JPH0375557A - 超音波探触子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は既設配管に発生する欠陥を管材の軸方向に超
音波を送受信する事によう超音波探傷試験を行なう超音
波探触子に関するものである。

〔従来の技術〕

第４図は例えば超音波探傷法（昭和４９年　日刊工業新
聞社発行）に示された従来の超音波探触子を示す断面図
であう、第４図（ａｌは斜角探触子の正面断面図、第４
図伽）は斜角探触子の横断面図である。

図にかいて（１）は超音波の送受信を行なうための平板
形の振動子、Ｃ２）は上記振動子（１）の固定と、上記
振動子（１１から発生する縦波超音波を横波超音波にモ
ード変換させるためのプラスチック製の楔。

（３１は不要な超音波を吸収する吸音材、Ｃ４３は探触
子ケース、（ωは管材等の試験体、（６１は超音波の伝
播効率ヲ高めるための液体や糊状の接触媒体、イは縦波
超音波１口は横波超音波である。

従来の超音波探触子は上記のように構成されてかう振動
子（１）から発生した縦波超音波イは、楔（２１内を伝
播し、上記楔（２）と試験体Ｔ５１との境界面でスネル
の法則によう、ｍ波超音波口に変換されて試験体（２）
の前方へ伝播し、上記試験体＋５１中の欠陥又は不連続
部分で反射し、再び逆経路で振動子（１）に縦波超音波
イが受信される。

この時に、従来の超音波探触子では探触子ケース（Ｏの
中に振動子（１）が１個具備されているだけであるため
、試験体（５）の管周方向に対応する方向の超音波ビー
ム幅が狭く、上記試験体（５）の管周方向全周にわたっ
て検査を行なう場合には、超音波探触子の走査回数が極
めて多くなう、検査時間の短縮を計れない状況にあった
。

さらに液体や糊状の接触媒体（６］が必要となるため、
検査に本当に必要な時間以外に接触媒体（６）の塗布、
清掃等の時間が余分に必要であった。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように振動子（１）が１個だけ具備されている超
音波探触子では試験体（５）の管周方向に対応する超音
波ビーム幅が狭いために、検査時間が多くなる課題があ
った。

又、上記課題を解決させるために、試験体（５１の管周
方向に従来の超音波探触子を複数個配置させたとしても
、従来の超音波探触子の振動子０）は平板形状であるた
めに超音波ビーム幅が狭く、カ互いの超音波探触子間に
超音波ビーム幅がオーバラップしない領域が生じ、上記
の場合にかいても検査時間の短縮はあまシ期待できない
という課題があった。

さらに液体や糊状の接触媒質を使用するために。

接触媒質の塗布、ｆｗ掃等の検査のための補助作業時間
が多くかかる課題があった。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、
複数個の振動子間の超音波ビーム幅を確実にオーバラッ
プさせ、１個の超音波探触子における超音波ビーム幅が
試験体の管周方向で１２０゜以上の領域を確保し、さら
に液体や糊状の接触媒体を使用しないで超音波検査がで
きる超音波探触子を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明による超音波探触子は、超音波が拡散するよう
な曲面振動子を試験体の管周方向に所定の角度で複数個
配置させ、さらに上記振動子が取シ付けられている楔の
試験体との対向面に軟質ゴムを設けたものである。

〔作用〕

この発明にかいては１曲面振動子から発生する超音波ビ
ームの拡がｂが、隣接する曲面振動子から発生する超音
波ビームと完全にオーバラップするように振動子の寸法
と曲率半径と、振動子の配置角度とを選択し、かつ、１
個の超音波探触子にかける総合した超音波ビーム幅が・
試験体の管周方向で１２０°以上の領域を確保できるの
に十分な数の曲面振動子を備えているため検査時間を大
幅に短縮できる。さらに軟質ゴムタイヤは極めて柔いた
めに試験体表面に凹凸、ｆ形があっても試験体表面への
密着性を確保でき、空気層をなくする事ができるので液
体や糊状の接触媒質を使用しなくても楔と試験体との間
の音響結合を十分に行うことが可能となる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示す超音波探触子の断面
図であう、第１図（ａ）は斜角探触子の正面断面図、第
１図（ｂ）は斜角探触子の横断面図である。

図にかいて（１ａ）〜（１ｄ）は超音波が拡散するよう
な曲率を有する曲面振動子、（２）は上記曲面振動子の
曲率半径と同等の曲率半径を有するプラスチック製の楔
、Ｃ３）は不要な超音波を吸収する吸音材。

ｃ劇は探触子ケース、（５）は管材等の試験体、（８）
は軟質ゴム、（７）は楔（２）と試験体（５）とのすき
間を保持させるシュー、イは縦波超音波９口は横波超音
波。

Ａは曲面振動子（１ａ）〜（１ｂ）のお互いの配置角度
である。

第２図は、この発明による超音波探触子で形成される超
音波ビーム幅を示す図である。

図にかいてハは曲面振動子（１ａ）で形成される超音波
ビーム幅、二は曲面振動子（ｌｂ）　　で形成される超
音波ビーム幅、ホは曲面振動子（ＩＣ）で形成される超
音波ビーム幅、へは曲面振動子（１ｄ）で形成される超
音波ビーム幅、Ｈは超音波信号の振幅、θは試験体（５
）の管周方向角度である。

第３図は試験体の外径寸法に対して１曲面振動子の寸法
２曲率半径、配置角度の相関を示す図である。

図にかいて、ｌａ）＊　（Ｉｂ）は曲面振動子、（２）
は楔、（５）は試験体、Ａは曲面振動子（１ａ）の配置
角度、Ｌは曲面振動子（１ａ）の寸法、／１は　試験体
（５１表面にかける曲面振動子（１ａ）中心からの超音
波のビーム幅、１２は試験体＋５１内表面にかける曲面
振動子（１ａ）中心からの超音波ビーム幅、　Ｗは試験
体＋５１００．５スキツプに相当する厚み、Ｒは曲面振
動子（１ａ）の曲率半径、　Ｄは試験体（５）の外径寸
法、θ１は曲面振動子（１ａ）から放射される超音波の
角度、θ２Ｆｉ試験体（５１表面におけるビーム幅１１
と法線ＱＯとのなす角度、θ５は試験体１５）への超音
波の入射角度、θ４は試験体（５）中での超音波の屈折
角度である。

ここで１油接振動子（１ａ）の寸法りは欠陥検出能の低
下を防止するために２０ｆｆｉ１１以下にする事が望！
しい。又、超音波探触子１ブロツクでの超音波のカバー
範囲は、超音波探触子と試験体（５）との着脱の容易性
から１８０’以下が望ましく、かつ３６０°を整数で割
シ切れる値がデータ処理上望ましく、多くは１２００が
一つの目安となる。

さらに９曲面振動子（１ａ）の曲名半径Ｒは楔（２）内
を超音波が伝播する距離の最小価と最大値の差が楔（２
）内の波長で１／４〜１／２程度になる様にする事によ
う超音波が急激に拡散し、欠陥検出能を低下させるのを
防止できる。

上記前提条件のもとて曲面振動子（１ａ）の寸法り１曲
面振動子（１ａ）の曲率半径Ｒ１曲面振動子（１ａ）の
配置角度Ａは以下の関係によう求める事が出来る。

Ｗ：　ｉ／Ｃｏｇθ、　　　　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（１１１１＝ｓｊｎθＩ　Ｘ　（Ｒ＋
ｌＪ　）　　・・・・・・・・・・・・・・・（２）１ θ２＝ｓｉｎ＝（−） Ｄ／２ ・・・・・・・・・・・・・・・（３）θ３＝０１＋０
２ ｅ・・・・・・・・・■・・・（４） θ４　＝　ｓ　１ｎ−１（二Ｘ　ｓ　ｉｎθｇ　）　・
−−−−−−−−（１５１１ ／２：７１＋ｔａｎ（σ４−θ２　）　ＸＷ　”−・−
・−・−ｔｓ＋２ Ａ　＝　２　Ｘ　５ｉｎ−１（−）　　・・・・・・・
・・・・・（７）Ｄ／２−１ ｎ≧ヱ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・’　（８１
但し、仮定条件として λ　　　　　Ｌ　　　　λ 一≦Ｒ２（）２≦−・・・・・・（９）４　　　　　２
　　　２ 尚ｉｌ）〜（９１式にかいて ｔ＝試験体の厚さ Δｌ：楔の長さ ｖｌ：楔の縦波音速 ｖ２：試験体の横波音速 ｎ　：曲面振動子の数 ψ　：探触子１ブロツク当たｂのカバー範囲 を表わす。

一実施例では試験体［５１の外径６０．５−の時に　曲
面振動子（１ａ）〜（ｌｄ）の寸法を１ａＭとし、上記
曲面振動子（１ａ）〜（１ｄ）の曲率半径Ｒを１５０−
とし、配置角度Ａを３０’　　に選択する事によシ。

４個の曲面振動子（Ｉａ）〜（１ｄ）で試験体＋１５１
の管周約１２０°にわたって超音波を送受信する事を可
能とした。

すなわち、上記のように構成された超音波探触子におい
ては、超音波の送受を行なう曲面振動子（１ａ）〜（１
ｄ）から発生した縦波超音波イは楔（２）の中を拡散し
ながら伝播し、さらにスネルの法則によう試験体（５）
の外径曲率に対応して前局方向に横波超音波口としてさ
らに拡散伝播する事になる。

従って、試験体（５）の外径寸法に応じて１曲面振動子
（Ｉａ）　〜（Ｉｄ）の寸法りと、上記曲面振動子（１
ａ）〜（１ｄ）の曲率半径Ｒと、上記曲面振動子（１ａ
）〜（１ｄ）の配置角度Ａを（７）〜（９１式によ）決
定する事によう、よシ少ない曲面振動子（Ｉａ）〜（Ｉ
ｄ）の数で。

試験体（かの前局方向の広範囲にわたって超音波を送受
信する事が可能となる。又、当然ながら、シ互いの曲面
振動子（１ａ）〜（Ｉｄ）間の超音波ビーム幅（ハ）〜
に）は−３ｄｎ以内の振幅で完全にオーバラップさせる
事も容鳥に可能となる。

ここで軟質ゴム（８１は音響インピーダンスが水。

油等の音響インピーダンスと同程度であることと。

ショア硬度で２０以下という柔かさがくさび（２１と軟
質ゴム（８）との界面、あるいは軟質ゴム（８）と試験
体（かとの界面での密着性を良くする条件となる。

例えば軟質ゴム１８１の硬度を変化させた時の超音波の
往復通過率の実測例を表１に示す。

表１は従来の超音波探触子で油を超音波伝播媒体＋６１
として使用したデータを規準として相対債で示しである
。

尚２周波数Ｆｉ５ＭＨｚである。

表１ 従来の超音波探触子にｂける感度余裕傭から軟質ゴム（
８）ｔ−取付けた超音波探触子の感度低下量を求めると
、垂直探触子で３０ｄＢ、　　斜角探触子で１５ｄＢ−
ｉでか限界となるために１表１のデータから軟質ゴム（
８）はショア硬度で２０以下でなければならない。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明したように超音波拡散形の曲面振動
子を試験体の管周方向に対応する楔上に所定の角度で複
数個配置する事によう試験体の管周方向にかける検量範
囲を広くでき、さらに軟質ゴムを楔の試験体との対向面
に具備させることによシ接触媒体を不要とした超音波探
傷検査ができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による超音波探触子の断面図で、第１
図（ａ）は正面断面図、第１図（ｂ）は横断面図。 第２図はこの発明による超音波探触子の超音波ビーム＃
Ａｆｔ示す図、第３図は曲面振動子の寸法２曲率半径、
配置角度の相関を示す図、第４図は従来の超音波探触子
の断面図で、第４図（ａ）は正面断面図、第４図（ｂ）
は横断面図である。 図にかいて、（１）は平板の振動子、　　（Ｉａ）〜（
１ｄ）は曲面振動子、（２）は楔、（３）は吸音材、（
４）は吸音材。 （６）は試験体、（８１は軟質ゴム、イは縦波超音波２
口は横波超音波、（ハ）〜（勾は超音波ビーム幅、Ａは
曲面振動子の配置角度である。 尚２図中同一符号は同−又は、相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 管材の軸方向に超音波を送受信する斜角探触子において
   、上記管材の管周方向に所定の配置角度で複数個配置し
   た超音波拡散曲面振動子と、上記振動子の管材との対向
   面には管材外径の曲率にほぼ相当する曲率半径を有する
   プラスチック製楔と、上記楔の管材との対向面に軟質ゴ
   ムを設けた事を特徴とする超音波探触子。