(57)【要約】【課題】化学プラント等の配管は、ある間隔毎にラックと呼ばれているH型鋼に乗っている。このH型鋼に接触している部分については、配管に腐食が発生しても目視などの光学的な手段を使用することができず、垂直探触子を用いた板厚測定もできないため、適切な検査の方法がなかった。そこで、このような目視及び測定ができなかった部分の検査を合理的に行う方法を提供する。【解決手段】検査部位を挟んで配置する超音波探触子より被検査材に入射した超音波は縦波と横波がモード変換を繰り返す性質があり、縦波と横波がモード変換を繰り返して伝播する経路のうち少なくとも1回以上被検査材を横波が横断する超音波の経路を利用して、腐食部及び減肉部の存在により生じる伝播時間の差を計測することにより腐食深さ及び減肉深さを評価する腐食及び減肉の検査方法。【選択図】図10
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査部位を挟んで配置する超音波探触子より被検査材に入射した表面近傍を伝わる縦波からモード変換によって連続的に発生する横波が被検査材を横断し、被検査材を横断した横波が被検査材の裏面に到達したときにモード変換によって縦波が発生し、裏表面近傍を伝播する縦波からモード変換によって連続的に横波が発生して被検査材を横断し、横波が被検査材の表面に達したときにモード変換によってさらに縦波が発生し、この縦波によってもモード変換によって横波が発生するというように縦波と横波がモード変換を繰り返す性質があり、縦波と横波がモード変換を繰り返して伝播する経路のうち少なくとも1回以上被検査材を横波が横断する超音波の経路を利用して、腐食部及び減肉部の存在により生じる伝播時間の差を計測することにより腐食深さ及び減肉深さを評価する二探触子法による腐食及び減肉の検査方法。
【請求項２】
請求項1の発明において、表面近傍を伝わる縦波のモード変換によって発生する横波が被検査材を板厚方向に横断する回数ごとに計測される底面で反射するエコーと、腐食部及び減肉部によって伝播距離が短くなったときのエコーとの伝播時間の差を計測し、計測された伝播時間の差から腐食深さ及び減肉深さを算出する二探触子法による腐食及び減肉の検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
超音波検査方法による金属の腐食及び減肉の検査方法に関するものであり、特に、化学プラントや石油プラントや原子力プラントなどにおける配管や機器及び底板の腐食深さ及び減肉深さ及び残肉厚さの検査に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超音波検査方法による腐食及び減肉の検査は垂直探触子を用いて板厚を測定する方法が存在した。精密に減肉位置と減肉深さを測定する方法としては現在も有効に活用されている。しかしながら、垂直探触子を用いる方法は検査個所の表面に探触子を当てる空間がなければ検査することができず、化学プラントの配管のように定間隔にあるH型鋼のような障害物がある場所や当て板やサポート材が溶接されている場所には適応することができなかった。また、石油タンクの底板に当て板、サポート材が溶接されている底板部の検査ができなかった。
【０００３】
化学プラントの配管の検査においてはラックと呼ばれるH型鋼に乗っているような場合において検査個所の表面に直接触れられない場合、超音波の表面波伝播距離の差を用いて検査する手法もあった。(たとえば特許文献１)しかしながら、表面波のみで検査する方法は、表面が大きく荒れている場合には表面波が大きく減衰し測定が困難であることが多く、表面波の伝播距離の差を用いる方法は表面のみの検査しかできないことや、腐食状態の形状によって推定深さに誤差を生じてしまう欠点があった。
【０００４】
本発明によれば、垂直探触子を用いる方法に比べて高速に検査することができ、表面波伝播距離の差を用いて検査する方法と比べて表面及び裏面の減肉を形状に影響されることなく正確な減肉深さを測定することができるようになった。
【特許文献１】特許公開公報  2002-5905号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
化学プラント等の配管は、ある間隔毎にラックと呼ばれているH型鋼に乗っている。このH型鋼に接触している部分については、配管に腐食が発生しても目視などの光学的な手段を使用することができず、垂直探触子を用いた板厚測定もできないため、適切な検査の方法がなかった。そこで、このような目視及び測定ができなかった部分の検査を合理的に行う方法を提供する。石油タンクなどの構造物は定期的に底板を検査しなければならない。一般的な垂直探触子を用いた板厚測定による方法ではサポート溶接部等の障害物があり、その下側で検査できなかった部分の検査を合理的に行う方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明においては２個以上の探触子を被検査材の検査部位を挟む位置に向かい合わせに配置させる。１つの探触子から超音波を被検査材に入射する。入射された超音波は被検査材の表面近傍を伝わる縦波となって他の探触子に向かって進む。表面近傍を伝わる縦波は伝播中に常に超音波のモード変換によって横波を発生させている。モード変換によって発生する横波の角度をθとすると、(1)式で表される。
【数１】
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【０００７】
ここで、鋼中の横波音速を3230（ｍ/ｓ）、縦波音速を5920(m/s)とすると、横波角度は約33度となる。したがって表面近傍を伝わる縦波は被検査材の表面を伝播するときに常にモード変換し約33度の角度で横波を発生しながら進むため、被検査材の表面から裏面に向かって約33度の角度で横波が降り注ぐ現象が起こっている。裏面に到達した横波は裏面にて再度モード変換を起こし、縦波が発生する。この縦波は裏面の表面近傍を伝わる縦波と被検査材を横断する縦波となって伝播する。裏面を伝播する縦波は伝播中にさらにモード変換して約33度の角度で横波を発生させるため、被検査材の裏面から表面に向かって連続的に横波が横断している現象が起こっている。
【０００８】
この現象を利用したとき、被検査材に腐食や減肉した部分があると、横波の伝播距離が短くなる。縦波の伝播距離は若干変化するが実際には測定結果には影響の出ない程度の微小な変化である。本発明は上記超音波の性質を利用して伝播距離の差を計測し、腐食深さ及び減肉深さを計測する検査方法である。
【発明の効果】
【０００９】
超音波伝播の減衰量による評価方法、表面を伝播する表面波の凹凸による迂回時間の増加による評価方法(特許文献1)は、表面状況による伝達量減衰の影響が大きいが、本発明においては表面状況の影響が少なく、現場作業において簡便な処理となるため作業効率が向上する。
【００１０】
ラック上配管等の腐食検査は、外面でも内面でも検査対象となっているので、本発明の方法は、探触子を配置する面側の腐食であっても反対面の腐食であっても同一の測定結果となるので有効である。
【００１１】
測定結果として縦軸に超音波の到達時間、横軸に探触子の座標を表示すれば、座標毎の腐食深さと腐食の長さを評価できる。平板についても同様であり、探触子の移動方向を変えれば、二次元の腐食座標を得ることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の原理を図を使って詳細に説明する。図1に超音波を被検査材に入射したときの受信探触子に最初に到達する超音波の経路を示す。探触子間距離をW、被検査材の板厚をT、縦波の音速をS1、横波の音速をS2とする。図1の経路の超音波伝播時間t0は
【数２】
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となる。
【００１３】
次に図2に最初の底面から到達する超音波の経路を示す。縦波が探触子から被検査材に入射されたあと、底面にて反射した縦波が受信用の探触子にて受信される経路である。図2の経路の超音波伝播時間ｔ1は
【数３】
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となる。
【００１４】
図3に1回遅れで底面から到達する超音波の経路を示す。送信用探触子から縦波が被検査材に入射され、モード変換によって発生した横波が被検査材を横断し、横波が底面に達したときにさらにモード変換により発生した縦波が受信用探触子に到達する経路である。図３の超音波伝播時間ｔ2は表面を伝播する縦波の距離をLとすると
【数４】
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【００１５】
となる。このときLの値が大きくなると伝播時間は大きくなるが、図４に示すような経路を考えると図３と対称な位置で横波が横断しているので一番伝播時間が長いのは２つの超音波探触子の中点位置となる。板厚Tがプローブ間距離Wと比べて十分小さいことから最初に到達する超音波波形を測定すれば測定誤差は十分許容範囲内となる。図５にこの経路で減肉部分が存在したときの超音波経路の変化を示す。伝播距離が減肉深さによって板厚を横断する横波と縦波の距離が短くなる。これによって腐食及び減肉が存在するときの伝播時間と存在しないときの伝播時間の差を計測することにより腐食深さ及び減肉深さを測定することができる。
【００１６】
図6に２回遅れで底面から到達する超音波の経路を示す。２回遅れの経路は板厚方向に２回横波が横断している経路である。図７に示すように腐食に伴う横波の横断距離に２通りの経路が生じてしまう。一般に測定対象の減肉部分の面積が大きいときは図５に示す1回遅れの経路で測定ができるため図５の経路で測定し、図５の経路に現れない小さい面積の場合は図７の2回遅れの経路で測定することで測定精度を確保できる。
【００１７】
同様に図８、図９に３回遅れで対面から到達する超音波の経路を示す。この場合も上記と同様に順次行うことで、さらに小さい面積の腐食及び減肉を見逃すことなく測定することができる。
【実施例１】
【００１８】
図10に示す板厚12mmの鋼板に直径２５mm深さ１.１mmの半楕円型人口減肉Aと直径３８mm深さ1.7mmの半楕円型人口減肉Bと直径56mm深さ3.4mmの半楕円型人工減肉Cを作成して検査を行った結果を示す。図10から読み取れるように、1回遅れの経路では人口減肉Cの波形は十分に読み取れるが他の2つの人口減肉は読み取りにくい。2回遅れの経路の結果を見ると人口減肉BとCが読み取ることができるが、やはり人口減肉Aについては視認しにくい。3回遅れの経路では人口減肉A・B・Cのすべてが視認できる。
【００１９】
1回遅れの経路にて人口減肉Cについて測定してみると、底面エコーの伝播時間が46.6μSであり、人口減肉Cによる短くなった伝播時間は45.7μSなので到達時間の差は0.9μSでる。一方、(4)式において板厚Tが12mmとして伝播時間を計算し、(4)式において3.4mmの減肉している部分の板厚Tを12mm−3.4mｍ＝8.6mmとして伝播時間を計算し、伝播時間の差を求めると0.9μSとなり一致する。
【００２０】
２回遅れの経路の伝播時間ｔ3は計算式(5)式で表される。
【数５】
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【００２１】
2回遅れの経路にて人工減肉Bについて測定してみると、底面エコーの伝播時間が50.0μSであり、人口減肉Bによる短くなった伝播時間は49.5μSなので、伝播時間の差は0.5μSである。一方、図7の経路にて(5)式を用いて伝播時間差を計算すると0.44μSとなりほぼ一致する。人工減肉Ａについて測定してみると、人口減肉Aによる短くなった伝播時間は49.7μSなので、伝播時間の差は0.3μSである。同様に伝播時間差を(5)式で計算すると0.28μSとなりほぼ一致する。このように、計算値と一致するため、伝播時間の差から減肉深さが測定できる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
メンテナンス上の腐食検査を行う場合において、従来方法に比べて短時間の検査時間で、減肉部分が他の部材で覆われている場合でも減肉の幅と深さが測定できる超音波による検査方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】最初の超音波の経路の説明図
【図２】最初の底面からの超音波の経路の説明図
【図３】1回遅れの超音波の経路の説明図
【図４】1回遅れの超音波の経路2の説明図
【図５】1回遅れの超音波の経路で減肉部がある場合の説明図
【図６】2回遅れの超音波の経路の説明図
【図７】2回遅れの超音波の経路で減肉部がある場合の説明図
【図８】3回遅れの超音波の経路の説明図
【図９】3回遅れの超音波の経路で減肉部がある場合の説明図
【図１０】測定結果の図
【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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【図１０】
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