(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス発振器、くさびに貼り付けた振動子をケース内に収めた斜角探触子、探触子ホルダー、受信器を備え、横波によって鋼管の突合せ溶接部を探傷する超音波探傷装置において、
試験材に対する前記横波の探傷屈折角を調整すべく、前記探触子ホルダーに対する前記斜角探触子自体の傾動角度調整機構、および、斜角探触子と試験材との空隙に接触媒質を供給する供給機構を設けたことを特徴とする超音波探傷装置。
【請求項２】
斜角探触子の上流側に接触媒質の予浸機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
【請求項３】
斜角探触子の前方側に、斜角探触子と試験材との空隙に供給された接触媒質が多すぎて生じた溜まりを取り除いて平滑化する平滑化機構を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の超音波探傷装置。
【請求項４】
斜角探触子を溶接部を挟んだ両側に配置し、前記平滑化機構を溶接部両側に配置した前記斜角探触子の中間に設けたことを特徴とする請求項３に記載の超音波探傷装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超音波を用いた非破壊的な疵検出に使用する超音波探傷装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超音波探傷法はパルス法、連続波法、共振法に大別でき、また、別の見方によれば、反射法、透過法に分けることもできるが、現在はパルス反射法が大部分の場合に使用されている。パルス反射法は、持続時間が０．５〜５μｓ程度の極めて短い超音波パルスを試験材中に投入し、その波が試験材の欠陥によって反射されるのを受信して、欠陥の位置・大きさなどを知る方法であり、試験材の一つの面に探触子を油などの接触媒質を介して接触させ、例えば斜角探傷の場合には試験材中に主に横波を送信し、その反射波を受信する。
【０００３】
上記した斜角探傷では、探触子は図７に示したような合成樹脂製のくさび１に貼り付けた振動子２をケース７内に収めた構造となっており、振動子２から放射された超音波３（縦波３ａ）はくさび１中を通って、くさび１と試験材４の探傷面４ａとの境界面で屈折し、超音波３（横波３ｂ及び縦波３ａ）が試験材４中に伝搬する。この時、探傷面４ａに対する入射角αを適当に選ぶことで、屈折して試験材４中に入る超音波３は、図７に示したように、横波３ｂのみとなる。なお、前記境界面では、超音波３の一部は反射してくさび１内残響となり、妨害信号の原因となるので、例えば吸音材５を貼り付けて反射超音波３ｃを吸収消滅させるようにしている。
【０００４】
ところで、超音波探傷を行う場合は、規定の探傷屈折角で探傷することが必要不可欠であるが、試験材の探傷屈折角は製造方法や気温等によって変化する。そこで、探傷屈折角の変化に対応させるために、従来は、図８に示したように、入射角αを変化させることで、探傷屈折角θを変化させていた。なお、図８中の６は探触子（くさび１）と試験材４との空隙に充填された接触媒質である。
【０００５】
この入射角αを変化することができる斜角探触子として、図９に示したような、くさび１に対する振動子２の相対位置を変化させることで、探傷面４ａに対する入射角αを変化させる可変角斜角探触子がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したような可変角斜角探触子では、振動子を移動させる機構が必要となるので、探触子自体が大型化するという問題がある。
【０００７】
また、接触媒質の役割は、探触子と試験材との空隙を完全に充填し、超音波を試験材中に均一に伝搬させることである。従って、探触子が試験材の重力方向の下側に位置した場合などには、探触子と試験材との空隙が接触媒質によって完全に充填され難くなって、探傷面で超音波の伝達損失が大きくなる。
【０００８】
一方、接触媒質の供給が多すぎる場合には、図１０に示したように、溶接部４ｂの止端部などに接触媒質（６）の溜まり６ａが生じる。この溜まり６ａに超音波３が伝搬すると、溜まり６ａで超音波３が反射して疑似疵エコーが発生し、これを疵エコーと誤判定する場合がある。
【０００９】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、探触子を大型化することなく広い範囲の探傷屈折角の設定が行える超音波探傷装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明の超音波探傷装置は、試験材に対する横波の探傷屈折角を調整すべく、探触子ホルダーに対する斜角探触子自体の傾動角度調整機構、および、斜角探触子と試験材との空隙に接触媒質を供給する供給機構を設けたこととしている。そして、このようにすることで、探触子を大型化することなく広い範囲の探傷屈折角の設定が行えるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の超音波探傷装置は、パルス発振器、くさびに貼り付けた振動子をケース内に収めた斜角探触子、探触子ホルダー、受信器を備え、横波によって鋼管の突合せ溶接部を探傷する超音波探傷装置において、試験材に対する前記横波の探傷屈折角を調整すべく、前記探触子ホルダーに対する前記斜角探触子自体の傾動角度調整機構、および、斜角探触子と試験材との空隙に接触媒質を供給する供給機構を設けたものである。
【００１２】
本発明の超音波探傷装置において、試験材に対する斜角探触子（以下、単に探触子という。）自体の傾動角度調整機構（以下、単に傾動調整機構という。）を設けた場合には、探触子を大型化することなく探触子の少ない傾動量によって広い範囲の探傷屈折角の設定が行えるようになる。
その理由を図３を用いて説明する。
図３（ａ）は入射角αが５０°となるようにして試験材４に超音波３を伝搬させた場合の説明図で、くさび１中を伝搬する超音波３の速度を２７３０ｍ／ｓ、接触媒質６を伝搬する超音波３の速度を１４８０ｍ／ｓ、試験材４を伝搬する超音波３の速度を３２３０ｍ／ｓとすると、接触媒質６での屈折角と接触媒質６から試験材４への入射角は共に同じｉで２４．５°、試験材４での探傷屈折角θは６５°である。
【００１３】
上記した図３（ａ）に対して、従来の可変角斜角探触子を用いて振動子を移動させることで入射角をβ（＝１°）だけ大きくして入射角をα＋β（＝５１°）とした場合には、図３（ｂ）に示したように、接触媒質６での屈折角と接触媒質６から試験材４への入射角は共に同じｉで２４．９°、試験材４での探傷屈折角θは６６．９°になる。すなわち、振動子を移動させることで入射角を１°大きくした場合には、探傷屈折角θは１．９°大きくなる。
【００１４】
これに対して、試験材４に対する探触子自体の傾動調整機構を設けた本発明の超音波探傷装置のように、探触子自体をβ（＝１°）だけ傾動させることで入射角をα＋β（＝５１°）とした場合には、図３（ｃ）に示したように、接触媒質６での屈折角は図３（ａ）の場合と同様にｉで２４．５°、接触媒質６から試験材４への入射角はｉ＋βで２５．５°になって、試験材４での探傷屈折角θは７０．２°になる。すなわち、探触子自体を傾動させることで入射角を１°大きくした場合には、探傷屈折角θは５．２°大きくなる。
【００１５】
また、本発明の超音波探傷装置において、探触子の上流側に接触媒質の予浸機構を設けた場合には、試験材の探傷面に予め接触媒質を塗っておくことで、探触子が試験材の重力方向の下側に位置した場合などの場合にも、探触子と試験材との空隙を接触媒質によって完全に充填することができるようになるので、探傷面での超音波の伝達損失が極力少なくなり、均一に伝搬できるようになる。
【００１６】
また、本発明の超音波探傷装置において、探触子の前方側や、溶接部の両側に２つの探触子を配置した場合にはその中間に、斜角探触子と試験材との空隙に供給された接触媒質が多すぎて生じた溜まりを取り除いて平滑化する平滑化機構を設けた場合には、この溜まりで超音波が反射することで発生する疑似疵エコーを抑制できるようになる。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の超音波探傷装置を図１及び図２に示す一実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の超音波探傷装置における探触子の傾動調整機構の一実施例の説明図、図２（ａ）は本発明の超音波探傷装置における接触媒質の予浸機構を説明するために探触子部分を正面方向から見た図、（ｂ）は本発明の超音波探傷装置における接触媒質の平滑化機構を説明するために探触子部分を側面方向から見た図である。
【００１８】
図１において、１１は探触子であり、例えば先に図７で説明したように、くさび（１）に貼り付けた振動子（２）をケース（７）内に収め、さらに探触子ホルダー１６内に収めた構造となっており、振動子（２）から放射された超音波（３）はくさび（１）中を通って、くさび（１）と試験材４の探傷面４ａとの境界面で屈折し、試験材４中に伝搬するようになっている。
【００１９】
そして、本発明の超音波探傷装置では、前記した探触子１１を試験材４に対して傾動できるように、傾動調整機構１２を介して取り付けている。この傾動調整機構１２として、図１に示した実施例では、試験材４に対する探触子１１の追従機構１５の上下にエアーシリンダ１２ａ，１２ｂを設置し、これらエアーシリンダ１２ａ，１２ｂのいずれか一方のロッドの出退により、いずれか一方のロッド端に取り付けた止め爪１２ｃ又は１２ｄで、止め爪１２ｃ又は１２ｄに係合する扇形爪車１２ｅを介してこの扇形爪車１２ｅと同軸のピニオン１２ｆを時計回り又は反時計回り方向に回動させ、このピニオン１２ｆの回動によってピニオン１２ｆに噛合する扇形歯車１２ｇを介して、これと一体に取り付けられた探触子１１を回転中心１１ａを中心として所定の角度傾動させるものを示している。
【００２０】
すなわち、図１に示した実施例では、上側のエアーシリンダ１２ａのロッドを基準位置から所定量突出させることで、探傷屈折角βが小さくなり、反対に下側のエアーシリンダ１２ｂのロッドを基準位置から所定量突出させることで、探傷屈折角βが大きくなるものを示している。
【００２１】
この傾動調整機構１２による探傷屈折角βの調整は、例えばエアーシリンダ１２ａ，１２ｂのロッドの出退を５段階に行えるようにしておき、一回の駆動で探触子１１が０．２°傾くように設定することで、探触子１１を正負各々に１°ずつ傾動することができるようになる。なお、この設定は例えばピニオン１２ｆと扇形歯車１２ｇのピッチを変えることで変更可能である。
【００２２】
図２において、１３は探触子１１の上流側に設けられた接触媒質（６）の予浸機構であり、探触子１１の前後側から探触子１１と試験材４との空隙に接触媒質（６）を供給するだけでなく、探触子１１の上流側における試験材４の探傷面４ａに予め接触媒質（６）を塗っておくためのものである。従って、試験材４の探傷面４ａに予め接触媒質（６）を塗っておくことができるものであれば、直接はけ等を用いて塗る方式でも、ノズルから噴射する方式でも良い。
【００２３】
１４は溶接部両側に配置した探触子１１の中間に設けられた接触媒質（６）の平滑化機構であり、前記した接触媒質（６）の予浸機構や、図示省略したが、探触子１１の前後側から探触子１１と試験材４との空隙に接触媒質（６）を供給する供給機構から探触子１１と試験材４との空隙に供給された接触媒質（６）が多すぎて溶接部４ｂの止端部などに溜まりを生じさせた場合には、この接触媒質（６）の溜まりを取り除いて平滑にするものであり、本実施例ではブラシ１４ａを用いたものを示している。
【００２４】
この接触媒質（６）の平滑化機構１４は、接触媒質（６）の溜まりを取り除いて平滑にできるものであれば、本実施例のようなブラシ１４ａを用いて平滑にするものに限らず、高圧の気体を噴射することで平滑にするものなどであっても良い。
【００２５】
本発明の超音波探傷装置は上記したような構成であり、試験材４に対する探触子１１自体の傾動調整機構１２を設けて探触子１１を傾けることで入射角を変更した場合には、図４に実線で示したように、従来の可変角斜角探触子を用いて振動子を移動することで同じ角度だけ入射角を変化させた場合（図４の破線で示したもの）と比較して、探傷屈折角θを大きく変化させることができるようになる。そして、本発明の超音波探傷装置では、探触子自体を大型化することもない。
【００２６】
また、探触子１１の上流側に接触媒質（６）の予浸機構１３を設け、探触子１１の上流側における試験材４の探傷面４ａに予め接触媒質（６）を塗っておいた場合には、図５に実線で示したように、探触子１１が試験材４の重力方向の下側（図５における横軸の円周方向位置が１８０°近傍）に位置した場合にも、探触子１１と試験材４との空隙を接触媒質（６）によって完全に充填することができるようになるので、試験材４の全周にわたってカップリングが正常となることが確認できた。
【００２７】
一方、探触子１１の上流側における試験材４の探傷面４ａに予め接触媒質（６）を塗っておかない場合には、図５に破線で示したように、探触子１１が試験材４の重力方向の下側に位置した場合に、探触子１１と試験材４との空隙を接触媒質（６）によって完全に充填することができずにカップリング不良となる傾向があった。なお、図５に示した結果は、外径が７６２ｍｍで、肉厚が１９ｍｍの鋼管の突合せ溶接部を超音波探傷した場合の結果である。
【００２８】
また、探触子１１の前方側に接触媒質（６）の平滑化機構１４を設けて、溶接部の止端部などに生じた接触媒質（６）の溜まり（６ａ）を取り除いて平滑にした場合には、図６（ａ）（ｂ）に示したように、溶接媒質（６）の溜まり（６ａ）がなくなってこの溜まり（６ａ）で超音波３が反射することで発生する疑似疵エコーを抑制することができた。
【００２９】
一方、溶接部の止端部などに接触媒質（６）の溜まり（６ａ）が生じたままの場合には、図６（ｃ）（ｄ）に示したように、溜まり（６ａ）で超音波３が反射することで疑似疵エコー８が発生した。なお、図６中の４ｃは疵エコー、９は裏波を示す。
【００３０】
本実施例では、探触子１１自体の傾動調整機構１２と、接触媒質（６）の予浸機構１３と、接触媒質（６）の平滑化機構１４の全てを設けたものを示したが、本発明はこれに限らないことはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の超音波探傷装置によれば、探触子を大型化することなく探触子の少ない傾動量で広い範囲の探傷屈折角の設定が行えるようになる。また、斜角探触子と試験材との空隙に供給された接触媒質が多すぎて生じた溜まりを取り除いて平滑化する平滑化機構を設けた場合には、過剰な接触媒質による疑似疵エコーの発生を可及的に抑制できて、誤判定がなくなるようになる。また、接触媒質の予浸機構を設けた場合には、探傷面での超音波の伝達損失を極力少なくして均一に伝搬できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の超音波探傷装置における探触子の傾動調整機構の一実施例の説明図である。
【図２】（ａ）は本発明の超音波探傷装置における接触媒質の予浸機構を説明するために探触子部分を正面方向から見た図、（ｂ）は本発明の超音波探傷装置における接触媒質の平滑化機構を説明するために探触子部分を側面方向から見た図である。
【図３】入射角の変化方法による探傷屈折角の変化を説明する図で、（ａ）は入射角を変化させる前の状態を示す図、（ｂ）は振動子を移動させることで入射角を変化させた場合を示した図、（ｃ）は探触子を傾動させることで入射角を変化させた場合を示した図である。
【図４】入射角を変化させた場合の探傷屈折角の変化を測定した結果を示した図で、実線は探触子を傾動させることで入射角を変化させた場合、破線は振動子を移動させることで入射角を変化させた場合を示した図である。
【図５】鋼管突合せ溶接部における超音波探傷時のカップリングチェック結果を示した図で、実線は予浸機構によって予め探傷面に接触媒質を塗った場合の結果を、破線は予め探傷面に接触媒質を塗らなかった場合の結果を示した図である。
【図６】鋼管溶接部を超音波探傷した場合の結果の一例を示した図で、（ａ）は平滑化機構を用いて接触媒質の溜まりを取り除いて平滑化した場合の平面図、（ｂ）は（ａ）の断面図、（ｃ）は接触媒質の溜まりを取り除かない場合の平面図、（ｄ）は（ｃ）の断面図である。
【図７】斜角探触子の構造を説明する図である。
【図８】従来の探傷屈折角を変化させる方法を説明する図である。
【図９】可変角斜角探触子の構造を説明する図である。
【図１０】接触媒質の溜まりを説明する図である。
【符号の説明】
４      試験材
１１    探触子
１２    傾動調整機構
１３    予浸機構
１４    平滑化機構
１６    探触子ホルダー
【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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【図９】
0003786820.tif 000010
【図１０】
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