JPH08248012A

JPH08248012A - 鉛シース管用超音波探傷装置

Info

Publication number: JPH08248012A
Application number: JP7047425A
Authority: JP
Inventors: Keizo Abe; 桂三阿部; Tadashi Kimura; 忠司木村; Takashi Tsutsui; 尚筒井; Hideyuki Nozawa; 英行野沢; Akira Takeda; 晃武田; Katsuhiko Furuya; 克彦古谷; Mikio Kuge; 幹雄久下; Akio Shiba; 彰男芝
Original assignee: ASUPEKUTO KK; Hitachi Cable Ltd
Current assignee: ASUPEKUTO KK; Hitachi Cable Ltd
Priority date: 1995-03-07
Filing date: 1995-03-07
Publication date: 1996-09-27
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JP3205678B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超音波探触子の全面に亘ってビーム路程差の
ない鉛シース管用超音波探傷装置を提供する。【構成】鉛シース管１０の外方に配した超音波探触子
１の超音波放射面２０より超音波を発生させ、この鉛シ
ース管１０からの反射波を検出する鉛シース管用超音波
探傷装置において、上記超音波探触子１の超音波放射面
２０が鉛シース管１０の径方向内方に向けられ、かつ鉛
シース管１０の軸方向に傾けられていると共に、この超
音波放射面２０が鉛シース管１０の外周円２３からの距
離を一定とする曲面を形成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超音波の反射波を利用
して欠陥を検査する鉛シース管用超音波探傷装置に係
り、特に、超音波探触子の全面に亘ってビーム路程差の
ない鉛シース管用超音波探傷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】生産ラインにおける金属パイプの超音波
探傷の手法としては、一方向に曲率を持ったポリマー探
触子を円周上に複数個配置し、パイプ材料内部の欠陥を
検出するパイプ全面探傷システムがある（社団法人日
本非破壊検査協会第２分科会資料「無回転式パイプ全
面探傷用探触子ＨＲＰ」１９９４年８月）。このシステ
ムに用いられる探触子はポリマー製の振動子を長手方向
にＲ２０〜Ｒ１１０の曲率をもって一方向に曲げたもの
である。

【０００３】図６に示されるように、このシステムで
は、金属パイプ２ａの円周方向に曲率を持つ探触子１ａ
を金属パイプ２ａの周囲に金属パイプ２ａの軸方向に対
して直角に複数個配置し、その中で金属パイプ２ａを軸
方向に移動させて探傷検査を行うものである。このシス
テムによる装置は、図７に示されるように、水を満たし
た水槽３の入口及び出口に封水のためのシャッタ機構
（封水シャッタ）６を配置し、図６の探触子配置を持つ
探触子ユニット５を位置調整機構４に取り付けたものを
水中に配し、これら探触子ユニット５の中心に金属パイ
プ２ａを通過させる。相互に円周方向位置の異なる探触
子ユニット５を複数配置することにより、金属パイプ２
ａの全周面に亘る検査を可能としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の探触子を応用し
て鉛シース管の超音波探傷を行おうとすると、以下の問
題点が生じる。

【０００５】１）鉛シース管の材料厚さは、一般的に５
ｍｍ程度と薄いために、その材料中の欠陥を検出するこ
とが難しくなる。図８に示されるように、超音波探触子
１ａから発振した超音波ビーム７（矢印で進行方向を示
す）は鉛シース管１０の内部に伝達されて、欠陥が存在
する場合、その欠陥部分から反射する。その反射波を捕
えて探傷を行う。ところが、超音波ビームは材料の表面
や裏面からも反射する。従って、検出される反射波は、
材料表面からの反射波８や材料裏面からの反射波９を含
んでいる。得られる波形には、図９に示されるように、
材料表面からの反射波による波形８ａや材料裏面からの
反射波による波形９ａが大きく現れている。このため材
料の肉厚に相当する検査範囲１１の中に存在する欠陥部
分からの反射波による波形１２ａが埋もれてしまい、検
出ができなくなる。

【０００６】２）上記の材料表面・裏面からの反射波を
小さくするために、探触子を鉛シース管の軸方向に傾
け、超音波ビームを斜めに入射させる方法がある。図１
０に示されるように、超音波ビーム７が鉛シース管１０
に入射すると、その入射方向が傾いていることにより、
材料表面からの反射波８と材料裏面からの反射波９と
は、各々探触子１ａの方向とは異なる方向に反射するの
で、前述の波形８ａや波形９ａが検出波形には現れず、
欠陥部分からの反射波による波形１２ａのみ検出可能と
なる。ところが、探触子を傾けることによって、図１１
に示す別の問題が発生する。即ち、超音波探触子１ａが
鉛シース管１０の円周方向に曲率と長さ１５とを持って
いるが故に、鉛シース管１０の軸方向に傾きを持って入
射する超音波ビームの中央部でのビーム路程１３と両端
部でのビーム路程１４との間に差が生じる。その結果、
波形に現れる反射波から欠陥部分の位置が特定できなく
なる。つまり、欠陥部分からの反射波が検出されても、
その反射波を探触子１ａの中央部で捕えたか、端部で捕
えたかによって波形に反射波の現れる位置が異なり、材
料の肉厚に相当する検査範囲での検査ができなくなる。

【０００７】３）また、鉛シース管の場合、その材料の
比重が大きいための特性として超音波減衰が非常に大き
い。このためより大きな振動エネルギが必要であり、大
きな面積を持つ探触子を使用する必要が生じるが、その
ために図１１の超音波探触子１ａの幅１６を大きくする
と、前記のビーム路程の差がより増大することになり、
検査はいっそう難しいものになる。

【０００８】そこで、本発明の目的は、上記課題を解決
し、超音波探触子の全面に亘ってビーム路程差のない鉛
シース管用超音波探傷装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、鉛シース管の外方に配した超音波探触子の
超音波放射面より超音波を発生させ、この鉛シース管か
らの反射波を検出する鉛シース管用超音波探傷装置にお
いて、上記超音波探触子の超音波放射面が鉛シース管の
径方向内方に向けられ、かつ鉛シース管の軸方向に傾け
られていると共に、この超音波放射面が鉛シース管の外
周円からの距離を一定とする曲面を形成しているもので
ある。

【００１０】上記超音波探触子の超音波放射面が鉛シー
ス管を囲繞する三次曲面の一部であってもよい。

【００１１】また、水中に通され軸方向に移動する鉛シ
ース管の周囲に、この鉛シース管の外周円からの距離が
一定となる三次曲面の超音波放射面を有する超音波探触
子を鉛シース管の軸方向に傾けて鉛シース管の周方向に
複数配置し、これら超音波探触子を鉛シース管から一定
距離に保つ倣いローラを設け、鉛シース管の肉厚内の欠
陥部分からの反射波に基づき欠陥を検査する超音波探傷
機を設けたものである。

【００１２】

【作用】上記構成により、超音波探触子は、その超音波
放射面が鉛シース管の径方向内方に向いているだけでな
く、鉛シース管の軸方向に傾けられているので、材料表
面・裏面からの反射波には影響されない。加えて、この
超音波放射面が鉛シース管の外周円からの距離を一定と
する曲面を形成しているので、鉛シース管までのビーム
路程は超音波放射面の場所によらず一定である。即ち、
中央部と両端部とでビーム路程差がない。反射波の波形
から欠陥部分の位置が特定できることになる。

【００１３】また、ビーム路程が超音波放射面の場所に
よらず一定であることは、鉛シース管の外周円上に焦点
が分布していることになり、超音波エネルギが最大に集
約され、検査に有利である。

【００１４】また、大きな超音波エネルギを得るために
超音波放射面の面積を大きくする場合、超音波探触子を
鉛シース管の軸に沿った方向に大きくしても、鉛シース
管の周方向に大きくしてもビーム路程に差が現れないの
で、検査に障害を与えずに大きな超音波エネルギを得る
ことができる。

【００１５】さらに、鉛シース管の全周に亘って検査を
行うために複数個の超音波探触子を鉛シース管の周囲に
配置する場合、超音波探触子を鉛シース管の周方向に大
きくすることにより、超音波探触子のチャンネル数を減
じることができ、構成の簡素化と共に信頼性を向上させ
ることができる。

【００１６】移動する鉛シース管に対し超音波探触子を
倣いローラによって倣い追従させて一定距離に保ち、か
つ超音波の伝達に必要な水を水槽に確保しつつ、連続的
に超音波探傷することができる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例を添付図面に基づいて
詳述する。

【００１８】図１に示されるように、鉛シース管１０の
外方に配した本発明の超音波探触子１は、その超音波放
射面２０が鉛シース管１０の径方向内方に向けられ、か
つ鉛シース管１０の軸方向に傾けられている。その傾き
は、鉛シース管１０の軸線２１に直交する面に対する超
音波探触子１の幅広面の角度θで表される。超音波放射
面２０の全方向に対する中心の点から角度θに従い超音
波ビームが出射されるものとし、これより鉛シース管１
０の軸線２１までの直線距離はｒとなる。この超音波探
触子１は、鉛シース管１０の表面に超音波エネルギを収
束させるための、フォーカス曲率半径Ｒを有している。
即ち、超音波放射面２０が鉛シース管１０の外周円２３
からの距離Ｒを一定とする曲面を形成している。この曲
面は、鉛シース管１０を取り巻くドーナツ状の仮想の空
間２２の表面に沿っており、超音波探触子１はこのドー
ナツ状の空間２２の表面の一部を超音波放射面２０とし
たものである。鉛シース管１０の円周方向における超音
波探触子１の幅はＷ、鉛シース管１０の軸方向における
超音波探触子１の長さはＡである。

【００１９】図２（ａ）に示されるように、超音波探触
子１は超音波放射面２０をほぼ正面から見ると、変形し
た扇型を呈している。また、図２（ｂ）に示されるよう
に、ほぼ側面から見ると、フォーカス曲率半径Ｒに基づ
く曲線が現れている。さらに図２（ｃ）に示されるよう
に、ほぼ平面から見ると、直線距離ｒに基づく曲線が現
れている。このように超音波放射面２０は、３方向に曲
率を持つ複雑な三次曲面である。このために超音波探触
子１は成形加工の容易なポリマ材料で構成されている。

【００２０】次に実施例の作用を述べる。

【００２１】図３に示されるように、超音波探触子１よ
り鉛シース管１０に斜めに超音波ビームを入射させる
と、材料中に欠陥部分のない場合、破線で示すように、
材料表面からの反射波８や材料裏面からの反射波９は超
音波探触子１とは別の方向へ反射する。このため検出波
形に影響は表れない。

【００２２】一方、材料中に欠陥部分１７がある場合、
実線で示すように、欠陥部分１７からの反射波１２は超
音波探触子１に反射する。このため他の反射波に邪魔さ
れることなく欠陥部分１７からの反射波１２のみを捕え
ることができる。また、この図において、超音波放射面
２０上の鉛シース管１０軸に沿った方向で場所によらず
ビーム路程が一定であることがわかる。そして、この図
は鉛シース管１０の周方向のどの位置でも同等に得られ
るから、超音波放射面２０上の鉛シース管１０の周方向
で場所によらずビーム路程が一定であることがわかる。

【００２３】超音波探触子１の超音波放射面２０より発
生させた超音波ビームの収束先は、鉛シース管の外周円
２３、即ち、鉛シース管１０の軸に直交する断面に表れ
る外周円２３に一致する。複数の超音波探触子１を同一
円周上に配置することによって、鉛シース管２０の全周
に亘って均一に超音波入射させることが可能である。

【００２４】次に本発明の応用例を説明する。

【００２５】鉛シース被覆電力ケーブルの生産ラインに
あっては、押出成形によって製造される鉛シース被覆管
は毎分数メートルの速度で連続的に成形されるが、この
鉛シース管の内部に混在する異物（銅、アルミ、鉄、酸
化物、空洞等）を精度よく検出するために、超音波探傷
を行う。

【００２６】図４に示されるように、鉛シース被覆電力
ケーブルの生産ラインにおける自動超音波探傷装置は、
水を満たした水槽３の両側に封水シャッタ６を持つ入口
及び出口が設けられている。鉛シース管１０は出入口間
を通過できるようになっている。鉛シース管１０に接す
る倣いローラ１８は、この倣いローラ１８に連結された
探触子ユニット５を鉛シース管１０から一定距離に保つ
ためのものである。探触子ユニット５は、図１の超音波
探触子１を同一円周上に複数配置したものであり、探触
子ユニット５で検出された超音波信号が超音波探傷機１
９に送られ、ここで判別された欠陥データはデータ収録
コンピュータ２０に収録・保存されるようになってい
る。また、水槽３に満たされる水は、常時、真空脱気装
置２１によって脱気及び濾過され、気泡や水中浮遊物に
よって発生する誤検査が防止されるようになっている。

【００２７】この自動超音波探傷装置では、出入口間を
通過する鉛シース管１０が連続的に検査される。水槽３
では、倣いローラ１８が常に鉛シース管１０に接して動
作し、探触子ユニット５を鉛シース管１０表面に追従さ
せて一定距離に保つ。

【００２８】なお、探触子ユニット５は複数の超音波探
触子１を鉛シース管１０周囲の同一円周上に配置し、さ
らに破線で示されるように、その円周角度位置を変えた
ものを鉛シース管１０の軸方向に複数段重ねて組み合わ
せ、１つのユニットとしたものであり、鉛シース管１０
の全周に亘る検査を可能としている。

【００２９】

【発明の効果】本発明は次の如き優れた効果を発揮す
る。

【００３０】（１）超音波探触子の全面に亘ってビーム
路程差がないので、反射波の波形が正しく得られ、欠陥
部分の特定が正確にできる。

【００３１】（２）ビーム路程差なく超音波探触子の面
積を大きくできるので、超音波エネルギを大きくするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す超音波探触子の斜視図
である。

【図２】図１の超音波探触子の正面図、側面図、平面図
である。

【図３】図１の超音波探触子の超音波進行方向を示す鉛
シース管軸に沿った側面図である。

【図４】本発明を用いた鉛シース被覆電力ケーブルの生
産ラインにおける自動超音波探傷装置のブロック構成図
である。

【図５】図４の自動超音波探傷装置の超音波探触子配置
を示す鉛シース管断面図である。

【図６】従来の超音波探触子配置を示す鉛シース管断面
図である。

【図７】従来の超音波探傷装置の構成図である。

【図８】従来の超音波探触子の超音波進行方向を示す鉛
シース管断面図である。

【図９】従来の超音波探触子による反射波の波形図であ
る。

【図１０】従来の超音波探触子の超音波進行方向を示す
鉛シース管軸に沿った側面図である。

【図１１】従来の超音波探触子の超音波進行方向を示す
斜視図である。

【符号の説明】

１超音波探触子１０鉛シース管２０超音波放射面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木村忠司茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内 (72)発明者筒井尚茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内 (72)発明者野沢英行茨城県日立市日高町５丁目１番１号日立電線株式会社日高工場内 (72)発明者武田晃東京都江戸川区中葛西５丁目32番８号株式会社アスペクト内 (72)発明者古谷克彦東京都江戸川区中葛西５丁目32番８号株式会社アスペクト内 (72)発明者久下幹雄東京都江戸川区中葛西５丁目32番８号株式会社アスペクト内 (72)発明者芝彰男東京都江戸川区中葛西５丁目32番８号株式会社アスペクト内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛シース管の外方に配した超音波探触子
の超音波放射面より超音波を発生させ、この鉛シース管
からの反射波を検出する鉛シース管用超音波探傷装置に
おいて、上記超音波探触子の超音波放射面が鉛シース管
の径方向内方に向けられ、かつ鉛シース管の軸方向に傾
けられていると共に、この超音波放射面が鉛シース管の
外周円からの距離を一定とする曲面を形成していること
を特徴とする鉛シース管用超音波探傷装置。
【請求項２】上記超音波探触子の超音波放射面が鉛シ
ース管を囲繞する三次曲面の一部であることを特徴とす
る請求項１記載の鉛シース管用超音波探傷装置。
【請求項３】水中に通され軸方向に移動する鉛シース
管の周囲に、この鉛シース管の外周円からの距離が一定
となる三次曲面の超音波放射面を有する超音波探触子を
鉛シース管の軸方向に傾けて鉛シース管の周方向に複数
配置し、これら超音波探触子を鉛シース管から一定距離
に保つ倣いローラを設け、鉛シース管の肉厚内の欠陥部
分からの反射波に基づき欠陥を検査する超音波探傷機を
設けたことを特徴とする鉛シース管用超音波探傷装置。