JPH0521502B2 - - Google Patents
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- JPH0521502B2 JPH0521502B2 JP61183020A JP18302086A JPH0521502B2 JP H0521502 B2 JPH0521502 B2 JP H0521502B2 JP 61183020 A JP61183020 A JP 61183020A JP 18302086 A JP18302086 A JP 18302086A JP H0521502 B2 JPH0521502 B2 JP H0521502B2
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- JP
- Japan
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- ultrasonic
- curved
- transducer
- probe
- curvature
- Prior art date
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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ことにより超音波探傷
試験を行なう超音波探触子に関するものである。
方向に超音波を送受信することにより超音波探傷
試験を行なう超音波探触子に関するものである。
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
示す断面図であり、第４図ａは斜角探触子の正面
断面図、第４図ｂは斜角探触子の横断面図であ
る。
業新聞社発行）に示された従来の超音波探触子を
示す断面図であり、第４図ａは斜角探触子の正面
断面図、第４図ｂは斜角探触子の横断面図であ
る。
図において、１は超音波の送受信を行なうため
の平板形の振動子、２は上記振動子１の固定と、
上記振動子１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ツク製の
楔、３は不要な超音波を吸収する吸音材、４は探
触子ケース、５は管材等の試験体、６は超音波の
伝播効率を高めるための探触媒体、イは縦波超音
波、ロは横波超音波である。
の平板形の振動子、２は上記振動子１の固定と、
上記振動子１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ツク製の
楔、３は不要な超音波を吸収する吸音材、４は探
触子ケース、５は管材等の試験体、６は超音波の
伝播効率を高めるための探触媒体、イは縦波超音
波、ロ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
おり、振動子１から発生した縦波超音波イは、楔
２内を伝播し、上記楔２と試験体５との境界面で
スネルの法則により横波超音波ロに変換されて試
験体５の前方へ伝播し、上記試験体５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。
おり、振動子１から発生した縦波超音波イは、楔
２内を伝播し、上記楔２と試験体５との境界面で
スネルの法則により横波超音波ロに変換されて試
験体５の前方へ伝播し、上記試験体５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４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
全周にわたつ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り、検査時間の短
縮を計れない状況にあつた。
ス４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
全周にわたつ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り、検査時間の短
縮を計れない状況にあつた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
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
なる問題点があつた。
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
なる問題点があつた。
また、上記問題点を解決させるために、試験体
５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１
は平板形状であるために超音波ビーム幅が狭く、
お互いの超音波探触子間に超音波ビーム幅がオー
バラツプしない領域が生じ、上記の場合において
も検査時間の短縮はあまり期待できないという問
題点があつた。
５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１
は平板形状であるために超音波ビーム幅が狭く、
お互いの超音波探触子間に超音波ビーム幅がオー
バラツプしない領域が生じ、上記の場合において
も検査時間の短縮はあまり期待できないという問
題点があつた。
この発明は上記問題点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
確実にオーバラツプさせ、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°
以上の領域を確保できる超音波探触子を得ること
を目的とする。
たもので、複数個の振動子間の超音波ビーム幅を
確実にオーバラツプさせ、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°
以上の領域を確保できる超音波探触子を得ること
を目的とする。
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たものである。
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たものである。
この発明においては、曲面振動子から発生する
超音波ビームの拡がりが、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ツプす
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
お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数の曲面振動子
を備えているために、検査時間を大幅に短縮でき
ることになる。
超音波ビームの拡がりが、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ツプす
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
お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数の曲面振動子
を備えているために、検査時間を大幅に短縮でき
ることになる。
第１図はこの発明の一実施例を示す超音波探触
子の断面図であり、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。
子の断面図であり、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。
図において、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
ツク製の楔、３は不要な超音波を吸収する吸音
材、４は探触子ケース、５は管材等の試験体、６
は接触媒体、７は楔２と試験体５とのすき間を保
持させるシユー、イは縦波超音波、ロは横波超音
波、Ａは曲面振動子１ａ〜１ｂのお互いの配置角
度である。
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
ツク製の楔、３は不要な超音波を吸収する吸音
材、４は探触子ケース、５は管材等の試験体、６
は接触媒体、７は楔２と試験体５とのすき間を保
持させるシユー、イは縦波超音波、ロは横波超音
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。
れる超音波ビーム幅を示す図である。
図において、ハは曲面振動子１ａで形成される
超音波ビーム幅、ニは曲面振動子１ｂで形成され
る超音波ビーム幅、ホは曲面振動子１ｃで形成さ
れる超音波ビーム幅、ヘは曲面振動子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。
超音波ビーム幅、ニは曲面振動子１ｂで形成され
る超音波ビーム幅、ホは曲面振動子１ｃで形成さ
れる超音波ビーム幅、ヘは曲面振動子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、曲面振動
子の寸法、曲率半径、配置角度の相関を示す図で
ある。
子の寸法、曲率半径、配置角度の相関を示す図で
ある。
図において、１ａ，１ｂ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、l1は試験体５表
面における曲面振動子１ａ中心からの超音波のビ
ーム幅、l2は試験体５内表面における曲面振動子
１ａ中心からの超音波ビーム幅、Ｒは曲面振動子
１ａの曲率半径、θ1は曲面振動子１ａから放射さ
れる超音波の角度、θ2は試験体５表面におけるビ
ーム幅l1と法線QOとのなす角度、θ3は試験体５
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。
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、l1は試験体５表
面における曲面振動子１ａ中心からの超音波のビ
ーム幅、l2は試験体５内表面における曲面振動子
１ａ中心からの超音波ビーム幅、Ｒは曲面振動子
１ａの曲率半径、θ1は曲面振動子１ａから放射さ
れる超音波の角度、θ2は試験体５表面におけるビ
ーム幅l1と法線QOとのなす角度、θ3は試験体５
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、曲面振動子１ａの寸法Ｌは欠陥出能の
低下を防止するために20mm以下にすることが望ま
しい。また、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
整数で割り切れる値がデータ処理上望ましく、多
くは120°が一つの目安となる。
低下を防止するために20mm以下にすることが望ま
しい。また、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
整数で割り切れる値がデータ処理上望ましく、多
くは120°が一つの目安となる。
さらに、曲面振動子１ａの曲率半径Ｒは楔２内
を超音波が伝播する距離の最小値と最大値の差が
楔２内の波長で1/4〜1/2程度になるようにするこ
とにより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。
を超音波が伝播する距離の最小値と最大値の差が
楔２内の波長で1/4〜1/2程度になるようにするこ
とにより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で、曲面振動子１ａの寸法
Ｌ、曲面振動子１ａの曲率半径Ｒ、曲面振動子１
ａの配置角度Ａは以下の関係により求めることが
できる。
Ｌ、曲面振動子１ａの曲率半径Ｒ、曲面振動子１
ａの配置角度Ａは以下の関係により求めることが
できる。
Ｗ＝ｔ／cosθS ……(1)
l2＝sinθ1×（Ｒ＋Δl） ……(2)
θ2＝sin-1（l1／Ｄ／２） ……(3)
θ3＝θ1＋θ2 ……(4)
θ4＝sin-1（V2／V1×sinθ3） ……(5)
l2≒l1＋tan（θ4−θ2）×Ｗ ……(6)
Ａ＝２×sin-1（l2／Ｄ／２−ｔ） ……(7)
ｎ≧／Ａ ……(8)
但し、仮定条件として
λ／４≦R2−（Ｌ／２）2≦λ／２ ……(9)
なお(1)〜(9)式において
ｔ：試験体の厚さ
Δl：楔の長さ
V1：楔の縦波音速
V2：試験体の横波音速
ｎ：曲面振動子の数
：探触子１ブロツク当たりのカバー範囲
θS：試験体中の横波屈折角
Ｄ：試験体の外径寸法
Ｗ：試験体中の0.5スキツプ距離
λ：楔中の波長
を表わす。
この一実施例では試験体５の外径60.5mmの時に
曲面振動子１ａ〜１ｄの寸法Ｌを18mmとし、上記
曲面振動子１ａ〜１ｄの曲率半径Ｒを150mmとし、
配置角度Ａを30°に選択することにより、４個の
曲面振動子１ａ〜１ｄで試験体５の管周約120°に
わたつて超音波を送受信することを可能とした。
曲面振動子１ａ〜１ｄの寸法Ｌを18mmとし、上記
曲面振動子１ａ〜１ｄの曲率半径Ｒを150mmとし、
配置角度Ａを30°に選択することにより、４個の
曲面振動子１ａ〜１ｄで試験体５の管周約120°に
わたつて超音波を送受信することを可能とした。
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〜１ｄ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
り試験体５の外径曲率に対応して管周方向に横波
超音波ロとしてさらに拡散伝播することになる。
従つて、試験体５の外径寸法に応じて、曲面振動
子１ａ〜１ｄの寸法Ｌと、上記曲面振動子１ａ〜
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)〜(9)式により決定することによ
り、より少ない曲面振動子１ａ〜１ｄの数で、試
験体５の管周方向の広範囲にわたつて超音波を送
受信することが可能となる。また、当然ながら、
お互いの曲面振動子１ａ〜１ｄ間の超音波ビーム
幅ハ〜ニは−3dB以内の振幅で完全にオーバラツ
プさせることも容易に可能となる。
子においては、超音波の送受を行なう曲面振動子
１ａ〜１ｄ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
り試験体５の外径曲率に対応して管周方向に横波
超音波ロとしてさらに拡散伝播することになる。
従つて、試験体５の外径寸法に応じて、曲面振動
子１ａ〜１ｄの寸法Ｌと、上記曲面振動子１ａ〜
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)〜(9)式により決定することによ
り、より少ない曲面振動子１ａ〜１ｄの数で、試
験体５の管周方向の広範囲にわたつて超音波を送
受信することが可能となる。また、当然ながら、
お互いの曲面振動子１ａ〜１ｄ間の超音波ビーム
幅ハ〜ニは−3dB以内の振幅で完全にオーバラツ
プさせることも容易に可能となる。
また、プラスチツク製の楔２の曲面振動子１ａ
〜１ｄが当接させる面には、上記曲面振動子１ａ
〜１ｄの曲率半径と同等の曲率半径を有し、か
つ、試験体５と対向する面は、上記試験体５の外
径に対して所定のすき間を加えた量だけの曲率半
径を有している。つまり、試験体５の外径公差、
真円度等を考慮した場合に、楔２と試験体５との
接触面積が大きくなるために、上記楔２と試験体
５の外表面との間にはシユー７を用いることによ
り所定のすき間を設け、上記すき間に接触媒体を
供給することにより音響結合不良を防止するよう
にしてある。
〜１ｄが当接させる面には、上記曲面振動子１ａ
〜１ｄの曲率半径と同等の曲率半径を有し、か
つ、試験体５と対向する面は、上記試験体５の外
径に対して所定のすき間を加えた量だけの曲率半
径を有している。つまり、試験体５の外径公差、
真円度等を考慮した場合に、楔２と試験体５との
接触面積が大きくなるために、上記楔２と試験体
５の外表面との間にはシユー７を用いることによ
り所定のすき間を設け、上記すき間に接触媒体を
供給することにより音響結合不良を防止するよう
にしてある。
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ことにより、試
験体の管周方向における検査範囲を広くできるの
で、検査時間を大幅に短縮できる効果がある。
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ことにより、試
験体の管周方向における検査範囲を広くできるの
で、検査時間を大幅に短縮できる効果がある。
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
波ビーム幅を示す図、第３図は曲面振動子の寸
法、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。 図において、１は平板の振動子、１ａ〜１ｄは
曲面振動子、２は楔、３は吸音材、４は探触子ケ
ース、５は試験体、イは縦波超音波、ロは横波超
音波、ハ〜ニは超音波ビーム幅、Ａは曲面振動子
の配置角度である。なお、各図中同一符号は同
一、または相当部分を示す。
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
波ビーム幅を示す図、第３図は曲面振動子の寸
法、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。 図において、１は平板の振動子、１ａ〜１ｄは
曲面振動子、２は楔、３は吸音材、４は探触子ケ
ース、５は試験体、イは縦波超音波、ロは横波超
音波、ハ〜ニは超音波ビーム幅、Ａは曲面振動子
の配置角度である。なお、各図中同一符号は同
一、または相当部分を示す。
Claims (1)
- 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形の曲面振動子
と、上記曲面振動子と管材との間には、上記曲面
振動子が当接する面には上記曲面振動子の曲率半
径と同等の曲率半径を有し、かつ管材外表面に対
向する面には、上記管材外径の曲率に相当する曲
率を有したプラスチツク製の楔とを具備したこと
を特徴とする超音波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61183020A JPS6338157A (ja) | 1986-08-04 | 1986-08-04 | 超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61183020A JPS6338157A (ja) | 1986-08-04 | 1986-08-04 | 超音波探触子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6338157A JPS6338157A (ja) | 1988-02-18 |
| JPH0521502B2 true JPH0521502B2 (ja) | 1993-03-24 |
Family
ID=16128335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61183020A Granted JPS6338157A (ja) | 1986-08-04 | 1986-08-04 | 超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6338157A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020056724A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 超音波検査装置および超音波検査方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0664027B2 (ja) * | 1988-08-23 | 1994-08-22 | 川崎製鉄株式会社 | 管用斜角探傷ヘツド及びそれを用いた管用斜角探傷装置 |
| JP5730183B2 (ja) * | 2011-12-14 | 2015-06-03 | 三菱重工業株式会社 | 超音波探傷検査装置 |
| EP3701257B1 (en) * | 2017-10-27 | 2024-03-20 | Westinghouse Electric Company Llc | Apparatus and method for improved corrosion thinning detection |
-
1986
- 1986-08-04 JP JP61183020A patent/JPS6338157A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020056724A (ja) * | 2018-10-03 | 2020-04-09 | 三菱日立パワーシステムズ株式会社 | 超音波検査装置および超音波検査方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6338157A (ja) | 1988-02-18 |
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