JPH0240976B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、板状の被検査体内に内在、あるいは
被検査体内表面、即ち、底面に開口している垂直
割れ状欠陥を精度良好にして、しかも高速に検出
するための超音波探傷方法とそのプローブに関す
るものである。

〔発明の背景〕

板材の表面に垂直な方向に進展する割れ、即ち
垂直割れと、それに類似の欠陥を垂直割れ状欠陥
と定義すると、垂直割れ状欠陥は板の表面に平行
か、あるいはそれに近い方向に進行する超音波に
対する反射率が高い傾向があり、いわゆる斜角ト
ランスジユーサや表面波あるいは板波トランスジ
ユーサなどがその欠陥の検出に用いられるように
なつている。また同じ理由で、表面に対する角度
は同じでも、欠陥の向きによつて、その欠陥面に
対し垂直に近い方向から超音波を送受信した場合
には高いレベルのエコーが受信されるが、欠陥面
と平行の方向から超音波を送受信した場合にはほ
とんどエコーが検出されないものとなつている。
即ち、垂直割れ状欠陥を検出するためには、欠陥
部位に対してはその周囲の様々な方向から超音波
探傷を行なうべく振子走査する必要があるという
ものである。しかしながら、振子走査は探傷速度
の低下を来し障害となる場合があるので、自動探
傷では例えば第１図に示す如く（斜角）トランス
ジユーサがＸ字形に配置された、いわゆる
TTRR方式が溶接管溶接部の探傷に用いられる
ようになつている。

ここで第１図について説明すれば、トランスジ
ユーサ１，３を超音波送信に、また、トランスジ
ユーサ２，４を超音波受信に各々用い同時に動作
させるようにしたものである。溶接シーム５にお
ける被検査部位Ｕに何等欠陥が存在しない場合は
受信エコーは得られないが、溶接シーム５方向に
平行な垂直割れ状欠陥７やその方向に垂直な垂直
割れ状欠陥６、あるいは無指向性欠陥が存在する
場合にはトランスジユーサ２，４によつて受信エ
コーが欠陥エコーとして検出されるものである。

TTRR方式はこのように溶接管溶接部の探傷
に有効なものとなつているが、場合によつては不
都合を生じるものとなつている。第２図ａに示す
ように欠陥７が存在する被検査部位Ｕが溶接中心
線Ａ―A′より離れており、しかも溶接ビード幅
が広い場合にはトランスジユーサ１〜４各々の超
音波入射点８〜１１のうち、超音波入射点１０，
１１が溶接ビードに近くなり、これがためにトラ
ンスジユーサ３，４が溶接肉盛部に乗り上げてし
まう場合があるというものである。Ｘ字形に配置
されたトランスジユーサ１〜４はその超音波入射
点８〜１１が円１２の円周上に存在すべく相互の
位置関係が機械的に固定されているが、トランス
ジユーサの溶接肉盛部への乗上を防止するために
はトランスジユーサ１〜４各々の被検査部位Ｕま
での距離を１スキツプ距離分遠ざけて配置するこ
とが考えられる。１スキツプ距離分遠ざけて配置
する場合、トランスジユーサ１〜４はその超音波
入射点が円１３の円周上に存在すべく配置される
ものである。第２図ａにおいてはトランスジユー
サ３，４の新たな配置位置が点線表示によつて示
されているが、トランスジユーサ１，２も同様に
配置されるものとなつている。

第２図ｂは第２図ａが平面を表わすものとして
その正面を示したものである。但し、トランスジ
ユーサ３，４は新たなる位置に配置されたものと
して示されている。この第２図ｂによりスキツプ
（反射）点について説明すれば、スキツプ点とは
被検査体上面および底面における超音波の反射位
置として定義される。トランスジユーサ３は実際
にはスキツプ点１４には配置し得ないので、スキ
ツプ点１０′が新たなる超音波入射点としてトラ
ンスジユーサ３が配置されるものである。他のト
ランスジユーサ１，２，４についても事情は全く
同様である。

しかしてトランスジユーサ１〜４各々の被検査
部位Ｕまでの距離を１スキヤツプ距離分遠ざける
ようにしてトランスジユーサ１〜４を配置する場
合は、接近限界による探傷不能部位は減少される
ことになる。しかしながら、その反面探傷感度と
その安定度の低下が著しく、探傷精度の低下は否
めないものとなる。

〔発明の目的〕

よつて本発明の目的は、探傷精度を低下させる
ことなく、しかも被検査体内に内在、あるいは被
検査体内表面、即ち、底面に開口している垂直割
れ状欠陥を高速に検出するための超音波探傷方法
とそのプローブを供するにある。

〔発明の概要〕

この目的のため本発明は、溶接シーム内底面に
おける垂直割れ状欠陥を検出すべく、溶接シーム
内被検査部位が中央に位置すべく被検査体表面上
の溶接シーム部分以外にＸ字形に配置される、
TTRR方式に係る４つの斜角トランスジユーサ
のうち、１つあるいは隣合つた２つを、該被検査
体表面上において１スキツプ距離分上記被検査部
位より遠ざけるように配置した状態で、被検査部
位が更新される度に被検査部位を超音波探傷する
ようにしたものである。また、本発明は、そのよ
うに配置されたトランスジユーサを機械的に結合
することによつて超音波探傷プローブを得るよう
にしたものである。更に探傷範囲を拡大すべく超
音波探傷プローブを２つ機械的に組合せ、結合す
るようになしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第３図から第７図により説明す
る。

先ず本発明による超音波探傷方法について説明
する。第３図は３つあるいは４つのトランスジユ
ーサを１群としてトランスジユーサを２群溶接管
溶接部近傍に配置した状態を示したものである。
トランスジユーサ１５〜１８が第１の群を形成
し、残りのトランスジユーサ１９〜２２が第２の
群を形成しているわけであるが、第１，第２の群
はそれぞれ探傷領域，をカバーするものとな
つている。この場合第１の群におけるトランスジ
ユーサ１７，１８と第２の群におけるトランスジ
ユーサ２１，２２はその本来の位置よりも１スキ
ツプ距離分離された位置に配置されたものとなつ
ている。

第１，第２の群によつて超音波探傷を行なうに
は先ず第１の群によつて以下のように超音波探傷
が行なわれる。

即ち、先ずトランスジユーサ１５による超音波
送受信動作が行なわれるようになつている。この
後はトランスジユーサ１６〜１８による超音波送
受信動作が順次行なわれるが、このようにして１
探触子法による超音波探傷が行なわれた後は次に
２探触子法による超音波探傷が行なわれるものと
なつている。トランスジユーサ１５からの超音波
をトランスジユーサ１６によつて受信するといつ
た具合に、隣合つたトランスジユーサ間で超音波
の送受信動作が順次行なわれるものである。この
２探触子法による超音波探傷が終了したならば第
２の群による超音波探傷が第１の群の場合と同様
にして行なわれるわけであり、第２の群による超
音波探傷の終了を以て１周期の探傷動作が終了す
るものである。なお、第１，第２の群におけるト
ランスジユーサの数は後述するように必ずしも４
つ要されず３つで十分である。点線表示されてい
るトランスジユーサ１８，２２は不要であること
を示しているが、他のものを不要にすることも可
能となつている。また、距離Ｘは第１，第２の群
の走査方向におけるずれを示す。更に本例では溶
接シーム５の幅が比較的大きい場合が想定されて
いることから、トランスジユーサの群は２群とさ
れているが、その幅が小さい場合には、トランス
ジユーサの溶接シーム５への乗り上げを生じさせ
ることなく探傷を行ない得ることから、１群で済
まされるものとなつている。

第４図は本発明に係る超音波探傷装置の概略構
成を示したものである。なお、第４図中ではトラ
ンスジユーサの群配置は便宜的に示されている
が、実際には第３図に示した如くに配置されたも
のとなつている。

これによると第１の群におけるトランスジユー
サ１５，１６，１８はパルサー２３〜２５および
プリアンプ２６〜２８に、また、第２の群におけ
るトランスジユーサ１９，２０，２２はパルサー
２９〜３１およびプリアンプ３２〜３４に図示の
如くに接続されるものとなつている。この場合ト
ランスジユーサ１５，１６，１８〜２０，２２の
何れに高電圧パルスが印加されるかはコントロー
ラ４８によつている。コントローラ４８は超音波
送信の際トリガー回路３６をトリガーするが、そ
のトリガー出力はコントローラ４８による制御下
に（デ）マルチプレクサ３５を介してパルサー２
３〜２５、２９〜３１のうち高電圧パルスを発生
すべきものに与えられるようになつているもので
ある。また、トランスジユーサ１５，１６，１８
〜２０，２２からの超音波の受信出力はプリアン
プ２６〜２８，３２〜３４で増幅されるが、何れ
の受信出力が選択的に取込されかもコントローラ
４８によつている。マルチプレクサ３７はコント
ローラ４８による制御下に受信出力の何れかを選
択的に出力したうえ受信器３８に取込するように
なつているものである。したがつて、コントロー
ラ４８によつて目的とするトランスジユーサから
は超音波が発せられる一方、目的とするトランス
ジユーサの受信出力も取込可能となつているもの
である。

このようにトリガー回路３６およびマルチプレ
クサ３５，３７を制御すれば各種の超音波送受信
動作を行ない得ることになるが、ここでトランス
ジユーサ２２より送信された超音波をトランスジ
ユーサ１９で受信する場合に例を採つて装置の動
作を説明すれば以下のようである。

即ち、コントローラ４８によつては先ず超音波
発生タイミングを決定するトリガー信号がトリガ
ー回路３６より発生させるようになつている。こ
の発生に先立つてマルチプレクサ３５はコントロ
ーラ４８による制御下にトリガー回路３６の出力
をパルサー３１に出力すべく制御されていること
から、トリガー信号は高電圧パルスに変換された
うえトランスジユーサ２２に与えられるところと
なるものである。これによりトランスジユーサ２
２からは超音波が被検査部位５０に向けて放射さ
れるが、もしもそこに何等かの欠陥が存在すれば
その欠陥によつて超音波は反射されるところとな
るものである。その欠陥の方向が溶接線方向に直
交するようであれば、その欠陥からの反射超音波
はトランスジユーサ１９で受信され得、その受信
出力はプリアンプ３３、マルチプレクサ３７を介
し受信器３８で受信、検波されるところとなるわ
けである。検波された受信出力は超音波送信時点
から一定時間経過後に一定時間のみゲートが開く
ゲート回路３９でノイズ成分が除去されたうえ処
理に供されるものである。

受信出力の処理においては先ずビーム路程演算
器４１でトリガー信号発生時点から反射超音波受
信時点までの時間が精密に測定され、既知の音速
を用い超音波の伝搬距離（ビーム路程）が計算さ
れるようになつている。欠陥位置計算器４２では
またトランスジユーサ１５，１６，１８〜２０，
２２の自動走査と位置検出を行なう走査制御装置
４０からのトランスジユーサ位置情報と、選択さ
れたトランスジユーサ（この場合はトランスジユ
ーサ２２，１９）によつて定まる超音波の入出射
方向および入出射点と、ビーム路程演算器４１か
らのビーム路程とによつて定まる欠陥の位置が計
算されるようになつている。一方、振幅検出器４
３によつては受信出力のピーク電圧が検出、保持
されるが、弁別器４４ではそのピーク電圧が予め
設定されているしきい値以上であるか否かが弁別
され、しきい値以上である場合のみそのピーク値
が出力されるものとなつている。メモリ４５では
弁別器４４からのピーク電圧と、欠陥位置計算器
４２からの欠陥位置情報とをピーク電圧がしきい
値以下である場合のみ送受信トランスジユーサ毎
に記憶するようになつている。欠陥識別回路４６
ではまた１回の探傷動作毎に、得られた情報をそ
れ以前の情報、特に同じトランスジユーサの組合
せから得られる情報と、同一サイクルまたは直前
のサイクルの探傷で他のトランスジユーサの組合
せで得られる情報とを比較することによつてその
受信出力が欠陥に係るものか、または被検査体形
状に係るものかが識別されるようになつている。
欠陥に係るものである場合にはその欠陥情報にも
とづき記録表示器４７には欠陥が記録表示される
ものである。なお、符号４９は第１の群に対する
被検査部位である。

既述した探傷動作からも判るようにトランスジ
ユーサの群が４つのトランスジユーサよりなる場
合は、トランスジユーサ各々による送受信方向
（計４方向）以外に、２探触子法では線対称とな
る隣合つた２つのトランスジユーサの対称軸の方
向（計４方向）からの探傷と等価になるので、合
計８方向からの探傷動作が行なわれる種々の方向
性欠陥が探傷され得るものである。

本発明による超音波探傷方法は以上のようであ
るが、次に本発明による超音波探傷プローブにつ
いて説明すれば、第５図，第６図はその一例での
構成を示したものである。先ず、第５図より説明
すれば、これは第３図における第２の群または第
１の群におけるトランスジユーサを機械的に結合
するようにしたものである。トランスジユーサを
相互に固定する機械的結合手段５１としては通常
のリンクおよびジンバルを用い得るが、図示のよ
うに、トランスジユーサ群の被検査部位Ｕの中央
から、各トランスジユーサ各々の超音波入射点ま
での距離Ya，Yb，Yc（Ya＝Yb）を固定し、且
つ図示しないが各トランスジユーサの接触面が探
傷面にならうように押しつけるものが望ましいも
のとなつている。なお、この実施例では、欠陥の
種類を、底面にほぼ垂直なものに限れば、第３図
におけるトランスジユーサ２１，１９のように対
称な方向からの探傷は片方を省略しても検出性能
の低下が殆どないので、各トランスジユーサ群に
おける４個のトランスジユーサのうちの１個、例
えばトランスジユーサ１８，２２を省略し得るこ
とから、３個のトランスジユーサにより構成され
ているが、勿論４個のトランスジユーサで似て構
成されても何等不都合は生じないものとなつてい
る。この場合、距離Ycは距離Ya，Ybに比し１
スキツプ距離分長く設定されていることは勿論で
ある。また、この場合は、溶接線中心線に対し、
走査範囲が両側対称にならないが、第５図に示す
ものを２つ用いることにより対称な範囲が走査可
能となる。尤も、溶接シーム５の幅が小さい場合
には、第５図に示すもの１つによつて、溶接シー
ム５部分にトランスジユーサを乗り上げることな
く、しかも各トランスジユーサの相対的位置関係
を固定したまま、その幅相当の範囲を走査可能で
ある。その超音波探傷プローブとしてのトランス
ジユーサ全体を左右方向に移動させつつ超音波探
傷を行ない、その方向での探傷が終了すれば、前
後方向に探傷位置を更新して再び左右方向に超音
波探傷を行なう、といつた探傷動作が繰返される
ようにすればよいものである。

また、第６図に示すものは前記の距離Ｘを固定
するような機械的結合手段５２を用い２つのトラ
ンスジユーサ群を結合したものである。

第５図に示すものを２つ用いる場合には、板厚
や溶接肉盛りの幅に対し、上記Ｘを調節し得るの
で、板厚や溶接肉盛りの幅の変更に容易に対処し
得る一方、第６図に示すものではその幅が固定で
ある場合に有効となつており、上記結合手段を複
数種類用意する場合は板厚などの違いにも対処可
能となる。特にこの第６図に示すものでは、溶接
シーム５の幅が比較的大きい場合に有効となつて
おり、溶接中心線に対しその左右の探傷領域それ
ぞれを、対応する超音波探傷プローブ部分で分担
探傷すれば、超音波探傷プローブ全体を左右方向
に大きく移動させることなく溶接シーム５の幅相
当の範囲が容易に探傷され得るものである。

最後に本発明に係る探傷結果の表示例を第７図
によつて説明すれば、第７図ａに示すようにトラ
ンスジユーサ１９より送信された超音波が欠陥５
３にて反射されたうえトランスジユーサ２０で受
信される場合には、第７図ｂに示すようにその受
信出力のピーク値に応じた長さｌの線分が走査方
向に平行にＣスコープ（平面像）表示されるよう
になつている。また、第７図ｃに示すようにトラ
ンスジユーサ１７で超音波の送信を行ない、欠陥
５４からの反射超音波を受信する場合は、第７図
ｄに示すように走査方向からの傾きθが45゜とさ
れた状態で、同様に受信出力のピーク値に応じた
長さｌの線分がＣスコープで表示されるようにな
つている。トランスジユーサの走査に従つて形成
されるＣスコープ像は上記線分の集合で表わされ
ることから、欠陥の方向性が明瞭に表示され得る
ものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による場合は、探傷
精度を低下させることなく、しかも被検査体内に
内在、あるいは被検査体表面に開口している垂直
割れ状欠陥を高速に探傷し得るという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、トランスジユーサがＸ字形に配置さ
れたTTRR方式による探傷方法を説明するため
の図、第２図ａ，ｂは、その探傷方法の不具合を
説明するための図、第３図は、本発明に係るトラ
ンスジユーサの配置状態を示す図、第４図は、本
発明に係る超音波探傷装置の概略構成を示す図、
第５図，第６図は、それぞれ本発明による超音波
探傷プローブの一例での構成を示す図、第７図ａ
〜ｄは、本発明に係る探傷結果の表示例を説明す
るための図である。 ５…溶接シーム、１５〜２２…トランスジユー
サ、５１，５２…機械的結合手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接シーム内底面における垂直割れ状欠陥を
   検出するための超音波探傷方法であつて、溶接シ
   ーム内被検査部位が中央に位置すべく被検査体表
   面上の溶接シーム部分以外にＸ字形に配置され
   る、TTRR方式に係る４つの斜角トランスジユ
   ーサのうち、１つあるいは隣合つた２つを、該被
   検査体表面上において１スキツプ距離分上記被検
   査部位より遠ざけるように配置した状態で、被検
   査部位が更新される度に被検査部位を超音波探傷
   することを特徴とする超音波探傷方法。 ２ 溶接シーム内底面における垂直割れ状欠陥を
   検出するための超音波探傷プローブであつて、被
   検査体表面上の溶接シーム部分以外にＸ字形に配
   置される、TTRR方式に係る４つの斜角トラン
   スジユーサのうち、１つあるいは隣合つた２つ
   を、該被検査体表面上において１スキツプ距離分
   仮想交叉中心より遠ざけた状態で、該４つの斜角
   トランスジユーサを機械的に結合せしめてなる構
   成を特徴とする超音波探傷プローブ。 ３ 溶接シーム内底面における垂直割れ状欠陥を
   検出するための超音波探傷プローブであつて、被
   検査体表面上の溶接シーム部分以外にＸ字形に配
   置される、TTRR方式に係る４つの斜角トラン
   スジユーサのうち、１つあるいは隣合つた２つ
   を、該被検査体表面上において１スキツプ距離分
   仮想交叉中心より遠ざけた状態で、該４つの斜角
   トランスジユーサを機械的に結合せしめてなるも
   のを２つ、探傷領域の重複を避けるべく仮想交叉
   中心がずれた状態で機械的に結合せしめてなる構
   成を特徴とする超音波探傷プローブ。