JPH01308957A - 超音波探傷装置 - Google Patents
超音波探傷装置Info
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- JPH01308957A JPH01308957A JP63139478A JP13947888A JPH01308957A JP H01308957 A JPH01308957 A JP H01308957A JP 63139478 A JP63139478 A JP 63139478A JP 13947888 A JP13947888 A JP 13947888A JP H01308957 A JPH01308957 A JP H01308957A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、試＠、体に表面波を伝搬させて割れの進展や
劣化状態を検査するための超音波探傷装置に関する。
劣化状態を検査するための超音波探傷装置に関する。
［従来の技術］
従来の超音波探傷装置は、第８図に示すように試験体の
表面に取付けられるくさび体の上部に試験体の表面とα
の角度をなす面ＡＢを形成し、この面ＡＢに振動子を取
付けた構造になっていた。
表面に取付けられるくさび体の上部に試験体の表面とα
の角度をなす面ＡＢを形成し、この面ＡＢに振動子を取
付けた構造になっていた。
この場合、探触子から発信された超音波ビーム（たて波
）は面ＡＢに対して垂直に進み、０点で試験体に伝搬す
る。この時、境界面ＣＤ上の０点を通る法線に対する入
射角αで入射し、な超音波ビームは境界面ＣＤでたて波
音遠ＣＬと横波音速Ｃｓによりそれぞれ屈折角β５、β
８で屈折して試験体中ではたて波と横波に分かれて伝搬
する。これをスネルの法則により表せば次式のようにな
る。
）は面ＡＢに対して垂直に進み、０点で試験体に伝搬す
る。この時、境界面ＣＤ上の０点を通る法線に対する入
射角αで入射し、な超音波ビームは境界面ＣＤでたて波
音遠ＣＬと横波音速Ｃｓによりそれぞれ屈折角β５、β
８で屈折して試験体中ではたて波と横波に分かれて伝搬
する。これをスネルの法則により表せば次式のようにな
る。
ｓｉｎα／ｓｉｎβＬ、＝Ｃ，ｏ、／Ｃ，Ｌ。
ｓｉｎα／ｓｉｎβｓ ＝ Ｃ，ｏ ／ Ｃｓ但し、Ｃ
ｏはくさび体中のたて波音速である。
ｏはくさび体中のたて波音速である。
この時、横波の屈折角がβ５＝９０’となる条件のαを
用いると、横波が試験体の表面を伝搬する表面波探傷装
置が構成される。
用いると、横波が試験体の表面を伝搬する表面波探傷装
置が構成される。
この探傷装置を作成するには、少なくともくさび体中の
たて波音速ＣＯが試験体中の横波音速Ｃｓよりも遅い必
要がある９試験体が例えば鋼の場合には、横波音速は３
２３０ｍ７／秒である。これよりもたて波音速が遅い材
料は鉛が、アクリル等の材料に限られる。
たて波音速ＣＯが試験体中の横波音速Ｃｓよりも遅い必
要がある９試験体が例えば鋼の場合には、横波音速は３
２３０ｍ７／秒である。これよりもたて波音速が遅い材
料は鉛が、アクリル等の材料に限られる。
し、かじ、鉛は超音波減衰が大きいので、くさび体の材
料とし、ては不適当である９このため、一般にアクリル
がくさび体の材料として用いられている。
料とし、ては不適当である９このため、一般にアクリル
がくさび体の材料として用いられている。
［発明が解決しようとする課題］
しかしながら、この探傷装置にあっては、これを試験体
に取付けるには接着剤で取付けるか、グリセリン等の接
触媒質を介して適宜の固定手段で取付けるし、かなく、
接着剤の場合には接着強度が不十分で、特に試験体が伸
縮する場合には剥離し。
に取付けるには接着剤で取付けるか、グリセリン等の接
触媒質を介して適宜の固定手段で取付けるし、かなく、
接着剤の場合には接着強度が不十分で、特に試験体が伸
縮する場合には剥離し。
やすい。また、接触媒質を用いる場合には長時間にわた
ると、媒質が乾燥してしまい、いずれにしても安定し、
た測定を行うことが困難であった。
ると、媒質が乾燥してしまい、いずれにしても安定し、
た測定を行うことが困難であった。
本発明の目的は上記課題を解決し５、試験体との接合強
度が増大し７、長期間にわたり安定し、た測定を行うこ
とができる超音波探傷装置を提供することにある。
度が増大し７、長期間にわたり安定し、た測定を行うこ
とができる超音波探傷装置を提供することにある。
［課題を解決するための手段］
上記目的を達成するために本発明に係る超音波探傷装置
は、試験体に金属溶着により固定される金属製くさび体
に、試験体の表面に対向して近接される面と該面にα＋
βの角度で交わる反斜面とを形成すると共にこれら両面
の交わる点において反斜面とαの角度をなす方向から超
音波（たて波）が入射するように振動子を取付け、α、
βが次式の条件を満たしている９ ｃｏｓ （α＋β）Ｃ５ ＣＯＳα ＣＬ 但し、Ｃｓはくさび体中の横波音速、ＣＬはくさび体中
のたて波音速である。
は、試験体に金属溶着により固定される金属製くさび体
に、試験体の表面に対向して近接される面と該面にα＋
βの角度で交わる反斜面とを形成すると共にこれら両面
の交わる点において反斜面とαの角度をなす方向から超
音波（たて波）が入射するように振動子を取付け、α、
βが次式の条件を満たしている９ ｃｏｓ （α＋β）Ｃ５ ＣＯＳα ＣＬ 但し、Ｃｓはくさび体中の横波音速、ＣＬはくさび体中
のたて波音速である。
［作用］
上記条件式は次のようにして得られる。
第１図に示すように、くさび体上の振動子から発信され
た超音波ビーム（たて波）は両面ＡＢ、ＢＣの交わる点
Ｂに向かってＧＢのように入射し１、反斜面ＡＢで反射
する。この時、／ＧＢＡ−α、ｌ Ｇ Ｂ Ｃ−β、反
斜面ＡＢの法線をＢＮとし１、反斜面ＡＢに入射したた
て波超音波ビームが反射してモード変換を起こし、横波
の表面波が下面Ｂ Ｃ。
た超音波ビーム（たて波）は両面ＡＢ、ＢＣの交わる点
Ｂに向かってＧＢのように入射し１、反斜面ＡＢで反射
する。この時、／ＧＢＡ−α、ｌ Ｇ Ｂ Ｃ−β、反
斜面ＡＢの法線をＢＮとし１、反斜面ＡＢに入射したた
て波超音波ビームが反射してモード変換を起こし、横波
の表面波が下面Ｂ Ｃ。
と平行な方向に発生する条件を検討する。
入射角が（９０°−α）、屈折角が（α＋β−９０°）
となるから、スネルの法則によりｓ ｉ ｎ （９０
＠−（１２） ＣＬが成立し、これを整理する
と ｃｏｓ （α＋β）Ｏ８ ＣＯＳα Ｃし となる。
となるから、スネルの法則によりｓ ｉ ｎ （９０
＠−（１２） ＣＬが成立し、これを整理する
と ｃｏｓ （α＋β）Ｏ８ ＣＯＳα Ｃし となる。
この条件を満たすくさび体を作成することによって、試
験体中をその表面に沿って進む表面波を発生させること
ができる。
験体中をその表面に沿って進む表面波を発生させること
ができる。
このようにくさび体中における反射によって表面波を発
生させる構造としたので、くさび体の材質として試験体
に金属溶着可能な金属を任意に選ぶことができる。従っ
て、超音波探傷装置を試験体に強固に取付けることがで
き、たとえ試験体が伸縮を伴う場合であっても探傷装置
が試Ｉｔ！体がら外れることはなく、長期間にわたって
安定し、た測定を行うことができる。
生させる構造としたので、くさび体の材質として試験体
に金属溶着可能な金属を任意に選ぶことができる。従っ
て、超音波探傷装置を試験体に強固に取付けることがで
き、たとえ試験体が伸縮を伴う場合であっても探傷装置
が試Ｉｔ！体がら外れることはなく、長期間にわたって
安定し、た測定を行うことができる。
［実施例］
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する
。
。
第１図において、１は試験体（対象構造物）、２はその
試験体１の表面に取付けられる超音波探１ガ装置のくさ
び体である。このくさび体２には試験体１の表面に対向
して近接される而（下面３）Ｂ Ｃ，とこの下面３にα
＋βの角度で交わる反斜面（ＡＢ）４とが形成されてい
る、そし、て、くさび体２の上面（ＤＥ）５には上記両
面３．４の交わる点Ｂにおいて、反斜面４とαの角度を
なす方向から超音波が入射するように振動子たる超音波
探触子６が取付けられている。なお、両面に電極を設け
た振動子が直接くさび体２の上面（ＤＢ）に取り付けら
れてもよい。くさび体２の上面５から垂直に入射したた
て波超音波ビームが反斜面４で反射してモード変換を起
こし２、横波の表面波がＢＣ方向に発生する条件は、反
斜面４に対する法線をＢＮとすると、入射角が（９０°
−α）、屈折角が（α＋β−９０°）となるから、次式
のようになる。
試験体１の表面に取付けられる超音波探１ガ装置のくさ
び体である。このくさび体２には試験体１の表面に対向
して近接される而（下面３）Ｂ Ｃ，とこの下面３にα
＋βの角度で交わる反斜面（ＡＢ）４とが形成されてい
る、そし、て、くさび体２の上面（ＤＥ）５には上記両
面３．４の交わる点Ｂにおいて、反斜面４とαの角度を
なす方向から超音波が入射するように振動子たる超音波
探触子６が取付けられている。なお、両面に電極を設け
た振動子が直接くさび体２の上面（ＤＢ）に取り付けら
れてもよい。くさび体２の上面５から垂直に入射したた
て波超音波ビームが反斜面４で反射してモード変換を起
こし２、横波の表面波がＢＣ方向に発生する条件は、反
斜面４に対する法線をＢＮとすると、入射角が（９０°
−α）、屈折角が（α＋β−９０°）となるから、次式
のようになる。
５ｉｎ（９０°−α） Ｃｔ。
これを整理すると
ｃｏｓ （α→−β） Ｃｓ
ＣＯ３α ＣＬ
になる。
このようにくさび体２中における反射によって表面波を
発生させる構造としたので、くさび体２の材質とし、て
試験体１に金属溶着可能な金属を任意に選ぶことができ
る。くさび体２の材料〜とじては鋼、ステンレス鋼等の
構造用鋼が用いられる。
発生させる構造としたので、くさび体２の材質とし、て
試験体１に金属溶着可能な金属を任意に選ぶことができ
る。くさび体２の材料〜とじては鋼、ステンレス鋼等の
構造用鋼が用いられる。
従って、ろう付け、溶接等により超音波探傷装置を試験
体１に強固に取付けることができ、たとえ試験体１が伸
縮を伴う場合であっても探傷装置が試験体１から外れる
ことはなく、長期間にわたって安定し、た測定を行うこ
とができる。実施例ではくさび体２の下面３のＣ側端部
Ｆには試験体１の表面に溶接等により固定される凸部７
が形成され、曲面にも容易に固定できるようにし、であ
るが、凸部を形成しないでＢＦが直線状であっても良い
。
体１に強固に取付けることができ、たとえ試験体１が伸
縮を伴う場合であっても探傷装置が試験体１から外れる
ことはなく、長期間にわたって安定し、た測定を行うこ
とができる。実施例ではくさび体２の下面３のＣ側端部
Ｆには試験体１の表面に溶接等により固定される凸部７
が形成され、曲面にも容易に固定できるようにし、であ
るが、凸部を形成しないでＢＦが直線状であっても良い
。
第２図は上述のように構成された探傷装置１０．１１を
用いた測定試験状況を示し、ている、一方の探ｆδ装置
１０は発信装置とし、て、他方の探傷装置１１を受信装
置として用いられる９炭素鋼の表面に初期ノツチ１３（
深さ６ｍｍ、長さ４０ｍｍ）を形成し、た試ＩＩ！体１
のノツチ１３の反対側の表面にノツチを挾んで探傷装置
１０．１１を対向し、てそれぞれの凸部７を溶接で取付
け、試験体１に１５ 、６５ｋｉｆ 、／ｍｒｒ？の繰
返応力を加え、ノツチから発生する疲労割れが発生する
状況をモニターした。この結果、疲労割れが表面下約１
．７ｍｍに達し、た。繰返回数１２０，０００回ころよ
りエコー高さの低下が生じ、同時に応力サイクルで応力
が除去されたときにノツチ１３の割れ面が密着し、割れ
面を音圧が通過することでエコーが高くなり、引っ張り
応力が付加されると割れ面が開口し、音圧が割れ面で反
射して測定し、ている透過エコーが低くなるという応力
によるエコー高さの変動が発生し、た。さらに疲労割れ
が表面に近ずくにつれ、エコー高さの低下と変動幅の増
大が生じ、割れが表面に開口する状況をモニターするこ
とができた。なお、割れが表面に達したときにはエコ高
さは０に近づいた。
用いた測定試験状況を示し、ている、一方の探ｆδ装置
１０は発信装置とし、て、他方の探傷装置１１を受信装
置として用いられる９炭素鋼の表面に初期ノツチ１３（
深さ６ｍｍ、長さ４０ｍｍ）を形成し、た試ＩＩ！体１
のノツチ１３の反対側の表面にノツチを挾んで探傷装置
１０．１１を対向し、てそれぞれの凸部７を溶接で取付
け、試験体１に１５ 、６５ｋｉｆ 、／ｍｒｒ？の繰
返応力を加え、ノツチから発生する疲労割れが発生する
状況をモニターした。この結果、疲労割れが表面下約１
．７ｍｍに達し、た。繰返回数１２０，０００回ころよ
りエコー高さの低下が生じ、同時に応力サイクルで応力
が除去されたときにノツチ１３の割れ面が密着し、割れ
面を音圧が通過することでエコーが高くなり、引っ張り
応力が付加されると割れ面が開口し、音圧が割れ面で反
射して測定し、ている透過エコーが低くなるという応力
によるエコー高さの変動が発生し、た。さらに疲労割れ
が表面に近ずくにつれ、エコー高さの低下と変動幅の増
大が生じ、割れが表面に開口する状況をモニターするこ
とができた。なお、割れが表面に達したときにはエコ高
さは０に近づいた。
この時に用いた探傷周波数は３ Ｍ Ｈｚである。
また、この試験は２９０℃の条件下で行われた。
探傷装置は、探触子６としてニオブ酸リチウム振動子を
用い、これをアルミろう付けでくさび体２に取付けるこ
とにより構成されている。
用い、これをアルミろう付けでくさび体２に取付けるこ
とにより構成されている。
従来の探傷装置はくさび体にアクリルを用いているため
高温下で使用することができなかったが、この探傷装置
はくさび体２が金属であるなめ高温下でも使用すること
ができる。探触子とし、て通常の垂直形探触子を用いて
も良く、またその取付は方としては試験体１に予めくさ
び体２を取付けておき、その後そのくさび体２に探触子
６を接着剤等で取付けるようにし、ても良い、この場合
、くさび体２が試験体１に強固に取付けられているため
、試験体１が変動応力等で伸縮するものであっても、そ
の伸縮が探触子６には伝搬されず、安定し、た測定を行
うことができる。
高温下で使用することができなかったが、この探傷装置
はくさび体２が金属であるなめ高温下でも使用すること
ができる。探触子とし、て通常の垂直形探触子を用いて
も良く、またその取付は方としては試験体１に予めくさ
び体２を取付けておき、その後そのくさび体２に探触子
６を接着剤等で取付けるようにし、ても良い、この場合
、くさび体２が試験体１に強固に取付けられているため
、試験体１が変動応力等で伸縮するものであっても、そ
の伸縮が探触子６には伝搬されず、安定し、た測定を行
うことができる。
第３図は他の試験状況を示し、ている、試験体１のノツ
チ１３のある側の表面にノツチを挾んで探傷装置１０．
１１を対向し、て取付け、一方の探傷装置１０から発信
された表面波がノツチの割れ表面ａｂｃを伝搬し、て他
方の探傷装置１１に受信されるようになっている９第４
図に示すように割れの先端すがｄまで進展し、た場合を
考えると、表面波は割れ表面ａｄｃを通るようになるの
で、深傷装置１０から探傷装置１１に至る時間が長くな
る。
チ１３のある側の表面にノツチを挾んで探傷装置１０．
１１を対向し、て取付け、一方の探傷装置１０から発信
された表面波がノツチの割れ表面ａｂｃを伝搬し、て他
方の探傷装置１１に受信されるようになっている９第４
図に示すように割れの先端すがｄまで進展し、た場合を
考えると、表面波は割れ表面ａｄｃを通るようになるの
で、深傷装置１０から探傷装置１１に至る時間が長くな
る。
従って、第５図に示すように表面波が探傷装置１０から
探傷装置１１に至るビーム路程ｊの変化量Δｊをモニタ
ーすることで、割れの進展量を測定することができる。
探傷装置１１に至るビーム路程ｊの変化量Δｊをモニタ
ーすることで、割れの進展量を測定することができる。
なお、探傷装置を高温構造物の健全部に取付けて、ビー
ム路程の変化から音速の変化をモニターし１、更に音圧
の変化をモニターすることで、材質の劣化を検査するこ
とができる。
ム路程の変化から音速の変化をモニターし１、更に音圧
の変化をモニターすることで、材質の劣化を検査するこ
とができる。
上記実施例の探傷装置はくさび体２の反斜面４が偏平で
あるため、表面波は漸次幅を広くしながら伝搬する。こ
れに対して第６図、第７図は幅の狭い表面波を試験体表
面に伝搬させるようにしたものである。この実施例にお
けるくさび体２の反斜面４はＷの角度をもって交わる２
つの面（ＨＢ）１５、（ＢＩ）１６により、第１図の矢
印Ｐ方向から見て断面Ｖ字状に形成されている。これに
よれば２つの而１５．１６で反射して生じた表面波は第
７図に示すように矢印方向に進行し、て互いに干渉し、
点線で示すようにに点で幅の最も狭いものとなる。この
時のＢＫ間の距離は角度Ｗに依存し、Ｗが大きくなると
長くなり、Ｗが小さいくなると短かくなる。このように
構成された探傷装置は局部的な変化を測定する場合など
に適する。
あるため、表面波は漸次幅を広くしながら伝搬する。こ
れに対して第６図、第７図は幅の狭い表面波を試験体表
面に伝搬させるようにしたものである。この実施例にお
けるくさび体２の反斜面４はＷの角度をもって交わる２
つの面（ＨＢ）１５、（ＢＩ）１６により、第１図の矢
印Ｐ方向から見て断面Ｖ字状に形成されている。これに
よれば２つの而１５．１６で反射して生じた表面波は第
７図に示すように矢印方向に進行し、て互いに干渉し、
点線で示すようにに点で幅の最も狭いものとなる。この
時のＢＫ間の距離は角度Ｗに依存し、Ｗが大きくなると
長くなり、Ｗが小さいくなると短かくなる。このように
構成された探傷装置は局部的な変化を測定する場合など
に適する。
［発明の効果］
以上要するに本発明によれば、くさび体中における反射
によって表面波を発生させる構造としたので、くさび体
の材質として試験体に金属溶着可能な金属を任意に選ぶ
ことができ、従って溶接等により超音波探傷装置を試験
体に強固に取付けることができ、たとえ試験体が伸縮を
伴う場合であっても探傷装置が試験体から外れることは
なく、長期間にわたって安定し、た測定を行うことがで
きるという優れた効果を発揮する。
によって表面波を発生させる構造としたので、くさび体
の材質として試験体に金属溶着可能な金属を任意に選ぶ
ことができ、従って溶接等により超音波探傷装置を試験
体に強固に取付けることができ、たとえ試験体が伸縮を
伴う場合であっても探傷装置が試験体から外れることは
なく、長期間にわたって安定し、た測定を行うことがで
きるという優れた効果を発揮する。
第１図は本発明の一実施例を示す超音波探傷装置の側面
図、第２図から第４図はその探傷装置を用いて探傷測定
を行っている状態を示す説明図、第５図は測定時のモニ
ターの表示を示す図、第６図は本発明の他の実施例を示
す図、第７図はその超音波反射ビームの進行状況を示す
図、第８図は従来の超音波探傷装置を示す側面図である
。 図中、１は試験体、２はくさび体、４は反斜面、６は超
音波探触子（＠動子）である。 特許出願人 石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
絹 谷 信 雄第１図 ど 第２図 第５図 第６図 第７図
図、第２図から第４図はその探傷装置を用いて探傷測定
を行っている状態を示す説明図、第５図は測定時のモニ
ターの表示を示す図、第６図は本発明の他の実施例を示
す図、第７図はその超音波反射ビームの進行状況を示す
図、第８図は従来の超音波探傷装置を示す側面図である
。 図中、１は試験体、２はくさび体、４は反斜面、６は超
音波探触子（＠動子）である。 特許出願人 石川島播磨重工業株式会社代理人弁理士
絹 谷 信 雄第１図 ど 第２図 第５図 第６図 第７図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、試験体に金属溶着により固定される金属製くさび体
に、試験体の表面に対向して近接される面と該面にα＋
βの角度で交わる反斜面とを形成すると共にこれら両面
の交わる点において反斜面とαの角度をなす方向からた
て波超音波が入射するように振動子を取付け、α、βが
次式の条件を満たしていることを特徴とする超音波探傷
装置。 −ｃｏｓ（α＋β）／ｃｏｓα＝Ｃ＿Ｓ／Ｃ＿Ｌ但し、
Ｃ＿Ｓはくさび体中の横波音速、Ｃ＿Ｌはくさび体中の
たて波音速である。 ２、上記反斜面が断面Ｖ字状に形成されていることを特
徴とする請求項１に記載の超音波探傷装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63139478A JP2605352B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 超音波探傷装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63139478A JP2605352B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 超音波探傷装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01308957A true JPH01308957A (ja) | 1989-12-13 |
| JP2605352B2 JP2605352B2 (ja) | 1997-04-30 |
Family
ID=15246187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63139478A Expired - Lifetime JP2605352B2 (ja) | 1988-06-08 | 1988-06-08 | 超音波探傷装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2605352B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1114607A (ja) * | 1997-06-19 | 1999-01-22 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 超音波プローブおよびその用途 |
| JP2003066012A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-05 | Idemitsu Eng Co Ltd | 表面波による欠陥の検査方法及び検査装置 |
-
1988
- 1988-06-08 JP JP63139478A patent/JP2605352B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1114607A (ja) * | 1997-06-19 | 1999-01-22 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | 超音波プローブおよびその用途 |
| JP2003066012A (ja) * | 2001-08-30 | 2003-03-05 | Idemitsu Eng Co Ltd | 表面波による欠陥の検査方法及び検査装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2605352B2 (ja) | 1997-04-30 |
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