JPH08211029A

JPH08211029A - 超音波探傷方法

Info

Publication number: JPH08211029A
Application number: JP7019149A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Okuno; 隆一奥野; Yoshinori Fukuda; 義徳福田; Akio Nagamune; 章生長棟
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1995-02-07
Filing date: 1995-02-07
Publication date: 1996-08-20

Abstract

(57)【要約】【目的】オーステナイト系ステンレス鋼又はニッケル
クロム合金鋼による溶接を含む溶接部に対して、縦波超
音波の斜角入射による探傷を行い、擬似遅れエコーの低
減が可能な超音波探傷方法。【構成】縦波超音波の斜角入射による送受信が可能な
超音波探触子４を介してＦＭ信号送信部３から所定パル
ス幅内で周波数を遷移させるチャープ波を用いた超音波
を被検体５に送信し、前記超音波探触子４を介して得ら
れた受信波に対して、参照波設定部７にあらかじめ設定
された同等のチャープ波を用いて、パルス圧縮部６が相
関処理を施した信号によって溶接部内の欠陥を探傷する
超音波探傷方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は超音波を用いて溶接部
内部を非破壊で検査する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の一般的な超音波探傷装置
の機能構成図である。図１１において、２１は各回路に
必要な同期信号を発生し出力する同期部、２２は同期部
２１からの出力信号をもとに送信電気信号を発生する送
信部、２３は送信部２２からの送信電気信号をもとに超
音波を発生し被検体２４の内部に超音波を入射させると
共に、被検体内部からのエコーを受信し電気信号に変換
する探触子、２５は探触子２３からの電気信号を増幅さ
せる受信部、２６は受信部２５からの出力信号を表示す
る表示部である。

【０００３】超音波を用いて材料の内外部の検査を行う
場合、一般には図１１に示すような装置が使用されてい
る。上記のように構成された装置では、一般に送信信号
波形としてパルス波が用いられていて、パルス波は波形
が鋭く、パルスの時間軸方向の幅が短いため時間軸分解
能が優れている。一方、粒子の粗い材料等を探傷する場
合には、材料の粒子の境界からの反射エコー（林状エコ
ーと呼ぶ）が発生し、それがノイズとなり材料内部の欠
陥からの反射エコーに混入するため、受信信号の信号対
雑音比（ＳＮ比）が悪化し探傷が困難になる場合が生じ
る。

【０００４】特にオーステナイト系ステンレス鋼やイン
コネル又はインコロイの様な、ニッケルクロム合金等の
オーステナイト系の溶接部の超音波探傷能力は、フェラ
イト系溶接部のそれに比べて、林状エコーレベルや擬似
エコーレベルが高くＳＮ比の悪化により極めて制限され
る（オーステナイト系溶接部の超音波探傷便覧：１９８
６年２月、ＪＳＮＤＩ・２０２小委員会翻訳）。図１２
はオーステナイト鋼溶接部の組織断面例を示す図であ
り、図１３は探傷波形における林状エコーの発生状況を
示す図である。上記超音波探傷能力の制限は、オーステ
ナイト系の溶接金属の特性であるが、大きく伸びた異方
性のある結晶粒（デンドライト）が存在し、図１２に示
すような規則的な柱状晶組織が生じるため、超音波は異
方性のある挙動を示し、結晶粒界でのモード変換や散乱
により、図１３に示すような林状エコーの重大な発生源
となっている。

【０００５】前記オーステナイト系溶接部の超音波探傷
は、溶接部の断面に対して斜めに超音波を入射させる斜
角探触子を用いることが一般的であるが、横波よりもむ
しろ縦波による探触子を使用する事により、前記の林状
エコーや擬似信号の低減が可能である。その理由を以下
に示す。（１）超音波の周波数の増加とともに超音波の散乱は増
加するため、低い周波数の適用が有効であるが、低い周
波数は、遠距離音場での拡散を考慮しなければならな
い。広く拡散する超音波ビームは、散乱する結晶粒領域
が多くなるため、ＳＮ比の悪化を招く。しかし、この現
象は、横波に起因する現象であり、縦波では起りにく
い。図１４はオーステナイト鋼溶接部中の超音波伝播の
様子を示す図である。（２）鋼母材部からオーステナイト鋼溶接部に見られる
柱状組織への超音波の入射に見られる屈折は、しばしば
横波に生じる現象であり、これが図１４に示すように、
柱状晶の生長方向に沿って超音波が進み、同一経路を経
て戻ってくるため、欠陥エコーと見間違えやすい。しか
し、縦波であれば、起こりにくい。（３）超音波の減衰においては、縦波と横波の音速で
は、縦波の方が大きいため、同一周波数の超音波におい
ては波長が長く、減衰の影響を受けにくい。

【０００６】以上のような長所をもって、縦波斜角探触
子の使用が有利であるが、超音波の鋼中への入射におい
て、図１４に示すように、縦波よりも小さな入射角で、
横波が一緒に発生するという欠点がある。さらに縦波と
ほぼ同じ強度をもつ横波の存在は、探傷結果の解釈を誤
らせる擬似エコーを生じる。また、縦波の鋼裏面でのス
キップにおいては、ほとんどが横波に変化するため、溶
接部の探傷では、直射による探傷に限定され、溶接部表
面近傍のように超音波が直射により入射できないため、
溶接ビードの除去等の作業が生じ、探傷作業に制限を受
ける。図１５はオーステナイト鋼溶接部の探傷方法を示
す図である。しかしながら、前記縦波斜角探触子による
探傷作業の制約は、図１５に示すように、前記オーステ
ナイト鋼溶接部に直接入射する探触子操作範囲を選択す
ることにより、多少面倒な作業ではあるが解決すること
が可能である。

【０００７】さらに、前記縦波斜角探触子を用いた探傷
においては、鋼中の縦波入射と共に相当の横波入射が起
こるため、感度余裕が少ないことと、林状エコーや擬似
信号低減のために例えば下記のような様々な対策が取ら
れている。（１）集束型探触子を用いる方法集束型探触子により超音波ビームの拡散を防ぎ、探傷箇
所に超音波エネルギーを集中させる。図１６は林状エコ
ーレベルと超音波周波数との関係を示す図である。（２）広帯域型探触子を用いる方法一般に結晶組織中からの林状エコーレベルと超音波周波
数の関係は、図１６の（ａ）に示すごとき関係が成り立
ち、周波数が高くなるほど林状エコーレベルは高くな
る。ここで、広帯域型探触子のスペクトラムは、同図の
（ａ）に示すように従来の狭帯域型のそれに比べ、広い
周波数帯域を有している。

【０００８】一方、鋼中を伝搬して受信された反射エコ
ーは、図１６の（ｂ）に示すような材料というフィルタ
を透過したものであると考えられるため、いま周波数を
ｆ、ω＝２πｆとして、このωについての送信波の関数
Ｓ（ω）は、伝達関数Ｚ（ω）を有する材料というフィ
ルタを透過し、Ｘ（ω）という受信波の関数となる。こ
れらの関係を式（１）に示す。Ｘ（ω）＝Ｓ（ω）×Ｚ（ω） …（１）受信波Ｘ（ω）のスペクトラムで示したものを図１６の
（ｃ）に示す。従来の狭帯域型探触子の受信波Ｘ
₁（ω）に比べて、広帯域型探触子の受信波Ｘ₂（ω）
は、広く大きなスペクトラムを有するため、林状エコー
の影響が小さい。しかし、感度の低下が生じた場合にも
十分なる感度余裕を確保できることが、ＳＮ比向上の条
件となる。

【０００９】このような対策に加えて、更なる林状エコ
ーの低減を目指す方法がある。これは、材料内部に入射
する超音波の周波数または波形を選択し、受信波のＳＮ
比を最適にするように調整する方法であり、従来のパル
ス波を送信する方法では、受信波の周波数と波形の最適
化は、探触子に存在している。図１７は、上記方法の一
例としての特公平３−４３５８６号公報に示された超音
波探傷装置の機能構成図である。図１７において、２１
〜２６は図１１に示したものと同様なものである。２７
は周波数設定部２８からの制御信号に従い、同期部２１
からの出力信号に同期して発生する周波数を可変とする
周波数可変回路、２８は周波数可変回路２７への制御信
号を出力する周波数設定部、２９は波数設定部３０から
の制御信号に従い、周波数可変回路２７の出力信号の波
数を可変とする波数可変回路、３０は波数可変回路２９
への制御信号を出力する波数設定部である。上記のよう
な構成を有する装置では、被検材の探傷に最適な送信周
波数と送信波数を可変設定することにより、送信波スペ
クトルを制御できる。図１８は図１７の装置で励振され
るバースト波と一般のパルス波との比較を示す図であ
り、同図の（ａ）は図１７の装置で励振されるバースト
波と呼ばれるもので、従来のパルス波に比べて、送信時
間が長く振幅が同一であれば、図１８の（ｂ）に示すパ
ルス波よりも強いエネルギーを出力することが可能であ
る。

【００１０】図１９はバースト波励振による効果を説明
するための図である。ここで、従来の広帯域型探触子に
バースト波を用いると、図１９の（ａ）に示すように、
探触子のスペクトラム中で林状エコーの影響の少ない周
波数範囲での高いエネルギーの送信が可能になり、従来
のパルス波（図１９の（ｃ）を参照）に比べて、林状エ
コーの低減並びに感度の確保が可能である（図１９の
（ｂ）を参照）。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図２０は横波変換によ
る擬似エコーを説明するための図である。従来の縦波斜
角探傷による問題点のうちで解決できない問題点の一つ
に、図２０の（ａ）に示すような裏面近傍の欠陥を探傷
しようとする場合、または図２０の（ｂ）のような内面
クラッド鋼によるＵＯＥ鋼管のオーステナイト系ＳＵＳ
溶接部の探傷を行う場合に、図１７に示す装置を用いる
と擬似遅れエコーの問題がある。これは、欠陥反射や裏
面ビードの反射により縦波が横波が変化し、図２０の
（ｃ）の探傷波形に示すように、遅れエコーとしての縦
波反射エコーと同レベルの擬似エコーが確認されること
である。この擬似遅れエコーは、横波と縦波の音速差に
起因し、しばしば違う欠陥として見間違う可能性があ
る。しかし、この問題は図１７に示す装置を用いること
により、ある程度解決可能である。これは、横波は縦波
に比べて音速が小さく、鋼中での波長が短いため、散乱
減衰を受け易いからである。

【００１２】一般に、超音波の散乱減衰α（ｆ）は下記
の式（２−１）〜（２−３）に示すように、周波数ｆの
関数として表され、超音波周波数が高いほど、つまり波
長が短いほど減衰の影響を受ける。いま、超音波の周波
数をｆ、音速をＶ、波長をλ（λ＝Ｖ／ｆ）、被検材の
結晶粒径をＤ、Ａ，Ｂ，Ｃをそれぞれ比例定数とする
と、Ｄとλとの大小関係によって、下記の式（２−１）
〜（２−３）が成立する。（１）結晶粒径Ｄが波長λに
比べて十分小さいときはＲａｙｌｅｉｇｈ散乱となり、 α（ｆ）＝Ａ・Ｄ³・ｆ⁴ …… （２−１）（２）結晶粒径Ｄが波長λが同等に近いときはＳｔｏｃ
ｈａｓｔｉｃ散乱となり、 α（ｆ）＝Ｂ・Ｄ・ｆ² …… （２−２）（３）結晶粒径Ｄが波長λより大きいときは拡散散乱と
なり、 α（ｆ）＝Ｃ／Ｄ …… （２−３）

【００１３】図２１はバースト波励振による擬似エコー
低減の効果を示す図である。そこで、図２１の（ａ），
（ｂ），（ｃ）のようにバースト波の周波数を変化さ
せ、欠陥からの受信波を観察すると、横波変換による擬
似エコーは変化しないが、欠陥エコーが強調されていく
様子が同図の（ｄ），（ｅ），（ｆ）に示される。しか
しながら図１７に示す装置を使用する超音波探傷方法に
おいては、パルス波よりも強いエネルギーを出力するの
に時間軸方向に長いバースト波を送信波として用いるた
め、距離分解能の点で、従来のインパルス波に劣るとい
う問題点があった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
超音波探傷方法は、オーステナイト系ステンレス鋼又は
ニッケルクロム合金鋼による溶接を含む溶接部に対し
て、縦波超音波の斜角入射による送受信が可能な超音波
探触子を用いて前記溶接部内の欠陥を探傷する方法にお
いて、超音波の送受信波として所定パルス幅内で周波数
を遷移させるチャープ波を用い、その受信波とあらかじ
め設定された同等のチャープ波を用いた参照波との相関
処理を施した信号によって前記溶接部内の欠陥を探傷す
るものである。

【００１５】本発明の請求項２に係る超音波探傷方法
は、前記請求項１に係る超音波探傷方法において、前記
超音波の送受信波として所定パルス幅内で周波数を遷移
させるチャープ波は、前記超音波探触子の応答可能な周
波数帯域において、その中心周波数を可及的に高く設定
するようにしたものである。

【００１６】本発明の請求項３に係る超音波探傷方法
は、前記請求項１又は請求項２に係る超音波探傷方法に
おいて、前記溶接部を複数の探傷領域に分け、該複数の
各探傷領域を個別に探傷できる各位置に前記縦波超音波
の斜角入射による送受信が可能な超音波探触子をそれぞ
れ設けて前記溶接部内の欠陥を探傷するようにしたもの
である。

【００１７】

【作用】上記の距離分解能の劣化を解決する技術とし
て、レーダーの分野で知られているパルス圧縮という技
術がある（Ｒａｄａｒｈａｎｄｂｏｏｋ，Ｓｋｏｌｎ
ｉｋｅｔ．，ＭｃＧｒａｗ−ＨｉｌｌＩｎｃ．，１
９７０参照）。図８は直線状周波数変調パルス圧縮レー
ダの説明図であり、同図の（ａ）は、時刻ｔ₁からｔ₂
までの送信時間Ｔ（送信パルス幅に等しい）内で周波数
をｆ₁からｆ₂まで直線状に周波数変調（ＦＭ）を行う
ことを示し、（ｂ）はこのように直線状に周波数変調さ
れた波（これをチャープ波という）の波形を示してい
る。パルス圧縮レーダの一例としては、図８の（ｂ）の
ような周波数変調波を送信波として送信し、その受信波
形と送信に用いた波形との相互相関演算処理を行うこと
により、受信波の時間軸方向のパルス幅を圧縮し振幅の
鋭い波形を得るのと共に、受信信号のＳＮ比を向上させ
ている。図８の（ｃ）は相互相関演算処理後の信号波形
を示している。

【００１８】パルス圧縮技術を超音波の分野に適用した
文献としては、例えば特開昭６３−２３３３６９号公報
に示された超音波診断用パルス圧縮装置がある。この装
置においては、超音波エコー信号をパルス圧縮するの
に、直交検波手段を介した複素数信号と基準波信号との
相互相関処理を行っている。一般に、２つの関数ｆ
₁(t) とｆ₂(t) の相関演算を行った結果としての相関
関数ｓ（τ）は次の式（３）のように定義される。

【００１９】

【数１】

【００２０】前記式（３）はｆ₁(t) ，ｆ₂(t) がそれ
ぞれ連続関数の場合の相関演算式であり、最近はアナロ
グ形式の受信信号をＡ／Ｄ変換器を介してデジタル形式
の離散化信号（サンプリングされた不連続の信号）とし
て処理する場合が多いので、この場合の相関演算式を次
の式（４）に示す。なお式（４）のＮはサンプルの総数
である。

【００２１】

【数２】

【００２２】前記式（４）の演算は、一般に複数の遅延
器と乗算器とを有するＦＩＲ（有限インパルス応答）デ
ジタルフィルタにより実現できる。図９はＦＩＲデジタ
ルフィルタの構成例を示す図であり、＋印は加算器、×
印は乗算器、Ｚ^-1は遅延器であり、各遅延器は入力信号
に対して送信の繰返し周期に相当する時間の遅延を行い
出力する。

【００２３】図９のデジタルフィルタにおいては、デジ
タル信号に離散化された受信波形ｘ（τ）と相関演算を
行うための参照波形は、ある一定のサンプリング周波数
でサンプリングされ（離散化され）、この例では各離散
化データ値は、１２８個のｃ₀〜ｃ₁₂₇として、それぞ
れ×印の乗算器の一方に入力される。一方入力端から各
送信周期毎に入力される離散化受信データｘ（τ）は、
各乗算器の他方の入力に直接供給され、前記参照データ
ｃ₀〜ｃ₁₂₇とそれぞれ個別に乗算され、ｃ₁₂ ₇との乗
算結果を除く各乗算結果はそれぞれ１２７個の遅延器と
加算器とが交互に直列接続された該当加算器の入力の一
方に供給される。そして、ｃ₁₂₇との乗算結果のみが前
記交互に直列接続された先頭の遅延器に直接供給され、
この遅延器の後段に直列接続される加算器の入力の他方
にはｃ₁₂ ₆との乗算結果が供給されている。そして前記
直列結合の最後の加算器の出力が相関演算出力となる。
以上の演算結果を式（５）に示す。

【００２４】

【数３】

【００２５】このように構成されたＦＩＲデジタルフィ
ルタは、入力端から逐次入力される離散化データｘ
（τ）と参照波形の散乱化データＣ（ｉ）に対して下記
の式（６）で畳み込み演算を実施し、この演算結果のｙ
（τ）を得るものである。式（６）では、信号時間を逆
転して信号の向きを逆向きにしてから時間的にずらす
が、参照波形の離散データの配列Ｃ₀〜Ｃ₁₂₇を逆方向
に並べ変えることで、等価な処理を行うことができる。

【００２６】

【数４】

【００２７】図１０は図９のデジタルフィルタの動作を
説明する波形図であり、図１０においては、周波数変調
波を送信後、時間の経過に従い順次得られる受信信号を
時間τ〜τ＋１２７毎に区切り、この区切られた各受信
波形と参照波形との畳み込み演算（２つの波形の類似度
を求める演算と等価）を受信期間の最初から順次行った
演算結果である相関出力の時間的変化を示している。い
ま受信エコー波形は時間軸のほぼ中央に得られているか
ら、参照波を時間的に順次ずらしてゆき、受信エコー波
と参照波の位相が一致したとき（図１０の時間軸のほぼ
中央で）、最大ピークの相関出力が得られることがわか
る。このピークのレベルは類似度によって異なる。

【００２８】これをオーステナイト鋼溶接部の縦波斜角
探傷に適用した場合、探触子からの縦波の送受信と反射
後に横波に変化する擬似エコーの受信に関して、材料特
性の影響度が異なる。つまり、式（１）に示すように送
信波Ｓ（ω）は、縦波の送受信により材料の伝搬に伴う
伝達関数Ｚ（ω）のフィルタを透過し、受信波Ｘ（ω）
となる。しかし、反射により横波に変換した受信波Ｘ′
（ω）は材料の別途の伝達関数Ｚ′（ω）フィルタを透
過したものと等価であり、下記の式（７）が成立する。Ｘ′（ω）＝Ｓ（ω）×Ｚ′（ω） …（７）ここで、両受信波Ｘ（ω）およびＸ′（ω）のパルス圧
縮を行う場合、縦波による受信波Ｘ（ω）との相関が大
きくなるように設定された参照波Ｃ（ω）により両受信
波の相関処理を行うと、Ｘ（ω）については、相関度が
大なるがために、相関処理後の波形のピークレベルは最
大となるが、Ｘ′（ω）については、相関度が劣るた
め、相関処理後の波形のピークレベルは低下する。よっ
て、擬似エコーとなるＸ′（ω）を低減させることが可
能である。以下実施例において、具体的な探傷例によっ
て上記擬似エコーの低減を説明する。

【００２９】

【実施例】図１は本発明に係る超音波探傷装置の一例を
示す機能構成図である。図１において、１は各回路に必
要な同期信号を発生し出力する同期部、２は所定波形の
周波数変調信号（この例ではチャープ信号波）を設定す
るＦＭ信号設定部、３はＦＭ信号設定部２で設定された
ＦＭ信号に基づき送信するＦＭ信号を発生し探触子４へ
供給するＦＭ信号送信部、４はＦＭ信号送信部３からの
送信信号をもとに超音波を発生し被検体５の内部に超音
波を入射させると共に、被検体内部らかのエコーを電気
信号に変換する探触子、５は探傷を行う被検体、６はパ
ルス圧縮部、７は参照波設定部、８は表示部である。

【００３０】図１の装置においては、同期部１から所定
の繰返し同期毎に出力される同期信号に基づき、所定周
期毎にＦＭ信号設定部２で設定されたＦＭ信号がＦＭ信
号送信部３から送信される。探触子４は送信されてきた
ＦＭ信号をもとに超音波を発生し被検体５に超音波を入
射させると共に、被検体内外部に存在する音響インピー
ダンスの不均一部からの超音波反射エコーを捉えて電気
信号に変換して出力する。探触子４からの受信信号は、
同期部１からの出力信号に基づき、パルス圧縮部６にお
いて参照波設定部７で設定された参照波との相関演算に
よりパルス圧縮がなされ、その結果が表示部８に表示さ
れる。

【００３１】図２は図１の装置の具体的なハードウェア
構成の一例を示す図である。図２において、１１はパー
ソナルコンピュータであり、図１の同期部１、ＦＭ信号
設定部２、ＦＭ信号送信部３及び参照波設定部７の各機
能動作をすべて行うものである。１２はＤ／Ａ変換器、
１３は送信用のアンプ、１４は縦波斜角用の探触子、１
５は受信用のアンプ、１６はＡ／Ｄ変換器、１７はＦＩ
Ｒフィルタであり、図１のパルス圧縮部６の具体的なハ
ードウェアである。ＦＩＲフィルタ１７としては、例え
ば図９の構成によるものでよい。１８はオッシロスコー
プ、１９はオーステナイト鋼溶接部を有する被検体であ
る。

【００３２】図２においては、パーソナルコンピュータ
１１で作成されたＦＭ波形は、Ｄ／Ａ変換器１２により
アナログ信号に変換され、送信用アンプ１３によ所要の
送信電力にまで増幅され、探触子１４から超音波として
被検体１９内に送信される。探触子１４に受信された信
号は受信用アンプ１５で信号増幅され、Ａ／Ｄ変換器６
で逐次デジタル信号に変換される。そして、この受信デ
ジタル信号は、ＦＩＲフィルタ１７により、パーソナル
コンピュータ１１が作成し出力する参照波と相関演算さ
れ、パルス圧縮処理が行われる。このパルス圧縮後の波
形がオッシロスコープ１８に表示される。ここでパーソ
ナルコンピュータ１１を使用した理由は、プログラムの
変更により、送信波の波形及び参照波の波形を任意の形
状に設定することが可能であるからである。

【００３３】探傷例本発明を実施した探傷例は、被検体をオーステナイト系
ステンレス鋼の完全溶込み突合わせ溶接部とし、この被
検体内の欠陥探傷を行った場合の例であり、図３〜図５
がこの探傷における各種波形の説明図である。この探傷
例に於いて、縦波斜角用探触子１４の公称周波数は５Ｍ
Ｈｚであり、被検体１９の厚さは２５ｍｍである。また
被検体の溶接部のほぼ中央部に直径３．２ｍｍのドリル
ホール人工欠陥を設け、また前記縦波斜角用探触子（縦
波入射角６０度）を介して送受波を行う際の送信波形
と、受信信号をパルス圧縮するのに用いる参照波形とを
種々変更して、前記人工欠陥を探傷した場合の各種波形
を図３〜図５にそれぞれ示したものである。

【００３４】図３の（ａ）は、送信波の中心周波数を３
ＭＨｚ、その遷移周波数を５ＭＨｚ、そのパルス幅を４
μｓとした場合の送信波形である。また同図の（ｂ）は
受信信号をパルス圧縮するのに用いる参照波形であり、
送信波形（ａ）と同一の形状に設定した。また同図の
（ｃ）は、上記送信波形（ａ）と参照波形（ｂ）の場合
のパルス圧縮処理後の波形であり、波形中に縦波反射エ
コー（図ではＦエコーと記す）に遅れて反射後に横波に
変換された遅れエコーが確認できる。ここで縦波反射エ
コーレベルをＳとし、遅れエコーレベルをＮとして、両
者の比であるＳ／Ｎ（単位はｄＢ）を求めておき、後述
する図７においてこのＳ／Ｎの比較を行う。

【００３５】図４の（ａ）は、送信波の中心周波数を５
ＭＨｚ、その遷移周波数を８ＭＨｚ、そのパルス幅を４
μｓとした場合の送信波形である。また同図の（ｂ）は
受信信号をパルス圧縮するのに用いる参照波形であり、
送信波形（ａ）と同一の形状に設定した。また同図の
（ｃ）は、上記送信波形（ａ）と参照波形（ｂ）の場合
のパルス圧縮処理後の波形であり、波形中に縦波反射エ
コー（図ではＦエコーと記す）に遅れて反射後に横波に
変換された遅れエコーが確認できる。ここで縦波反射エ
コーレベルをＳとし、遅れエコーレベルをＮとしてＳ／
Ｎ（単位はｄＢ）を求め、このＳ／Ｎの比較を図７で説
明する。

【００３６】図５の（ａ）は、送信波の中心周波数を７
ＭＨｚ、その遷移周波数を８ＭＨｚ、そのパルス幅を４
μｓとした場合の送信波形である。また同図の（ｂ）は
受信信号をパルス圧縮するのに用いる参照波形であり、
送信波形（ａ）と同一の形状に設定した。また同図の
（ｃ）は、上記送信波形（ａ）と参照波形（ｂ）の場合
のパルス圧縮処理後の波形であり、波形中に縦波反射エ
コー（図ではＦエコーと記す）に遅れて反射後に横波に
変換された遅れエコーが確認できる。ここで縦波反射エ
コーレベルをＳとし、遅れエコーレベルをＮとしてＳ／
Ｎ（単位はｄＢ）を求め、このＳ／Ｎの比較を図７で説
明する。

【００３７】図６は従来のパルス反射法により縦波斜角
探触子を用いた探傷波形を示す図であり、本発明の図３
〜図５と比較するため、同一人工欠陥を探傷した波形で
あり、同様にＦエコーレベルをＳ、遅れエコーレベルを
ＮとしてＳ／Ｎを求める。

【００３８】図７は、本発明の実施例の効果を説明する
図である。図７においては、前記図３〜図５において、
送信波及び参照波であるチャープ波の中心周波数をそれ
ぞれ３ＭＨｚ、５ＭＨｚ、７ＭＨｚとしてパルス圧縮後
の波形（ｃ）から求めた３つのＳ／Ｎ値（単位はｄＢ）
を示すＡ，Ｂ，Ｃと、前記図６のパルス反射法による探
傷波形から求めたＳ／Ｎ値を示すＤとを比較して示した
ものである。図７によって、送信波及び参照波であるチ
ャープ波の中心周波数を高くすることにより、Ｓ／Ｎが
改善され、相対的にＦエコーレベルが増加し、遅れエコ
ーレベルが減少してゆくことがわかる。

【００３９】なお上記実施例においては、単一の超音波
探触子によって溶接部を探傷する場合の例を示したが、
本発明はこれに限定されるものではない。例えば被溶接
材が板形状の場合に、その溶接部を、板形状の表面側と
裏面側や、図１５のように深さ方向の距離に応じて複数
の探傷領域に分けたり、または板形状の幅方向の距離に
応じて複数の探傷領域に分け、この複数の各探傷領域を
個別に探傷できる各位置に前記縦波超音波の斜角入射に
よる送受信が可能な超音波探触子をそれぞれ設けて前記
溶接部内の欠陥を探傷するようにしてもよい。このよう
に複数の超音波探触子を用いて、複数の各探傷領域毎の
欠陥が得られることにより、溶接部内の欠陥場所が特定
されるのと共に、超音波探触子を移動させる手間が不要
となり、探傷作業の作業能率が向上する。

【００４０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、オーステ
ナイト系ステンレス鋼又はニッケルクロム合金鋼による
溶接を含む溶接部に対して、縦波超音波の斜角入射によ
る送受信が可能な超音波探触子を用いて前記溶接部内の
欠陥を探傷する方法において、超音波の送受信波として
所定パルス幅内で周波数を遷移させるチャープ波を用
い、その受信波とあらかじめ設定された同等のチャープ
波を用いた参照波との相関処理を施した信号によって前
記溶接部内の欠陥を探傷するようにしたので、欠陥エコ
ーレベルと横波変換による遅れエコーレベルとの比較に
おいて、従来欠陥エコーか否かの判断が困難であった遅
れエコーレベルの低減に効果があり、安定した探傷作業
が可能になる。

【００４１】また本発明によれば、前記超音波の送受信
波として所定パルス幅内で周波数を遷移させるチャープ
波は、前記超音波探触子の応答可能な周波数帯域におい
て、その中心周波数を可及的に高く設定するようにした
ので、チャープ波の中心周波数が高くなるほど、欠陥エ
コーレベルと遅れエコーレベルとの比が大きくなり、微
細な欠陥の探傷が容易になる。

【００４２】また本発明によれば、前記溶接部を複数の
探傷領域に分け、該複数の各探傷領域を個別に探傷でき
る各位置に前記縦波超音波の斜角入射による送受信が可
能な超音波探触子をそれぞれ設けて前記溶接部内の欠陥
を探傷するようにしたので、例えば被溶接材が板形状の
場合に、その溶接部を板形状の表裏や深さに応じて複数
の探傷領域に分けたり（図１５参照）、または板形状の
幅方向の距離に応じて複数の探傷領域に分けて、各探傷
領域毎の欠陥が得られ、溶接部内の欠陥場所が特定され
るのと共に、超音波探触子を移動させる手間が不要とな
り、探傷作業の作業能率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る超音波探傷装置の一例を示す機能
構成図である。

【図２】図１の装置の具体的なハードウェア構成の一例
を示す図である。

【図３】本発明の探傷例における各種波形の説明図１で
ある。

【図４】本発明の探傷例における各種波形の説明図２で
ある。

【図５】本発明の探傷例における各種波形の説明図３で
ある。

【図６】従来のパルス反射法により縦波斜角探触子を用
いた探傷波形を示す図である。

【図７】本発明の実施例の効果を説明する図である。

【図８】直線状周波数変調パルス圧縮レーダの説明図で
ある。

【図９】ＦＩＲデジタルフィルタの構成例を示す図であ
る。

【図１０】図９の動作を説明するための波形図である。

【図１１】従来の一般的な超音波探傷装置の機能構成図
である。

【図１２】オーステナイト鋼溶接部の組織断面例を示す
図である。

【図１３】林状エコーの探傷波形における発生状況を示
す図である。

【図１４】オーステナイト鋼溶接部中の超音波伝搬の様
子を示す図である。

【図１５】オーステナイト鋼溶接部の探傷方法を示す図
である。

【図１６】林状エコーレベルと超音波周波数の関係を示
す図である。

【図１７】従来の文献に示された超音波探傷装置の機能
構成図である。

【図１８】図１７の装置で励振されるバースト波と一般
のパルス波との比較を示す図である。

【図１９】バースト波励振による効果を説明するための
図である。

【図２０】横波変換による効果を説明するための図であ
る。

【図２１】バースト波励振による擬似エコー低減の効果
を示す図である。

【符号の説明】

１同期部２ＦＭ信号設定部３ＦＭ信号送信部４，１４探触子５，１９被検体６パルス圧縮部７参照波設定部８表示部１１パーソナルコンピュータ１２Ｄ／Ａ変換器１３送信用アンプ１５受信用アンプ１６Ａ／Ｄ変換器１７ＦＩＲフィルタ１８オッシロスコープ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】オーステナイト系ステンレス鋼又はニッ
ケルクロム合金鋼による溶接を含む溶接部に対して、縦
波超音波の斜角入射による送受信が可能な超音波探触子
を用いて前記溶接部内の欠陥を探傷する方法において、超音波の送受信波として所定パルス幅内で周波数を遷移
させるチャープ波を用い、その受信波とあらかじめ設定
された同等のチャープ波を用いた参照波との相関処理を
施した信号によって前記溶接部内の欠陥を探傷すること
を特徴とする超音波探傷方法。
【請求項２】前記超音波の送受信波として所定パルス
幅内で周波数を遷移させるチャープ波は、前記超音波探
触子の応答可能な周波数帯域において、その中心周波数
を可及的に高く設定することを特徴とする請求項１記載
の超音波探傷方法。
【請求項３】前記溶接部を複数の探傷領域に分け、該
複数の各探傷領域を個別に探傷できる各位置に前記縦波
超音波の斜角入射による送受信が可能な超音波探触子を
それぞれ設けて前記溶接部内の欠陥を探傷することを特
徴とする請求項１又は請求項２記載の超音波探傷方法。