JPH05215734A - 垂直方向すき間の限られた円筒体用の超音波プローブ - Google Patents
垂直方向すき間の限られた円筒体用の超音波プローブInfo
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- JPH05215734A JPH05215734A JP4272102A JP27210292A JPH05215734A JP H05215734 A JPH05215734 A JP H05215734A JP 4272102 A JP4272102 A JP 4272102A JP 27210292 A JP27210292 A JP 27210292A JP H05215734 A JPH05215734 A JP H05215734A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 非破壊検査を必要とする点からの垂直のすき
間が限られている、水で溢れた直円筒を検査する為に特
別に設計されたプローブを提供する。 【構成】 プローブは、小さい垂直寸法、及び検査しよ
うとする直円筒の半径より若干小さい半径を持つ全体的
に円板形の本体を含む。本体の周縁には、５個の質問用
音響変換器１１０，１１１，１１２，１１４，１１５が
配置されている。これらの変換器は、屈折輻射線で溢水
円筒を検査する為に、直円筒に対して予め選ばれた互い
違いの円周方向の場所から相隔たっている。夫々の変換
器は直円筒の任意の所定の半径上にある全ての点を音響
によって質問することが出来る様にする為に、検査され
る直円筒の直径に対してスネルの法則を充たす様に、所
期の検査点に対して所定の角度及び空間的な向きに配置
される。
間が限られている、水で溢れた直円筒を検査する為に特
別に設計されたプローブを提供する。 【構成】 プローブは、小さい垂直寸法、及び検査しよ
うとする直円筒の半径より若干小さい半径を持つ全体的
に円板形の本体を含む。本体の周縁には、５個の質問用
音響変換器１１０，１１１，１１２，１１４，１１５が
配置されている。これらの変換器は、屈折輻射線で溢水
円筒を検査する為に、直円筒に対して予め選ばれた互い
違いの円周方向の場所から相隔たっている。夫々の変換
器は直円筒の任意の所定の半径上にある全ての点を音響
によって質問することが出来る様にする為に、検査され
る直円筒の直径に対してスネルの法則を充たす様に、所
期の検査点に対して所定の角度及び空間的な向きに配置
される。
Description
【０００１】この発明は所謂超音波プローブに関する。
更に具体的に云えば、直円筒の鋼構造の検査を必要とす
る点の直ぐ近くに邪魔がある場合に使う為の超音波プロ
ーブに関する。
更に具体的に云えば、直円筒の鋼構造の検査を必要とす
る点の直ぐ近くに邪魔がある場合に使う為の超音波プロ
ーブに関する。
【０００２】
【発明の背景】超音波プローブは公知である。具体的に
云うと、超音波プローブは従来直円筒を検査する為に使
われて来た。この検査を理解するには、最初に普通の平
面状の１片の材料を音響変換器を用いて一般的に検査す
る時のパラメータを見直さなければならない。その後、
直円筒を検査する時の特別の問題を説明する。
云うと、超音波プローブは従来直円筒を検査する為に使
われて来た。この検査を理解するには、最初に普通の平
面状の１片の材料を音響変換器を用いて一般的に検査す
る時のパラメータを見直さなければならない。その後、
直円筒を検査する時の特別の問題を説明する。
【０００３】規則的な本体（好ましくは溶着部を含む平
面状の金属体を検査する時、普通は５個の標準的な超音
波変換器を用いた質問が行なわれる。典型的には、超音
波検査は、音波変換器に対して法線方向に配置された疑
いのある材料の平面状の面から行なわれる。質問用変換
器からの音波の入射方向を理解するには、こゝで説明す
る音響質問では、各々の変換器が質問用の入射する超音
波を送出す変換器であると同時に、反射された超音波を
受取る受信器であることを承知していることが重要であ
る。超音波検査の目的は、材料を破壊せずに、材料の物
理的な限界又は欠陥の惧れのある場所を示す検査を行な
うことである。検査される材料から受取った反射信号
を、信号を送った方向と平行な方向で受信しなければな
らないことは云うまでもない。
面状の金属体を検査する時、普通は５個の標準的な超音
波変換器を用いた質問が行なわれる。典型的には、超音
波検査は、音波変換器に対して法線方向に配置された疑
いのある材料の平面状の面から行なわれる。質問用変換
器からの音波の入射方向を理解するには、こゝで説明す
る音響質問では、各々の変換器が質問用の入射する超音
波を送出す変換器であると同時に、反射された超音波を
受取る受信器であることを承知していることが重要であ
る。超音波検査の目的は、材料を破壊せずに、材料の物
理的な限界又は欠陥の惧れのある場所を示す検査を行な
うことである。検査される材料から受取った反射信号
を、信号を送った方向と平行な方向で受信しなければな
らないことは云うまでもない。
【０００４】こゝで利用する超音波検査は水の中で行な
われる。こゝで説明する好ましい検査場所（制御棒駆動
ハウジング及びそれを支持する短管）は、原子炉に用い
られており、これは典型的には溢水している。従って、
検査される材料の質問が、上に述べた様な厄介な所で行
なわれると仮定すると、スネルの法則に従った屈折の問
題が起こる。
われる。こゝで説明する好ましい検査場所（制御棒駆動
ハウジング及びそれを支持する短管）は、原子炉に用い
られており、これは典型的には溢水している。従って、
検査される材料の質問が、上に述べた様な厄介な所で行
なわれると仮定すると、スネルの法則に従った屈折の問
題が起こる。
【０００５】各々の変換器がそれ自身の質問方法を持つ
と仮定すると、変換器の標準的な配列は、非破壊検査さ
れる材料の中に、４５°の角度で質問用の音波を送信す
る４個の変換器を含む。この為、法線方向の入射面を持
つ構造の完全な検査を行なうには、変換器が、非破壊検
査される材料の入射面に対して、上側の４５°、下側の
４５°、左側の４５°、右側の４５°及び最後に法線方
向の角度で、検査される材料内に質問用の超音波を送る
と共に受取る。
と仮定すると、変換器の標準的な配列は、非破壊検査さ
れる材料の中に、４５°の角度で質問用の音波を送信す
る４個の変換器を含む。この為、法線方向の入射面を持
つ構造の完全な検査を行なうには、変換器が、非破壊検
査される材料の入射面に対して、上側の４５°、下側の
４５°、左側の４５°、右側の４５°及び最後に法線方
向の角度で、検査される材料内に質問用の超音波を送る
と共に受取る。
【０００６】非破壊検査で解析される質問用の音波は、
音波の入射通路に沿って反射された超音波の成分であ
る。そう云う次第であるから、材料内のコーナ・キュー
ブ配列の少なくとも１つの面、並びに３つと云う多くの
面からの反射がなければならない。この様な反射は、材
料の仕上げ寸法、ひゞ割れ、金属の界面、溶着部のスラ
グの沈積部等を含めて、材料内の多数の構造内で起こり
得ることを承知されたい。
音波の入射通路に沿って反射された超音波の成分であ
る。そう云う次第であるから、材料内のコーナ・キュー
ブ配列の少なくとも１つの面、並びに３つと云う多くの
面からの反射がなければならない。この様な反射は、材
料の仕上げ寸法、ひゞ割れ、金属の界面、溶着部のスラ
グの沈積部等を含めて、材料内の多数の構造内で起こり
得ることを承知されたい。
【０００７】回折によって制限された音響開口の厄介な
問題、並びに受信した超音波の結果を解釈する技術を含
めて、超音波の分野全体にわたって述べるのが、この出
願の目的ではない。これは当業者に任せる所である。そ
うではなく、この明細書の目的は、材料に質問する点に
於けるすき間が極めて制限されている場合の直円筒の検
査で、変換器の質問用及び受信用配列を作る際に出会う
一般的な問題を述べることである。
問題、並びに受信した超音波の結果を解釈する技術を含
めて、超音波の分野全体にわたって述べるのが、この出
願の目的ではない。これは当業者に任せる所である。そ
うではなく、この明細書の目的は、材料に質問する点に
於けるすき間が極めて制限されている場合の直円筒の検
査で、変換器の質問用及び受信用配列を作る際に出会う
一般的な問題を述べることである。
【０００８】更に、検査される面が直円筒である場合、
質問用超音波の入射角は、検査される面が直接弯曲して
いること、並びにスネルの法則に従った回折の相互作用
があることを考慮に入れて、絶えず調節しなればならな
い。普通は、超音波変換器を直円筒の中心線に対して整
合させて、超音波ビームが、予測性を持って、入射面と
接触した時に質問し、受信用変換器に戻るようにするこ
とが望ましい。送信及び受信の通路が注意深く制御され
ていない場合、質問結果を受信することが出来ない。
質問用超音波の入射角は、検査される面が直接弯曲して
いること、並びにスネルの法則に従った回折の相互作用
があることを考慮に入れて、絶えず調節しなればならな
い。普通は、超音波変換器を直円筒の中心線に対して整
合させて、超音波ビームが、予測性を持って、入射面と
接触した時に質問し、受信用変換器に戻るようにするこ
とが望ましい。送信及び受信の通路が注意深く制御され
ていない場合、質問結果を受信することが出来ない。
【０００９】直円筒の普通の検査では、５個の変換器全
部が垂直ストリング内に配置され、互いに垂直方向に上
下に重なっているのが普通である。質問用の変換器に
は、前に述べたパラメータに従って、ストリングに対す
る検査の角度が定められる。その後、質問すべき面の完
全な検査が行なわれるまで、垂直ストリングは、直円筒
の任意の半径に沿って上向き及び下向きに動かされる。
注意しなければならないのは、こう云う変換器が垂直に
積重なっている場合、検査される円筒の中心線に対する
プローブの整合を達成することが出来ること、質問用の
放射が質問並びに受信用に通る音波の通路の予測性は、
質問される円筒の中心線に対して平行な円筒上の入射点
から容易に確認することが出来ることである。
部が垂直ストリング内に配置され、互いに垂直方向に上
下に重なっているのが普通である。質問用の変換器に
は、前に述べたパラメータに従って、ストリングに対す
る検査の角度が定められる。その後、質問すべき面の完
全な検査が行なわれるまで、垂直ストリングは、直円筒
の任意の半径に沿って上向き及び下向きに動かされる。
注意しなければならないのは、こう云う変換器が垂直に
積重なっている場合、検査される円筒の中心線に対する
プローブの整合を達成することが出来ること、質問用の
放射が質問並びに受信用に通る音波の通路の予測性は、
質問される円筒の中心線に対して平行な円筒上の入射点
から容易に確認することが出来ることである。
【００１０】都合の悪いことに、制御棒駆動ハウジング
や、こう云うハウジングが結合されている所謂短管の様
な直円筒構造の検査及び修理では、上方のすき間が損わ
れることがある。制御棒駆動ハウジング及びそれを支持
する短管を溢水した原子炉内で修理又は交換しなければ
ならない場合、特にそうである。変換器の垂直ストリン
グを使うことが許されない時、直円筒の面に対する所要
の入射角度を持つ様にプローブを設計することは、簡単
なことではない。この角度は、質問される円筒面の特定
の弯曲に対する質問用の変換器の向き、それからの隔た
り、及びオフセットとスネルの法則との相互作用を含
む。
や、こう云うハウジングが結合されている所謂短管の様
な直円筒構造の検査及び修理では、上方のすき間が損わ
れることがある。制御棒駆動ハウジング及びそれを支持
する短管を溢水した原子炉内で修理又は交換しなければ
ならない場合、特にそうである。変換器の垂直ストリン
グを使うことが許されない時、直円筒の面に対する所要
の入射角度を持つ様にプローブを設計することは、簡単
なことではない。この角度は、質問される円筒面の特定
の弯曲に対する質問用の変換器の向き、それからの隔た
り、及びオフセットとスネルの法則との相互作用を含
む。
【００１１】
【発明の目的】従って、この発明の目的は、垂直の上方
のすき間が限られている直円筒の非破壊検査を必要とす
る点での質問を速やかに且つ効率よく行なうことが出来
る特別に設計された超音波変換器を提供することであ
る。
のすき間が限られている直円筒の非破壊検査を必要とす
る点での質問を速やかに且つ効率よく行なうことが出来
る特別に設計された超音波変換器を提供することであ
る。
【００１２】
【発明の要約】特別に設計されたプローブが、非破壊検
査を必要とする点からの垂直方向のすき間が限られてい
る直円筒を検査する為に好ましくは５つの変換器を担持
している。プローブは、最低の垂直寸法と、検査すべき
直円筒の半径より若干小さい半径とを持つ全体的に円板
形の本体を含む。直円筒の内部にプローブが挿入され
る。円板の周縁には、５個の質問用音響変換器が配置さ
れる。溢水した円筒を屈折した放射線で検査する為、こ
れらの変換器は直円筒に対して予め選ばれた互いにずれ
た円周方向の位置から隔たっている。夫々の変換器は、
質問する材料内での速度が異なる所謂“Ｌ”及び“Ｓ”
波の両方に対し、スネルの法則を充たす様に、所期の検
査の点からこゝに述べる様な角度及び空間的な向きに配
置される。こゝで説明する質問方法は、円板を回転自在
の軸に取付け、円板を軸上で、円板と交差する、質問を
必要とする点を持つ高さまで上下動させる。その後、円
板を回転させ、各々の質問用変換器は、直円筒の所望の
非破壊音響質問の為に、音響質問を必要とする点まで逐
次的に回転する。
査を必要とする点からの垂直方向のすき間が限られてい
る直円筒を検査する為に好ましくは５つの変換器を担持
している。プローブは、最低の垂直寸法と、検査すべき
直円筒の半径より若干小さい半径とを持つ全体的に円板
形の本体を含む。直円筒の内部にプローブが挿入され
る。円板の周縁には、５個の質問用音響変換器が配置さ
れる。溢水した円筒を屈折した放射線で検査する為、こ
れらの変換器は直円筒に対して予め選ばれた互いにずれ
た円周方向の位置から隔たっている。夫々の変換器は、
質問する材料内での速度が異なる所謂“Ｌ”及び“Ｓ”
波の両方に対し、スネルの法則を充たす様に、所期の検
査の点からこゝに述べる様な角度及び空間的な向きに配
置される。こゝで説明する質問方法は、円板を回転自在
の軸に取付け、円板を軸上で、円板と交差する、質問を
必要とする点を持つ高さまで上下動させる。その後、円
板を回転させ、各々の質問用変換器は、直円筒の所望の
非破壊音響質問の為に、音響質問を必要とする点まで逐
次的に回転する。
【００１３】
【好ましい実施例の説明】図１について説明すると、沸
騰水形原子炉の圧力容器の底部が示されている。容器の
壁の断面が示されている。短管が溶着部１４，１５によ
って容器の壁に取付けられている。図示の原子炉は修理
中である。具体的に云うと、修理手順の一部分として、
制御棒駆動ハウジングＣが、短管Ｔの頂部と制御棒ハウ
ジングの間に伸びている溶着部２０の直ぐ下の所で切取
られている。
騰水形原子炉の圧力容器の底部が示されている。容器の
壁の断面が示されている。短管が溶着部１４，１５によ
って容器の壁に取付けられている。図示の原子炉は修理
中である。具体的に云うと、修理手順の一部分として、
制御棒駆動ハウジングＣが、短管Ｔの頂部と制御棒ハウ
ジングの間に伸びている溶着部２０の直ぐ下の所で切取
られている。
【００１４】この修理では、短管の溶着部１４，１５に
よって確保された容器Ｖに対する接続が十分であるかど
うかを確認する為に、短管Ｔを検査しなければならない
状況が示されている。十分でなければ、この他の修理手
順が必要になるかもしれない。こゝで行なう修理手順で
は、制御棒駆動ハウジングＣの内、短管溶着部２０より
下方にある部分は切除されている。これにより、短管Ｔ
及び短管を結合する溶着部１４，１５が露出したまゝに
なる。
よって確保された容器Ｖに対する接続が十分であるかど
うかを確認する為に、短管Ｔを検査しなければならない
状況が示されている。十分でなければ、この他の修理手
順が必要になるかもしれない。こゝで行なう修理手順で
は、制御棒駆動ハウジングＣの内、短管溶着部２０より
下方にある部分は切除されている。これにより、短管Ｔ
及び短管を結合する溶着部１４，１５が露出したまゝに
なる。
【００１５】この図では、短管の底に、超音波スキャナ
位置ぎめプローブ中心合せ装置兼水結合封じ２５が取付
けられている。軸Ｓとこゝで説明するプローブＰを利用
する。こゝで２つの点を考える。第１に、プローブＰと
制御棒駆動ハウジングＣの底との間に、短い垂直区間３
０がある。従って、超音波変換器が短管Ｔの壁に触れる
様になると、変換器を垂直ストリングに配置することは
出来ない。
位置ぎめプローブ中心合せ装置兼水結合封じ２５が取付
けられている。軸Ｓとこゝで説明するプローブＰを利用
する。こゝで２つの点を考える。第１に、プローブＰと
制御棒駆動ハウジングＣの底との間に、短い垂直区間３
０がある。従って、超音波変換器が短管Ｔの壁に触れる
様になると、変換器を垂直ストリングに配置することは
出来ない。
【００１６】第２に、短管溶着部１５の検査が水結合封
じ２５のすぐ傍で行なわれなければならないと仮定する
と、やはり垂直のすき間を極めて限られている。従っ
て、一連の質問用変換器を垂直ストリングに配置するこ
とは出来ない。図２には同様な場合が示されている。図
２では、短管Ｔの修理が必要になっている。この為、短
管Ｔは容器内の所定位置に残されたまゝになっている。
容器の面を越えた他の場所では、短管Ｔは切取られてい
る。短管を交換する為、溶接材料の盛上げが使われてい
る。具体的に云うと、部分Ｔ′で、溶接材料の盛上げを
利用して、新しい短管構造を作っている。
じ２５のすぐ傍で行なわれなければならないと仮定する
と、やはり垂直のすき間を極めて限られている。従っ
て、一連の質問用変換器を垂直ストリングに配置するこ
とは出来ない。図２には同様な場合が示されている。図
２では、短管Ｔの修理が必要になっている。この為、短
管Ｔは容器内の所定位置に残されたまゝになっている。
容器の面を越えた他の場所では、短管Ｔは切取られてい
る。短管を交換する為、溶接材料の盛上げが使われてい
る。具体的に云うと、部分Ｔ′で、溶接材料の盛上げを
利用して、新しい短管構造を作っている。
【００１７】原子炉の底は、中心合せプローブ４０を持
つ密封心棒Ｍで塞がれている。心棒Ｍが軸Ｓを持ち、こ
の軸Ｓにはこの発明のプローブＰが結合されている。プ
ローブＰの機能は、溶接の盛上げによって形成された短
管Ｔ′を検査することである。新しい短管Ｔ′を形成す
る溶接材料について云うと、沈積された溶接材料３５の
位置では、やはり垂直方向のすき間が限られていること
が認められよう。この様に垂直のすき間が限られている
ことは、４０に示した密封心棒Ｍの上側部分について特
に重要である。従って、この発明の目的は、必要な厳密
な検査を行なうことが出来る検査プローブＰを提供する
ことである。
つ密封心棒Ｍで塞がれている。心棒Ｍが軸Ｓを持ち、こ
の軸Ｓにはこの発明のプローブＰが結合されている。プ
ローブＰの機能は、溶接の盛上げによって形成された短
管Ｔ′を検査することである。新しい短管Ｔ′を形成す
る溶接材料について云うと、沈積された溶接材料３５の
位置では、やはり垂直方向のすき間が限られていること
が認められよう。この様に垂直のすき間が限られている
ことは、４０に示した密封心棒Ｍの上側部分について特
に重要である。従って、この発明の目的は、必要な厳密
な検査を行なうことが出来る検査プローブＰを提供する
ことである。
【００１８】図３について説明すると、音波が軸線５０
に沿って入射して、４５°の角度に配置された鋼壁Ｗに
質問する簡単な場合が示されている。音波が軸線５０に
沿って、約１９°の角度で、結合剤としての水の中を伝
達されると仮定すると、スネルの法則に従って、壁Ｗ内
で４５°の角度で屈折する。この音波が近い方の壁５２
に入射し、遠い方の壁５３から反射される。こゝで示す
例は“Ｓ”波に対するものである。
に沿って入射して、４５°の角度に配置された鋼壁Ｗに
質問する簡単な場合が示されている。音波が軸線５０に
沿って、約１９°の角度で、結合剤としての水の中を伝
達されると仮定すると、スネルの法則に従って、壁Ｗ内
で４５°の角度で屈折する。この音波が近い方の壁５２
に入射し、遠い方の壁５３から反射される。こゝで示す
例は“Ｓ”波に対するものである。
【００１９】質問用の超音波を使う時、音波を放出する
変換器が、音波を受信する変換器と同じであるのが普通
であることは承知されていよう。そう云う訳であるか
ら、音波が試験される壁Ｗの最終的な次元から、又はそ
の代りにきずから経路５１に沿って戻る。この戻る時、
再びスネルの法則に従って屈折し、軸線５０に沿って音
波を放出したもとの変換器に戻る。
変換器が、音波を受信する変換器と同じであるのが普通
であることは承知されていよう。そう云う訳であるか
ら、音波が試験される壁Ｗの最終的な次元から、又はそ
の代りにきずから経路５１に沿って戻る。この戻る時、
再びスネルの法則に従って屈折し、軸線５０に沿って音
波を放出したもとの変換器に戻る。
【００２０】全ての変換器Ｔを互いに上下に垂直の配列
に配置することが出来、かつ音波が面５２にある質問す
べき材料の半径と一致する点に入射すると仮定すれば、
垂直ストリングを利用することが出来る。然し、垂直の
すき間が存在しない場合、使う夫々の変換器は半径方向
に整合していなければならない。次に図４について計算
例を示す。制御棒駆動ハウジングＢが示されている。こ
れは内側半径が２．５吋、外側半径が３吋である。溢水
状態にある変換器Ｔが示されている。これは回折によっ
て制限された開口Ａを持ち、この開口Ａが、制御棒駆動
ハウジングＣに溢れる水媒質６０内で、第１の角度αで
超音波を放出する。音波がスネルの法則に従って角度β
で屈折する。この音波は焦点Ｆ及び円筒の外径５２に達
する。
に配置することが出来、かつ音波が面５２にある質問す
べき材料の半径と一致する点に入射すると仮定すれば、
垂直ストリングを利用することが出来る。然し、垂直の
すき間が存在しない場合、使う夫々の変換器は半径方向
に整合していなければならない。次に図４について計算
例を示す。制御棒駆動ハウジングＢが示されている。こ
れは内側半径が２．５吋、外側半径が３吋である。溢水
状態にある変換器Ｔが示されている。これは回折によっ
て制限された開口Ａを持ち、この開口Ａが、制御棒駆動
ハウジングＣに溢れる水媒質６０内で、第１の角度αで
超音波を放出する。音波がスネルの法則に従って角度β
で屈折する。この音波は焦点Ｆ及び円筒の外径５２に達
する。
【００２１】変換器の開口Ａが回折によって制限される
ことが理解されよう。回折によって制限された開口の焦
点Ｆを近似する為、幾何光学に基づく計算を利用する。
これは近似であるが、実物模型について実際の変換器を
試験する時、設計を考える上の主たる基本として利用す
ることが出来る位に信頼性のあることが実証された。こ
の様な質問用の放射線を利用すると仮定すると、この制
御棒駆動ハウジングＣの構造に質問する所謂Ｌ−波及び
Ｓ−波に対する計算は、何れもこゝで示す具体的な例と
共に公式でも導き出すことが出来る。公式の具体的な導
き出し方は次の通りである。
ことが理解されよう。回折によって制限された開口の焦
点Ｆを近似する為、幾何光学に基づく計算を利用する。
これは近似であるが、実物模型について実際の変換器を
試験する時、設計を考える上の主たる基本として利用す
ることが出来る位に信頼性のあることが実証された。こ
の様な質問用の放射線を利用すると仮定すると、この制
御棒駆動ハウジングＣの構造に質問する所謂Ｌ−波及び
Ｓ−波に対する計算は、何れもこゝで示す具体的な例と
共に公式でも導き出すことが出来る。公式の具体的な導
き出し方は次の通りである。
【００２２】 Ｉ．屈折角に対する放射線のオフセット効果 αi ：管のＩ．Ｄ．面に於ける入射角 βL ：鋼内の屈折Ｌ−波の角度 βS ：鋼内の屈折したＳ−波の角度 ｖ1 ：水中の音速＝０．０５９吋／μｓ ｖ2L：鋼内でのＬ−波の音速＝０．２３２吋／μｓ ｖ2S：鋼内でのＳ−波の音速＝０．１２６吋／μｓ Ｓ＝変換器の中心からの放射線のオフセット ｒ：管のＩ．Ｄ．半径 Ｒ：管のＯ．Ｄ．半径 αi1：第１の臨界角 αi ：第２の臨界角
【００２３】
【数１】
【００２４】従って、オフセットＳが大きければ大きい
程、屈折角βL 又はβS が一層大きくなる。（ ）の値
は１以下でなければならない。例として、内側半径が
２．５吋に等しい時、壁に対する種々の角度及び変換器
のオフセットに対する計算を次の様に行なうことが出来
る。
程、屈折角βL 又はβS が一層大きくなる。（ ）の値
は１以下でなければならない。例として、内側半径が
２．５吋に等しい時、壁に対する種々の角度及び変換器
のオフセットに対する計算を次の様に行なうことが出来
る。
【００２５】
【数２】
【００２６】図５には、変換器Ｔ′によって制御棒駆動
ハウジングを走査する場合の計算例が示されている。こ
の場合、変換器Ｔ′のオフセットは、図４に示したオフ
セットに基づいている。然し、この場合、質問用の波７
０を線７２に示した制御棒駆動ハウジングの外径上にあ
る焦点Ｆに集束するのが希望である。この様に焦点合せ
を達成する為には、制御棒駆動ハウジングの内側側壁７
１に対する変換器Ｔ′の角度と入射点からのオフセット
の両方を計算することが必要である。従って、円周方向
の走査に対する入射角の補償を計算する必要がある。
ハウジングを走査する場合の計算例が示されている。こ
の場合、変換器Ｔ′のオフセットは、図４に示したオフ
セットに基づいている。然し、この場合、質問用の波７
０を線７２に示した制御棒駆動ハウジングの外径上にあ
る焦点Ｆに集束するのが希望である。この様に焦点合せ
を達成する為には、制御棒駆動ハウジングの内側側壁７
１に対する変換器Ｔ′の角度と入射点からのオフセット
の両方を計算することが必要である。従って、円周方向
の走査に対する入射角の補償を計算する必要がある。
【００２７】質問は容易に理解されよう。 β：管のＯ．Ｄ．面上の選定された点Ａに於ける所望の
ビーム角度（例えば４５°又は６０°） α：Ｏ．Ｄ．面の点Ａで所望の角度βを発生するのに必
要な管のＩ．Ｄ．面に於ける点Ｂでの入射角 β＋δ：Ｉ．Ｄ．面に於ける鋼内の実際の屈折角 α−δ：点Ｂで中心線ＯＡに平行な線からの「傾き角」 Ｓ：中心線ＯＡからの点Ｂに於ける放射線のオフセット Ｒ：管のＯ．Ｄ．半径 ｒ：管のＩ．Ｄ．半径 ｖ1 ：水中の音速＝０．０５９吋／μｓ ｖ2L：鋼内でのＬ−波の音速＝０．２３２吋／μｓ ｖ2S＝鋼内でのＳ−波の音速＝０．１２６吋／μｓ 上掲の式でβ，Ｒ，ｒ，ｖ1 ，ｖ2L又はｖ2Sに公知の数
値を代入すると、変換器のオフセット（Ｓ）及び実際に
必要な入射角（Ｒ）又は「傾き角」（α−δ）を決定す
ることが出来る。
ビーム角度（例えば４５°又は６０°） α：Ｏ．Ｄ．面の点Ａで所望の角度βを発生するのに必
要な管のＩ．Ｄ．面に於ける点Ｂでの入射角 β＋δ：Ｉ．Ｄ．面に於ける鋼内の実際の屈折角 α−δ：点Ｂで中心線ＯＡに平行な線からの「傾き角」 Ｓ：中心線ＯＡからの点Ｂに於ける放射線のオフセット Ｒ：管のＯ．Ｄ．半径 ｒ：管のＩ．Ｄ．半径 ｖ1 ：水中の音速＝０．０５９吋／μｓ ｖ2L：鋼内でのＬ−波の音速＝０．２３２吋／μｓ ｖ2S＝鋼内でのＳ−波の音速＝０．１２６吋／μｓ 上掲の式でβ，Ｒ，ｒ，ｖ1 ，ｖ2L又はｖ2Sに公知の数
値を代入すると、変換器のオフセット（Ｓ）及び実際に
必要な入射角（Ｒ）又は「傾き角」（α−δ）を決定す
ることが出来る。
【００２８】
【数３】
【００２９】例として、サンプル計算を行なうことが出
来る。制御棒駆動ハウジングＣの外側半径が３吋であ
り、内側半径が２．５吋であって、制御棒駆動ハウジン
グＣの外壁２２に４５°の入射を希望する時、角度及び
オフセットの両方に対する計算は次の様に行なうことが
出来る。
来る。制御棒駆動ハウジングＣの外側半径が３吋であ
り、内側半径が２．５吋であって、制御棒駆動ハウジン
グＣの外壁２２に４５°の入射を希望する時、角度及び
オフセットの両方に対する計算は次の様に行なうことが
出来る。
【００３０】
【数４】
【００３１】図６及び図７を見れば、この発明のプロー
ブのサンプル構造が理解されよう。軸Ｓを用い、上側板
１０１及び下側板１０２が横ボルト１０３によって接続
されている。５個の変換器を利用する。第１の直進変換
器１１０を用いる。第２及び第３の変換器１１１，１１
２は４５°の角度だけ上向き及び４５°の角度だけ下向
きを見る為に用いられる。これらの夫々の変換器の計算
は図３に従って行なうことが出来る。
ブのサンプル構造が理解されよう。軸Ｓを用い、上側板
１０１及び下側板１０２が横ボルト１０３によって接続
されている。５個の変換器を利用する。第１の直進変換
器１１０を用いる。第２及び第３の変換器１１１，１１
２は４５°の角度だけ上向き及び４５°の角度だけ下向
きを見る為に用いられる。これらの夫々の変換器の計算
は図３に従って行なうことが出来る。
【００３２】夫々左及び右を見る変換器１１４，１１５
はずっと複雑な問題であり、これが図５に例示されてい
る。具体的に云うと、右を見るか左を見るかによって、
この夫々の変換器は、それらが質問する制御棒駆動ハウ
ジングＣの壁に近付けて並びに遠ざけて位置ぎめしなけ
ればならない。更に、解析される材料との間の音波の屈
折に必要な角度のオフセットとして、変換器のオフセッ
ト並びに向きを定めなければならない。Ｓ波及びＬ波の
両方の質問に対し、角度が変化することに注意された
い。
はずっと複雑な問題であり、これが図５に例示されてい
る。具体的に云うと、右を見るか左を見るかによって、
この夫々の変換器は、それらが質問する制御棒駆動ハウ
ジングＣの壁に近付けて並びに遠ざけて位置ぎめしなけ
ればならない。更に、解析される材料との間の音波の屈
折に必要な角度のオフセットとして、変換器のオフセッ
ト並びに向きを定めなければならない。Ｓ波及びＬ波の
両方の質問に対し、角度が変化することに注意された
い。
【００３３】この発明の具体的な実施例では、板１０
１，１０２の間のプローブの深さが１吋を越えないこと
が要求された。一旦パラメータが判ると、変換器Ｔに対
する回折制限レンズは標準の設計から選ぶことが出来
る。単純化として、幾何光学を利用していることが理解
されよう。こう云う幾何光学は、音響開口が回折によっ
て制限されている場合に代入される。即ち、波が通過す
る開口の波長と、開口の実際の寸法との比が１に近い時
である。従って、こゝで利用する計算は一般的にプロー
ブの設計に役立つが、実物模型に対する変換器の実際の
試験を行なうことが必要である。
１，１０２の間のプローブの深さが１吋を越えないこと
が要求された。一旦パラメータが判ると、変換器Ｔに対
する回折制限レンズは標準の設計から選ぶことが出来
る。単純化として、幾何光学を利用していることが理解
されよう。こう云う幾何光学は、音響開口が回折によっ
て制限されている場合に代入される。即ち、波が通過す
る開口の波長と、開口の実際の寸法との比が１に近い時
である。従って、こゝで利用する計算は一般的にプロー
ブの設計に役立つが、実物模型に対する変換器の実際の
試験を行なうことが必要である。
【００３４】更に、検査する特定の寸法が変化した場
合、プローブＰの設計は、質問する円筒の寸法に従って
変化しなければならないことを承知されたい。例えば、
こゝで述べた設計パラメータに従って４つの具体的なプ
ローブを考えている。こう云うプローブの例は、原子炉
圧力容器の井戸に対する現存の短管を検査する第１のプ
ローブである。更に２番目に、盛上げ溶接材料を検査す
る場合には特別に設計されたプローブを利用する。３番
目に、新しい短管溶接部に対するブリッジを形成する盛
上げ溶接材料は、異なる寸法のプローブを必要とする。
最後に、新しい制御棒駆動ハウジングの溶接部に対する
新しい短管を検査する為の特別に設計されたプローブを
利用する。
合、プローブＰの設計は、質問する円筒の寸法に従って
変化しなければならないことを承知されたい。例えば、
こゝで述べた設計パラメータに従って４つの具体的なプ
ローブを考えている。こう云うプローブの例は、原子炉
圧力容器の井戸に対する現存の短管を検査する第１のプ
ローブである。更に２番目に、盛上げ溶接材料を検査す
る場合には特別に設計されたプローブを利用する。３番
目に、新しい短管溶接部に対するブリッジを形成する盛
上げ溶接材料は、異なる寸法のプローブを必要とする。
最後に、新しい制御棒駆動ハウジングの溶接部に対する
新しい短管を検査する為の特別に設計されたプローブを
利用する。
【００３５】この設計では、分解能が一層高い点で、短
管及び制御棒駆動ハウジングを検査するのに“Ｓ”波を
使うのが好ましいことが理解されよう。更に、こう云う
波は、検査される材料内の質問の角度が好ましい４５°
である点で好ましい。異なる材料の種類、厚さ及び幾何
学的な形により、異なる波を必要とすることがあること
を承知されたい。例えば、多孔質の円筒は、浸透力が優
れている点で、“Ｌ”波を用いて検査するのが一層有利
であることがある。
管及び制御棒駆動ハウジングを検査するのに“Ｓ”波を
使うのが好ましいことが理解されよう。更に、こう云う
波は、検査される材料内の質問の角度が好ましい４５°
である点で好ましい。異なる材料の種類、厚さ及び幾何
学的な形により、異なる波を必要とすることがあること
を承知されたい。例えば、多孔質の円筒は、浸透力が優
れている点で、“Ｌ”波を用いて検査するのが一層有利
であることがある。
【図１】沸騰水形原子炉の一部分の側面断面図で、非破
壊検査を必要とする点が、部分的に取出された制御棒駆
動ハウジングに対する垂直のすき間が限られている場所
にある短管である場合の修理手順中の原子炉の断面を示
す。
壊検査を必要とする点が、部分的に取出された制御棒駆
動ハウジングに対する垂直のすき間が限られている場所
にある短管である場合の修理手順中の原子炉の断面を示
す。
【図２】沸騰水形原子炉の同様な部分の側面図で、非破
壊検査を必要とする点が、部分的に交換した短管に対す
る垂直のすき間が限られている場所にある同じ様な修理
手順中の原子炉の断面を示す。
壊検査を必要とする点が、部分的に交換した短管に対す
る垂直のすき間が限られている場所にある同じ様な修理
手順中の原子炉の断面を示す。
【図３】超音波が平面状の面に入射し、この材料の面で
スネルの法則に従って屈折することを示す側面図。
スネルの法則に従って屈折することを示す側面図。
【図４】質問用の音響ビームに対する変換器のオフセッ
トを示す概略平面図で、直円筒構造の後壁に対する質問
用ビームの好ましい焦点を示す。
トを示す概略平面図で、直円筒構造の後壁に対する質問
用ビームの好ましい焦点を示す。
【図５】非破壊検査する円筒の軸線に対して法線方向の
平面に対して好ましい左側及び右側４５°の角度で、直
円筒の材料に質問する為の、円板の周縁に対する音響ヘ
ッドの更に複雑な場所を示す概略平面図。
平面に対して好ましい左側及び右側４５°の角度で、直
円筒の材料に質問する為の、円板の周縁に対する音響ヘ
ッドの更に複雑な場所を示す概略平面図。
【図６】この発明の変換器ヘッドの側面図。
【図７】この発明の変換器ヘッドの平面図。
１４，１５，２０ 溶着部 １１０，１１１，１１２，１１４，１１５ 変換器 Ｃ 制御棒駆動ハウジング Ｐ プローブ Ｓ 軸 Ｔ 短管 Ｖ 圧力容器
Claims (4)
- 【請求項１】 音響結合流体で溢れていて、垂直方向の
すき間が限られている音響検査を必要とする少なくとも
１点を有する直円筒の音響超音波検査を行なうプローブ
に於て、 全体的に半径方向外向きに配置される一連の音響変換器
を収容する様に制限された最低の垂直寸法を持ち、かつ
前記円筒の半径方向の寸法未満の半径方向の寸法を持っ
ていて、音響質問を受ける直円筒の内部に進入すること
が出来る様になっている全体的に円板形の本体と、 該全体的に円板形の本体を、質問すべき前記直円筒の軸
線に対する上下動及び回転が出来る様に取付ける手段
と、 前記円板形の本体の周縁に配置された少なくとも５個の
質問用音響変換器とを有し、 前記音響変換器は、前記音響結合流体を介して、前記直
円筒の前記点、並びにその後、前記直円筒の内部を、夫
々角度方向に上側、角度方向に下側、角度方向に左側、
角度方向に右側及び略法線方向の向きで夫々質問するこ
とが出来る様にする、前記直円筒に対する質問用の音響
の向きを持ち、この為、前記直円筒の内部の質問を必要
とする点を前記変換器で逐次的に検査することが出来る
様に前記本体を上下動並びに回転させることが出来る様
にした音響超音波検査プローブ。 - 【請求項２】 前記直円筒に溢れる音響結合流体が水で
ある請求項１記載の音響超音波検査プローブ。 - 【請求項３】 音響結合流体が溢れていて、音響検査を
必要とする少なくとも１点を持ち、該点に対する垂直方
向のすき間が限られている直円筒の音響超音波検査を行
なう方法に於て、 全体的に円板形の本体を設け、該本体は該本体の周縁上
の相異なる円周方向の位置に全体的に半径方向外向きに
配置された一連の音響変換器を収容する様に制限された
最低の垂直寸法を持ち、前記本体は前記直円筒の半径方
向の寸法未満の半径方向の寸法を持っていて、音響によ
って質問をすべき直円筒の内部に前記円板形の本体を進
入させることが出来る様になっており、 前記全体的に円板形の本体を質問すべき直円筒の軸線に
対する上下動及び回転が出来る様に取付け、 前記円板形の本体の周縁上に配置された少なくとも５個
の質問用音響変換器を設け、該音響変換器は、前記直円
筒上の前記点から、夫々角度方向上側、角度方向下側、
角度方向左側、角度方向右側及び法線方向の向きで前記
直円筒の材料内部を質問することが出来る様にする、前
記音響結合流体並びに直円筒に対する音響質問用の角度
方向の向きを持つ変換器を含み、 前記円板形の本体を、検査を必要とする前記点を持つ前
記直円筒の高さまで上昇させ、 前記本体を回転させて、前記点から、前記直円筒の材料
の内部を必要とする夫々角度方向上側、角度方向下側、
角度方向左側、角度方向右側及び法線方向の向きで逐次
的に超音波検査をする為に、前記変換器を音響質問を必
要とする前記点に逐次的に整合させる段階を含む方法。 - 【請求項４】 前記直円筒を水で溢れさせる段階を含む
請求項３記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/782,228 US5267481A (en) | 1991-10-24 | 1991-10-24 | Ultra sound probe for cylindrical body having reduced vertical clearance |
| US782228 | 1991-10-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05215734A true JPH05215734A (ja) | 1993-08-24 |
Family
ID=25125413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4272102A Withdrawn JPH05215734A (ja) | 1991-10-24 | 1992-10-12 | 垂直方向すき間の限られた円筒体用の超音波プローブ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5267481A (ja) |
| EP (1) | EP0539049A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05215734A (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5396800A (en) * | 1993-03-17 | 1995-03-14 | Westinghouse Electric Corporation | Apparatus and method for inspecting a control rod drive mechanism penetration tube for degradation |
| US5377237A (en) * | 1993-04-05 | 1994-12-27 | General Electric Company | Method of inspecting repaired stub tubes in boiling water nuclear reactors |
| US5767410A (en) * | 1996-03-19 | 1998-06-16 | Combustion Engineering, Inc. | Lamb wave ultrasonic probe for crack detection and measurement in thin-walled tubing |
| US5992236A (en) * | 1996-08-01 | 1999-11-30 | Beloit Technologies, Inc. | Ultrasonic inspection method |
| US5681996A (en) * | 1996-08-01 | 1997-10-28 | Beloit Technologies, Inc. | Ultrasonic device for inspection of metal parts |
| US5692024A (en) * | 1996-08-16 | 1997-11-25 | Siemens Power Corporation | Reactor pressure vessel top guide structure inspection apparatus and transport system |
| DE102006020352A1 (de) * | 2006-04-28 | 2007-10-31 | Intelligendt Systems & Services Gmbh & Co Kg | Verfahren und Einrichtung zum Prüfen einer an der Innenoberfläche eines Reaktordruckbehälters befindlichen Schweißnaht |
| US8997573B2 (en) * | 2012-05-01 | 2015-04-07 | Spirit Aerosystems, Inc. | Internal stringer inspection system for integrated structures |
| CN102680585B (zh) * | 2012-05-31 | 2014-06-11 | 浙江大学 | 基于超声检测仪水浸探头喷水耦合装置的设计方法 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1552897A (en) * | 1923-02-08 | 1925-09-08 | William L Varner | Driving-box brass |
| US3584504A (en) * | 1969-10-03 | 1971-06-15 | Amf Inc | Ultrasonic inspection apparatus and method for nondestructive testing of tubular member having varying inner diameter |
| GB1552897A (en) * | 1977-03-18 | 1979-09-19 | Texaco Development Corp | Pulse echo method and system for testing wall thicknesses |
| US4642215A (en) * | 1983-10-13 | 1987-02-10 | Westinghouse Electric Corp. | Universal tool for ultrasonic testing of nuclear reactor vessels |
| FR2623626B1 (fr) * | 1987-11-25 | 1990-04-13 | Electricite De France | Dispositif de controle non destructif de tubes par ultrasons |
| FR2628539B1 (fr) * | 1988-03-11 | 1991-12-20 | Cgr Ultrasonic | Sonde, dispositif d'imagerie utilisant une telle sonde et procede mettant en oeuvre un tel dispositif |
| JPH03280939A (ja) * | 1990-03-29 | 1991-12-11 | Fujitsu Ltd | 超音波探触子 |
| FR2670898B1 (fr) * | 1990-12-21 | 1994-05-27 | Framatome Sa | Dispositif de controle non destructif par ultrasons d'elements de forme allongee a section sensiblement constante. |
| US5118464A (en) * | 1991-03-15 | 1992-06-02 | General Electric Company | Method of ultrasonic inspection of materials through opaque barriers |
-
1991
- 1991-10-24 US US07/782,228 patent/US5267481A/en not_active Expired - Fee Related
-
1992
- 1992-10-06 EP EP92309083A patent/EP0539049A1/en not_active Withdrawn
- 1992-10-12 JP JP4272102A patent/JPH05215734A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0539049A1 (en) | 1993-04-28 |
| US5267481A (en) | 1993-12-07 |
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| Touffait | THE USE OF FOCUSED PROBES FOR DETECTION, IMAGING, AND SIZING OF FLAWS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000104 |