JPH0146024B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はパイプや丸棒のような被検査材の探触
子回転型超音波探傷機に係り、特に軸方向に移送
される軸心位置が変動する被検査材に追従して回
転できる回転型探触子ホルダに関する。

一般にパイプや丸棒のような外周が円形断面を
もつ長尺の圧延製品の超音波探傷を行なうため
に、探触子を被検査材外周に沿つて高速回転させ
ながら被検査材を軸方向に直進させ、被検査材外
周に螺線状の探触子走査を行なわせ、全面全長を
探傷するいわゆる探触子回転型探傷機が多用され
ている。

この方式の超音波探傷装置では多チヤンネルの
探触子を装着した回転探触子ホルダを高速で回転
させるため、探傷速度が早く、極めて高能率で検
査できることから鋼管製造工場、鋼棒製造工場な
どで重要な非破壊検査機器として用いられてい
る。

このように高能率な探傷に適した探傷装置であ
るが一方、被検査材の真直度が悪い場合には、後
述するような問題を生じ、探傷が不安定になつた
り、探傷ができなくなることもあり、従来は被検
査材の真直度に厳しい制限を設けて、その制限の
範囲内で使用しなければならないという欠点があ
つた。つぎにこれ等について述べる。

第１図は一般的な探触子回転型超音波探傷機の
全体を示す概略図で、探触子回転型超音波探傷機
の本体１は昇降架台２の上に搭載され、３は被検
査材入側の２段ピンチロールスタンド、４は出側
の２段ピンチロールスタンドであり、これらは共
通のベース５の上で組立てられている。６は被検
査材で本体１を貫通し、かつ入側、および出側の
ピンチロールスタンド３，４によつて踊りを制限
されながら図の矢印の方向に移送される。

第２図は従来の探触子回転型超音波探傷機本体
１の軸方向の断面説明図で、被検査材６は本体の
箱体１１内に軸受１５ａ，１５ｂで支持されたロ
ータ１２、および該ロータの端面１３に取付けら
れた回転探触子ホルダ１４を貫通して矢印の方向
に移送される。さらに、ロータ１２はタイミング
ベルト１７と、これに噛み合うタイミングプーリ
１６によつて外部の駆動源に連接し、回転駆動さ
れる。なお、ロータ１２の円筒部には、一般にス
リツプリングその他の信号伝達のための要素を配
設する。また、ロータ１２の内側の穴に深く挿入
された固定ガイド１８は、進入してくる被検査材
６の曲りのために振れていても、入側と出側に設
けたテーパ案内１８ａ，１８ｂによつて、被検査
材６を強制的に案内して回転探触子ホルダ１４の
内孔に安定的に導入するように働く。

一方回転探触子ホルダ１４には、所要数の探触
子２０と噴出口１９、および水路２１を持ち、テ
ーパ面２２を通じて常にバネ（図示せず）により
該テーパ面２２に押付けられている固定補給子２
３から接触媒質である水を供給するような手段を
持ち、被検査材６の外面と回転探触子ホルダ１４
の内面との間の空隙２４には常に接触媒質である
水を充満するように供給する。

第３図は回転探触子ホルダ１４と被検査材６と
の位置と機能との関係を説明する図であつて、Ａ
は回転探触子ホルダ１４と被検査材６が同心の場
合、Ｂは距離ｄだけ偏心している場合を示す。同
心の場合は空隙２４は全周に沿つて一様であり、
接触媒質水は一様にせん断され、流動状態は安定
であるが、偏心している場合は空隙２４が一様で
なく、回転探触子ホルダ１４の高速回転に伴なう
水の周方向流動は不安定となり、特に遠心力によ
つて水が回転探触子ホルダの内壁面にはり付く傾
向から、偏心量が大きいと、最大空隙の部分に空
気を巻込み探傷不能となる。

また一方、例えば鋼管の斜角探傷の場合、図示
のように回転探触子ホルダ１４に装着された探触
子２０から発射された超音波ビームは、水柱２５
を通つて被検査材６の表面から入射するが、回転
探触子ホルダ１４と被検査材６が同心の場合は屈
折角は回転位置によらず一様であり、理想的な探
傷ができる。これに反し、偏心の場合には回転探
触子ホルダ１４の回転に伴ない、屈折角が回転位
置により変動する。

この場合、被検査材の軸方向に設けた溝状のの
人工欠陥を用いた探傷実験によれば、偏心量が、
被検査材外径の1.5％の場合、約3dBの欠陥エコ
ー高さの変動が認められ、通常の探傷では同一欠
陥に対するエコー高さ変動は3dB程度に抑える必
要があることから、偏心量は被検査材外径の1.5
％程度を許容限度とすべきであることが判る。

このような回転探触子ホルダ１４と被検査材６
の偏心の許容限度の関係から、第１図に示すよう
に、本体１の入側と出側をピンチロールで抑えて
移送時の振動による被検査材６の踊りを規制する
ばかりでなく、できる限り同心保持を確保する手
段が講ぜられ、また、第１図に示すように共通ベ
ース５上にピンチロールスタンド３，４および、
本体１を組立て、上下左右の心出し精度を高めた
り、また被検査材６が小径薄肉で、外力によつて
弾性的に撓み得る場合には、第２図に示す固定ガ
イド１８ａ，１８ｂの内径を絞ることによつて、
即ち、空隙２４を、できるだけ小さくすることに
よつて、回転探触子ホルダ１４と被検査材６の同
心性を高める手段が実施されている。

また、被検査材６が大径厚肉で外力で撓ませる
ことが全く不可能な場合は、第１図において本体
１をばね、あるいは緩衝ゴム座７などで昇降架台
２上に浮動的に支持して、被検査材６に第２図に
おける固定ガイド１８のテーパ案内１８ａ，１８
ｂを介して本体１を倣わせると言う考え方が実施
されているが、本体１の質量が大きい上に、ロー
タ１２の回転慣性質量も大きく、一種のジヤイロ
の働きで、角変位するときに大きなせつ動偶力を
生ずることから、実際には実施困難であるばかり
でなく曲りが大きい場合には被検査材６はテーパ
案内１８ａ，１８ｂに噛み込んで移送不能となり
探傷はおろか抜き取ることも出来なくなることも
生じている。

以上の点から従来は、被検査材６はできるだけ
真直なもののみを探傷し、曲り材は移送上流で曲
りを検査してはね出すなどの処置が取られるのが
普通である。しかしながら鋼管類は製造工程上、
比較的に曲りが少ないが、丸棒鋼では一般に鋼管
に比べて曲りが大きく、これを真直に矯正しても
コストが上るのみで品質的には価値を認められな
いので、矯正処理されることは殆どない。この意
味で探触子回転型探傷機の丸棒鋼への適用は、鋼
管への適用に比べて実施例が少ないのが現状であ
る。

本発明は上述のような問題点を解決するために
なされたもので、探傷機のロータに取り付けられ
る回転探触子ホルダを外筒と内筒の２重円筒の構
造をなし、被検査材の軸心位置が変動した場合で
も質量の小さい内筒を被検査材に追従させるよう
にしたものである。従つて、前述したようなテー
パ案内１８ａ，１８ｂによる探触子回転型超音波
探傷機の本体１を全体として倣らわせる必要がな
くなる。この際、大きな難点は次の被検査材が探
傷機に進入するとき、前述したように被検査材の
偏心により内筒が同心保持されていないと、その
進入に際して大きな支障を期たす恐れのあること
である。しかし本発明は、被検査材が検査終了し
て通過し次の被検査材が進入するときに、内筒の
高速回転に伴なつて生ずる遠心力に対して内筒に
発生する浮力によつて該内筒を同心保持させるこ
とにより、次の被検査材の進入を可能にし上記問
題点を解決したものである。以下に図によつて本
発明を詳述する。

第４図は本発明の回転探触子ホルダを装着した
探触子回転型超音波探傷機本体の軸方向断面説明
図、第５図は本発明の回転探触子ホルダの拡大断
面図、第６図は第５図のＶ−Ｖ断面図、第７図は
探触子取付スペーサ装着穴部分の分解斜視図であ
る。なお説明中、第３図以前で説明したものと同
一符号のものは同一名称の同一部であるから説明
を省略する。

第４図においてロータ１２の端面１３に取付け
られた回転探触子ホルダは２重円筒の構造を持
つ。即ち外筒３１の内部に内筒３２があり、外筒
３１はロータ１２の端面１３に取付けられてお
り、内筒３２の入側と出側は、それぞれ例えばベ
ローズ３３，３４によつて外筒３１に連接され
る。ベローズ３３，３４は可撓性があるから内筒
３２は外筒３１に対して偏心することができると
共に、外筒３１の回転を内筒３２に伝えることが
できる。なお、本図に示すようにベローズを使用
する場合は、被検査材６の内筒３２内面の接触に
よつて内筒３２が出側に引張られて、ベローズが
過度に軸方向に変形しないように外筒３１の内面
に突起３５を、また、内筒３２の外面にも突起３
６を、少くとも一方は全周に設けることによつ
て、突起同志を接触させて軸方向のストツパを形
成することが必要である。内筒３２の入側は被検
査材６が進入するとき、先端を案内するための内
円錐面をなしたラツパガイド３２ａが設けてあ
る。

また第２図で説明したと同様に回転探触子ホル
ダ１４の外筒３１に接触媒質水を供給する手段を
持ち、外筒３１に供給された水は外筒３１の内壁
と内筒３２の外壁およびベローズ３３，３４によ
つて作られる水路空間２１′に導かれる。すなわ
ち第６図、第７図に示すように、この空間に導か
れた水は内筒３２に所定数を装着された探触子２
０を取付けるための取付スペーサ３９の凸起３９
ａと装着穴４１との間に形成される扇形の空間４
０を通つて内筒３２と被検査材６との間の空隙２
４に噴出し、空隙２４を接触媒質水で充満させ
る。この接触媒質水によつて探触子２０から発射
される超音波ビームを被検査材６に入射し、また
反射エコーを探触子で受信することができる。

以上説明した２重円筒構造の回転探触子ホルダ
１４においては第６図に示すように内筒３２への
探触子２０の装着は探触子ホルダの回転に伴なう
遠心力に対して同一断面内に複数の探触子を装着
し、かつこれらの探触子により内筒に及ぼす遠心
力がバランスするように配置することが必要であ
る。なお、探触子ホルダに被検査材が進入する時
には外筒３１に対し内筒３２が同心位置で回転し
ていることが被検査材の円滑な進入のために必要
である。この同心状態の保持のためには内筒の質
量を、この内筒の全容積が排除する水の質量より
も小さくすることにより、探触子ホルダの高速回
転時に生ずる遠心力に対し内筒の浮力を利用して
同心保持することができる。なお、この中心復帰
機能は内筒の質量を、この内筒の全容積が排除す
る水の質量に比べて小さくすればする程、中心復
帰機能をよくすることができる。さらに外筒に対
して内筒を弾性体による中心復帰機能を併用して
もよい。

以上のように本発明によれば、被検査材６が偏
心しても探触子２０を装着した内筒３２は被検査
材６の偏心に追従すると共に被検査材６の外周に
沿つて内筒３２を高速で回転させることができ、
被検査材６が検査を完了し通過し、次の被検査材
が何等支障なく進入してこの被検査材に対して探
触子２０を理想的な相対位置に保持し回転探傷す
ることができる。従つて直径が大きい厚肉の被検
査材でかつ曲りが大きくても、殆ど曲りによつて
制約されず、高速高能率で探傷できる用途の広い
探触子回転型超音波探傷機用探触子ホルダを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は探触子回転型超音波探傷機の全貌を示
す概略図、第２図は従来の回転探触子ホルダ部の
軸方向の断面説明図、第３図は回転探触子ホルダ
と被検査材との関係を示す図、第４図は本発明の
探触子回転型超音波探傷機用探触子ホルダの一実
施例の軸方向の断面説明図、第５図は本発明の回
転探触子ホルダの拡大断面図、第６図は第５図Ｖ
−Ｖ断面図、第７図は探触子とスペーサおよび装
着穴部分の分解斜視図である。 １……本体、６……被検査材、１２……ロー
タ、１４……回転探触子ホルダ、１９……噴出
口、２０……探触子、２２……テーパ面、２４…
…空隙、３１……外筒、３２……内筒、３３，３
４……ベローズ、３５，３６……突起、３９……
取付スペーサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 探触子回転型の探傷機に装着される回転探触
   子ホルダにおいて、該回転探触子ホルダの構造を
   前記探傷機のロータに取付けられて回転する外筒
   と内筒の２重円筒とし、軸方向に移送される被検
   査材の入側と出側に前記外筒に対して前記内筒が
   浮動状態となるようそれぞれ前記被検査材を囲む
   ベローズによつて連接し、前記外筒の内壁と前記
   内筒の外壁および前記ベローズによつて形成され
   る空隙に供給充満された水を前記内筒より噴出し
   て該内筒に装着した探触子と前記被検査材との間
   の接触媒質水として超音波の送受を可能にすると
   ともに、前記内筒の質量を該内筒の全容積が排除
   する水の質量より小となし、高速回転に伴なう遠
   心力に抗して前記内筒に中心復帰力を与えるよう
   にしたことを特徴とする探触子回転型超音波探傷
   機用探触子ホルダ。