JPH0886774A - 超音波探傷試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】熱交換器伝熱管など細管の超音波試験適用性を
大幅に向上させる。 【構成】細管内面への探傷プローブ挿入棒を屈曲自在な
中空棒として、その内部に給水チューブ，信号ケーブル
を収納。また、挿入棒を螺旋走査させるに最適な駆動装
置を提供。 【効果】従来適当な手段がなかったために、試験が困難
であった熱交換器細管に超音波探傷試験の適用を容易に
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非破壊検査技術の一つ
である超音波探傷試験装置に係り、特に、熱交換器の伝
熱管のような細管の中に挿入して損傷の検出及びその形
態や程度を精度良く測定するための超音波探傷試験装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の細管の超音波探傷試験は、例えば
特開昭57−54857 号公報のように、金属製の挿入棒の先
端に超音波探傷プローブを設けたものを細管に挿入し
て、先端の超音波探傷プローブを電動機で直接回転させ
たり、また、超音波反射鏡を回転させながら挿入棒を移
動させて、細管の内面を螺旋状に走査していた。また、
特開平2−80949号公報には、屈曲自在に形成された挿入
棒内にケーブルを配置してこのケーブルを回転させるこ
とによって挿入プローブを回転させ、そしてこの挿入プ
ローブを回転させる装置自体を移動させることによっ
て、挿入プローブを細管の軸方向に移動させることが提
案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、挿入
プロープを細管の周方向及び軸方向に移動させる手段を
それぞれ別体に構成していたので、探傷試験装置自体が
大型となり、熱交換器の管板付近のような狭い空間に適
用することが困難となり、ごく限られた空間でしか試験
を行うことができなかった。

【０００４】また、特開昭57−54857 号公報のように、
超音波探傷子を電動機等で回転させる場合は、この電動
機を挿入プローブに内蔵させなければならず、挿入プロ
ーブ自体が大きくなり、適用範囲を狭くしてしまうとい
う懸念があった。

【０００５】本発明は、上記の事情を鑑みてなされた発
明であり、その目的は、超音波探傷子を、挿入プローブ
を介して細管の外側から回転させるようにして挿入プロ
ーブを小型化し、かつこの回転装置及び超音波探傷子を
細管の軸方向へ移動走査させるための移動装置を小型化
して超音波探傷の適用範囲を広くするのに好適な超音波
探傷試験装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る超音波探傷試験装置は、細管内部に、超
音波探触子を有する探傷プローブを挿入して細管内面を
探傷する超音波探傷試験装置において、（ａ）一方の端
部が前記探傷プローブに連結され、前記超音波探触子か
ら得られる探傷信号を伝送する信号ケーブルと、前記超
音波探触子の近傍に接触媒質を供給するチューブとを内
挿し、かつ屈曲自在に形成された挿入棒と、（ｂ）前記
挿入棒の他方の端部を連結して支持する支持部材と、
（ｃ）前記支持部材を前記細管の周方向に回転駆動させ
る回転駆動手段と、（ｄ）前記回転駆動手段による前記
支持部材の回転動作に協同して、該支持部材を前記細管
の軸方向に進退させる進退手段、とを設けたことを特徴
とする。

【０００７】また、前記探傷プローブの軸方向先端部
に、前記細管の半径方向及び軸方向に伸縮可能に形成さ
れ、かつ前記細管内面の複数箇所と接触して前記探傷プ
ローブを回転可能に支持する探傷プローブ支持手段を設
けてもよい。

【０００８】更に、前記進退手段は、前記支持部材の外
周部に形成されたねじ部と、該ねじ部に係合して前記支
持部材を支持するねじ部材とから構成されても良い。

【０００９】更にまた、前記探傷プローブ支持手段は、
少なくとも１つ以上の屈曲部を有するパンタグラフ部を
前記細管の周方向に複数個配置して形成した調芯装置
を、前記細管の軸方向にバネ部材を介して複数個連結し
て形成され、かつ前記屈曲部に、前記細管内面と接触す
る車輪手段を設けた構造でも良い。

【００１０】更にまた、前記支持部材の周方向及び軸方
向の移動量に基づいて、前記超音波探触子の位置を検出
する位置検出手段を設けてもよい。

【００１１】

【作用】屈曲自在な探傷プローブ挿入棒は熱交換器管板
に近接した障害物を回避して伝熱細管に探傷プローブを
挿入することを可能にするので、従来適用が困難だった
熱交換器の細管の試験を可能にする。挿入棒を直接回転
させることによってその先端に取り付けた探傷プローブ
を回転させる方式は、その回転駆動装置を、狭い空間し
かない細管の外に設置することができるので、大きさに
関する制約が大幅に緩和され製作が容易になる。また、
信号ケーブルや給水チューブを挿入棒の内部に設けるこ
とにより、挿入棒を回転させたときに挿入棒に巻きつい
たり、細管の内面に擦ったりして損傷することを防止で
きる。

【００１２】また、探傷プローブの先端に、細管の周方
向及び軸方向に伸縮可能に形成され、かつ探傷プローブ
を回転可能に支持する探傷プローブ支持手段を設けるこ
とにより、口径が異なる複数の細管に対して探傷試験を
行うことができる。探傷プローブを回転させても、その
回転軸は、大きく変動せず安定して探傷試験を行うこと
ができる。

【００１３】探傷プローブ挿入棒の一部をスプラインを
持ったねじにして、これに組み合わせたスプライン歯車
で回転させながら雌ねじを押し当てることにより、一回
転毎にねじのピッチに相当する量を軸方向に送ることが
できる。このように構成することにより、挿入プローブ
を回転，移動させるための装置をそれぞれ独立して構成
する必要がないので、装置を小型化できる。このとき、
挿入棒の回転や軸方向の移動に追従する位置信号発生器
は、探傷プローブの現在位置の表示に使用され、試験に
よって検出された材料傷の位置の評定に利用される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を主に図１〜図３を
使用して説明する。本発明の実施例は火力発電設備ター
ビン高圧給水加熱器伝熱管の保守検査を行う超音波探傷
プローブに係り、図１は伝熱管に挿入された肉厚測定用
の超音波探傷プローブを示している。

【００１５】伝熱管内面の探傷範囲を全てカバーするた
めに、プローブ１０は挿入棒５０によって回転しながら
伝熱管３１の軸方向に送られ、管内を螺旋状に走査しな
がら探傷が行われる。

【００１６】その構造について説明すると、プローブ１
０の先端にはガイドローラ６２を取り付けたパンタグラ
フ状の調芯装置６０を直列に２ヶ配置し、それぞれの調
芯装置のパンタグラフは周方向に１２０°間かくで３ヶ
所取り付けてあり、伝熱管３１の内面に均等に接触でき
るようになっている。さらに２つの調芯装置６０の間に
はコイルバネ６３を配置し、コイルバネ６３のバネ力で
パンタグラフが押し広げられ、ガイドローラ６２が均一
な圧力で伝熱管３１の内面に接触される。また各パンタ
グラフの中にはコイルバネ５を取り付け、開いたパンタ
グラフを戻す役割を果たしている。この調芯装置３によ
り内径φ１０〜φ２０程度までの内径の異なる伝熱管に
１本のプローブで対応できるようにした。

【００１７】調芯装置６０とプローブ１０の間にはベア
リング１３を設け、調芯装置６０を回転せずに探傷プロ
ーブ１０が回転できるようにしてある。

【００１８】探触子１１から発射された超音波は給水チ
ューブ７１から供給される水を媒体として、伝熱管の内
面に到達し母材へと伝搬して行く（水噴流式）。探触子
１１の前後にはリング状の水シール７２を取り付け、供
給された水の流失を極力防ぐようにしている。

【００１９】図３は今回実施した伝熱管検査のシステム
構成を示している。伝熱管３１に挿入したプローブ１０
には、装置固定棒２１２にて他の伝熱管に固定され、プ
ローブ駆動装置２０による回転と送り動作が挿入棒５０
で伝達される。またプローブ駆動装置２０はコントロー
ラ１５によって制御される。

【００２０】接触媒質に用いられる水は、水タンク４５
に貯蔵された水が、ポンプ４４で給水パイプに送られ
る。

【００２１】探傷信号は挿入棒５０内の信号ケーブル１
２を伝ってスリップリング２９を経て超音波探傷器４１
へ入り、探傷画面として表示される。さらに探傷結果は
後述する位置信号発生器２０８，２０９から得られる探
傷プローブ１０の位置の情報と共にＸＹレコーダ４２や
記録計４３に記録される。

【００２２】図２はプローブ駆動装置２０の詳細図で、
挿入棒５０は挿入棒締め付けねじ２０２でスプライン軸
２０１と一体になるように締め付けられている。スプラ
イン軸２０１はその外周にスプライン溝とねじが切って
あり、これをキーで結合されたスプラインハブ２０３と
一体になった歯車２０４を介して、モータ２０７によっ
て回転駆動される。そのねじ部には、半円形の雌ねじ２
０６がバネ２０５で押しつけられており、スプライン軸
２０１が回転するとこの雌ねじの働きで、スプライン軸
とそれに締め付けられている挿入棒が軸方向に送り出さ
れる。

【００２３】２０８は挿入棒の軸方向の送り量を測定す
る位置信号発生器、２０９は回転角度を測定するための
位置信号発生器である。２１０は探傷プローブ１０から
の信号を外部に取り出すためのスリップリング。２１２
は細管を利用してプローブ駆動装置本体を管板面に固定
するための装置固定棒である。

【００２４】以上このように構成された超音波探傷試験
装置の優れた特徴を、以下に説明する。

【００２５】図５に、この装置を、水室３３を備えた熱
交換器の細管の試験に適用した状況を示しているが、こ
のような細管の試験には、探傷プローブ１０を回転させ
ながら細管の内面奥深くまで挿入すること、および、そ
の位置まで、超音波の伝搬に必要な水等の接触媒質を供
給すること、信号ケーブル等の接続を安定に維持できる
こと等が必要条件となる。しかるに、従来は、細管内面
は狭隘で、探傷プローブを挿入できるまでに小型化する
のが精一杯で、それに回転駆動機構を組み込むことは至
難の技であった。

【００２６】剛性の高い金属の棒の先端に探傷プローブ
を取り付けて、これを細管の内部に挿入する方法は、図
５に示すような管板３４の前面の空間が狭い構造の熱交
換器には適用できず、応用範囲が限られたものとなっ
た。

【００２７】本発明によれば、探傷プローブ１０を細管
の内面に挿入する挿入棒５０をフレキシブルなチューブ
とし、その内面に信号ケーブルと給水チューブを収納し
て、これを一体として回転させることにより、探傷プロ
ーブの回転走査と挿入性を維持しながら狭隘部に対応し
た屈曲性をも確保しており、従来試験不可能とされてい
た多くの熱交換器に有効な試験手段を提供することがで
きた。

【００２８】本発明では、さらにこの手法を有効ならし
めるために、その挿入棒を駆動する装置も提案してお
り、図２に示すような構造で探傷プローブの回転走査と
軸方向の送り走査を確実に行うことができる。この装置
は狭隘な細管の外に機構部を設置できるため種々の構造
の熱交換器に適用できるのが特徴で、図５にも示したよ
うに、管板面に直接取り付けて使用することができる
が、水室の外側に設置して使用することもできる。

【００２９】

【発明の効果】本発明のように内挿型超音波探傷プロー
ブとプローブ駆動装置を構成することで、超音波探傷試
験装置を小型化することができ、従来適用することが困
難であった熱交換器の細管の超音波探傷試験を容易に実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による内挿型超音波探傷プロ
ーブの側面図。

【図２】プローブ駆動装置の断面図。

【図３】細管超音波探傷試験装置の全体構成図。

【図４】スプライン軸の断面図。

【図５】熱交換器に本発明を適用した場合の構成図。

【符号の説明】

１０…探傷プローブ、１１…超音波探触子、１２…信号
ケーブル、１３…ベアリング、２０…プローブ駆動装
置、３０…熱交換器、３１…伝熱管、４１…超音波探傷
器、５０…挿入棒、６０…調芯装置、６１，６３…コイ
ルバネ、６２…ガイドローラ、７０…接触媒質、７１…
給水チューブ、７２…水シール、２０１…スプライン
軸、２０２…挿入棒締め付けねじ、２０３…スプライン
ハブ、２０４…歯車、２０５…バネ、２０６…半円雌ね
じ、２０７…モータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白石 寧顕 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 吉田 洋司 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】細管内部に、超音波探触子を有する探傷プ
   ローブを挿入して細管内面を探傷する超音波探傷試験装
   置において、（ａ）一方の端部が前記探傷プローブに連
   結され、前記超音波探触子から得られる探傷信号を伝送
   する信号ケーブルと、前記超音波探触子の近傍に接触媒
   質を供給するチューブとを内挿し、かつ屈曲自在に形成
   された挿入棒と、（ｂ）前記挿入棒の他方の端部を連結
   して支持する支持部材と、（ｃ）前記支持部材を前記細
   管の周方向に回転駆動させる回転駆動手段と、（ｄ）前
   記回転駆動手段による前記支持部材の回転動作に協同し
   て、該支持部材を前記細管の軸方向に進退させる進退手
   段、とを設けたことを特徴とする超音波探傷試験装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の超音波探傷試験装置にお
   いて、前記探傷プローブの軸方向先端部に、前記細管の
   半径方向及び軸方向に伸縮可能に形成され、かつ前記細
   管内面の複数箇所と接触して前記探傷プローブを回転可
   能に支持する探傷プローブ支持手段を設けたことを特徴
   とする超音波探傷試験装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の超音波探傷試験装置にお
   いて、前記進退手段は、前記支持部材の外周部に形成さ
   れたねじ部と、該ねじ部に係合して前記支持部材を支持
   する雌ねじ部材とからなることを特徴とする超音波探傷
   試験装置。
4. 【請求項４】請求項２に記載の超音波探傷試験装置にお
   いて、前記探傷プローブ支持手段は、少なくとも１つ以
   上の屈曲部を有するパンタグラフ部を前記細管の周方向
   に複数個配置して形成された調芯装置を、前記細管の軸
   方向にバネ部材を介して複数個連結して形成され、かつ
   前記屈曲部に、前記細管内面と接触する車輪手段を設け
   たことを特徴とする超音波探傷試験装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の超音波探傷試験装置にお
   いて、前記支持部材の周方向及び軸方向の移動量に基づ
   いて、前記超音波探触子の位置を検出する位置検出手段
   を設けたことを特徴とする超音波探傷試験装置。