JPH04500723A - １探触子パルス反射法による細長い回転対称形試験体の超音波探傷装置 - 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】 ｌ探触子パルス反射法による細長い 回転対称形試験体の超音波探傷装置 本発明は、試験体の軸方向に並置したいくつかの１．すなわちｎ個の探触子から なる探触子列を試験体の壁と相対的に螺旋状に動かし、それによってｎ個の探触 子が互いに平行に並列した探傷軌道中心を描く、細長い回転対称形試験体、特に 管の材料欠陥または幾何学的データについて１探触子パルス反射法によって探傷 する超音波探傷装置に関するものである。

この場合において、１探触子パルス反射法は、１列に並置した探触子の個々の探 触子（振動子）が超音波を送信し、その超音波信号を受信する方法を意味する。

１つの探触子列において、例えば並置した振動子（個別探触子）が個々に励起さ れ。

個々に受信する。しかし、並置した全ての振動子を平行に接続して同時に励起し １個別に受信させることも可能である。さらに、いわゆる「スライド式探傷域回 路」も公知である。

この種類の装置において、探触子を定置し、試験体を探触子の定置支持台におい て螺旋状に移動し、または試験体を試験体の軸回りを回転する回転体に配置し、 試験体が回転する回転体を軸方向にのみ貫通して移動すれば、これにより全体と してやはり螺旋状走査軌道が生じる０本発明は、前記の２つの探傷法に関するも のである。

上記種類の装置は、Ｊ、クラウドクレーマーおよびＨ，クラウドクレーマー著［ 超音波材料試験（シュブリンガー・フェアラーク、第４版１９８０年、　４５６ ページ）」により公知である。その記載によると１個々の探触子の代わりに、い くつかの互いに密着した通常の正方形の振動子を含む、いわゆる探触子列を使用 すると、　１００％の走査密度を維持しながら、管または回転体の回転数を上げ ることなく探傷性能を向上させることができる。

個々の振動子は、励起されると試験体の区域に音場を生み出す、その有効音場幅 は複数の要因、例えば試験体の種類や個々の振動子の試験体軸方向の長さに依存 している。有効音場幅は、標準化した振幅低下、例えば３ｄＢまたは６ｄＢを基 準とした対比欠陥における試験体軸方向の音場の広がりである１通常確実に検出 可能な最小の欠陥長さによって決まる有効音場幅は探傷速度に決定的な影響を及 ぼす、なぜならば、有効音場幅が大きいほど、試験体の壁面を完全に覆うのに必 要な回転数が少なくなるからである。

有効音場幅は個々の振動子の対応する幾何学的な長さより常に小さい、その結果 必然的に、１つの探触子列に並置された個別振動子において１個別振動子の探触 線に対応する試験体の区域では、個別振動子の中心点に対応する区域におけるよ り振幅が小さい音場が生じる。これはそれ自体公知であり、独立の送信器と受信 器を設け、送信器と受信器を互いに重なるように配置することによって補償でき る（　ＤＥ−ＰＳ２４２１４２９参照）、シかし、この方法は１探触子パルス反 射法には応用できない。

他方で個々の振動子の機械的寸法を低減することが提案された。その結果、２つ の隣接する各探触子の音場の最大値は互いにより接近し、２つの個別探触子間の 間隙より小さい欠陥の検出が改萼される。しかし、機械的寸法の小さい振動子の 場合には、肉厚管５表面が粗な管、音響減衰の顕著な材料における問題、ならび に探傷パルス間隔の問題が生じ得る。

ここで１本発明が提案される０本発明の課題は上記種類の装置を改良して、２つ の隣接する個別振動子の結合線に対応する試験体の区域における検出感度の低下 が測定技術上はぼ無視でき、このようにして探傷速度を（上記種類の装置に対し て）変えることなく小さい欠陥も捕捉できるようにすることである。

この課題は、第２の探触子列を設け、この第２の探触子列が第１の探触子列と連 動し、第１探触子列とできるだけ等構造であり、特に著しいｎ個の探触子を有し 、２つの探触子列の軸方向ずれｄが２つの隣接する探触子の中心間隔すよりでき るだけ小さく、第２の探触子列の探触子が第１の探触子列の探傷軌道中心の間に あり、第２の探触子列のｎ個の探触子それ自体は第１の探触子列の探触子の探傷 軌道中心の間にある探傷軌道中心を描くように幾何学的に配置したことによって 解決される。

それ放水発明は、２つの隣接する個別探触子の間にある試験体の区域を、第２の 、できるだけ等構造の探触子列によって捕捉することを教示する。ここにおいて 、２つの探触子列の試験体の有効音場幅の重なりが実現される０個別振動子の中 心ビームが試験体の壁面に描く線、すなわち個別振動子の試験体壁面における幾 何学的中心点に対応する線を、探傷軌道中心もしくは（正確に言えば）探傷軌道 中心線と呼ぶ、この探傷軌道中心の両側に探傷軌道中心または有効音場が広がっ ている。その幅が探触子列の個別振動子の幾何学的幅の半分に相当するならば、 等構造の探触子からなる第２の追加探触子列によって、検出感度を損失すること なく、壁面の完全かつ全面的な螺旋状の展開が可能となる。有効音場幅がやや大 きいと音場帯が互いに重なるため、ｔｌＲ整誤差において、もしくはｌＯＯ％走 査密度に対して確実性が得られる。有効音場幅が個別振動子の幾何学的寸法の半 分より小さい場合には、試験体の壁面に、有効音場幅の区域（探傷軌道）と等し い検出感度によっては走査されない螺旋状帯が残る。これは本発明の構成におい て、第３の探触子列などを設けることによって補償される。この第３の探触子列 は他の２つの探触子列と連動し、これらとできるだけ等構造に形成されており、 特に著しいｎ個の探触Ｔを有し、第３の探触子列の探触子が第１の探触１列と第 ２の探触子列の探傷軌道中心の間にあり７第３のｌ触ｆ−列の探触子のｎ個の探 傷軌道中心それ自体は探傷軌道中心を描き、この探傷軌道中心がそれぞれ第１の 列の探触子−の探傷軌道中心と第２の列の探触子の探傷軌道中心との間で江いに 等間隔にずれている。

第２の、および場合により第：３の探触子列によって本発明の装置による探傷速 度は影Ｖされないが、検出感度は改善される。ここにおいて、試験体もしくは探 触子を支持する回転体が上記種類の装置に１ｄ１ろより速く回転する必要はない 、ここで探傷感度を高めようとせず、むしろこれを維持しようとするならば、本 発明による装置によって探傷速度を２倍、３倍などにすることができる。これは 特に、１つの改善策において提案されているように、少なくとも１つの追加探触 子列を軸方向に移動自在、かつ固定自在に探触子支持体に配置する場合に該当す る。追加探触子列を軸方向に適当に調整すると、各探触子列はそれぞれ試験体の 壁面に探触子列の全長に相当する螺旋状帯を描く、これらの帯は互いに境を接し 、管壁を全面的に覆う、これらの帯は２条（２つの探触子列の場合）、３条（３ つの探触子列の場合）などのねじのように進行する。これにより総じて、本発明 による装置はより高い欠陥分解能またはより大きい探傷速度の何れかで作動する という長所が得られる。後者の場合において、回転体の回転数を維持しながら、 試験体の直線送り速度は２倍（２つの探触子列の場合）、３倍（３つの探触子列 の場合）などになる。

このように第２（もしくは第３など）の探触子列が第１の探触子列に対して軸方 向に調整できることは、個別探触子が少ない、例えばｎ＝２または３の探触子列 の場合に特に有利である。ここで、本発明の有利な構成において、軸方向調整の ために、当該探触子列に対する探触子支持台の内部に偏心部を設けることもでき る。この偏心部は下方で探触子列を支持し、（中位の）試験体の全長の一部を貫 通する軸の回りを回転できる。

ずれ角度β＝１８０°ずらした２つの探触子列において、偏心性は２つの隣接す る個別振動子の中心間隔の１７４である。

より多い個別振動子がより多い、例えばｎ＝６．７または８の探触１列の場合は １本発明による装置が検出感度が高い状態（個々の探触子列の互いにかみ合う探 傷軌道中心）から探傷速度が大きい状態（それぞれ１つの探触子列によって描か れた互いに境を接する螺旋状帯）に切替えると軸方向の幾何学的移動はなお有利 である。探触子列島たりの探触子の数ｎが大きい場合に与えられる劣った仕様に おいて、探触子列が描く個々の帯がある程度型なることを甘受するならば、軸方 向調整の機械的手段は省略できるが、それにより、（回転数を維持する場合には 、）試験体の直線送り速度はある程度減少する。

探触子列間の軸方向ずれｄは値ｂ、すなわち隣接する探触子の中心間隔の範囲内 にあることができるが、探傷工程の周期の任意の倍数とすることもできる。ずれ ｄが２つの隣接する振動子の中心間隔に対する値すの範囲内にある場合には、試 験体の始端部と終端部における探傷されない区域を最小限に保つことができる。

軸方向ずれｄが大きいほど、終端区域の探傷されない三角形部も大きい、同時に 、実施例ｄが小さいと、２つの探触子列の探傷軌道中心はより正確に配置される 。軸方向づれｄが大きいと、輸送における僅かな偏差により、２つの探傷軌道区 域の正確な中心位置決めが困難となる。

本発明による装置の第１の実施例において、互いに角度β＝１８０°ずれた２つ の探触子列を設けている。この場合において、各々の探触子列の探触子の数ｎが 奇数である時、軸方向ずれｄはＯである。ｎが偶数の場合には、ずれｄは個別振 動子の半分の長さと等しくなければならない。

第２の有利な実施例において、互いにβ＝１２０°づつずらした等構造の探触子 列を設けている。それらの相互の軸方向ずれｄはｂ／３．すなわち２つの隣接す る個別振動子の中心間隔の１／３である。

特別有利な実施例において、各探触子列の個別振動子は何れも等構造であり、特 に（試験体軸方向に測定した）長さが等し覧１　。

本発病のその他の長所は、他の請求項および本発明の範囲を制限するものではな い次の実施例の説明に記載されている。以下に１本発明の実施例を図面に基づい て説明する。

第１図は、管の探傷のための回転体形式による超音波探傷装置の軸方向断面図で ある。

第２図は、第１図の切断線■−■による断面図を表す。

第３図は、２つの探触子列による管壁の展開と走査の概念図を表す。

第４図は、ずれ角度β＝　１８０”の場合の第３図による図を表す。

第５図は、４つの個別振動子からなる探触子列の音場グラフの概念図を表す。

第６図は、それぞれ４つの個別振動子からなる２つの同一の探触子列を重ねて配 置した場合の第５図による図を表す。

第７図は、支持台に回転自在に配置した保持具に偏心に固定した２つの探触子か ら列を有する探触子支持台を表す。

第１図および第２図に示す装置は、ハウジング２２内に互いにβ＝９０°ずらし た探触子支持台２４を半径方向に移動自在に配置した回転体２０を有する。探触 子支持台２４は、それぞれ１つの探触子列２６〜２９を支持している。後者は互 いに等構造であり、それぞれ５つの、やはり互いに等構造の個別探触子もしくは 振動子３０からなる。これらの探触子もしくは振動子は、正方形または長方形、 しかしまた円形１台形またはその他の形状を有することができる。またここに示 す実施例では互いに直接境を接しとも可能である。探触子列２６〜２９は、軸方 向に密封した連結室３２内に配置されている（密封袋′ｔ１３３）　、試験体３ ４は回転体を賞通して１ｌＩＩｉＡ状に輸送される。輸送方向は矢印３６で示す ０図示の状態において前方試験体３４（左側）の探傷が丁度完了し、次に右側の 試験体３４の探傷が行なわれる。

第１図および第２図に基づいて説明した装置の作動方法を。

第３図および第４図による概念図に基づいて具体的に説明する。ただし、簡略化 のために、４つではなく、２つの探触子列２６および２８を設け、４もしくは３ つ、またはそれ以Ｆに拡大する方法について詳しく説明する。

２つの図面、第３図および第４図において展開角度登αで表す、角度３６０°は 全面的な展開、従って区域０に対応する。横座欅には展開した試験体のＩ（さし を記入する。Ｕ４面には、走査開始時の状態、すなわちＴ、　＝　０における状 態を示す、第１の探触子列２６は角度０°に配こし、第２の探触子列はこれと角 度βだけずれている。同時に第２の探触子列２８は、第１の探触子列に対して軸 方向にｄだけずれている。

５つの等構造の個別探触Ｔ−３０からなる第１の探触子列２６は。

管壁を走査する際に平行な探傷軌道中心の蝋旋状線群を描く。

ここにおいて、探傷軌道中心は個々の個別探触子３ｏの幾何学的中心に対応する 試験体３４上の区域を意味する。展開すると、合計５つの探傷軌道は斜めに進行 する、互いに平行な直線３８〜４６のように見える。それ自体公知の方法により 、ＩＩ！！１転当たりの軸方向送りＶは探触子列２６の（軸り方向における）幾 何学的長さに対応する。これにより、ｔｓ旋状走査をさらに進めると、第１の個 別探触子の探傷軌道中心３８が等間隔に、従って最後の個別探触子の探傷軌道中 心４６に接続し１個々の探傷軌道３８〜４６が並列する。それ故、探触子列２６ は試験体３４の壁を螺旋状軌道で走査する。その縁は互いに接しているため、（ 図面に見られるように最後の終端区域まで）全面的な走査が実現される。

本発明において、第２の探触子列２８は、その個別探触子の幾何学的中心が第１ の探触子列の探傷軌道中心３８〜４６間の中央にくるように配置されている。こ れにより第２の探触子列２８それ、自体は探傷軌道中心４８〜５６を描く、これ は区別しゃすいように破！３８〜４６で示す０図面より、対応する平行線群は探 傷軌道中心３８〜４６の平行線群の中央に位置する。

第４図にβ＝　１８０’の場合を示す、これは、各々の探触子列に奇数の個別探 触子３０を含み、探傷送りが探触子列の長さＶに相当する時に、軸方向ずれｄが ０となるため、特別な場合である。偶数「１の場合は、ずれは個別探触子輻３０ の半分としなければならない、その他の点では、第３図におけると同様である。

第５図に、４つの個別探触子からなる探触子列２６の音場グラムを示し、音場振 幅Ｕを場所■４に対してプロットする。ここから１個別探触子５８の接触箇所で 音場振幅に断絶があることが分かる。第６図には、第１の探触子列とずらした第 ２の等構造の探触子列により１斤場振幅を全場所にわたって補償できることを示 す、変動は第５図の例におけるより著しく小さい、第５図の場合は、先行技術に 対応しており、第６図は本発明を示す。

第５図には、所定の検出感度に対応する＠ｘｄＢが記入されている。第６図では 、対応する線をｙｄ８で示す、ＯｄＢ線に対する２つの値を比較すると、第６図 による実施例においては、後続の増幅器による総増幅は第５図による実施例にお けるより少なくて済むことが明らかである。

第５図および第６図には探傷軌道中心も記入する。第５図は、４つの探傷軌道中 心３８．４０．４２および４４を示す、第６図には、さらに探傷軌道中心４８． ５０．５２および５４も記入する。

最後に、第７図は、保持具６２を軸６０回りに回転自在に、かつ、密封して配置 した試験体支持台２４の断面図を示す、幾何学的中心の放射方向とそれに対応す る受信方向は、それぞれ１つの矢印６４で示す、従来の術語に従い、矢印の下方 先端に、ここで選択した図面ではＳ字形に進行する探傷軌道中心４８および５０ が位置する。保持具６２が軸６０回りを回転すると１個別探触子３０の長さの半 分に相当する軸方向ずれｄのみが変化する。これは１回転軸６０が探触子列２９ の幾何学的中心に対して２つの個別探触子３０の中心間隔の２５％ずれているこ とによって実現される。従って、偏心性は隣接する探触子３０の中心間隔の１／ ４である。第７図による実施例において、ずれ角度はβ＝１８０°である。探触 子の数はｎ＝２と偶数であるため、上述のように、個別振動子の長さの半分に相 当する軸方向ずれｄを設けることにより、高い欠陥分解能による走査から高い探 傷速度による走査に切替えることができる。

補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　年　月　日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．試験体の軸方向に並置したいくつかの、すなわちｎ個の探触子（３０）から なる探触子列（２６）を試験体（３４）の壁と相対的に螺旋状に動かし、それに よってｎ個の探触子（３０）が互いに平行に並列した探傷軌道中心（３８〜４６ ）を描く、細長い回転対称形試験体（３４）、特に管の材料欠陥または幾何学的 データについて１探触子パルス反射法によって探傷する超音波探傷装置において 、第２の探触子列（２８）を設け、この第２の探触子列が第１の探触子列（２６ ）と連動し、第１探触子列（２６）とできるだけ等構造であり、特に等しいｎ個 の探触子（３０）を有し、２つの探触子列（２６、２８）の軸方向ずれｄが２つ の隣接する探触子（３０）の中心間隔ｂよりできるだけ小さく、第２の探触子列 の探触子（３０）が第１の探触子列（２６）の探傷軌道中心（３８〜４６）の間 にあり、第２の探触子列（２８）のｎ個の探触子（３０）それ自体は第１の探触 子列の探触子の探傷軌道中心（３８〜４６）の間にある探傷軌道中心（４８〜５ ６）を描くように幾何学的に配置したことを特徴とする装置。
2. ２．探触子列（２６、２８など）の各探触子（３０）が何れも等構造に形成され ていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．合計２つの探触子列（２６、２８）において、第１の列（例えば２６）の各 々の探傷軌道中心（例えば３８）が、他の探触子列（例えば５２と５４）の間に あること、および一般に３つ以上の探触子列（２６、２８、２７など）において 、１つの探触子列（例えば２８）の探触子の探傷軌道中心が１つの列（２６）の 一方の側で直接隣接する探傷軌道中心と、他の列（例えば２７）の他方の側で直 接隣接する探傷軌道中心との間にあることを特徴とする請求の範囲第１項または 第２項記載の装置。
4. ４．探触子列（２６、２８など）を共通の探触子支持台（２４）で保持し、追加 の探触子列（２８、２７など）第１の探触子列（２６）に対して軸方向（３５） に移動自在かつ調節自在に配置していることを特徴とする請求の範囲第１項から 第３項までの何れか１項に記載の装置。
5. ５．２つの探触子列（２６、２８）の軸方向ずれｄがｄ＝ｂ×（β／３６０°） であり、ｂが２つの隣接する探触子（３０）の（軸方向３５で）測定された中心 間隔であり、βが２つの探触子列を半径方向面において互いにずらして配置した 角度であることを特徴とする請求の範囲第１項から第４項までの何れか１項に記 載の装置。
6. ６．２つの探触子列（２６、２８）を互いにずらして配置した角度βが１８０° であり、各々の探触子列（２６、２８）の探触子（３０）の数ｎが奇数である時 、２つの探触子列（２６、２８）の軸方向ずれｄがｄ＝Ｏであることを特徴とす る請求の範囲第１項から第４項までの何れか１項に記載の装置。
7. ７．探触子列（２６、２８、２７など）を試験体の全周３６０°に等角にずらし て分布させたことを特徴とする請求の範囲第１項から第６項までの何れか１項に 記載の装置。
8. ８．２つの探触子列（２６、２８）を互いに、頂点が試験体軸（３５）上にある 角度βだけずらして配置したことを特徴とする請求の範囲第１項から第７項まで の何れか１項に記載の装置。
9. ９．軸方向ずれｄが２つの隣接する探触子（３０）の中心間隔ｂより小さいこと を特徴とする特許請求の範囲第１項から第８項までの何れか１項に記載の装置。
10. １０．探触子支持台（２４）の保持其（６２）が試験体軸（３５）に対して直角 の回転軸（６０）回りを回転でき、回転軸（６０）が探触子列（２８）と該探触 子列の幾何学的中心からずれて交わることを特徴とする請求の範囲第１項から第 ９項までの何れか１項に記載の装置。