JPH11211700A - 超音波探傷方法、およびそれに用いる超音波探傷装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被検体の欠陥を被検体表面の粗さの影響を補
正して調べることができる超音波探傷方法、およびそれ
に用いる超音波探傷装置を提供する。 【解決手段】 超音波探傷装置１２は、発信探触子３よ
り投射され、被検査管（被検体）１を透過し、受信探触
子４に受波される透過波７のエコーを測定するととも
に、反射探触子（第三の探触子）１１より被検査管１に
垂直に投射され、被検査管１の表面で反射され、反射探
触子１１に受波される反射波１７のエコーを測定する。
実際の被検査管１のクリープ損傷を判定する前に、模擬
欠陥を加工した被検査管１と材質、形状が同じ試験片の
透過エコーと反射エコーとを超音波探傷装置１２を用い
て測定し、模擬欠陥ごとに近似線（回帰直線）を求め
て、クリープ損傷の判定基準を作成する。そして、実際
の被検査管１の透過エコーと反射エコーとを超音波探傷
装置１２を用いて測定し、上記判定基準に基づいてクリ
ープ損傷を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被検体に超音波を
投射し、該被検体を透過してくる超音波を受波すること
により探傷する超音波探傷方法、およびそれに用いる超
音波探傷装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エチレン工場のナフサ、ブタン、
ＬＰＧ分解炉の加熱管、あるいは水素、アンモニア工場
の改質炉の加熱管は、ＨＫ４０（０．４０％Ｃ−２５％
Ｃｒ−２０％Ｎｉ系）材等の高炭素耐熱遠心鋳造管（以
下、「遠心鋳造管」と称する）が複数本溶接接続されて
組み立てられている。

【０００３】この加熱管は、触媒が充填された管内部に
気体や液体が供給されるとともに、炉のバーナーによっ
て管外部から加熱されることにより、管内部が高温高圧
の状態になる。そして、加熱管内部の物質が高温高圧下
で反応、変化する。

【０００４】このため上記加熱管は使用時間の経過につ
れて、フープ応力によるクリープフィッシャーが管内面
より外面に向かって放射状に進展する傾向がある。ま
た、管内外の温度差（管外高温、管内低温）に起因して
管内面の円周方向に欠陥を発生するおそれがある。した
がって、上記加熱管の経年変化を把握し残存寿命を推定
することは操業安定上不可欠である。

【０００５】しかし、加熱管の外表面が粗い鋳肌のまま
では、所定の超音波入射が得難いなどの理由から、通常
の超音波探傷方法を遠心鋳造管の加熱管に適用すること
は困難であった。それゆえ、加熱管の経年変化を知るた
めには、専ら破壊検査が行われていた。

【０００６】そこで、この問題を解決するために、水浸
法により被検査管の外周面に沿って発信探触子と受信探
触子とを組み合わせて走査し、被検査管の肉厚内を該被
検査管の外周上の２点を結ぶ直線に超音波が浸透するよ
う前記発信探触子から斜角法により被検査管に超音波を
入射するとともに、前記受信探触子により該超音波の透
過エコーを受波することにより被検査管の肉厚内の欠陥
を探知する方法が、特開昭５４−１２８７８９号公報に
記載されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、加熱管
に使用される遠心鋳造管は、砂型に鋼合金の溶液を入
れ、遠心力で外に張り付かせて形成される。そのため、
使用前の遠心鋳造管には、砂型の砂の形がついた粗い鋳
肌が残っている。そして、加熱管として、炉内において
高温下で使用されることにより、鋳肌の粗い層が酸化減
肉を起こして、滑らかになる。このため、遠心鋳造管は
加熱管として炉内で使用されるにつれ、管表面での超音
波の入射損失が少なくなり、超音波の減衰量が小さくな
る現象が生じる。

【０００８】したがって、上記従来の超音波の減衰（透
過量）のみを測定し、超音波減衰量の経年的な変化か
ら、クリープ損傷の有無を判断する方法では、遠心鋳造
管の表面の粗さの経年的な変化により、超音波の減衰量
が大きく変動するため、正確な判断が不可能であった。
つまり、クリープ割れによる超音波の減衰を検出するこ
とが目的であるにもかかわらず、使用により管表面が滑
らかになり、超音波の入射量が増えることにより、超音
波の減衰量が段々減っていく。そして、最終的に、クリ
ープ割れが生じ、超音波の減衰量が増えるまで、内部で
のクリープ損傷の有無が判断できなかった。

【０００９】ここで、遠心鋳造管の表面粗さと透過波の
減衰量との関係を、本発明の説明図である図３、図４お
よび図６を用いて、具体的に説明する。

【００１０】図３および図４に示す超音波探傷装置２
は、本発明にかかるものであり詳細については後述する
が、基本的な構造は従来のものと同じである。超音波探
傷装置２は、被検査管１の外周の同一円周上に発信探触
子３と受信探触子４とを所定の指向角度および間隔で配
置し、発信探触子３から被検査管１の肉厚内を透過する
超音波７の透過エコーを受信探触子４が受波できるよう
にしたものである。もちろん、水浸法によるため発信探
触子３および受信探触子４と被検査管１との間の超音波
経路にあたる部分には水６が充填されている。

【００１１】図中矢線で示す超音波７は、発信探触子３
より発信され、水浸法および斜角法によるため反射屈折
の法則に従って、入射点Ａにおいて屈折して被検査管１
の肉厚内に入射され、被検査管１の肉厚内を最大深度２
Ｔ／３（Ｔ：管の肉厚）で接線方向に透過し、出射点Ｂ
において屈折して被検査管１の肉厚外に出射され、受信
探触子４により受波される。このとき、被検査管１の肉
厚内の超音波７の経路上に欠陥（放射状フィッシャー）
が存在すれば、該欠陥により超音波が散乱され、受信探
触子４には減衰された透過エコーとして検出され、欠陥
の存在が探知できる。

【００１２】図６は、模擬欠陥を加工した試験片に対し
て、上記超音波探傷装置２を用いて透過波感度値（減衰
量に相当する）と、中心線表面粗さとの測定結果を示す
グラフである。なお、試験片は０，０．１，０．２，
０．３ｍｍと旋盤で削り込むことにより、管の外表面の
粗さを変化させた。また、肉厚方向にＴ／２，Ｔ／３の
スリット（亀裂）の模擬欠陥を加工した試験片と未加工
の試験片とを用いた。

【００１３】ここで、ある測定の結果、透過波感度値が
８５ｄＢであった場合を考える。従来の方法では、この
結果だけからクリープ損傷を判断していた。しかし、同
じ８５ｄＢの透過波感度値でも、中心線表面粗さが大き
い場合と、小さい場合とでは、全く評価が異なる。すな
わち、中心線表面粗さが８０μｍである場合にはＴ／３
スリットの模擬欠陥の近似線（基準線）Ｌa1を下回って
いるが、中心線表面粗さが１０μｍである場合にはＴ／
２スリットの模擬欠陥の近似線（基準線）Ｌa2をも上回
っている。

【００１４】また、Ｔ／３スリットの近似線Ｌa1につい
て、中心線表面粗さが２０μｍのときと、８０μｍのと
きを比較してみると、透過波減衰値に約６ｄＢの差があ
り、これは感度に約２倍の違いがある。すなわち、同一
の大きさの欠陥を探傷した場合でも、表面粗さの高低に
よって、受波される透過エコーの量に２倍の違いがあ
る。

【００１５】なお、同一の大きさの模擬欠陥の基準線
（近似線）が右上がりになることから、使用により管表
面が滑らかになり、超音波の入射量が増えることによ
り、透過波の減衰量（透過波感度値）が段々減っていく
ことがわかる。

【００１６】以上のことから、従来の方法では管表面の
粗さが考慮されていなかったため、非常に誤差が大き
く、欠陥の正確な探知ができなかった。加えて、同一炉
内の同一管であっても温度分布により、酸化減肉の速度
に差があり、管表面の状態は検査部位ごとに異なってい
るため、欠陥の探傷において管表面の粗さを補正するこ
とは重要である。

【００１７】本発明は、上記の問題点を解決するために
なされたもので、その目的は、被検体の欠陥を被検体表
面の粗さの影響を補正して調べることができる超音波探
傷方法、およびそれに用いる超音波探傷装置を提供する
ことにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】請求項１の超音波探傷方
法は、上記の課題を解決するために、超音波水浸透過法
により発信探触子から投射され受信探触子で受波される
被検体の透過エコーと、該被検体表面の粗さとから該被
検体内の欠陥を判定することを特徴としている。

【００１９】上記の構成により、発信探触子および受信
探触子を用いて透過エコーを測定するとともに、該被検
体表面の粗さを測定し、透過エコーの該被検体の表面で
の散乱による減衰量を該被検体表面の粗さの測定値によ
って補正して、該被検体内の欠陥を判定する。

【００２０】具体的には、被検体と材質、形状が同じ試
験片に模擬欠陥を加工して、この試験片の透過エコーと
表面の粗さとを測定し、模擬欠陥ごとに近似線を求め
て、クリープ損傷の判定基準を作成する。そして、実際
の被検体の探傷を行う際には、透過エコーと表面の粗さ
とを測定し、上記の判定基準に基づいてクリープ損傷を
判定する。

【００２１】このように、検査部位の透過エコーを測定
するとともに、表面の粗さを測定することにより、被検
体表面の粗さの影響を補正して探傷を行うことができ
る。したがって、加熱管の経年変化を的確に把握し、残
存寿命を高精度に推定することができるため、加熱管の
無駄な交換を防止することができ、安全かつ経済的に操
業することができる。

【００２２】請求項２の超音波探傷方法は、上記の課題
を解決するために、請求項１の構成に加えて、上記被検
体表面の粗さは、中心線表面粗さあるいは最大粗さの測
定値であることを特徴としている。

【００２３】上記の構成により、請求項１の構成による
作用に加えて、発信探触子および受信探触子を用いて透
過エコーを測定するとともに、粗さ計測器を用いて中心
線表面粗さあるいは最大粗さを被検体表面の粗さとして
測定し、透過エコーと中心線表面粗さあるいは最大粗さ
とによって被検体内の欠陥を判定する。

【００２４】具体的には、被検体と材質、形状が同じ試
験片に模擬欠陥を加工して、この試験片の透過エコーと
中心線表面粗さあるいは最大粗さとを測定し、模擬欠陥
ごとに近似線を求めて、クリープ損傷の判定基準を作成
する。そして、実際の被検体の探傷を行う際には、透過
エコーと中心線表面粗さあるいは最大粗さとを測定し、
上記の判定基準に基づいてクリープ損傷を判定する。

【００２５】このように、検査部位の透過エコーを測定
するとともに、粗さ計測器を用いて中心線表面粗さある
いは最大粗さを測定することにより、被検体表面の粗さ
の影響を補正して探傷を行うことができる。そして、こ
の補正に要する粗さ計測器は一般的な計測装置であり、
作業量の増加も軽微である。

【００２６】請求項３の超音波探傷方法は、上記の課題
を解決するために、請求項１の構成に加えて、上記被検
体表面の粗さは、該被検体に対して垂直に超音波を投射
し、反射された反射エコーを受波して得られる反射エコ
ーの測定値であることを特徴としている。

【００２７】上記の構成により、請求項１の構成による
作用に加えて、発信探触子および受信探触子を用いて透
過エコーを測定するとともに、被検体に対して垂直に超
音波を投射してその反射波を受波する第三の探触子（以
下、「反射探触子」と称する）を用いて反射エコーを測
定し、透過エコーと反射エコーとによって被検体内の欠
陥を判定する。

【００２８】具体的には、被検体と材質、形状が同じ試
験片に模擬欠陥を加工して、この試験片の透過エコーと
反射エコーとを測定し、模擬欠陥ごとに近似線を求め
て、クリープ損傷の判定基準を作成する。そして、実際
の被検体の探傷を行う際には、透過エコーと反射エコー
とを測定し、上記の判定基準に基づいてクリープ損傷を
判定する。

【００２９】このように、検査部位の透過エコーを測定
するとともに、反射エコーを測定することにより、被検
体表面の粗さの影響を補正して探傷を行うことができ
る。また、この補正に要する反射エコーは、被検体に対
して垂直に超音波を投射して反射波を受波する反射探触
子を備えた簡便な装置で測定することができ、作業量の
増加も軽微である。さらに、発信探触子および受信探触
子を備えた従来の超音波探傷装置に上記反射探触子を設
け、透過エコーと反射エコーとを同時に測定することも
可能であり、より効率的に探傷作業を行うことができ
る。

【００３０】請求項４の超音波探傷方法は、上記の課題
を解決するために、請求項１から３の何れかの構成に加
えて、上記被検体は、高炭素耐熱遠心鋳造管であること
を特徴としている。

【００３１】上記の構成により、請求項１から３の何れ
かの構成による作用に加えて、超音波水浸透過法により
発信探触子から投射され受信探触子で受波される高炭素
耐熱遠心鋳造管の透過エコーと、該高炭素耐熱遠心鋳造
管表面の粗さとから該高炭素耐熱遠心鋳造管内の欠陥を
判定する。

【００３２】請求項１から３の何れかに記載の超音波探
傷方法は、表面粗さが変化する被検体に対して適用でき
るものであるが、高炭素耐熱遠心鋳造管は、外表面の粗
さの経年変化が大きく、補正の効果が顕著である。

【００３３】請求項５の超音波探傷装置は、上記の課題
を解決するために、被検体に超音波を投射する発信探触
子と、該被検体を透過してくる透過エコーを受波する受
信探触子からなる超音波探傷装置であって、前記被検体
に対して垂直に超音波を投射し、反射された反射エコー
を受波する第三の探触子を備えてなることを特徴として
いる。

【００３４】上記の構成により、上記超音波探傷装置
は、発信探触子および受信探触子を用いて透過エコーを
測定するとともに、反射探触子（第三の探触子）を用い
て被検体に対して垂直に超音波を投射して反射された反
射エコーを測定する。

【００３５】このように、検査部位の透過エコーを測定
するとともに、反射エコーを測定することにより、被検
体表面の粗さの影響を補正して探傷を行うことができ
る。また、上記超音波探傷装置は、発信探触子および受
信探触子を備えた従来の超音波探傷装置に反射探触子を
設けるだけでよい。そして、透過エコーと反射エコーと
を同時に測定することができるため、より効率的に探傷
作業を行うことができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の一実施
の形態について図３から図９に基づいて説明すれば、以
下のとおりである。なお、以下では、被検体を高炭素耐
熱遠心鋳造管（以下、「遠心鋳造管」と称する）として
説明する。

【００３７】図３および図４に示すように、本実施の形
態にかかる超音波探傷方法に用いる超音波探傷装置２
は、治具５に発信探触子３および受信探触子４が取り付
けられて構成されている。

【００３８】上記の発信探触子３および受信探触子４
は、超音波探傷装置２が被検査管１に装着された際、被
検査管１の外周の同一円周上に所定の指向角度および間
隔で配置されるように、治具５に取り付けられている。
そして、発信探触子３から発信された超音波７の被検査
管１の肉厚内を透過する透過エコーを受信探触子４が受
波できるようになっている。なお、本実施の形態では、
発信探触子３としてパナメトリクス社製Ｖ３８２（周波
数３．５ＭＨｚ、振動子径０．５″、焦点３″ＬＦ）、
受信探触子４としてパナメトリクス社製Ｖ３８２（周波
数３．５ＭＨｚ、振動子径０．５″、焦点ＦＬＡＴ）を
使用した。

【００３９】上記治具５は、例えば、ＭＭＡ（メチルメ
タアクリレート）で形成される。そして、発信探触子３
および受信探触子４と被検査管１との間の超音波経路に
あたる部分に開口部５ａが形成されている。開口部５ａ
は、超音波探傷装置２が被検査管１に押し当てられて装
着されるため、被検査管１の外周形状に適合した形状に
形成されている。

【００４０】また、水浸法によるため、治具５の内部に
水６が充填されることにより、発信探触子３および受信
探触子４と被検査管１との間の超音波経路にあたる部分
に水６が保持される。そして、治具５を被検査管１に押
し当てた際、内部に充填された水６を漏らさないよう、
被検査管１に当接する当接部には弾性を有する、例えば
板ゴムなどからなるシール５ｂが設けられている。さら
に、超音波探傷装置２には、治具５の内部に水６を注水
排水するために、図示しない注水手段および排水手段が
設けられている。したがって、上記超音波探傷装置２に
よる透過エコーの測定は、装着、注水、測定、排水を１
サイクルにして行われる。これにより、炉内の断熱材な
どの周囲の水濡れを防止している。

【００４１】図中矢線で示す超音波７は、後述する探傷
器２１（図５）によってパルス状の電源が供給された発
信探触子３より投射され、水６を介して被検査管１に入
射角ｉで入射し、水浸法かつ斜角法によるため、反射屈
折の法則に従って、被検査管１の外周面上の入射点Ａに
おいて、屈折角θで屈折し、被検査管１の肉厚内を最大
深度ｄで接線方向に透過し、被検査管１の外周面上の出
射点Ｂにおいて入射角θに対して屈折角ｉで屈折し被検
査管１の肉厚外に出射され、水６を介して受信探触子４
により受波される。このとき、被検査管１の肉厚内の超
音波７の経路上に欠陥（放射状フィッシャー）が存在す
れば、該欠陥により超音波が散乱され、受信探触子４に
は減衰された透過エコーとして検出され、欠陥の存在が
探知できる。

【００４２】また、超音波７の入射角ｉを被検査管１の
内周面による底面反射が起こらない範囲で調整し、同時
に透過エコーをキャッチするべく発信探触子３と受信探
触子４との間隔を調整すれば被検査管１の肉厚内での超
音波探傷深さｄが適宜調整できる。

【００４３】図５に示すように、発信探触子３および受
信探触子４はパルス状の電源を供給する探傷器２１に接
続されており、さらに探傷器２１は記録計２２に接続さ
れている。ここで、本実施の形態では探傷器２１とし
て、クラウトクレーマー社製ＵＳＬ−３８、およびＵＳ
Ｌ−４８を使用した。また、上記注水手段として、例え
ば、治具５に図示しない注水穴が穿孔されており、治具
５の内部に水６を充填できるように注水タンク２３と接
続されている。同様に、治具５に図示しない排水穴が穿
孔されており、治具５の内部に充填された水６を排水で
きるように排水タンク２４と接続されている。

【００４４】以下に、本実施の形態にかかる超音波探傷
方法について説明する。

【００４５】まず、実炉内で被検査管１の探傷を行う準
備として、クリープ損傷の判定の基準を求める。被検査
管１と同一の材質および肉厚の試験片に模擬欠陥を加工
し、上記超音波探傷装置２を用いて、透過波感度値（減
衰量に相当する）を管表面の粗さを変化させて測定す
る。あわせて、超音波の入射点Ａの中心線表面粗さを粗
さ計測器によって測定する。そして、得られた測定結果
より透過波感度値と中心線表面粗さとの近似線を模擬欠
陥ごとに求める。なお、本実施の形態では、粗さ計測器
としてＭｉｔｕｔｏｙｏ社製ＳＵＲＦＴＥＳＴ ＳＶ−
９７００・３Ｄを用いた。

【００４６】例えば、図６に示すように、肉厚方向にＴ
／２，Ｔ／３のスリット（亀裂）の模擬欠陥を加工した
試験片と未加工の試験片とに対して、上記超音波探傷装
置２を用いて透過波感度値と中心線表面粗さとを測定
し、模擬欠陥ごとにそれぞれ近似線Ｌa2, Ｌa1，Ｌa0が
得られた。なお、試験片は０，０．１，０．２，０．３
ｍｍと旋盤で削り込むことにより、管表面の粗さを変化
させた。また、求める近似線の回帰係数は１次のものに
限定するものではなく、中心線表面粗さと透過波感度値
との相関関係により、適宜選択することができる。

【００４７】つぎに、実炉の被検査管１の探傷を行う際
には、上記超音波探傷装置２を用いて検査部位の透過波
感度値を測定するとともに、超音波の入射点Ａの中心線
表面粗さを測定する。そして、判定の基準線として求め
ておいた近似線Ｌa2, Ｌa1，Ｌa0と比較することによ
り、被検査管１の欠陥を判定することができる。

【００４８】すなわち、図８に示すように、中心線表面
粗さと透過波感度値との座標平面上において、実炉の被
検査管１の測定値が基準線に対してどのような位置にプ
ロットされるかによって、欠陥の状態を判定することが
できる。

【００４９】ここで、基準線の意味を説明する。例え
ば、ある検査部位の測定値が近似線Ｌa2上にプロットさ
れたとすると、検査部位にはＴ／２スリットの模擬欠陥
と同じだけの減衰量があるという評価をする。これは、
検査部位にＴ／２スリットと同じ大きさのクリープ損傷
が存在するという意味ではない。つまり、実際に検出さ
れているのは１個の亀裂の減衰量ではなく、無数に発生
した非常に小さな欠陥の集合体の減衰量であり、それが
Ｔ／２スリットの模擬欠陥の減衰量と同程度であるとい
う意味である。そして、欠陥の集合体がフィッシャーの
どのレベルにまで進展しているかを評価している。当
然、模擬欠陥と同じ大きさの欠陥が生じる以前に、検出
される。

【００５０】以上の説明のように、上記実施の形態１の
超音波探傷方法によれば、まず、模擬欠陥を加工した試
験片に対して、上記超音波探傷装置２を用いて透過波感
度値を測定するとともに、超音波の入射点の中心線表面
粗さを測定し、模擬欠陥ごとに近似線を求めて、クリー
プ損傷の判定の基準線を求めておく。そして、実際の被
検査管の探傷を行う際には、上記超音波探傷装置２を用
いて検査部位の透過波感度値を測定するとともに、超音
波の入射点の中心線表面粗さを測定し、求めておいた基
準線と比較することにより、被検査管１のクリープ損傷
を判定することができる。

【００５１】なお、上記実施の形態１は本発明の範囲を
限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が
可能である。例えば、中心線表面粗さの代わりに、最大
粗さを用いてもよい。中心線表面粗さは粗さの平均値で
あり、最大粗さは山と谷との差の最大値であるが、表面
粗さの指標として同程度であり、どちらを用いても差が
ない。

【００５２】上述したように、被検体の表面の粗さを、
粗さ計測器によって透過波感度値とは別に測定すること
ができるが、透過波感度値と同時に測定できる方が効率
的である。そこで、透過波感度値の測定と同時に、被検
体に対して垂直に超音波を投射し、その反射波を受波し
て得られる反射波の感度値を測定し、クリープ損傷の判
定に利用する方法について、以下に説明する。

【００５３】〔実施の形態２〕本発明の他の実施の形態
について図１、図２および図１０から図１３に基づいて
説明すれば、以下のとおりである。なお、以下では、実
施の形態１と同様、被検体を高炭素耐熱遠心鋳造管とし
て説明する。また、説明の便宜上、実施の形態１におい
て示した構成と同一の部材には、同一の符号を付記し、
その説明を省略する。

【００５４】図１および図２に示すように、本実施の形
態にかかる超音波探傷装置１２は、治具１５に発信探触
子３および受信探触子４に加えて、反射探触子１１が取
り付けられて構成されている。

【００５５】上記反射探触子１１は、超音波探傷装置１
２が被検査管１に装着された際、被検査管１の外周の発
信探触子３および受信探触子４と同一円周上かつ中央位
置で、被検査管１に対して垂直に配置されるように、治
具１５に取り付けられている。そして、反射探触子１１
から投射された超音波１７が被検査管１の外周面で反射
され、その反射波を反射探触子１１が受波できるように
なっている。なお、本実施の形態では、反射探触子１１
としてハリソニック社製Ｉ３０２０８７（周波数２．２
５ＭＨｚ、振動子径０．５″、焦点１．５″ＰＦ）を用
いた。

【００５６】上記治具１５は、実施の形態１の治具５と
同様に、発信探触子３、受信探触子４、および反射探触
子１１と被検査管１との間の超音波経路にあたる部分に
開口部５ａが形成されている。また、治具１５の内部に
充填される水６を漏らさないよう、被検査管１に当接す
る当接部には弾性を有する、例えば板ゴムなどからなる
シール５ｂが設けられている。

【００５７】図中矢線で示す超音波７は、発信探触子３
より投射され、被検査管１の肉厚内を最大深度ｄで接線
方向に透過し、受信探触子４により受波される。このと
き、被検査管１の肉厚内の超音波７の経路上に欠陥（放
射状フィッシャー）が存在すれば、該欠陥により超音波
が散乱され、受信探触子４には減衰された透過エコーと
して検出され、欠陥の存在が探知できる。

【００５８】また、図中矢線で示す超音波１７は、反射
探触子１１より被検査管１の外周面に対して垂直に投射
され、被検査管１の外周面で反射された反射波が反射探
触子１１により受波される。このとき、被検査管１の外
周面が粗い状態であるほど、外周面により超音波が散乱
され、反射探触子１１には減衰された反射エコーとして
検出され、被検査管１の表面の粗さの程度が測定でき
る。

【００５９】図５に示したように、発信探触子３および
受信探触子４は、探傷器２１に接続されており、さらに
探傷器２１は記録計２２に接続されている。同様に、反
射探触子１１も探傷器２１に接続されている。また、例
えば、治具５に図示しない注水穴が穿孔されており、治
具５の内部に水６を充填できるように注水タンク２３と
接続されている。同様に、治具５に図示しない排水穴が
穿孔されており、治具５の内部に充填された水６を排水
できるように排水タンク２４と接続されている。

【００６０】本実施の形態にかかる超音波探傷方法は、
実施の形態１の粗さ計測器による中心線表面粗さの代わ
りに、反射波の減衰量（垂直表面波感度値）を被検査管
１の表面の粗さとして用いるものである。そこで、中心
線表面粗さと垂直表面波感度値との相関性について、簡
単に説明する。

【００６１】被検査管１の中心線表面粗さと垂直表面波
感度値を測定すると表１に示すようになった。そして、
図１０に示すように、得られた測定値より中心線表面粗
さと垂直表面波感度値との回帰直線を求めると、良好な
相関関係があることが明らかである。特に、中心線表面
粗さが４０μｍ以下（垂直表面波感度値が２８ｄＢ以
下）では非常に高い相関関係が得られている。そして、
図１３に示すように、クリープ損傷が起こるのは垂直表
面波感度値が２５ｄＢ以下であるため、中心線表面粗さ
の代わりに、垂直表面波感度値を管表面の粗さの指標と
して用いることができる。

【００６２】

【表１】

【００６３】同様に、表１および図１１に示すように、
被検査管１の最大粗さと垂直表面波感度値を測定し、得
られた測定値より最大粗さと垂直表面波感度値との回帰
直線を求めると、良好な相関関係があることが明らかで
ある。特に、中心線表面粗さが２５０μｍ以下（垂直表
面波感度値が２７ｄＢ以下）では非常に高い相関関係が
得られている。そして、図１３に示すように、クリープ
損傷が起こるのは垂直表面波感度値が２５ｄＢ以下であ
るため、最大粗さの代わりに、垂直表面波感度値を管表
面の粗さの指標として用いることができる。なお、中心
線表面粗さおよび最大粗さの垂直表面波感度値との相関
関係はどちらも同程度である。

【００６４】以下に、本実施の形態にかかる超音波探傷
方法について説明する。

【００６５】まず、実炉内で被検査管１の探傷を行う準
備として、クリープ損傷の判定の基準を求める。被検査
管１と同一の材質および肉厚の試験片に模擬欠陥を加工
し、上記超音波探傷装置１２を用いて、透過波感度値
（減衰量に相当する）を管表面の粗さを変化させて測定
する。あわせて、反射探触子１１により、垂直表面波感
度値（反射波の減衰量に相当する）も測定する。そし
て、得られた測定結果から、垂直表面波感度値と透過波
感度値との近似線を模擬欠陥ごとに求める。

【００６６】例えば、図１２に示すように、肉厚方向に
Ｔ／２，Ｔ／３のスリット（亀裂）の模擬欠陥を加工し
た試験片と未加工の試験片とに対して、上記超音波探傷
装置１２を用いて透過波感度値と垂直表面波感度値とを
測定し、模擬欠陥ごとにそれぞれ近似線Ｌv2, Ｌv1，Ｌ
v0が得られた。なお、試験片は０，０．１，０．２，
０．３ｍｍと旋盤で削り込むことにより、管表面の粗さ
を変化させた。なお、求める回帰係数は１次のものに限
定するものではなく、垂直表面波感度値と透過波感度値
との相関関係により、適宜選択することができる。

【００６７】つぎに、実炉の被検査管１の探傷を行う際
には、上記超音波探傷装置１２を用いて検査部位の透過
波感度値を測定するとともに、垂直表面波感度値を測定
する。そして、判定基準として求めておいた近似線Ｌv
2, Ｌv1，Ｌv0と比較することにより、被検査管１の欠
陥を判定することができる。

【００６８】すなわち、図１３に示すように、垂直表面
感度値と透過波感度値との座標平面上において、実炉の
被検査管１の測定値が基準線に対してどのような位置に
プロットされるかによって、欠陥の状態を判定すること
ができる。

【００６９】以上の説明のように、上記実施の形態２の
超音波探傷方法、およびそれに用いる超音波探傷装置に
よれば、まず、模擬欠陥を加工した試験片に対して、上
記超音波探傷装置１２を用いて透過波感度値を測定する
とともに、管表面に対して垂直に設置した反射探触子１
１によって垂直表面波感度値を測定し、模擬欠陥ごとに
近似線を求めて、クリープ損傷の判定の基準線を準備し
ておく。そして、実際の被検査管１の探傷を行う際に
は、上記超音波探傷装置１２を用いて検査部位の透過波
感度値を測定するとともに、管表面に対して垂直に設置
した反射探触子１１によって垂直表面波感度値を測定
し、求めておいた基準線と比較することにより、被検査
管１のクリープ損傷を判定することができる。なお、透
過波感度値の測定と、垂直表面波感度値の測定とを同時
に行うと、効率的である。

【００７０】なお、上記実施の形態２は本発明の範囲を
限定するものではなく、本発明の範囲内で種々の変更が
可能である。例えば、上記超音波探傷装置１２では、炉
床からの高さのレベルが同一である円周上では、管表面
の粗さにほとんど差がないため、反射探触子１１を取り
付けやすい中央の位置に設けてある。しかし、透過波感
度値の測定の際の超音波の減衰は、管への入射位置およ
び管からの出射位置において発生する。そして、入射位
置における減衰量の方が、出射位置における減衰量より
も大きい。したがって、入射位置における管表面の粗さ
を測定することが望ましく、反射探触子１１をそのよう
に設けてもよい。

【００７１】実施の形態１および２において上述したよ
うに、超音波水浸透過法により発信探触子から投射され
受信探触子で受波される被検体の透過エコーと、被検体
表面の粗さとから被検体内の欠陥を判定することによ
り、超音波の被検体の表面での散乱による減衰量を考慮
することができるため、被検体表面の粗さの影響を補正
して、被検体の欠陥を的確に判定することができる。

【００７２】したがって、加熱管の経年変化を的確に把
握し、残存寿命を高精度に推定することができるため、
加熱管の無駄な交換を防止することができ、安全かつ経
済的に操業することができる。

【００７３】なお、本発明にかかる超音波探傷方法、お
よびそれに用いる超音波探傷装置は、材質、肉厚、形状
が異なる被検体であっても、表面粗さが変化するもので
あれば、基準線をそれぞれ用意しておくことにより、欠
陥の判定に適用することができる。

【００７４】

【実施例】以下に、（株）クボタ製のＫＨＲ２４Ｃ遠心
鋳造管（外径１１０ｍｍ、肉厚１２ｍｍ）の探傷を行う
場合について説明する。なお、ＫＨＲ２４Ｃ遠心鋳造管
は、未使用時の中心線表面粗さが２００μｍ程度であ
る。

【００７５】〔実施例１〕本発明の一実施例について図
３から図９に基づいて説明すれば、以下のとおりであ
る。

【００７６】発信探触子３および受信探触子４は、最大
深度ｄが２Ｔ／３となるように、取り付け角度φが４３
°に設定されている（図３）。

【００７７】記録計２２（図５）は、受波される超音波
のエコー高さをＣＲＴ画面上で８０％になるように補正
した時の感度値を記録する。この記録方法によれば、管
表面の状態が粗ければ粗いほど、受波される超音波の量
が少ないため、感度値を高く設定することにより同じエ
コー高さに補正する。また、クリープ損傷が進展するに
つれて、受波される超音波の量が減るため、設定される
感度値は高くなる。

【００７８】また、粗さ計測器は、基準線の作成時には
実験室用のＭｉｔｕｔｏｙｏ社製ＳＵＲＦＴＥＳＴ Ｓ
Ｖ−９７００・３Ｄ、現場での測定にはハンディタイプ
のＴＡＹＬＯＲ−ＨＯＢＳＯ社製ｓｕｒｔｒｏｎｉｃ３
を使用した。

【００７９】表２は、肉厚方向にＴ／２，Ｔ／３のスリ
ット（亀裂）の模擬欠陥を加工した試験片と未加工の試
験片とに対して、超音波探傷装置２で透過波感度値を測
定するとともに、粗さ計測器で中心線表面粗さおよび最
大粗さを測定した結果である。

【００８０】

【表２】

【００８１】図６は、表２の中心線表面粗さと透過波感
度値との測定結果を、模擬欠陥ごとにそれぞれ近似線Ｌ
a2, Ｌa1，Ｌa0を求め、測定結果とともにグラフ化した
ものである。同様に、図７は、表２の最大粗さと透過波
感度値との測定結果を、模擬欠陥ごとにそれぞれ近似線
Ｌy2, Ｌy1，Ｌy0を求め、測定結果とともにグラフ化し
たものである。なお、本実施例の近似線としては、回帰
係数が１次のものが最も相関関係が高かったため、回帰
直線を採用した。

【００８２】ここで、中心線表面粗さ（図６）および最
大粗さ（図７）は、ともに透過波感度値と非常に高い相
関関係（８０〜９０％）を示しており、それぞれの近似
線がクリープ損傷の判定基準として十分に信頼できるこ
とがわかる。

【００８３】表３は、実炉から抜き出した損傷のある管
について、中心線表面粗さおよび最大粗さと、透過波感
度値とを測定した結果である。なお、断面マクロ・ミク
ロ組織観察によって確認されたフィッシャーの有無につ
いて対応させてある。

【００８４】

【表３】

【００８５】図８は、表３の中心線表面粗さと透過波感
度値との測定結果を、基準線である近似線Ｌa2, Ｌa1，
Ｌa0（図６）とともにグラフ化したものである。同様
に、図９は、表３の最大粗さと透過波感度値との測定結
果を、基準線である近似線Ｌy2, Ｌy1，Ｌy0（図７）と
ともにグラフ化したものである。

【００８６】図８中、使用によって管表面の酸化減肉が
進行しており、中心線表面粗さは１０μｍ近傍に分布し
ている。同様に、図９中、最大粗さは６０μｍから１２
０μｍの間に分布している。

【００８７】また、図８および図９ではともに、Ｔ／３
スリットの近似線Ｌa1, Ｌy1よりも高い透過波感度値を
示した部位で、フィッシャーが検出されている。精度と
しては、Ｔ／２スリットの近似線Ｌa2, Ｌy2よりも高い
透過波感度値を示した部位の５０％（８／１５）以上で
フィッシャーが確認されている。

【００８８】〔実施例２〕本発明の他の実施例について
図１、図２および図１２、図１３に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。

【００８９】表４は、肉厚方向にＴ／２，Ｔ／３のスリ
ット（亀裂）の模擬欠陥を加工した試験片と未加工の試
験片とに対して、超音波探傷装置１２の発信探触子３お
よび受信探触子４で透過波感度値を測定するとともに、
反射探触子１１で垂直表面波感度値を測定した結果であ
る。

【００９０】

【表４】

【００９１】図１２は、表４の垂直表面波感度値と透過
波感度値との測定結果を、模擬欠陥ごとにそれぞれ近似
線Ｌv2, Ｌv1，Ｌv0を求め、測定結果とともにグラフ化
したものである。なお、本実施例の近似線としては、回
帰係数が１次のものが最も相関関係が高かったため、回
帰直線を採用した。

【００９２】ここで、垂直表面波感度値は、透過波感度
値と高い相関関係（６０〜８０％）を示しており、それ
ぞれの近似線がクリープ損傷の判定基準として信頼でき
ることがわかる。

【００９３】表３には、実炉から抜き出した損傷のある
管について、垂直表面波感度値の測定結果も示してあ
る。

【００９４】図１３は、表３の垂直表面波感度値と透過
波感度値との測定結果を、基準線である近似線Ｌv2, Ｌ
v1，Ｌv0（図１２）とともにグラフ化したものである。
図１３中、使用によって管表面の酸化減肉が進行してお
り、垂直表面波感度値は２０〜２３ｄＢの間に分布して
いる。また、Ｔ／３スリットの近似線Ｌv1よりも高い透
過波感度値を示した部位でフィッシャーが検出されてい
る。そして、Ｔ／２スリットの近似線Ｌv2よりも高い透
過波感度値を示した部位では、８０％（７／９）以上で
フィッシャーが確認されている。

【００９５】したがって、模擬欠陥を測定して得られた
基準線に基づいて、加熱管の交換を行うことができる。
例えば、１本の加熱管について所定の検査部位の管表面
の粗さおよび透過波感度値を測定し、１ヵ所でもＴ／３
スリットの基準線（近似線Ｌa1, Ｌy1，Ｌv1）を上回っ
た場合、その加熱管の交換を行う。

【００９６】以上のように、本発明にかかる超音波探傷
方法、およびそれに用いる超音波探傷装置によれば、被
検体表面の粗さの影響を補正して損傷を調べることがで
きる。そして、超音波探傷の結果と、断面ミクロ・マク
ロ組織観察による実損傷の状況とが、良好な対応関係に
あることが確認された。

【００９７】

【発明の効果】請求項１の発明の超音波探傷方法は、以
上のように、超音波水浸透過法により発信探触子から投
射され受信探触子で受波される被検体の透過エコーと、
該被検体表面の粗さとから該被検体内の欠陥を判定する
構成である。

【００９８】それゆえ、検査部位の透過エコーを測定す
るとともに、表面の粗さを測定することにより、被検体
表面の粗さの影響を補正して探傷を行うことができると
いう効果を奏する。したがって、加熱管の経年変化を的
確に把握し、残存寿命を高精度に推定することができる
ため、加熱管の無駄な交換を防止することができ、安全
かつ経済的に操業することができるという効果を奏す
る。

【００９９】請求項２の発明の超音波探傷方法は、以上
のように、請求項１の構成に加えて、上記被検体表面の
粗さは、中心線表面粗さあるいは最大粗さの測定値であ
る構成である。

【０１００】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、検査部位の透過エコーを測定するとともに、粗さ
計測器を用いて中心線表面粗さあるいは最大粗さを測定
することにより、被検体表面の粗さの影響を補正して探
傷を行うことができるという効果を奏する。そして、こ
の補正に要する粗さ計測器は一般的な計測装置であり、
作業量の増加も軽微である。

【０１０１】請求項３の発明の超音波探傷方法は、以上
のように、請求項１の構成に加えて、上記被検体表面の
粗さは、該被検体に対して垂直に超音波を投射し、反射
された反射エコーを受波して得られる反射エコーの測定
値である構成である。

【０１０２】それゆえ、請求項１の構成による効果に加
えて、検査部位の透過エコーを測定するとともに、反射
エコーを測定することにより、被検体表面の粗さの影響
を補正して探傷を行うことができるという効果を奏す
る。また、この補正に要する反射エコーは、被検体に対
して垂直に超音波を投射して反射波を受波する反射探触
子を備えた簡便な装置で測定することができ、作業量の
増加も軽微である。さらに、発信探触子および受信探触
子を備えた従来の超音波探傷装置に上記反射探触子を設
け、透過エコーと反射エコーとを同時に測定することも
可能であり、より効率的に探傷作業を行うことができる
という効果を奏する。

【０１０３】請求項４の発明の超音波探傷方法は、以上
のように、請求項１から３の何れかの構成に加えて、上
記被検体は、高炭素耐熱遠心鋳造管である構成である。

【０１０４】それゆえ、請求項１から３の何れかの構成
による効果に加えて、高炭素耐熱遠心鋳造管は、外表面
の粗さの経年変化が大きく、補正の効果が顕著である。

【０１０５】請求項５の発明の超音波探傷装置は、以上
のように、被検体に超音波を投射する発信探触子と、該
被検体を透過してくる透過エコーを受波する受信探触子
からなる超音波探傷装置であって、前記被検体に対して
垂直に超音波を投射し、反射された反射エコーを受波す
る第三の探触子を備えてなる構成である。

【０１０６】それゆえ、検査部位の透過エコーを測定す
るとともに、反射エコーを測定することにより、被検体
表面の粗さの影響を補正して探傷を行うことができると
いう効果を奏する。また、上記超音波探傷装置は、発信
探触子および受信探触子を備えた従来の超音波探傷装置
に反射探触子（第三の探触子）を設けるだけでよい。そ
して、透過エコーと反射エコーとを同時に測定すること
ができるため、より効率的に探傷作業を行うことができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態にかかる超音波探傷装置
の構成の概略を示す説明図である。

【図２】図１に示した超音波探傷装置の構成の概略を示
す説明図である。

【図３】本発明の他の実施の形態にかかる超音波探傷装
置の構成の概略を示す説明図である。

【図４】図３に示した超音波探傷装置の構成の概略を示
す説明図である。

【図５】図３に示した超音波探傷装置の使用状況の概略
を示す説明図である。

【図６】模擬欠陥が加工された遠心鋳造管の中心線表面
粗さと透過波感度値との測定結果と、その近似線を示す
グラフである。

【図７】模擬欠陥が加工された遠心鋳造管の最大粗さと
透過波感度値との測定結果と、その近似線を示すグラフ
である。

【図８】模擬欠陥が加工された遠心鋳造管の中心線表面
粗さと透過波感度値との近似線と、実炉損傷管の中心線
表面粗さと透過波感度値との測定結果を示すグラフであ
る。

【図９】模擬欠陥が加工された遠心鋳造管の最大粗さと
透過波感度値との近似線と、実炉損傷管の最大粗さと透
過波感度値との測定結果を示すグラフである。

【図１０】遠心鋳造管の中心線表面粗さと垂直表面波感
度値との測定結果と、その近似線を示すグラフである。

【図１１】遠心鋳造管の最大粗さと垂直表面波感度値と
の測定結果と、その近似線を示すグラフである。

【図１２】模擬欠陥が加工された遠心鋳造管の垂直表面
波感度値と透過波感度値との測定結果と、その近似線を
示すグラフである。

【図１３】模擬欠陥が加工された遠心鋳造管の垂直表面
波感度値と透過波感度値との近似線と、実炉損傷管の垂
直表面波感度値と透過波感度値との測定結果を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１ 被検査管（被検体、高炭素耐熱遠心鋳造管） ２ 超音波探傷装置 ３ 発信探触子 ４ 受信探触子 １１ 反射探触子（第三の探触子）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超音波水浸透過法により発信探触子から投
   射され受信探触子で受波される被検体の透過エコーと、
   該被検体表面の粗さとから該被検体内の欠陥を判定する
   ことを特徴とする超音波探傷方法。
2. 【請求項２】上記被検体表面の粗さは、中心線表面粗さ
   あるいは最大粗さの測定値であることを特徴とする請求
   項１記載の超音波探傷方法。
3. 【請求項３】上記被検体表面の粗さは、該被検体に対し
   て垂直に超音波を投射し、反射された反射エコーを受波
   して得られる反射エコーの測定値であることを特徴とす
   る請求項１記載の超音波探傷方法。
4. 【請求項４】上記被検体は、高炭素耐熱遠心鋳造管であ
   ることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の超
   音波探傷方法。
5. 【請求項５】被検体に超音波を投射する発信探触子と、
   該被検体を透過してくる透過エコーを受波する受信探触
   子からなる超音波探傷装置であって、 前記被検体に対して垂直に超音波を投射し、反射された
   反射エコーを受波する第三の探触子を備えてなることを
   特徴とする超音波探傷装置。