(57)【要約】【課題】管体が橋脚や橋台等を貫通することにより、目視等の検査が不可能な部位に発生することがある腐食や傷を高精度に検出するとともに、腐食や傷の深さの評価精度を向上させる。【解決手段】橋梁の橋桁下部に架設された配管１が橋台２を貫通して充填材３によって隠されて目視等できない測定部位１ａに対して特殊ＳＨ波探触子５から局部ねじり波を伝播させて板厚全てを振動させる。この隠されて目視等できない測定部位１ａから反射してくる反射波を特殊ＳＨ波探触子５で受信し、受信した反射波の受信信号の変化により測定部位１ａの腐食等を検出する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状金属材料からなり、その一部が他の構造体により隠されている金属構造体の部位に発生する腐食や傷等を検査する欠陥検査方法であって、
前記金属構造体の外表面であって、他の構造体により隠された部位に接近する露出外表面部から他の構造体により隠された部位に向けて局部ねじり波を伝播させ、他の構造体により隠された部位から反射してくる反射波を受信し、受信した反射波の受信信号の変化により他の構造体により隠された部位の腐食等を検出することを特徴とする欠陥検査方法。
【請求項２】
前記金属構造体に伝播する局部ねじり波は、複数のモードのうち振動媒質となる板状金属材料の板厚と固有音速に応じた周波数を選択して位相速度と群速度が変化しない単一モードの振動形態とする請求項１記載の欠陥検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、板上金属材料からなる金属構造体の一部が他の構造体により隠された部位、例えば橋梁等に架設された配管の管体の一部が橋脚や橋台等を貫通して目視等の検査が困難な部位に発生することがある腐食や傷を検査する欠陥検査方法、特に腐食等の程度の評価精度の向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば橋梁に架設された配管の橋脚貫通部は雨水が溜まり易いため、外面の腐食が発生し易い。この配管の橋脚貫通部は、管体と橋脚の間には充填材等が充填されているため、目視による検査や超音波板厚計等による検査をして腐食や傷等の欠陥を検出することはできない。また、管体の露出部に一般的な超音波探触子を設けて橋脚を貫通している管体の測定部位に対して一般的な超音波探傷法を適用しても、必要となる超音波の伝搬距離が長くなり、満足な検査はできない。また、一般的な超音波探傷法を適用する場合は、管体周辺の橋脚や充填材を除去する必要があり、その除去に多大な時間や費用を要する。
【０００３】
これに対して必要な距離を伝搬できる超音波として薄肉構造の面に沿って伝播して長距離伝播が可能なガイド波を用いて橋脚を貫通している管体の測定部位に発生する腐食を検査する方法が非特許文献１や特許文献１及び特許文献２等に開示されている。
【０００４】
非特許文献１に示された腐食検査方法は、管体の露出部に探傷リングをセットし、この探傷リングから、管体全体が一連の変位をしながら伝搬するガイド波を測定部位に送信し、腐食部から反射してくる反射波を探傷リングで受信し、受信したガイド波の強さに基づいて腐食部の状態を検査するようにして、配管の腐食を長距離にわたって検査するようにしている。
【０００５】
特許文献１に示された腐食検査方法は、薄肉鋼管の露出外表面から、ＳＨ波探触子により、橋脚貫通部のように管体の外表面が隠蔽された測定部位にＳＨ波を伝播させ、測定部位から反射してくる反射波をＳＨ波探触子により受信し、反射信号に基づいて腐食を検査するようにしている。この腐食検査方法で用いるＳＨ波は、その特性から外表面に沿った波として伝播することができることにより、通常の超音波と比較して伝播距離は長くなる。また、この腐食検査方法ではＳＨ波を送受信する第１のＳＨ波探触子とともに隠蔽された測定部位をまたいだ第１のＳＨ波探触子の反対側の位置に第２のＳＨ波探触子を配置し、第２のＳＨ波探触子で測定部位を通過してきたＳＨ波を受信して得られた信号を用いて第１のＳＨ波探触子で受信した反射信号を正規化して腐食の程度を判定するようにしている。
【０００６】
また、特許文献２に示された検査方法は、鉄骨構造物の溶接部から所定距離だけ隔てた位置に探触子を押し当て、溶接部に向かって表面ＳＨ波を送信し、溶接部からの反射波を探触子で受信して、受信した反射波とあらかじめ実験により得た典型的な波形と比較して溶接部の形状を判定するようにしている。
【０００７】
前記非特許文献１に示された腐食検査方法で用いるガイド波は、管体全体に対して一連の変位をしながら伝搬する円筒波であるため、検出対象とする腐食から生じる反射波は、円周方向に関しては、１つに集約された信号として得られることから、管体の円周方向断面積に対する円周方向全体に分布する腐食の断面積の割合に応じて発生する。したがって同一円周上に複数の腐食が存在する場合にも、それらを分離して評価することができず、単独で発生した微小な腐食に対しては検出精度が低下してしまう。
【０００８】
また、特許文献１や特許文献２の検査方法で使用する超音波は、外表面に沿って伝播するＳＨ波であるため、腐食の深さがある程度深くなると、受信信号の変化がその深さに追随し難くなる。また、外表面に施される塗覆装の影響を受けて超音波が減衰する。したがって腐食の定量評価、特に配管の維持管理上で重要な腐食深さの評価においては精度が低下することがある。さらに、ＳＨ波を伝播させる際に、外表面に沿った波以外にも板厚方向にある程度角度を有した波が同時に発生する場合が多い。これにより反射信号に複数の波の信号が含まれることがあり、受信信号の評価に使用すべき信号の識別が難しくなる場合がある。
【非特許文献１】「検査技術」日本工業出版株式会社  2003.1  50〜53頁
【特許文献１】特開２０００−２４３７０４号公報
【特許文献２】特開平１０−２２１３０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明は、このような短所を改善し、例えば、管体が橋脚や橋台等を貫通することにより、目視等の検査が不可能な部位に発生することがある腐食や傷を高精度に検出するとともに、腐食や傷の深さの評価精度を向上することができる欠陥検査方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の欠陥検査方法は、板状金属材料からなり、その一部が他の構造体により隠されている金属構造体の部位に発生する腐食や傷等を検査する欠陥検査方法であって、前記金属構造体の外表面であって、他の構造体により隠された部位に接近する露出外表面部から他の構造体により隠された部位に向けて局部ねじり波を伝播させ、他の構造体により隠された部位から反射してくる反射波を受信し、受信した反射波の受信信号の変化により他の構造体により隠された部位の腐食等を検出することを特徴とする。
【００１１】
前記金属構造体に伝播する局部ねじり波は、複数のモードのうち振動媒質となる板状金属材料の板厚と固有音速に応じた周波数を選択して位相速度と群速度が変化しない単一モードの振動形態とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
金属構造体の外表面で他の構造体により隠された部位に露出外表面部から隠された部位に向けて局部ねじり波を伝播させて板厚全てを振動させることにより、腐食等が内外面いずれにあっても検出することができ、腐食等が発生している位置を高精度で検出することができる。
【００１３】
また、金属構造体に伝播する局部ねじり波の複数のモードのうち振動媒質となる板状金属材料の板厚と固有音速に応じた周波数を選択して位相速度と群速度が変化しない単一モードの振動形態とすることにより、板厚全てに均一な変位分布で振動させて腐食等の深さに応じた反射信号を得ることができ、腐食等の程度を高精度に検出することができる。さらに、送信する局部ねじり波は単一モードであり、複数のモードが混在しないから、明瞭な探傷図形を表示することができ、腐食等の位置や程度を精度良く検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１はこの発明の欠陥検査方法に使用する検査装置の配置図である。この欠陥検査方法は、橋梁の橋桁下部に架設された配管１が橋台２を貫通して充填材３によって隠されて目視等できない測定部位１ａに生じる腐食等を検査する方法であり、検査装置として走査駆動部４に搭載された特殊ＳＨ波探触子５と、超音波送受信装置６及び制御・診断装置７を有する。走査駆動部４は、橋台２に近接した配管１の外周面に固定されたガイドレール８と、ガイドレール８に対して移動自在に取付けられた保持機構部９を有する。特殊ＳＨ波探触子５は、超音波の１種である局部ねじり波を配管１の測定部位１ａに送信し、測定部位１ａの腐食等の欠陥部からの反射波を受信するものであり、走査駆動部４の保持機構部９に搭載され、配管１の露出した管体表面に接触媒体を介して保持機構部９により一定圧力で押し付けられている。
【００１５】
この特殊ＳＨ波探触子５から送信する局部ねじり波は、ガイド波における円筒波のなかでねじり波（Torsionsl mode）と同様な振動形態を有し、ねじり波は円周方向全てが振動するのに対して、局部ねじり波はねじり波を円周方向において局部的に発生させたものをゆう。すなわち、図２の模式図に示すように、局部ねじり波は、円周全面が振動する円筒波と異なり円周方向において局部的に振動させる波である。この局部ねじり波は、板状金属材料の板厚や固有音速等に応じた周波数や入射角等の条件によって、位相速度や群速度が変化し、振動形態として複数のモードを有する。この振動形態をＴ（ｎ，ｍ）と表す。ここでｎ，ｍはモード次数であり、ｎは円周方向の波の変位分布の変化を示し、ｍは板厚方向の波の変位分布を示す。局部ねじり波において、円周方向は局部的に発振することから、円周方向の変位分布の変化による分散曲線等の特性は変化しないから、板厚方向の変位分布ｍに着目すると、図３の局部ねじり波の板厚方向の変位分布特性図に示すように、局部ねじり波の変位分布は、ｍ＝１で板厚方向に一様であるが、ｍ＝２，３では複雑に変化する。
【００１６】
また、局部ねじり波も変位分布により速度分散が生じる。例えば呼び径400Ａで板厚7.9ｍｍの管における局部ねじり波の位相速度分散曲線と群速度分散曲線を図４に示す。図４に示すように、Ｔ（０，１）モードは位相速度と群速度が変化せず、周波数を0.2ＭＨｚ以下にすると、Ｔ（０，１）モードだけを発生させることができる。
【００１７】
そこで特殊ＳＨ波探触子５は、例えば配管１の管径や板厚から求められる位相速度と特殊ＳＨ波探触子５に用いられるくさびの横波音速から算出される適当な入射角を設定する。また、周波数も配管の管径と板厚に応じて周波数を選択してＴ（０，１）モードだけを発生させるようにする。
【００１８】
超音波送受信装置６は、一般的に超音波探触子に高電圧のパルスを送り出す機能を有しているが、超音波探触子として局部ねじり波を発生する特殊ＳＨ波探触子５を使用する場合、局部ねじり波は、図４に示すように、周波数によって振動モードや音速が変化するため、狭帯域で高エネルギの超音波を発生させることが必要となる。そこで特殊ＳＨ波探触子５により適切な局部ねじり波を発生させるため、超音波送受信装置６は、例えばバーストパルスを特殊ＳＨ波探触子５に送出す。ここで超音波送受信装置６から送出すバーストパルスとは、計測に使用する局部ねじり波の周波数と同じ周波数の正弦波を送信パルスとして使用する方法である。
【００１９】
制御・診断装置７は、例えばパーソナルコンピュータからなり、特殊ＳＨ波探触子５で受信した局部ねじり波の反射波により超音波送受信装置６で受信した受信信号と走査駆動部４から送られる特殊ＳＨ探触子５の配管１の円周方向位置情報を保存し、保存した受信信号を、管径と板厚及び周波数等から決まる局部ねじり波の群速度を使用し、探傷図形として特殊ＳＨ探触子５の配管１の円周方向位置情報毎に表示する。
【００２０】
この検査装置で配管１の測定部位１ａに生じた腐食や傷等の欠陥を検出する方法を図５のフローチャートを参照して説明する。
【００２１】
まず、橋台２に近接した配管１の外周面にガイドレール８を固定し、特殊ＳＨ波探触子５を保持した保持機構部９をガイドレール８に取付けて、特殊ＳＨ波探触子５を円周方向の初期位置に位置決めする（ステップＳ１）。この状態で超音波送受信装置６を駆動して特殊ＳＨ波探触子５にバーストパルスを送り、特殊ＳＨ波探触子５から配管１の測定部位１ａ側に局部ねじり波を送信する（ステップＳ２）。このバーストパルスは、特殊ＳＨ波探触子５から送信する局部ねじり波のモードが、複数のモードのうち、位相速度と群速度が周波数の変化に伴わないＴ（０，１）モード単独になるように、配管１の金属材料の板厚等に応じて周波数を選択する。このようにバーストパルスの周波数を選択することにより、特殊ＳＨ波探触子５から板厚方向の変位分布が均一なＴ（０，１）モードの局部ねじり波を送信することができる。
【００２２】
この送信した局部ねじり波の測定部位１ａ側からの反射波を特殊ＳＨ波探触子５で受信し、超音波送受信装置６で反射波による信号を受信する。この配管１に送信するＴ（０，１）モードの局部ねじり波は、配管１の管体板厚全てに均一な変位分布で振動するため、腐食等が内外面いずれにあっても検出することができる。また、腐食等の深さに応じて反射信号の強度変化が追従しやすくなり、腐食等を高精度に検出することができる。
【００２３】
超音波送受信装置６で反射波の受信信号を受信すると、制御・診断装置７は、超音波送受信装置６で受信した受信信号と走査駆動部４から送られる特殊ＳＨ探触子５の配管１の円周方向位置情報を保存する（ステップＳ４）。その後、特殊ＳＨ波探触子５の円周方向の位置を１ピッチ移動して局部ねじり波の送受信を繰り返す（ステップＳ５，Ｓ６，Ｓ７〜Ｓ４）。そして配管１の円周方向に対して全ての位置を検査したら（ステップＳ５）、検査者は制御・診断装置７を操作して、保存した受信信号から、局部ねじり波の群速度を使用して配管１の円周方向位置情報毎に探傷図形を表示する（ステップＳ７）。この探傷図形を表示するとき、特殊ＳＨ探触子５から送信する局部ねじり波は単一のＴ（０，１）モードであり、複数のモードが混在しないから、明瞭な探傷図形を表示することができる。検査者は表示された探傷図形から腐食等が発生している位置とその大きさ等を評価する（ステップＳ８）。
【００２４】
前記説明では１個の特殊ＳＨ波探触子５を配管１の円周方向に移動して円周方向の全体を走査した場合について説明したが、図６に示すように、特殊ＳＨ波探触子５を複数円周方向に配置して結合したアレイプローブ１０を使用し、個々の特殊ＳＨ波探触子５を電気的に順次切り替えて局部ねじり波の送受信を行うようにしても良い。このように複数の特殊ＳＨ波探触子５を有するアレイプローブ１０を使用することにより、測定時間を短縮することができる。すなわち、特殊ＳＨ波探触子５と配管１の間に介在する接触媒質は比較的粘性が高いため、特殊ＳＨ波探触子５を管体外表面に押し付けた後、信号が安定するまでには時間を要するが、複数の特殊ＳＨ波探触子５を有するアレイプローブ１０を使用して、個々の特殊ＳＨ波探触子５を電気的に順次切り替えることにより、特殊ＳＨ波探触子５を移動するたびに必要であった信号が安定するまでの時間を短縮することができる。また、個々の特殊ＳＨ探触子５を励起するタイミングを制御することにより、意図的に音圧を集中させることができ、検査精度を向上させることもできる。
【００２５】
前記説明では橋梁の橋桁下部に架設された配管１の橋台２を貫通して目視等できない測定部位１ａに生じる腐食等を検査する場合について説明したが、鉄骨構造物において被膜等により隠された部分の腐食や破断等も同様に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の欠陥検査方法に使用する検査装置の配置図である。
【図２】局部ねじり波の振動形態を示す模式図である。
【図３】局部ねじり波の板厚方向の変位分布特性図である。
【図４】局部ねじり波の位相速度分散曲線と群速度分散曲線の変化特性図である。
【図５】欠陥検査方法を示すフローチャートである。
【図６】この発明の欠陥検査方法に使用する他の検査装置の配置図である。
【符号の説明】
【００２７】
１；配管、１ａ；測定部位、２；橋台、３；充填材、４；走査駆動部、
５；特殊ＳＨ波探触子、６；超音波送受信装置、７；制御・診断装置、
８；ガイドレール、９；保持機構部、１０；アレイプローブ。
【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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