(57)【要約】【課題】配管の溶接部位の検査を効率よく行うことができる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供する。【解決手段】非破壊検査装置は、非接触型の超音波センサ、移動機構、データ処理システムを備える。前記非接触型の超音波センサは配管の円周方向に沿って溶接された部位の面から離間して配置され、前記面に対して送信した超音波が前記配管の内部を透過した透過波を受信する。前記移動機構は前記超音波センサを前記配管の円周方向に移動位置を計測しつつ移動させる。データ処理システムは前記非接触型の超音波センサにより得られた透過波と前記移動機構により計測された前記配管の周方向の位置データとを出力する。【選択図】図１
2013231681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管の円周方向に沿って溶接された部位の面から離間して配置され、前記面に対して送信した超音波が前記配管の内部を透過した透過波を受信する超音波センサと、
前記超音波センサを前記配管の円周方向に移動位置を計測しつつ移動させる移動機構と、
前記超音波センサにより得られた透過波と前記移動機構により計測された前記配管の周方向の位置データとを出力するデータ処理システムと
を具備する非破壊検査装置。
【請求項２】
前記超音波センサは、
前記超音波を発生する送信用の第１探触子と前記第１探触子により発生された前記超音波が前記配管の内部を透過した透過波を受信する受信用の第２探触子とを有し、前記超音波の送信方向と前記透過波の受信方向とをほぼ平行にかつ前記配管の面に対して傾斜させて前記第１探触子および前記第２探触子を配置した請求項１記載の非破壊検査装置。
【請求項３】
前記超音波センサは、
前記部位から前記配管の長手方向に所定距離離間した位置に配置した請求項１または２いずれか記載の非破壊検査装置。
【請求項４】
前記データ処理システムは、
前記超音波センサにより得られた透過波を可視化する手段をさらに備える請求項１記載の非破壊検査装置。
【請求項５】
配管の円周方向に沿って溶接された部位の面から離間して配置された超音波センサが、前記面に対して送信した超音波が前記配管の内部を透過した透過波を受信するステップと、
移動機構が前記配管の円周方向に移動位置を計測しつつ前記超音波センサを移動させるステップと、
前記超音波センサにより得られた透過波と前記移動機構により計測された前記配管の周方向の位置データとを出力するステップと
を有する非破壊検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、配管の溶接部位を検査する非破壊検査装置および非破壊検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の配管を多量に扱う工事現場では、配管の溶接部位の検査に待ち時間が多く発生することから改善が急務になっている。
【０００３】
金属の配管の溶接部位を非破壊検査する技術としては、例えばＶＴ（外観検査）、ＰＴ（浸透探傷試験）、ＭＴ（磁粉探傷試験）、ＵＴ（超音波探傷試験）、ＲＴ（放射線透過試験）等がある。
【０００４】
このうち、ＵＴ（超音波探傷試験）には、３つの探傷検査法（パルス反射法、透過法、共振法）と４つの反射法（垂直探傷法、斜角探傷法、表面波探傷法、板波探傷法）があるが、これらは、いずれも探触子を配管に接触させた上で行う方法である。
【０００５】
例えばプラント設備などの建設工事現場や改装工事現場では、既定の長さの金属の配管を溶接により連結し、使用している。
【０００６】
しかし、配管を連結した溶接部位は高温のため、上記の技術で検査するためには、溶接部位が冷却されるまで、およそ半日程度、待つ必要がある。
【０００７】
また、探触子を接触させる配管の面には、探触子を接触面に密着させ安定したデータを採取できるようにオイルやゼリーなどの溶媒を塗布する必要があり、このための作業時間も必要になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２７１００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の非破壊検査の場合、検査対象の部位に探触子を直接接触させる検査のため、配管の溶接部位のように高温になる部位を検査するためには冷却するまでの待機時間を必要とするばかりか、検査には溶媒の塗布等の付加作業も必要であり効率的ではなかった。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、配管の溶接部位の検査を効率よく行うことができる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態の非破壊検査装置は、非接触型の超音波センサ、移動機構、データ処理システムを備える。前記非接触型の超音波センサは配管の円周方向に沿って溶接された部位の面から離間して配置され、前記面に対して送信した超音波が前記配管の内部を透過した透過波を受信する。前記移動機構は前記非接触型の超音波センサを前記配管の円周方向に移動位置を計測しつつ移動させる。データ処理システムは前記超音波センサにより得られた透過波と前記移動機構により計測された前記配管の周方向の位置データとを出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の非破壊検査装置の構成を示す図である。
【図２】非破壊検査装置の構成を示す図である。
【図３】超音波探傷試験の原理を示す図である。
【図４】溶接部位に傷などが存在しない場合の反射エコーを示す図である。
【図５】溶接部位に傷などが存在した場合の反射エコーを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）図１は実施形態の非破壊検査装置の構成を示す図である。
【００１４】
図１、図２に示すように、この実施形態の非破壊検査装置は、非接触型の超音波センサ１、移動機構１０、データ処理システム２を有している。
【００１５】
移動機構１０は、試験体としての金属製の配管２１の円周方向に沿って固定された穴付きレール２０とこの穴付きレールにガイドされて移動する台車部１７と、非接触型の超音波センサ１のプローブ１３，１４を支持するステー１５とを有しており、穴付きレール２０上を移動するように設けられている。穴付きレール２０の穴は、例えば溶接部全円周に均等に２１０点（ピッチ約４ｍｍ）設けた。
【００１６】
台車部１７には、ロータリエンコーダ１１が設けられている。ロータリエンコーダ１１は、穴付きレール２０の穴を歯車１２，１６の歯がかみながら回転することで、初期位置から配管周囲の移動方向Ｐへ台車部１７が移動した距離をカウントする。台車部１７の後部には、台車部１７の移動を補助するための補助台車１８が連結されている。台車部１７および補助台車１８には、移動用の車輪１７ａ，１８ａが設けられている。
【００１７】
つまりこの移動機構１０は、始点から非接触型の超音波センサ１を配管２１の周囲の移動方向Ｐに移動した距離を計測しつつ移動させる。始点から距離を測定することで、配管２１表面の周方向の位置を特定できる。
【００１８】
配管２１は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼などを利用した配管用鋼管であり、この例ではφ２５０Ａ×Ｓｃｈ８０、肉厚１５．１ｍｍ（およそ２０ｍｍ程度）のパイプを用いるものとする。
【００１９】
穴付きレール２０は、配管２１の円周方向に沿って溶接された部位Ｘ（以下「溶接部位Ｘ」と称す）から配管２１の長手方向に一定の距離だけ離間した位置に配置されている。
【００２０】
非接触型の超音波センサ１は、移動機構１０に載置されている。非接触型の超音波センサ１は、２本のプローブ１３，１４を有している。プローブ１３の先端部には送信用の第１探触子としての探触子１３ａが設けられている。プローブ１４の先端には受信用の第２探触子としての探触子１４ａが設けられている。これら探触子１３ａおよび探触子１４ａは、配管２１の面から離間して配置されている。
【００２１】
探触子１３ａは超音波（パルス波）を発生（発信）する。探触子１４ａは探触子１３ａにより発生（発信）された超音波が配管２１の内層を透過した透過波を受信する。プローブ１３，１４はほぼ平行に配管２１の面に対して所定の傾斜角度θで配置されている。図３の例では、例えば傾斜角度θは、配管２１の面と直交する線分に対して７°〜９°としている。
【００２２】
つまり探触子１３ａの超音波の送信方向と探触子１４ａの透過波の受信方向がほぼ平行でかつ配管２１の面に対して傾斜して配置されていると言える。
【００２３】
配管２１には配管２１どうしを連結するために溶接した溶接部位Ｘが設けられている。溶接部位Ｘの中心位置（溶接中心位置３１）から前後２ｃｍ程度が溶接範囲３２となる。
【００２４】
非接触型の超音波センサ１の探触子１４ａは、溶接中心位置３１から配管２１の長手方向（図に向かって左側）に所定距離３３（例えば１０ｃｍ程度）離間した位置でかつ配管２１の面から離間して配置されるように穴付きレール２０と台車部１７を含めた移動機構１０の機器がセッティングされている。つまり２つの探触子１３ａ，１４ａは、溶接部位Ｘを挟んで配置するのではなく、共に溶接部位Ｘから配管２１の長手方向に横にずれた位置に、超音波の送受方向を斜め平行に向けて配置されている。
【００２５】
データ処理システム２は、パルス発生器３、プリアンプ４、コンピュータ５、モニタなどの表示装置６を有している。パルス発生器３はバースト波を１パルス出力し、プローブ１３を通じて探触子１３ａから超音波（パルス波）を発生する。
【００２６】
プリアンプ４は、非接触型の超音波センサ１により得られた透過波（アナログ信号）を増幅する信号増幅部として機能する。プリアンプ４は、この例では、周波数フィルター付きの８０ｄＢプリアンプなどを使用する。
【００２７】
コンピュータ５は、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスク装置、通信インターフェース等を備えた汎用のものである。ハードディスク装置には、オペレーティングシステム（ＯＳ）の他、プリアンプ４により増幅された透過波の信号をサンプリングしてグラフィック処理して波形として可視化し、表示装置６へ出力するソフトウェアがインストールされている。
【００２８】
なお透過波の信号を可視化するには、コンピュータの他に、例えばオシロスコープまたはオシログラフなどを接続してもよい。
【００２９】
ソフトウェアは、ロータリエンコーダ１１によりカウントされた、配管２１の円周方向の移動機構１０の移動位置のデータを読み込んで、そのとき入力された透過波の波形と移動位置のデータとを対応付けてメモリに記憶する機能を有している。表示装置６は、コンピュータ５から入力された透過波の信号の波形を画面に表示する。
【００３０】
データ処理システム２は、非接触型の超音波センサ１により得られた透過波と移動機構１０により移動された配管２１の円周方向の位置データとを出力（可視化）する。
【００３１】
ここで、図３を参照してこの非破壊検査装置の動作原理について説明する。  
この実施形態では、図３に示すように、配管２１の探傷面２１ａに対して超音波を斜めに送受信する。配管２１の溶接部位Ｘは、超音波に対して、配管２１の母材である鋼板とほぼ同じ音響特性のため溶接部位Ｘ自体の反射の影響はほぼ生じない。
【００３２】
一方、鋼板内層にキズ５１が存在する場合、探触子１３ａから発せられた超音波がキズ５１で反射しエコー５２（反射波）が現れる。この場合、エコー５２（反射波）および、鋼板内層を通過した透過波（図示せず）が探触子１４ａにより受信される。
【００３３】
超音波の種類は、縦波５３、横波５４、二次クリーピング波５５がある。縦波５３は横波５４よりも音速が高く深い欠陥の検出に適する。二次クリーピング波５５は横波５４が鋼板内層の底面２１ｂ（下面）で反射する際に生じる変換波であり、底面２１ｂ側の浅い欠陥の検出に適する。
【００３４】
キズ５１の位置はビームの入射角と路程から求めることができる。またキズ５１の形状についてはエコー５２の高さや広がりから推察できる。
【００３５】
したがって、縦波、横波、二次クリーピング波を併用することで、キズ５１の箇所について概略のサイジングを行うことができる。またエコー５２の波形が現れたときの、配管２１の周囲の穴付きレール２０上を非接触型の超音波センサ１が始点から移動した位置から、配管２１の溶接部位Ｘの帯におけるキズ５１の位置（場所）をピンポイントで特定することができる。
【００３６】
次に、この実施形態の非破壊検査装置の動作を説明する。
検査条件を以下に示す。
ビーム角度６．５°〜７°、電圧２００Ｖ、探触子１３ａから出力するパルス波の発信周波数を７００ＫＨｚ〜９００ＫＨｚ（１００ＫＨｚ刻み）とし、受信側の利得を４０．８ｄＢとした。
【００３７】
この検査条件において、移動機構１０を始点（移動位置0）に移動する。この移動によりロータリエンコーダ１１からコンピュータ５へ位置データが送られ、メモリに記憶される。
【００３８】
そして、コンピュータ５からの指示で、パルス発生器３からバースト波を１パルス出力すると、バースト波がプローブ１３を通じて探触子１３ａへ伝達されて探触子１３ａから超音波（パルス波）が発信する。
【００３９】
この超音波（パルス波）は、配管２１の探傷面２１ａに対して斜めに送信され、配管２１の内層を伝わり、鋼板内層を透過した透過波が探触子１４ａにより受信されてプリアンプ４へ出力される。
【００４０】
プリアンプ４は、入力された透過波の信号を増幅してコンピュータ５へ出力する。コンピュータ５は、プリアンプ４により増幅された透過波の信号をサンプリングしてグラフィック処理して波形として可視化し表示装置６へ出力し、表示装置６の画面に、透過波の波形が表示される。この際、コンピュータ５は、透過波の波形データと始点からの移動距離のデータとを対応させてメモリに記憶する。
【００４１】
通常、溶接部位やその他の箇所に異常がなければ、図４に示すように、送信した１パルスに相当する振動波形４１が現れる。なお同図において、波形の下の数値は時間である。
【００４２】
表示装置６に表示された波形をオペレータが視認により確認し、波形に異常がないことを確認した後、続いて、移動機構１０をレール２０の穴１つ分移動し、次のパルスを発信する。この作業を順に繰り返し行い、配管２１の周囲を全周にわたり計測およびチェックする。
【００４３】
そして、ある位置で、図５に示すように、通常の透過波の振動波形４１以外の波形４２が現れた場合、その波形４２は透過波が層内の欠陥部位に反射して生じたものと推定でき、溶接部位Ｘの位置と配管２１周囲の移動位置とから欠陥の位置をピンポイントで特定することができる。
【００４４】
このようにこの実施形態によれば、配管２１の溶接部位Ｘを非接触で検査できることから、配管２１の溶接部位Ｘが熱を帯びた状態でも検査でき、従来の接触型のような冷却待ちの時間が短縮され、配管２１の溶接部位Ｘの検査を効率よく行うことができる非破壊検査装置および非破壊検査方法を提供することができる。
また、配管２１の表面に、従来のように、オイルやゼリー状の溶媒を塗布する必要がなく、その分の作業時間を短縮することができる。
【００４５】
本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４６】
また上記実施形態に示したコンピュータのハードディスク装置にインストールしたソフトウェア（プログラム）を、コンピュータ読取可能な電子媒体：electronic mediaに記憶しておき、プログラムを電子媒体からコンピュータに読み取らせるようにしてもよい。
【００４７】
電子媒体としては、例えばＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体やフラッシュメモリ、リムーバブルメディア：Removable media等が含まれる。さらに、ネットワークを介して接続した異なるコンピュータに構成要素を分散して記憶し、各構成要素を機能させたコンピュータ間で通信することで実現してもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１… 非接触型の超音波センサ、２…データ処理システム、３…パルス発生器、４…プリアンプ、５…コンピュータ、６…表示装置、１０…移動機構、１１…ロータリエンコーダ、１２，１６…歯車、１３，１４…プローブ、１３ａ，１４ａ…探触子、１５…ステー、１７…台車部、２０…穴付きレール、２１…配管、２１ａ…探傷面、２１ｂ…底面。
【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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