JPH0641943B2 - 管体の欠陥検査方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、熱交換チューブや反応管等に生じる割れ等の
欠陥の深さを測定する欠陥検査方法に関する。

「従来の技術」 熱交換器用伝熱管あるいは反応管等の小口径管において
は、定期的に内部を検査し、疲労割れ等の欠陥を早期発
見することが重要である。

この種の欠陥検査を行なう場合、ファイバスコープ等に
よる内視法が有効な手段であるが、管体の寿命に対し重
要な因子である欠陥の深さを計測することができない欠
点がある。

そこで、欠陥の深さ測定には従来、第１２図に示すよう
な探触子１が用いられている。この探触子１は、管体Ｐ
に向けて超音波を発する送信部２と、管体Ｐの内面で反
射した透過波を受信する受信部３と離間して具備したも
ので、給液路４から水等の接触媒質を供給しつつ、管体
Ｐの外面に沿って周方向に摺動させることにより、内部
欠陥Ｋで透過波が遮断される回転角度を計測し、この値
から欠陥Ｋの発生位置の深さを算出することができる。

「発明が解決しようとする課題」 しかし、上記の検査方法では、例えば熱交換器内のよう
に管体が密度で配置されている場合、検査対象以外の管
体に探触子１やコード類が干渉するため、検査すべき管
体を一々抜きを出さなければならない不便さがあった。

また、探触子１の周囲から水が順次流出していくので、
水の必要供給量が多くコストがかかるうえ、管体の設置
場所によって探触子１から散乱した水を始末する手間が
かかった。さらに、探触子１を管体に沿って摺動させる
ために複雑な駆動機構が必要で、その点からもコストが
かかる欠点があった。

「課題を解決するための手段」 上記課題を解決するため、本発明に係る管体の欠陥検査
方法は、管体内面に向けて超音波を発する送信部と前記
超音波が管体内を透過し管体外面で反射してなる透過波
を受信する受信部とを、その回転軸線を中心とした周方
向に離間して具備する斜角型超音波探触子を用意し、こ
の斜角型超音波探触子を、前記回転軸線方向を管体の軸
線方向と平行にして管体内そに挿入し、前記斜角型超音
波探触子の前記送信部および受信部とは反対側の側面に
設けられた付勢手段で管体内面を押圧することにより前
記送信部および受信部側の側面を管体内面に当接させつ
つ、この斜角型超音波探触子をその回転軸線回りに回転
させ、管体内部の欠陥により透過波が遮断される回転角
度を計測し、その値を予め作成した検量線に内挿して欠
陥の深さを求めることを特徴としている。

「実施例」 第１図は、本発明に係わる管体の欠陥検査方法の一実施
例に使用される探傷装置の構成図である。

図中符号１０はロッド回転駆動装置であり、この駆動装
置は、検査ロッド１１を螺旋状に前後進またはその場回
転させるロッド駆動器１２と、このロッド駆動器１２を
コントローラ１３からの信号に応じて作動させるモータ
１４と、ロッド１１の表面を清浄に保つブラシ１５と、
検査すべき管体Ｐを前記ロッド１１と同心に固定する管
体取付板１６とを具備している。

ロッド１１の先端には探触子１７が固定される一方、後
端には必要に応じて延長ロッド１８がコネクタ１９で順
次連結され、前記ロッド回転駆動装置１０により管体Ｐ
内に挿入されるようになっている。

探触子１７は、第２図ないし第４図に示すように、円筒
形のホルダ２１と、このホルダ２１の周面に軸線方向一
列に埋設された３対のボールプランジャ（付勢手段）２
２…と、これらボールプランジャ２２の反対側でホルダ
２１に埋設された垂直型超音波センサ２３、および斜角
型超音波センサ２４とから構成されたものである。

前記ボールプランジャ２２は、先端部にスプリング２５
で突出方向に付勢された金属球２６を内蔵した筒体２７
を、さらに別のスプリング２８によって突出方向に付勢
したもので、通常のボールプランジャよりも動作距離が
大きくなっている。これは、腐食のかなり進んだ管体に
探触子１７を挿入した場合にも、ボールプランジャ２２
…により探触子１７が常時付勢され、探触子１７の斜角
型センサ２４側の側面が管体Ｐの内面の対向箇所に常に
当接されるようになっている（この実施例では斜角型セ
ンサ２４そのものが当接している）。このように斜角型
センサ２４側の側面を回転中常に管体Ｐ内面に当接させ
ることにより、発信部２９および受信部３０の管体内面
に対する位置を一定化することができ、若干内径の異な
る管体の内面が腐食した管体に対しても、検量線を用い
た欠陥深さの測定が正確に行える。

斜角型センサ２４は、第６図に示すように超音波を管体
Ｐの内壁に向けて発する発信部２９と、管体Ｐの壁内部
を透過して外周面でＶ字状に反射した反射音を受信する
受信部３０とを備えたもので、管体Ｐの欠陥の深さを測
定する。

一方、前記垂直型センサ２３は、管体Ｐの内面に垂直に
超音波を発射するとともに、管体Ｐの外面からの透過波
帰還時間を計測するもので、これから管体Ｐの肉厚が測
定できる。

そして探触子１７からは、各センサ２３，２４に接続さ
れた信号コード３１、および給水チューブ３２がロッド
１１，１８…を通して延ばされている。前記給水チュー
ブ３２は、探触子１７の外面に形成された給水孔（図示
略）から各センサ２３，２４と管体Ｐの内面との空隙を
満たすように水などの接触媒質を供給するためのもの
で、他端は送水ポンプ３３に接続されている。また信号
コード３１は解析機３４と接続されて、この解析機３４
での解析結果がペンレコーダ３５で記録されるようにな
っている。

次に、この探傷装置の使用方法を説明する。

まず、ロッド駆動器１２を調節し、ロッド１１，１８…
の進行方向を適当な螺旋ピッチに設定する。そして、コ
ントローラ１３を操作してモータ１４を作動させ、探触
子１７を螺旋状に回転しつつ管体Ｐ内に挿入していく。

こうして一定距離挿入したら、ロッド駆動器１２を調節
してロッド回転方向を逆向きにし、以後も同様に一定距
離毎にロッド１１，１８…を交互に逆回転しつつ進行さ
せる。こうすることにより、信号コード３１と給水チュ
ーブ３２のねじれが解消できる。なお、ロッド１１，１
８…の全長が足りなくなったら、さらに延長ロッド１８
を継ぎ足し、この連結部にブラシ１５の前方側において
コネクタ１９を装着していく。

一方、探触子１７を進行させると同時に、各センサ２
３，２４を共に作動させ、予備探傷を行なう。すなわ
ち、垂直型超音波センサ２３で帰還時間を計測しつつ、
斜角型超音波センサ２４で超音波反射強度を測定し、両
センサ２３，２４の出力信号を解析機で処理後、ペンレ
コーダでこれらを記録する。その際、探知子の挿入位置
を延長ロッドの外面に形成された距離目盛から読み取
り、ペンレコーダに併せて記録しておく。

そして予備探傷中に、ペンレコーダ３５の記録紙上で、
斜角型超音波センサ２４からの透過波強度が小さい箇所
が現れたら、モータ１４を停止し、探触子１７の前進を
一旦停める。そして、欠陥の発生箇所に斜角型超音波セ
ンサ２４を合わせて探触子１７をその場で回転させ、周
方向の透過波強度変化を記録する。

このようにして、管体Ｐの全長に亙って結果を検査し終
えたら、ロッドを後退させ、探触子１７を管体Ｐから抜
き出して検査を終える。

上記の検査方法によれば、管体Ｐに生じた欠陥の発生位
置および欠陥の深さを次のようにして推定することが可
能である。

すなわち、管体Ｐの外面側に欠陥が発生している場合に
は、探触子１７が１回転する間に透過波は一度遮断され
るだけなので、記録紙上にはＶ字型の波形が表れる。し
たがって、このＶ字波形の深さを測り、予め所定深さの
人工スリットを形成した管体を用いて作成した検量線に
内挿すれば、管体外面の割れの深さを推定することがで
きる。

これに対し、管体Ｐの内面に割れが発生している場合
は、探触子２０が１回転する間に、第６図のように２度
超音波が遮断されるため、ペンレコーダの記録紙上には
第７図のようなＷ字形の波形が記録される。そこで、こ
のＷ字形波形の谷部間の時間Ａを求め、探触子１７が１
回転するに要する時間Ｂ中の割合Ｘ（Ｘ＝Ａ／Ｂ）を算
出し、予め人工的に所定深さのスリットを内面に形成し
た管体を用いて作成した検量線（第９図参照）に内挿す
れば、前記Ｘの値に対応する割れの深さを推定すること
ができる。

なお、本発明者らは次のようにして、外周面割れ用およ
び内周面割れ用の検量線をそれぞれ作成した。外形83.6
mm、内径31.8mm、低合金銅製のパイプをサンプルとして
用い、外周面割れのサンプルＳ１の外周面には第８図
（Ａ）に示すように、ａ：５mm、ｂ：１０mm、ｃ：１
３.5mm、ｄ：１５mmの深さで幅０.5mmのスリットをそれ
ぞれ形成した。また、内周面割れ用サンプルＳ２，Ｓ３
には第８図(B)，(C)に示すように深さｅ：５mm、ｆ：１
０mm、およびｇ：１３.5mm、ｈ：１５mmで幅０.5mmのス
リットをそれぞれ形成した。

そして各サンプルＳ１〜Ｓ３に探触子１７を挿入し、内
部で回転させて透過波強度の変化を記録した。第１０図
は外周面割れ用サンプルＳ１、第１１図は内周面割れ用
サンプルＳ２の測定結果である。そして第１１図を解析
した結果、第９図に示すような検量線が得られ、上記検
査方法の有効性が確認できた。

なお、検出下限は外周面割れ、内周面割れのいずれの場
合においても５mm（管体肉厚の２０％）であった。ま
た、内周面割れの場合、スリットの深さが１５mm（管体
肉厚の６０％）以下であれば、スリット直上における透
過波強度がスリットの無い部分における透過波強度と略
等しくなった。

上記構成からなる管体の欠陥検査方法によれば、管体の
端部から探触子１７を挿入していくために熱交換器用チ
ューブ等のように管体が密に配置されている場合にも、
他の管体と干渉することがなく、従来法のように一々管
体を抜き出す手間が要らず、使用状態のままで容易かつ
迅速に検査が行なえる。

また、管体Ｐの内部に水などの接触媒体を供給するた
め、接触媒体の無駄な流出が少なく、消費量を減らせる
うえ、接触媒体を管体内から容易に回収できるから検査
後の処理も容易で、検査に要するコスト低下が図れる。

さらに、ロッド１１，１８…を回転・前後進させること
により探触子１７を操作するので、従来法のように管体
の外周面に沿って探触子１を摺動させる構成に比べ、駆
動装置１０の構造が単純で済み、装置コストが安い。ま
た、探触子１７を螺旋運動させることが容易であるか
ら、前記のような予備探傷により、広い範囲を高速探傷
できる利点もある。

さらにまた、この実施例で使用した探触子１７は、斜角
型超音波センサ２４だけでなく、垂直型超音波センサ２
３も一体に備えているので、管体Ｐの肉厚も併せて計測
可能である。

なお、本発明は上記実施例のみに限られず、例えば予備
探傷を他の方法で行なうのであれば、ロッド１１を螺旋
運動させる必要はないから、ロッド駆動装置はロッドを
前後進または回転させるだけの機能でよい。また前記実
施例では、探触子１７に垂直型超音波センサ２３も併設
していたが、これは必ずしも必要ではない。

「発明の効果」 以上説明したように、本発明に係わる管体の欠陥検査方
法においては、管体の端部から探触子を挿入していくた
め、熱交換器用チューブ等のように管体が密に配置され
ている場合にも管体を抜き出す必要がなく、使用状態の
ままで容易かつ迅速に検査が行なえる。

また、管体内に接触媒体を供給するので、接触媒体の供
給量が少なくて済むとともに、接触媒体の回収が可能
で、検査後の処理が容易である。

さらに、ロッドを回転・前後進させることにより探触子
を操作するので、管体の外周面に沿って探触子を摺動さ
せる従来法に比べ、探触子駆動装置の構造が単純で済
み、装置コストが安い。

さらにまた、付勢手段により斜角型超音波探触子の送信
部および受信部側の側面を管体内面に当接させつつ測定
するので、発信部および受信部の管体内面に対する位置
を常に一定化することができ、若干内径の異なる管体や
内面が腐食した管体に対しても、検量線を用いた欠陥深
さの測定が正確に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の管体の欠陥検査方法を実施するための
装置の構成図、第２図ないし第４図は探触子の一例を示
し、第２図は正面図、第３図は左側面図、第４図は右側
面図、第５図は同探触子の要部の断面図、第６図および
第７図は本発明の検査方法の説明図、第８図は実験例で
用いたサンプルの断面図、第９図は実験例で得られた検
量線を示すグラフ、第１０図および第１１図は同サンプ
ルでの測定記録を示すグラフである。 一方、第１２図は従来の欠陥検査方法を示す説明図であ
る。 １０…ロッド回転駆動装置、１１，１８…ロッド、 １７…超音波探触子、２２…ボールプランジャ（付勢手
段）、２３…垂直型超音波センサ、 ２４…斜角型超音波センサ、２９…超音波発信部、 ３０…超音波発信部、３３…送水ポンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管体内面に向けて超音波を発する送信部と
   前記超音波が管体内を透過し管体外面で反射してなる透
   過波を受信する受信部とを、その回転軸線を中心とした
   周方向に離間して具備する斜角型超音波探触子を用意
   し、この斜角型超音波探触子を、前記回転軸方向を管体
   の軸線方向と平行にして管体内に挿入し、前記斜角型超
   音波探触子の前記送信部および受信部とは反対側の側面
   に設けられた付勢手段で管体内面を押圧することにより
   前記送信部および受信部側の側面を管体内面に当接させ
   つつ、この斜角型超音波探触子をその回転軸線回りに回
   転させ、管体内部の欠陥により透過波が遮断される回転
   角度を計測し、その値を予め作成した検量線に内挿して
   欠陥の深さを求めることを特徴とする管体の欠陥検査方
   法。