パイプ１０１を鋳鉄１０２に「非溶着」状態にし、パイプ１０１が鋳鉄１０２に対してある程度ルーズになるようにしたものである。
また、（ｃ）ではパイプ１０１に外筒パイプ１０４を被せ、この外筒パイプ１０４に注湯することで、外筒パイプ１０４は鋳鉄１０２に溶着するが、パイプ１０１と外筒パイプ１０４との間に僅かな隙間１０５をおくことにより、パイプ１０１の破損を防止すると言うものである。
【０００８】
前記（ｂ）を改良型１重管式ステーブ、（ｃ）を２重管式ステーブと呼ぶことにする。
（ｂ）の改良型１重管式ステーブでは、溶着防止剤１０３の膜厚にむらがあったり、注湯の際に湯流れで局部的に削られる等すると、湯がパイプ１０１に達して局部的に「溶着」部を形成することが予想される。この様な溶着部はパイプ１０１の破損の起点となるので有害である。
また、（ｃ）の２重管式ステーブでは、外筒パイプ１０４が溶湯で溶かされてしまって、湯がパイプ１０１に達してしまうと、有害な溶着部ができてしまう。
【０００９】
前記▲１▼（実開昭５６−６１４４０号公報）では、単に水圧を掛けて圧力低下若しくは水洩れが発生するか否かを調べるものであるから、上述した有害な溶着部（溶着現象）を発見することはできない。しかし、溶着部は亀裂の起点になるため、これを検査で見つける必要がある。
【００１０】
又、前記▲２▼，▲３▼には次の様な課題がある。
前記▲２▼（特開平８−１４５９５４号公報）は、内管に発生している減肉状態を探知するものであって、内管と外管との間の密着性を調べる技術ではない。
同様に、前記▲３▼（特開平６−２４９８３６号公報）は、内管内壁に発生するきずを検知するものであり、内管と外管との間の密着性を調べる技術ではない。
【００１１】
そこで、本発明の第１の目的は、高炉ステーブクーラにおいてパイプに発生する亀裂欠陥のみならず、パイプと鋳鉄との境目で発生する溶着部欠陥をも発見することのできる検査技術を提供することにあり、第２の目的は、パイプを少なくとも一層の外パイプで囲む又はパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなる多層構造物の欠陥、特に境界の密着性を検出することのできる検査技術を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１は、冷却水を通すパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなるステーブクーラの欠陥を検出する検査装置において、前記検査装置は、パイプの軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子と、この水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させるミラーと、このミラー及び前記探触子をパイプの中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダと、この可撓性ホルダに取付けた重力センサと、前記可撓性ホルダをパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段と、前記ミラーをパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段と、このミラー回転手段並びに前記ホルダ移動手段を制御し、移動距離情報及び重力センサの情報に基づいて探触子の位置並びに超音波照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプと鋳鉄との境界の欠陥を検出する制御部とからなり、前記ミラーと水浸式超音波探触子とはシリンダ内に向かい合うように配置されており、前記水浸式超音波探触子は信号線に接続されて前記シリンダ内で固定であり、前記シリンダは、前記ミラーに面して超音波を通すための通孔を備え、前記シリンダは前記ミラーに一体に結合されて前記可撓性ホルダに対して回転可能であり、前記シリンダとともにミラーを回転させ、水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させ、前記通孔からパイプ内面全周にわたって超音波を照射するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
探触子から発した超音波をミラーで９０゜反転させてパイプ及び鋳鉄に向わせ、この超音波でパイプと鋳鉄との境界の欠陥の有無を調べる。すなわち、パイプに鋳鉄が溶着していれば、超音波が溶着部を直進するため、返ってくるべきエコーが認められなくなるか若しくは減少し、欠陥を発見することができる。
請求項１は、探触子及びミラーを支える可撓性ホルダに設けたシリンダ内に納め、シリンダは通孔を備え、ミラー及びシリンダを回転させ、パイプ内に納めた可撓性ホルダを、ホルダ移動手段で移動させる装置であり、装置が簡便であり、装置のコストを低減することができる。
【００１８】
請求項２は、パイプを少なくとも一層の外パイプで囲む又はパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなる多層構造物の欠陥を検出する検査装置において、前記検査装置は、パイプの軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子と、この水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させるミラーと、このミラー及び前記探触子をパイプの中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダと、この可撓性ホルダに取付けた重力センサと、前記可撓性ホルダをパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段と、前記ミラーをパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段と、このミラー回転手段並びに前記ホルダ移動手段を制御し、移動距離情報及び重力センサの情報に基づいて探触子の位置並びに超音波照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプの減肉の有無の検出、又はパイプと外パイプ若しくは鋳鉄との境界の欠陥の有無を検出する制御部とからなり、前記ミラーと水浸式超音波探触子とはシリンダ内に向かい合うように配置されており、前記水浸式超音波探触子は信号線に接続されて前記シリンダ内で固定であり、前記シリンダは、前記ミラーに面して超音波を通すための通孔を備え、前記シリンダは前記ミラーに一体に結合されて前記可撓性ホルダに対して回転可能であり、前記シリンダとともにミラーを回転させ、水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させ、前記通孔からパイプ内面全周にわたって超音波を照射するようにしたことを特徴とする。
【００１９】
探触子から発した超音波をミラーで９０゜反転させてパイプに向わせ、この超音波でパイプと外パイプとの間に生じる隙間の有無又はパイプと鋳鉄との境界に生じる隙間の有無を調べる。すなわち、パイプと外パイプとの間に隙間が発生する又はパイプと鋳鉄との境界に隙間が発生すれば、このことを示すエコーが発生する。
請求項４は、探触子及びミラーを支える可撓性ホルダに設けたシリンダ内に納め、シリンダは通孔を備え、ミラー及びシリンダを回転させ、パイプ内に納めた可撓性ホルダを、ホルダ移動手段で移動させる装置であり、装置が簡便であり、装置のコストを低減することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係るステーブクーラの検査装置の原理図であり、ステーブクーラの検査装置１０は、パイプ１１の軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子１２と、この水浸式超音波探触子１２の発した超音波を９０゜反転させるミラー１３と、このミラー１３及び探触子１２をパイプ１１の中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダ２０と、この可撓性ホルダ２０に取付けた重力センサ１５と、可撓性ホルダ２０（このホルダ２０の詳細は図２で説明する。）をパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段３０と、ミラー１３をパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段３５と、ミラー回転手段３５並びにホルダ移動手段３０を制御し、このホルダ移動手段３０による移動距離及び前記重力センサ１５の情報に基づいて探触子１２の位置及び超音波の照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプ１１と鋳鉄１６との境界の欠陥を検出する制御部４０と、からなる。４１は表示部、１７，１７は自在継手、１８は通信線を保護するフレキシブルチューブである。
【００２１】
図２は図１の２部拡大断面図であり、可撓性ホルダ２０に、ミラー１３を回転自在に支える左保持材２１Ｌ（Ｌは左を示す添え字である。）と、探触子１２を支える右保持材２１Ｒ（Ｒは右を示す添え字である。）と、これら左右保持材２１Ｌ，２１Ｒにベアリング２２ａ，２２ａを介して回転可能に保持させたシリンダ２２と、前記左右保持材２１Ｌ，２１Ｒに差込み、取付けた左右のボス２３Ｌ，２３Ｒと、これのボス２３Ｌ，２３Ｒに取付けた左右の広幅ブラシ２４Ｌ，２４Ｒと、前記左右保持材２１Ｌ，２１Ｒに取付けた左右の狭幅ブラシ２５Ｌ，２５Ｒと、を備え、ミラー１３を支えるロッド２６を左ボス２３Ｌに貫通させ、探触子１２の信号線２７を右ボス２３Ｒに貫通させた構成例を示す。
【００２２】
前記シリンダ２２は、ミラー１３並びにロッド２６に一体に結合したものであり、ミラー１３に面して超音波を通すための通孔２８を備える。
従って、探触子１２から矢印▲１▼（パイプ軸）方向に超音波を発すると、この超音波はミラー１３で９０゜反転し、通孔２８を通過し、矢印▲２▼の通りにパイプ１１に向う。このときに、ミラー１３を矢印▲３▼の通りに回転させることで、パイプ１１の内面全周にわたって超音波を照射することができる。なお、前記通孔２８は超音波の通過を妨げない程度の適度な径とすればよい。
【００２３】
前記ブラシ２４Ｌ，２４Ｒ，２５Ｌ，２５Ｒは探触子１２並びにミラー１３をパイプの中心に保持する作用を発揮するセンターリング部材である。センターリング部材はローラ、リンク、パンタグラフリンク又はこれらの組み合わせものであっても差支えない。しかし、ブラシ２４Ｌ，２４Ｒ，２５Ｌ，２５Ｒは安価であるから、検査装置１０の軽量化、簡素化並びに低コスト化を図る上で有利である。ただし、水中で使用するので錆びにくいステンレス製ブラシを採用することが望ましい。
【００２４】
以上に述べたステーブクーラの検査装置の作用を次に説明する。
図１において、ステーブクーラのパイプ１１に、「糸とおし」の要領でホルダ移動手段３０の中空ワイヤ３１を通し、パイプ１１内に可撓性ホルダ２０、すなわち探触子１２並びにミラー１３を挿入する。
次に、探触子１２並びにミラー１３で超音波をパイプ１１並びに鋳鉄１６に向けて発し、エコーを受け、矢印▲３▼の通りにミラー１３を回転し、且つワイヤ３１を介して可撓性ホルダ２０を矢印▲４▼の通り、パイプ１１の軸方向に移動させる。
この間に、制御部４０ではエコーを連続的に取入れ、欠陥の有無を解析する（詳しくは図３，４で説明する）。
【００２５】
なお、重力センサ１５は、光学式エンコーダ及びこれに連結された振り子型の錘を内蔵しており、可撓性ホルダ２０の重力方向に対する基準位置信号を出力する。この基準位置信号は、フレキシブルチューブ１８内を通る信号線を介して、制御部４０に送られ、前項で述べたエコーによる欠陥の有無を解析する際に、そのパイプ円周上の重力方向に対する位置、すなわち超音波の照射方位を確定するデータとなる。
【００２６】
図３（ａ）〜（ｅ）は改良型１重管式ステーブを対象とした検査方法説明図である。
（ａ）にて、パイプ１１内に水を満たし、探触子１２及びミラー１３にて超音波４３をパイプ１１並びに鋳鉄１６に向けて発射する。
（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であって健全な境界部を示し、超音波４３はパイプ１１の内面と、溶着防止剤４４の内面とで反射して、エコーとなる。
（ｃ）は（ｂ）に対応するエコー波形図であり、（ｂ）に示すパイプ１１の内面位置でＳエコー、溶着防止剤４４の内面位置で１００％を超える強いＢ１エコーが現れる。Ｂ２エコー，Ｂ３エコーはＢ１エコーの繰り返しエコーである。
【００２７】
なお、（ｃ）には示さなかったが、パイプ１１に亀裂が入った場合には、この亀裂で超音波が反射されるため、亀裂の位置にエコーが出る。従って、本発明の検査方法では、パイプ１１自体の欠陥（亀裂や割れ）をも発見することができる。
【００２８】
（ｄ）は、不健全な境界部を示し、溶着防止剤４４が局部的に欠落し、そこで鋳鉄１６とパイプ１１とが直接密着して溶着部４５ができたことを示し、超音波４３はパイプ１１の内面で反射するものの、溶着部４５では直進する。
（ｅ）は（ｄ）に対応するエコー波形図であり、Ｓエコーは認められるが、Ｂ１エコーは現れない。
【００２９】
健全な（ｃ）と不健全な（ｅ）とに顕著な差が認めらる。すなわち、Ｂ１エコーが発生しなければ、重大な欠陥がある疑いが強く、またＢ１エコーが発生しても弱ければ、軽度の欠陥が疑われる。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｇ）は２重管式ステーブを対象とした検査方法説明図である。
（ａ）にて、パイプ１１内に水を満たし、探触子１２及びミラー１３にて超音波４３をパイプ１１、外筒パイプ４７並びに鋳鉄１６に向けて発射する。
（ｂ）は、健全な境界部を示し、超音波４３はパイプ１１の内面で反射する。そして、パイプ１１と外筒パイプ４７との間に隙間４８があるため、パイプ１１の外面で反射して、エコーとなる。
（ｃ）は（ｂ）に対応するエコー波形図であり、（ｂ）に示すパイプ１１の内面位置でＳエコー、パイプ１１の外面位置で１００％を超える強いＢ１エコーが現れる。Ｂ２エコー，Ｂ３エコーはＢ１エコーの繰り返しエコーである。
【００３１】
（ｄ）は、不健全な境界部を示し、外筒パイプ４７に穴が開き、鋳鉄１６とパイプ１１とが直接密着して溶着部４５ができたことを示し、超音波４３はパイプ１１の内面で反射するものの、溶着部４５では直進する。
（ｅ）は（ｄ）に対応するエコー波形図であり、Ｓエコーは認められるが、Ｂ１エコーは現れない。
【００３２】
健全な（ｃ）と不健全な（ｅ）とに顕著な差が認めらる。すなわち、Ｂ１エコーの発生がなければ、重大な欠陥がある疑いが強く、またＢ１エコーが発生しても弱ければ、軽度の欠陥が疑われる。
【００３３】
（ｆ）も不健全な境界部を示し、パイプ１１と外筒パイプ４７との間の隙間がなくなり、密着した状態を示す。強く密着するとパイプ１１の移動が拘束されて、パイプ１１に過大な応力が発生するようになり、好ましくない。
このときには超音波の一部が外筒パイプ４７を貫通して鋳鉄１６に向うことが予想される。
（ｇ）は（ｆ）に対応するエコー波形図であり、Ｂ１エコーは弱まる。また、外筒パイプ４７と鋳鉄１６との間が非溶着状態であれば、Ｆエコーが発生する。
すなわち、Ｂ１エコーが小さくなるほど、パイプ１１と外筒パイプ４７との密着度が大きくなり、好ましくない。このことから、パイプ１１と外筒パイプ４７との間に必要な隙間があるか否かを調べることができる。
【００３４】
以上をまとめると、本発明方法では、パイプ１１に水を満たすと共に水浸式超音波探触子１２を挿入し、この探触子１２からパイプ１１を介して鋳鉄１６に向う超音波を発し、このときのエコーの有無（Ｂ１の有無やＦの有無など）及び強度（Ｂ１の大きさなど）に基づいて、パイプ１１と鋳鉄１６との境界の欠陥の有無を検出することができる。
【００３５】
以上は、高炉ステーブクーラを対象とした検査方法及び検査装置を説明したが、この技術は熱交換器の伝熱管に代表される二重管若しくは三重以上の多重管やパイプにアルミニウム合金鋳物や鋳鉄を鋳ぐるんだ内燃機関のシリンダブロック等にも拡張して適用できる。これらの多重管やシリンダブロックを「パイプをコアとする多層構造物」と総称しつつ以下実施の形態を説明する。
【００３６】
図５は本発明に係るパイプをコアとする多層構造物の検査装置の原理図であり、基本構造は図１と同じであるから、図１の符号を流用する。
すなわち、パイプをコアとする多層構造物の検査装置５０は、パイプ１１の軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子１２と、この水浸式超音波探触子１２の発した超音波を９０゜反転させるミラー１３と、このミラー１３及び探触子１２をパイプ１１の中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダ２０と、この可撓性ホルダ２０に取付けた重力センサ１５と、可撓性ホルダ２０をパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段３０と、ミラー１３をパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段３５と、ミラー回転手段３５並びにホルダ移動手段３０を制御し、このホルダ移動手段３０による移動距離及び前記重力センサ１５の情報に基づいて探触子１２の位置及び超音波の照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプ１１の減肉の有無の検出、又はパイプ１１と外パイプ５１若しくはパイプ１１と鋳鉄１６との境界の欠陥（具体的には隙間の発生）の有無を検出する制御部４０と、からなる。４１は表示部、１７，１７は自在継手、１８は通信線を保護するフレキシブルチューブである。
【００３７】
図５の２部は図２で詳細を説明する。しかし、図２は既に説明したのでここでは説明を省略する。
【００３８】
図６は（ａ）〜（ｅ）は多層構造物で且つパイプの減肉を対象とした検査方法説明図である。
（ａ）にて、パイプ１１内に水を満たし、探触子１２及びミラー１３にて超音波４３をパイプ１１並びに鋳鉄１６に向けて発射する。
（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であって健全な境界部を示し、超音波４３はパイプ１１の内面で反射して、エコーとなる。パイプ１１に鋳鉄１６が密着しているため、パイプ１１と鋳鉄１６との境界では反射は起こらずに超音波４３は突抜けるため、この境界ではエコーは発生しない。
（ｃ）は（ｂ）に対応するエコー波形図であり、（ｂ）に示すパイプ１１の内面位置でＳエコーのみが現れる。
【００３９】
（ｄ）は、パイプ１１の内面に腐食による凹部５２が発生したことを示す。超音波４３は凹部５２で反射する。
（ｅ）は（ｄ）に対応するエコー波形図であり、Ｓエコーはパイプ１１の内面からΔｔだけずれた位置に現れる。
【００４０】
すなわち、健全な（ｃ）に対して不健全な（ｅ）はΔｔだけずれた位置にＳエコーが現れるため、減肉が発生してると推定できる。
【００４１】
図７は（ａ）〜（ｅ）は多層構造物で且つパイプと鋳鉄との境界の隙間を対象とした検査方法説明図である。（ａ）〜（ｃ）は図６（ａ）〜（ｃ）と同じである。
すなわち、（ａ）にて、パイプ１１内に水を満たし、探触子１２及びミラー１３にて超音波４３をパイプ１１並びに鋳鉄１６に向けて発射する。
（ｂ）は（ａ）のｂ部拡大図であって健全な境界部を示し、超音波４３はパイプ１１の内面で反射して、エコーとなる。パイプ１１に鋳鉄１６が密着しているため、パイプ１１と鋳鉄１６との境界では反射は起こらず、この境界ではエコーは発生しない。
（ｃ）は（ｂ）に対応するエコー波形図であり、（ｂ）に示すパイプ１１の内面位置でＳエコーのみが現れる。
【００４２】
（ｄ）は、パイプ１１と鋳鉄１６との境界に隙間５３が発生したことを示し、超音波４３はパイプ１１の内面及び隙間５３で反射する。
（ｅ）は（ｄ）に対応するエコー波形図であり、パイプ１１の内面位置でＳエコー、隙間５３で１００％を超える強いＢ１エコーが現れる。Ｂ２エコー，Ｂ３エコーはＢ１エコーの繰り返しエコーである。
【００４３】
すなわち、健全な（ｃ）に現れないＢ１エコーが、不健全な（ｅ）では現れる。そして、このＢ１エコーは隙間５３の大きさにほぼ比例して増大する。従って、Ｂ１エコーの存在によりパイプ１１と鋳鉄１６との境界に有害な隙間５３が発生してることを発見することができる。
【００４４】
図６，７ではパイプ１１と鋳鉄１６からなる多層構造物を説明したが、鋳鉄１６を外パイプ５１（図５の符号５１参照）に替えれば、パイプ１１と外パイプ５１からなる二重管構造の多層構造物となる。外パイプ５１を多重管にすることは差支えない。従って、本発明は、パイプ１１を少なくとも一層の外パイプ５１で囲む又はパイプ１１を鋳鉄１６で鋳ぐるんでなる多層構造物の欠陥検査に適用できる。
【００４５】
【実施例】
本発明に係る試験例を次に説明するが、本発明はこの試験例に限るものではない。
先に説明した図８（ａ）〜（ｃ）において、ボイラ・熱交換器用炭素鋼鋼管ＳＴＢ３４０（ＪＩＳ Ｇ ３４６１）のパイプ１０１及び外筒パイプ１０４を、球状黒鉛鋳鉄ＦＣＤ４５０（ＪＩＳ Ｇ ５５０２）の鋳鉄１０２で鋳ぐるんでなる試料を各種製作し、水圧試験及び本発明の検査方法（超音波試験）を実施した。
その内容を表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
試料１は、図８（ａ）の構造のもので、圧力１．９６ＭＰａの水をパイプ１０１に封じ込め、５分間保持して、圧力降下や水洩れの有無を調べ、圧力降下並びに水洩れが認められなかったので、水圧試験は合格とした。
次に、本発明の超音波試験を実施し、Ｂ１エコーの有無並びに強度を調べたところ、Ｂ１エコーは２０％であった。試験後、試料を切断し、断面を調べたところ部分的に溶着が認められた。そこで、評価は「×」とした。
【００４８】
試料２は、図８（ｂ）の構造のもので、水圧試験は合格であり、Ｂ１エコーは１００％以上であり、断面は健全であったので、評価は「○」とした。
試料３は、図８（ｂ）の構造のもので、水圧試験は合格であったが、Ｂ１エコーは０％であり、断面に溶着部が認められたので、評価は「×」とした。
【００４９】
試料４は、図８（ｃ）の構造のもので、水圧試験は合格であり、Ｂ１エコーは１００％以上であり、断面は健全であったので、評価は「○」とした。
試料５は、図８（ｃ）の構造のもので、水圧試験は合格であったが、Ｂ１エコーは０％であり、断面を調べたところ外筒パイプに穴があきそこに溶着部が認められたので、評価は「×」とした。
この試料５と同等品を高炉シャフト下部に試験的に用いたところ、１年未満でステーブクーラが破損した。
【００５０】
尚、図１に示したホルダ移動手段３０は可撓性ホルダ２０を移動させることができる機構のものであれば構造は任意であり、また、ミラー回転手段３５はミラー１３を回転させることのできる機構のもの（例えば内蔵小型モータ）であれば構成は任意である。
【００５１】
また、本発明が対象とするステーブクーラは、高炉用ステーブクーラ、製鋼炉用ステーブクーラ、溶解炉用ステーブクーラの何れであってもよく、炉内壁保護のために張り付けるステーブクーラであれば、用途を限定するものではない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１は、冷却水を通すパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなるステーブクーラの欠陥を検出する検査装置において、検査装置は、パイプの軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子と、この水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させるミラーと、このミラー及び前記探触子をパイプの中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダと、この可撓性ホルダに取付けた重力センサと、前記可撓性ホルダをパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段と、前記ミラーをパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段と、このミラー回転手段並びに前記ホルダ移動手段を制御し、移動距離情報及び重力センサの情報に基づいて探触子の位置並びに超音波照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプと鋳鉄との境界の欠陥を検出する制御部とからなり、前記ミラーと水浸式超音波探触子とはシリンダ内に向かい合うように配置されており、前記シリンダは、前記ミラーに面して超音波を通すための通孔を備え、前記シリンダは前記ミラーに一体に結合されて前記可撓性ホルダに対して回転可能であり、前記シリンダとともにミラーを回転させ、水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させ、前記通孔からパイプ内面全周にわたって超音波を照射するようにしたので、探触子及びミラーを支える可撓性ホルダに設けたシリンダ内に納め、シリンダは通孔を備え、ミラー及びシリンダを回転させ、パイプ内に納めた可撓性ホルダを、ホルダ移動手段で移動させる装置であり、装置が簡便であり、装置のコストを低減することができる。
そして、探触子から発した超音波をシリンダともに回転するミラーで９０゜反転させてシリンダの通孔を通してパイプ及び鋳鉄に向わせ、この超音波でパイプと鋳鉄との境界の欠陥の有無を調べる。すなわち、パイプに鋳鉄が溶着していれば、超音波が溶着部を直進するため、返ってくるべきエコーが認められなくなるか若しくは減少し、欠陥を発見することができる。パイプ自体に割れなどの欠陥があれば、それを示すエコーが発生する。
従って、パイプに発生する亀裂欠陥のみならず、パイプと鋳鉄との境目で発生する溶着部欠陥をも発見することのでき、高炉等の炉内壁に装着した後に水もれなどのトラブルが発生することを抑えることができ、安定した運転を継続させることができる。
【００５５】
請求項２は、パイプを少なくとも一層の外パイプで囲む又はパイプを鋳鉄で鋳ぐるんでなる多層構造物の欠陥を検出する検査装置において、検査装置は、パイプの軸方向へ超音波を発するとともにエコーを受ける水浸式超音波探触子と、この水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させるミラーと、このミラー及び前記探触子をパイプの中心に保持しつつパイプの曲り部も通過し得る可撓性ホルダと、この可撓性ホルダに取付けた重力センサと、前記可撓性ホルダをパイプ軸に沿って移動させるホルダ移動手段と、前記ミラーをパイプ軸廻りに回転させるミラー回転手段と、このミラー回転手段並びに前記ホルダ移動手段を制御し、移動距離情報及び重力センサの情報に基づいて探触子の位置並びに超音波照射方位を割出し、且つ前記エコーに基づいてパイプの減肉の有無の検出、又はパイプと外パイプ若しくは鋳鉄との境界の欠陥の有無を検出する制御部とからなり、前記ミラーと水浸式超音波探触子とはシリンダ内に向かい合うように配置されており、前記シリンダは、前記ミラーに面して超音波を通すための通孔を備え、前記シリンダは前記ミラーに一体に結合されて前記可撓性ホルダに対して回転可能であり、前記シリンダとともにミラーを回転させ、水浸式超音波探触子の発した超音波を９０゜反転させ、前記通孔からパイプ内面全周にわたって超音波を照射するようにしたので、探触子及びミラーを支える可撓性ホルダに設けたシリンダ内に納め、シリンダは通孔を備え、ミラー及びシリンダを回転させ、パイプ内に納めた可撓性ホルダを、ホルダ移動手段で移動させる装置であり、装置が簡便であり、装置のコストを低減することができる。
そして、探触子から発した超音波をミラーで９０゜反転させてパイプに向わせ、この超音波でパイプと外パイプとの間に生じる隙間の有無又はパイプと鋳鉄との境界に生じる隙間の有無を調べる。すなわち、パイプと外パイプとの間に隙間が発生する又はパイプと鋳鉄との境界に隙間が発生すれば、このことを示すエコーが発生し、容易に且つ確実に有害な隙間を発見し、対策を講じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステーブクーラの検査装置の原理図
【図２】図１の２部拡大断面図
【図３】改良型１重管式ステーブを対象とした検査方法説明図
【図４】２重管式ステーブを対象とした検査方法説明図
【図５】本発明に係るパイプをコアとする多層構造物の検査装置の原理図
【図６】多層構造物で且つパイプの減肉を対象とした検査方法説明図
【図７】多層構造物で且つパイプと鋳鉄との境界の隙間を対象とした検査方法説明図
【図８】ステーブクーラの要部断面の比較図
【符号の説明】
１０…ステーブクーラの検査装置、１１…パイプ、１２…水浸式超音波探触子、１３…ミラー、１５…重力センサ、１６…鋳鉄、１７…自在継手、２０…可撓性ホルダ、２２…シリンダ、２４，２５…ブラシ、２８…通孔、３０…ホルダ移動手段、３５…ミラー回転手段、４０…制御部、４３…超音波、４５…溶着部、５０…パイプをコアとする多層構造物の検査装置、５１…外パイプ、５２…凹部、５３…隙間、Ｓ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｆ…エコー。
【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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