JPH0336921Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0336921Y2 JPH0336921Y2 JP1982103817U JP10381782U JPH0336921Y2 JP H0336921 Y2 JPH0336921 Y2 JP H0336921Y2 JP 1982103817 U JP1982103817 U JP 1982103817U JP 10381782 U JP10381782 U JP 10381782U JP H0336921 Y2 JPH0336921 Y2 JP H0336921Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wedge
- angle
- temperature
- ultrasonic probe
- test material
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Description
この考案は鋼管の内外表面や丸棒の表層部に発
生する欠陥を検出するための超音波探触子の改良
に関するものである。 まず、従来の超音波探触子及び探傷方式につい
て第１図ａ，ｂを用いて説明する。 第１図ａは従来の超音波探触子と超音波探触子
を被検材中心軸に対して平行移動させて所定の屈
折角を出し、探傷する方法を示す図である。第１
図ｂは従来の超音波探触子を被検材中心軸に対し
て傾けて所定の屈折角を出し、探傷する方法を示
す図である。 第１図ａ，ｂにおいて１は超音波探触子、２は
送受信用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は
鋼管や丸棒等の被検材、は超音波が被検材４へ
入射する入射点、θ1は入射角、θ2は設計温度（例
えば20℃）の屈折角、θ3は設計温度より高い温度
の時の屈折角、θ4は設計温度より低い温度の時の
屈折角、Δlは被検材４の中心軸Ｙ−Y′から超音
波探触子１の中心ビームまでの距離である。 ところで鋼管の超音波探傷においては被検材４
中の屈折角θ2の選定が大変重要なことは今さら言
うまでもないが（肉厚）／（外径）の比によつて
超音波の中心ビームが内表面に当たらなくなり、
欠陥検出が不可能になる場合が生じる。特に超音
波自動探傷装置で高速で探傷を行なう場合には、
被検材４と超音波探触子１の位置関係を常に一定
に保つことは極めて困難であり、この位置づれに
よつても屈折角θ2が変化することになる。従つて
この屈折角θ2の変化が少なくさせるためには温度
変化による屈折角θ3〜θ4の変化量を少なくさせる
ことが重要になつてくる。 第１図ａ，ｂに示すような従来の水浸法の超音
波探触子１においては振動子２の表面に薄い整合
層（エポキシ樹脂等）が振動子２と平行にコーテ
イングされているだけであるため、振動子２から
放射さた超音波は接触媒体３中を伝播し、被検材
４表面の入射点へ到達するまでの条件はいかな
る温度においても不変である。 ところが、水、油等の液体の接触媒体３と鉄等
の固体の被検材４の温度と音速の関係がまつたく
逆の特性である。すなわち、接触媒体３の水は温
度が上昇すると音速も速くなり、逆に被検材４の
鉄は温度が上昇すると音速が遅くなつてしまうた
め、スネルの法則により、温度が低い時は屈折角
θ4が大きくなり、温度が高い時は屈折角θ3が小さ
くなる。例えば20℃の温度で屈折角θ2が38゜で設
計された超音波探触子１の場合には温度が10℃〜
35℃に変化するとそれぞれの屈折角θ4，θ3は39.4゜
〜36.7゜となり実際の設計値とは異なり超音波探
傷上屈折角がばらつく原因となる。この角度ばら
つきの原因は液体である接触媒体３の温度特性に
よるものがほとんどである。 この考案はこの様な従来の欠点を大幅に改善
し、周囲温度が変化してもほぼ同一の屈折角が得
られる超音波探触子を提供するものである。 以下この考案の一実施例について第２図を用い
て詳述する。 第２図はこの考案による超音波探触子の断面図
と超音波ビームの経路を示す図である。 第２図において、１は超音波探触子１、２は送
受信用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は鋼
管や丸棒等の被検材、５はこの考案による被検材
４との対向面Ａに所定の角度θ5を設けた有機ガラ
ス等の楔、６は振動子２及び楔５を収容し、接触
媒体３内に侵漬されるケース、Ａは楔５の接触媒
体３と接する面、PAは前記面Ａと平行な面、Ｂ
はケース６の下部端面、PBは前記面Ｂと平行な
面、Ｃはケース６の側面、Ｆは超音波中心ビーム
線、Ｐは楔５のＡ面における超音波の中心ビーム
の入射点、θ6は楔のＡ面となす法線Ｘ−X′に対す
る入射角であり、被検材４中の屈折角および音速
と楔５中の音速によつて決定される角度、θ1は設
計温度（例えば20℃）における被検材４への入射
角、θ1aは設計温度より高い温度での入射角、θ1b
は設計温度より低い温度での入射角、I0は設計温
度での入射点、I1は設計温度より高い温度での入
射点、I2は設計温度より低い温度での入射点、θ2
は設計温度での被検材４中の屈折角、θ2aは設計
温度より温度が高い時の屈折角、θ2bは設計温度
より温度が低い時の屈折角である。 なお、上記楔５の接触媒体３と接する面（被検
材との対向面）Ａは中心軸Ｙ−Y′と平行なケー
ス６側面Ｃに直交するケース下部端面Ｂと平行な
面PBの延長線と面Ａと平行な面PAとのなす鋭角
の角度θ5が4゜〜10゜となるように傾斜を有する。 この考案による超音波探触子１においては振動
子２と接触媒体３の間に楔５が設けられているた
め、楔５の入射点Ｐを基準とした法線Ｘ−X′に
対する楔５内での超音波の入射する方向が超音波
の進行方向で後方より入射する条件であれば楔５
から接触媒体３への放射角βと被検材４への接触
媒体３中の入射角θ1はそれぞれ第(1)および第(2)式
となる。 β＝sin-1（V2／V1×sinθ6） …(1) θ1＝β＋θ5 …(2) V1：楔の音速 V2：接触媒体の音速 θ5：楔のＡ面の角度 θ6：楔中の入射角度 又、被検材４中の屈折角θ2は第(3)式となる。 θ2＝sin-1（V3／V2×sinθ1） …(3) V3：被検材の音速 すなわち第(3)式より明らかなように被検材４へ
の入射角θ1は被検材の音速V3と接触媒体の音速
V2の温度特性がまつたく逆であることを利用し
て、接触媒体の音速V2の値が大きくなつたら接
触媒体３中の入射角θ1の値が大きくなり、逆に接
触媒体の音速V2の値が小さくなつたら接触媒体
３中の入射角θ1の値も小さくなるようにすること
により被検材４中の屈折角θ2の温度変化によるば
らつきを極めて少なくすることが可能となる。楔
５が有機ガラスの場合の楔５のＡ面の角度θ5の最
適値は2゜〜4゜位に存在する。又被検材４中の屈折
角θ2を非破壊検査技術シリーズ超音波探傷試験
A1975（昭和50年３月20日発行、発行所；社団法
人日本非破壊検査協会）の245頁に示すように45゜
もしくはそれ以下例えば40゜、38゜に設定し、楔５
の音速V1を2300〜2750m／ｓ、被検材４の音速
1V3を3230m／ｓとすると、楔５中の入射角θ6は
スネルの法則Sinθ6／V1＝Sinθ2／V3により下表のよう
に なる。
生する欠陥を検出するための超音波探触子の改良
に関するものである。 まず、従来の超音波探触子及び探傷方式につい
て第１図ａ，ｂを用いて説明する。 第１図ａは従来の超音波探触子と超音波探触子
を被検材中心軸に対して平行移動させて所定の屈
折角を出し、探傷する方法を示す図である。第１
図ｂは従来の超音波探触子を被検材中心軸に対し
て傾けて所定の屈折角を出し、探傷する方法を示
す図である。 第１図ａ，ｂにおいて１は超音波探触子、２は
送受信用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は
鋼管や丸棒等の被検材、は超音波が被検材４へ
入射する入射点、θ1は入射角、θ2は設計温度（例
えば20℃）の屈折角、θ3は設計温度より高い温度
の時の屈折角、θ4は設計温度より低い温度の時の
屈折角、Δlは被検材４の中心軸Ｙ−Y′から超音
波探触子１の中心ビームまでの距離である。 ところで鋼管の超音波探傷においては被検材４
中の屈折角θ2の選定が大変重要なことは今さら言
うまでもないが（肉厚）／（外径）の比によつて
超音波の中心ビームが内表面に当たらなくなり、
欠陥検出が不可能になる場合が生じる。特に超音
波自動探傷装置で高速で探傷を行なう場合には、
被検材４と超音波探触子１の位置関係を常に一定
に保つことは極めて困難であり、この位置づれに
よつても屈折角θ2が変化することになる。従つて
この屈折角θ2の変化が少なくさせるためには温度
変化による屈折角θ3〜θ4の変化量を少なくさせる
ことが重要になつてくる。 第１図ａ，ｂに示すような従来の水浸法の超音
波探触子１においては振動子２の表面に薄い整合
層（エポキシ樹脂等）が振動子２と平行にコーテ
イングされているだけであるため、振動子２から
放射さた超音波は接触媒体３中を伝播し、被検材
４表面の入射点へ到達するまでの条件はいかな
る温度においても不変である。 ところが、水、油等の液体の接触媒体３と鉄等
の固体の被検材４の温度と音速の関係がまつたく
逆の特性である。すなわち、接触媒体３の水は温
度が上昇すると音速も速くなり、逆に被検材４の
鉄は温度が上昇すると音速が遅くなつてしまうた
め、スネルの法則により、温度が低い時は屈折角
θ4が大きくなり、温度が高い時は屈折角θ3が小さ
くなる。例えば20℃の温度で屈折角θ2が38゜で設
計された超音波探触子１の場合には温度が10℃〜
35℃に変化するとそれぞれの屈折角θ4，θ3は39.4゜
〜36.7゜となり実際の設計値とは異なり超音波探
傷上屈折角がばらつく原因となる。この角度ばら
つきの原因は液体である接触媒体３の温度特性に
よるものがほとんどである。 この考案はこの様な従来の欠点を大幅に改善
し、周囲温度が変化してもほぼ同一の屈折角が得
られる超音波探触子を提供するものである。 以下この考案の一実施例について第２図を用い
て詳述する。 第２図はこの考案による超音波探触子の断面図
と超音波ビームの経路を示す図である。 第２図において、１は超音波探触子１、２は送
受信用振動子、３は水、油等の接触媒体、４は鋼
管や丸棒等の被検材、５はこの考案による被検材
４との対向面Ａに所定の角度θ5を設けた有機ガラ
ス等の楔、６は振動子２及び楔５を収容し、接触
媒体３内に侵漬されるケース、Ａは楔５の接触媒
体３と接する面、PAは前記面Ａと平行な面、Ｂ
はケース６の下部端面、PBは前記面Ｂと平行な
面、Ｃはケース６の側面、Ｆは超音波中心ビーム
線、Ｐは楔５のＡ面における超音波の中心ビーム
の入射点、θ6は楔のＡ面となす法線Ｘ−X′に対す
る入射角であり、被検材４中の屈折角および音速
と楔５中の音速によつて決定される角度、θ1は設
計温度（例えば20℃）における被検材４への入射
角、θ1aは設計温度より高い温度での入射角、θ1b
は設計温度より低い温度での入射角、I0は設計温
度での入射点、I1は設計温度より高い温度での入
射点、I2は設計温度より低い温度での入射点、θ2
は設計温度での被検材４中の屈折角、θ2aは設計
温度より温度が高い時の屈折角、θ2bは設計温度
より温度が低い時の屈折角である。 なお、上記楔５の接触媒体３と接する面（被検
材との対向面）Ａは中心軸Ｙ−Y′と平行なケー
ス６側面Ｃに直交するケース下部端面Ｂと平行な
面PBの延長線と面Ａと平行な面PAとのなす鋭角
の角度θ5が4゜〜10゜となるように傾斜を有する。 この考案による超音波探触子１においては振動
子２と接触媒体３の間に楔５が設けられているた
め、楔５の入射点Ｐを基準とした法線Ｘ−X′に
対する楔５内での超音波の入射する方向が超音波
の進行方向で後方より入射する条件であれば楔５
から接触媒体３への放射角βと被検材４への接触
媒体３中の入射角θ1はそれぞれ第(1)および第(2)式
となる。 β＝sin-1（V2／V1×sinθ6） …(1) θ1＝β＋θ5 …(2) V1：楔の音速 V2：接触媒体の音速 θ5：楔のＡ面の角度 θ6：楔中の入射角度 又、被検材４中の屈折角θ2は第(3)式となる。 θ2＝sin-1（V3／V2×sinθ1） …(3) V3：被検材の音速 すなわち第(3)式より明らかなように被検材４へ
の入射角θ1は被検材の音速V3と接触媒体の音速
V2の温度特性がまつたく逆であることを利用し
て、接触媒体の音速V2の値が大きくなつたら接
触媒体３中の入射角θ1の値が大きくなり、逆に接
触媒体の音速V2の値が小さくなつたら接触媒体
３中の入射角θ1の値も小さくなるようにすること
により被検材４中の屈折角θ2の温度変化によるば
らつきを極めて少なくすることが可能となる。楔
５が有機ガラスの場合の楔５のＡ面の角度θ5の最
適値は2゜〜4゜位に存在する。又被検材４中の屈折
角θ2を非破壊検査技術シリーズ超音波探傷試験
A1975（昭和50年３月20日発行、発行所；社団法
人日本非破壊検査協会）の245頁に示すように45゜
もしくはそれ以下例えば40゜、38゜に設定し、楔５
の音速V1を2300〜2750m／ｓ、被検材４の音速
1V3を3230m／ｓとすると、楔５中の入射角θ6は
スネルの法則Sinθ6／V1＝Sinθ2／V3により下表のよう
に なる。
【表】
次に具体的な超音波の伝播経路を以下に説明す
る。 温度が常温より低い場合の超音波は楔５の入射
点Ｐから被検材４上の入射点I2へ到達する経路と
なるため被検材４への入射角θ1bの値は小さくな
る。又、温度が常温より高い場合の超音波は楔５
の入射点Ｐから被検材４上の入射点I1へ到達する
経路となるため被検材４への入射角θ1aの値は大
きくなる。 第３図にこの考案による超音波探触子の温度と
被検材中の屈折角の関係の実測値と、いくつかの
計算例を示す。 第３図においてイはこの考案による超音波探触
子１の楔５のＡ面の角度θ5が4゜の時の実測値、ロ
は楔５のＡ面の角度θ5が6゜の時の計算値、ハは楔
５のＡ面の角度θ5が10゜の時の計算値、ニは楔５
のＡ面の角度θ5が13゜の時の計算値、ホは従来の
超音波探触子の実測値、θ2は被検材４中の屈折
角、Ｔは温度である。 第３図からも明らかなように、この考案による
超音波探触子は例えば温度Ｔが20℃で屈折角θ2が
38゜の設計値の場合でも周囲温度が10℃〜35℃と
変化しても被検材中の屈折角θ2a〜θ2bは楔５のＡ
面の角度が1゜〜10゜の範囲であれば設計値の屈折
角θ2に対して±0.5゜以内の精度に入れることが可
能であり、探傷性能の信頼性が大幅に向上する。 以上述べたように、この考案は楔の接触媒体と
接する面を、ケースの下部端面と直交行するケー
スの面に対して4゜〜10゜の傾斜を設けることによ
り、温度変化に対する被検材中の屈折角の変化を
少なくした実用的な超音波探触子を提供するもの
である。
る。 温度が常温より低い場合の超音波は楔５の入射
点Ｐから被検材４上の入射点I2へ到達する経路と
なるため被検材４への入射角θ1bの値は小さくな
る。又、温度が常温より高い場合の超音波は楔５
の入射点Ｐから被検材４上の入射点I1へ到達する
経路となるため被検材４への入射角θ1aの値は大
きくなる。 第３図にこの考案による超音波探触子の温度と
被検材中の屈折角の関係の実測値と、いくつかの
計算例を示す。 第３図においてイはこの考案による超音波探触
子１の楔５のＡ面の角度θ5が4゜の時の実測値、ロ
は楔５のＡ面の角度θ5が6゜の時の計算値、ハは楔
５のＡ面の角度θ5が10゜の時の計算値、ニは楔５
のＡ面の角度θ5が13゜の時の計算値、ホは従来の
超音波探触子の実測値、θ2は被検材４中の屈折
角、Ｔは温度である。 第３図からも明らかなように、この考案による
超音波探触子は例えば温度Ｔが20℃で屈折角θ2が
38゜の設計値の場合でも周囲温度が10℃〜35℃と
変化しても被検材中の屈折角θ2a〜θ2bは楔５のＡ
面の角度が1゜〜10゜の範囲であれば設計値の屈折
角θ2に対して±0.5゜以内の精度に入れることが可
能であり、探傷性能の信頼性が大幅に向上する。 以上述べたように、この考案は楔の接触媒体と
接する面を、ケースの下部端面と直交行するケー
スの面に対して4゜〜10゜の傾斜を設けることによ
り、温度変化に対する被検材中の屈折角の変化を
少なくした実用的な超音波探触子を提供するもの
である。
第１図ａ，ｂは従来の超音波探触子と探傷方式
を示す図、第２図はこの考案による超音波探触子
の断面図、第３図は各超音波探触子の温度と屈折
角の関係を示す図である。 図において１は超音波探触子、２は振動子、３
は接触媒体、４は被検材、５は楔、６はケース、
Ａは楔５の接触媒体と接する面、PAは前記面Ａ
と平行な面、Ｂはケース６の下部端面、PBは前
記面Ｂと平行な面、Ｃはケース６の側面、Ｆは超
音波中心ビーム線、θ5は楔のＡ面に設けられた角
度である。尚、図中同一あるいは相当部分には同
一符号を付して示してある。
を示す図、第２図はこの考案による超音波探触子
の断面図、第３図は各超音波探触子の温度と屈折
角の関係を示す図である。 図において１は超音波探触子、２は振動子、３
は接触媒体、４は被検材、５は楔、６はケース、
Ａは楔５の接触媒体と接する面、PAは前記面Ａ
と平行な面、Ｂはケース６の下部端面、PBは前
記面Ｂと平行な面、Ｃはケース６の側面、Ｆは超
音波中心ビーム線、θ5は楔のＡ面に設けられた角
度である。尚、図中同一あるいは相当部分には同
一符号を付して示してある。
Claims (1)
- 超音波振動子２と、この超音波振動子２と被検
材４との間に介在される楔５と、上記超音波振動
子２及び楔５を収容し、接触媒体３内に浸漬され
るケース６とを有し、上記楔５の接触媒体３と接
する面Ａに対する垂線Ｘ−X1と上記面Ａにおけ
る超音波中心ビーム線Ｆとのなす角度であつて上
記被検材４の屈折角θ2および音速V3と上記楔５
の音速V1によつて決定されるθ6をなして上記超
音波振動子２と楔５とが結合される超音波探触子
において、上記ケース６の側面Ｃに直交する上記
ケース６の下部端面Ｂと平行な面PBと上記楔５
の接触媒体３に接する面Ａと平行な面PAとのな
す鋭角の角度θ5が4゜〜10゜に設定されたことを特徴
とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10381782U JPS598153U (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10381782U JPS598153U (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS598153U JPS598153U (ja) | 1984-01-19 |
| JPH0336921Y2 true JPH0336921Y2 (ja) | 1991-08-05 |
Family
ID=30244042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10381782U Granted JPS598153U (ja) | 1982-07-09 | 1982-07-09 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS598153U (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2630392B2 (ja) * | 1987-04-14 | 1997-07-16 | 三菱電機株式会社 | 超音波探傷装置 |
| JP2630393B2 (ja) * | 1987-04-14 | 1997-07-16 | 三菱電機株式会社 | 超音波探傷装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS631243Y2 (ja) * | 1980-02-06 | 1988-01-13 |
-
1982
- 1982-07-09 JP JP10381782U patent/JPS598153U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS598153U (ja) | 1984-01-19 |
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