JPS5831868B2 - 自動超音波探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接部のあらゆる欠陥を検出するために複数個
（９個）の異ったプローブを有し、同時へ に４個のプローブからの信号をタイマーで切換え１つの
ＣＲＴ（ブラウン管）上に表示し、複数個の異った目的
の探傷を１回の操作で同時に行う自動超音波探傷装置に
関するものである。

溶接部の欠陥を検出する場合、欠陥が亀裂、線状のもの
である場合には超音波探傷試験による方法で検出するこ
とが適していると云える。

超音波探傷法による欠陥検出では中でも超音波ビームの
進行方向に対して垂直な欠陥はど検出しやすいことが判
っている。

溶接部の欠陥としては溶接部内にある場合、溶接部と母
材との間にある場合など考えられるが溶接部の形状によ
り垂直法、斜角法などによって溶接部に超音波ビームを
当てる角度を変えて行うことも必要であり、斜角法では
４５゜および４５°〜７０°の間で１５°以上異った２
つの角度で超音波探傷試験を行う方があらゆる欠陥を検
出するために効果があると云われている。

手作業では実際にプローブを変えても行うことが容易で
あるが自動化した場合には探傷方向まで変化させると９
種類（図９）にもなり装置をコンパクトに収めることが
必要となってくる。

９種類にも及ぶプローブを同時に操作した例はすでにあ
るがもし同時に９種類の試験を行うとすれは探傷器を９
台設置し、９人の超音波作業者が同時に探傷を行うこと
は費用、人員等の問題で難しく、一般には１台（または
数台）の探傷器で９回（または数回）プローブを切換え
て作業を行っている。

溶接部の欠陥を検出し位置とその欠陥大きさを記録して
おくことは被試験体（溶接部を含む）装置の保守管理上
重要なことであり１部ではすでに実施されている。

また欠陥信号により自動的に停止する装置についてもす
でに存在する。

本発明は溶接部のあらゆる欠陥をタイマーによってチャ
ンネルを切換えることで同時に９個のプローブからの信
号を送受信し、超音波プローブの固有信号または常時で
ている被試験体形状から出る信号等を除外し、１つのＣ
ＲＴ上に４個のプローブからの信号を同時に表示するこ
とで作業者の人数を節約し、１個の操作で異なる９種類
の超音波探傷を行うことが出来、欠陥のエコー高さと探
傷距離を探傷位置に対応させて検出し、欠陥位置で警報
を発し自動的に動作が停止できる自動超音波探傷試験を
行うことの出来る装置を提供することを目的とする。

即ち本発明は、異った９種類のプローブ、チャンネル切
換式、２ゲートを有するＣＲＴ上へ同時表示される超音
波探傷器、プローブ駆動装置および超音波探傷器と連動
し、反射エコー高さと探傷距離とプローブ位置を同時に
記録する記録装置から成り異った９種類のプローブを利
用した超音波探傷試験を１回の操作で自動探傷が行える
ことを特徴とするものである。

以下図面を参照し本発明の一実施例を説明する。

第１図イは材料３に大きさが同じで深さの異る欠陥穴を
設けた例であり、一般に超音波探触子（以Ｆプローブと
略）７の特性からＣＲＴ（ブラウン管）１上ではＡ、Ｂ
、Ｃの欠陥穴は第１図口に示すようになっている。

このことは同じ大きさの欠陥でも探傷距離（プローブか
ら欠陥までの距離）が異る場合には受信した信号（エコ
ー高さ）の高さが異ることを意味している。

エコー高さだけでは第１図口に示した通り欠陥の大きさ
を判断することが難しいので距離振巾較正曲線（ＤＡＣ
カーブと略） １５（１）が必要になる。

このＤＡＣカーブによって探傷距離の異る位置の欠陥形
状（大きさ）の判断がつくことになる。

もしこのＤＡＣカーブを電気的に水平にすることが出来
るならＤＡＣカーブ１５（５）のように探傷距離にかか
わらず欠陥の大きさがエコー高さく電圧）だけで判るこ
とが出来る。

在来の超音波探傷器では炭素鋼材に対しては約４０デシ
ベル（１００倍）の補正が可能なものもあるが減衰の大
きいような材料、例えは主としてオーステナイト系ステ
ンレス鋼材料およびその溶接部などでは数デシベル（約
２倍）程度の補正しか出来ないことがある。

第２図は１つのＣＲＴｌ上に４つのプローブ７からの信
号を表示した例で第２図イは４つのプローブ７からの信
号によって４本のＤＡＣカーブ１５を表示した例を示し
ている。

４つのプローブ７を同時に動かしてＣＲＴｌ上に表示す
ると口に吊すように４本の送信波１４と反射（欠陥）エ
コー１６が表れる。

ＤＡＣカーブ１５が４本１５（１）。（２） 、 （３
） 、 （４）ある場合には一般に４種類のＤＡＣカー
ブ１５と４種類の反射エコー１６を区別してＣＲＴｌ上
で目視することは出来ない。

そこで予じめ測定した４包のＤＡＣカーブ１５ （１）
、 （２） 、 （３）。

（４）のうちエコー高さの低いエコー高さを選びシビア
サイドとして第２図口に示すようなりＡＣカーブ１５を
作る。

このＤ’ＡＣカーブ１５を基準にしてＣＲＴｌを目視す
れば、このカーブ以上のエコー高さのものがＣＲＴｌ上
に出て来なけれはＡ。

Ｂ、Ｃの基準式以上の大きさの欠陥はないと云える。

第３図はＣＲＴｌ上に反射（欠陥）エコー１６が出た場
合の例を示す。

ゲート１８はゲート内（Ｇの巾の間）にあるスレッシュ
ホールドレベル１７以上の反射エコー１６の高さＨ（一
般には０〜１１■）を外部へ信号として検出するのに用
いる。

またこのゲート内にある反射エコーまでの時間Ｔが直流
電圧として外部へ直接取り出せるようになっている場合
もある。

第３図イはスレッシュホールプレベル１７以上の反射エ
コー１６（１）がゲート内に現われた場合で外部への信
号としては反射エコー高さＨ（１）と時間軸Ｔ（１）が
取り出せる。

第３図口はスレッシュホールドレベル１７以上の反射エ
コー１６ （１） 、 （２）がゲート１８内に２箇所
現れた場合で外部信号としてはスレッシュホールドレベ
ル１７以上の反射エコー１６（１）と（２）のうちエコ
ー高さの大きな反射エコー１６（２）のエコー高さＨ（
２）が現れ、時間軸としては外部信号へゲート１８内の
スレッシュホールドレベル１７以上で時間軸の短いＴ（
１）が現れるので、２箇所以上の反射エコー１６がある
場合には、反射エコーのエコー高さＨｌ、２′と時間軸
Ｔ１，２の外部信号の対応がつかない場合がある。

そこでこのような場合にはビデオテープレコーダでＣＲ
Ｔｌ上の反射エコーを録画しておくか、ＣＲＴ１上の反
射エコーを目視しなければならない。

この場合に４ケのプローブを同時にＣＲＴｌ上に現して
いる時は動作を停止し、どのプローブからの信号が大き
く出ているか（反射エコーの高さが高いか）調べる必要
がある。

第４図は４つの異った種類のプローブを同時に動かすた
めのシステムでプローブ７は距離振巾較正装置６、送受
信装置５を介しタイマー２で切換えられＣＲＴｌに表示
される、レコーダ８へはトランジゲート４を介しゲート
１８内の最大エコー高さを記録できると共にスレッシュ
ホールドレベル１７以上の信号により制御装置９ヘトラ
ンジゲート４からの信号で制御装置９で停止信号として
プローブ７のプローブ駆動装置１０を停止させる、ここ
で各４ケのプローブ７からの信号を受信したレコーダ８
の記録紙上の図は第５図に示すように各プローブ毎（ｃ
ｈ１〜４）に時間軸とエコー高さを同時に対応させて記
録（各ペンは交叉しない）しているのでスレッシュホー
ルドレベル１７以上のエコー高さがどのプローブ７ （
ｃｈ１〜４）の反射エコーかが記録紙上からすぐ判明し
、且つプローブ駆動装置１０を停止し記録紙上で判明し
たスレッシュホールドレベル１７以上の反射エコー高さ
をＣＲＴｌ上から検知し、ＣＲＴｌを写真、ビデオテー
プレコーダ、模写等で記録する。

各プローブからの反射エコーの指示量を４ｃｈ同時に動
かすことで記録紙上の各チャンネル毎の対応を付けるこ
とも容易である。

第５図はレコーダ８で記録する場合の例を示したもので
超音波探傷器の出力信号としてＣＲＴｌ上の時間軸およ
びエコー高さを直流電圧としてレコーダ８に入れ記録紙
２１上に記録する。

レコーダ８の各ペンは交叉していると時間軸とエコー高
さの関係が多少づれてしまうのでお互いに交叉しないで
紙送りに対して同位置（同時）を動いている。

紙送り速度は記録後の解析が容易なようにプローブ１の
旋回（配管の内側または外側から探傷する場合）に対し
、１回転（３６０°）で３６０ｍ１ｎの倍数である３６
，７２，９０，１８０，３６０朋動くようにプローブ駆
動装置からのパルス信号とレコーダ８のパルスモータの
関係を定める、また軸方向の移動に対してはプローブ７
の移動量１間に対して記録紙が０．５，１．２，５．１
０ｒｎ１１Ｌ動くように設定出来るような記録速度を有
している。

ペンレコーダとして１０ペン式のものを２台または２０
ペン式のものを１台とすることで９種類の異ったプロー
ブを有する超音波探傷試験を１回の操作で記録紙上へ記
録出来る。

第６図は母材１２上に２分割型斜角プローブ２２を接触
させた例でプローブケーブル２３を伝わってきた電気信
号を振動板２０へ導き、電圧を振動板２０で超音波信号
に変え超音波１９は矢印の方向に添って進む母材１２の
表面で１部は母材１２中へ伝わり、反射した１部は吸収
板２４に伝わる。

この吸収板２４は超音波１９を完全に吸収する必要があ
るが、吸収板２４で吸収しきれない反射波が元来た道を
戻り振動板２０に多少到達し、（振動板２０は超音波を
受は電圧に変えて）反射エコー１６として第７図のよう
に現れることがある。

（また常時現れるエコーとしては被試験体形状により現
れることもある。

）この反射エコー１６は常時同じ距離（振動板２０と吸
収板２４との間の距離は一定）に出ているので欠陥から
の反射エコーとの区別はＣＲＴｌを目視していれば判る
（欠陥の場合には反射エコーの時間軸が動く）が記録紙
２１上では判り難いのでゲート１８を０１、Ｇ２と２つ
セットし常時現れるプローブ固有の反射エコーを除いて
記録させる。

この常時反射するエコーは一般にプローブ７の近距離音
場内に現れるので母材１２の肉厚が大きい場合や母材１
２の肉厚が薄くても遠くの欠陥をさがすような場合には
ゲート１８を第７図に示すように常時反射しているエコ
ー１６の後部Ｇ２のゲート範囲とすることで単一ゲート
方式でも使うことは出来る。

超音波探傷試験では欠陥に対して直接超音波を当てるの
が欠陥解析には良く、伺回も反射した超音波は反射、屈
折により、超音波ビームの拡り、超音波の一部遅れエコ
ーの現出、形状等による縦横波のモード変換が生じるな
ど解析が難しくなる。

薄肉の母材１２や母材の溶接部を直接（反射させず）探
傷する場合にはプローブ７によって常時反射する反射エ
コー１６を第７図に示すように除ける必要がある。

この常時現れる反射エコーは２分割型プローブ２２を採
用するとほとんど少くなる、２分割型プローブ２２は第
８図イのプローブ７を横から見た側面図で口はプローブ
７を上から見た平面図である。

第８図口に示すように振動板２０が２ケあれば、お互い
にある角度をもっているため超音波１９は元来た道を戻
って来ないからプローブ７の中での反射エコーはほとん
ど現れない。

第９図は配管の円周溶接部を外側から超音波探傷試験を
行うプローブ７の配置例を示したものである。

ここで垂直探触子としては７（１）と７（２）があり２
分割型である場合２つの振動板２０の角度が９０°異っ
たもの２種類を配管の対称の位置に設置し、斜角探傷と
しては円周方向に右、左向きの４５°斜角プローブで７
（３） 、 ７（４） 、 ６０’斜角プローブで７
（５） 、 ？ （６）、軸方向層、左（または上、下
：向きとして４５°斜角プローブで７（７） 、 ？（
８） 、 ６０゜斜角プローブで７ （９） 、 ７
（１０）として第１０図の４チヤンネル型超音波探傷器
２５（１）へ７（８） 、 ７（４） 。

７ （５） 、 ？ （９）を、２５（２）へ７（７）
、 ？（３） 、 ７（６） 、 ７（１０）を、ま
た１チヤンネル探傷器２６へ７（２）からの信号を継ぐ
ことで各々の信号が干渉しないように考慮されている。

もちろん４チヤンネル探傷器２５（１）の中の４つのプ
ローブへの信号は１００〜５００Ｈｚでタイマーにより
切換でいるので２５（１）に継いだプローブ同志での干
渉は生じない。

ここには外側からの探傷例を示したが内側からの探傷に
ついても同様に考えられる。

第１０図は前に述べた第１図から第９図までの内容を充
分考慮に入れた全体のシステムを示す。

溶接部（母材を含む）１３に接触したプローブ７（１）
〜７（１０）を動作させるプローブ駆動装置１０は制御
装置９の信号で制御され、制御装置９上へはプローブ７
（１）〜７００）の位置がプローブ駆動装置１０のリー
ドスイッチ１１によるパルス信号を受はディジタル表示
される。

超音波探傷器２５（１）はプローブ？（８） 、 ７（
４） 、 ７（５） 、 ７（９）の信号を受はレコー
ダ８へ反射エコー高さと探傷距離を記録する、またプロ
ーブ駆動装置１０からプローブ位置信号を受けた制御装
置９からの信号でレコーダ８はプローブ７（１）〜７（
１０）の位置を示すリードスイッチ１１のパルス信号と
同期して動く。

４チヤンネル探傷器２５（１） 、 ２５（２）の２台
と１チヤンネル探傷器２６の１台はプローブ７（１）〜
７（１０）の組合せをこの様にすることであらゆる欠陥
検出可能なように考慮された探傷が９ケのプローブ７（
２）〜７００）同時に１回で各プローブの干渉もなく超
音波探傷が行える。

次に上記装置の作用効果について述べる。

超音波探傷試験を溶接欠陥検出用として使用するには、
各種の欠陥検出が行えるために数種類の異ったプローブ
（センサー）を併用することが、必要である。

異ったプローブからの信号を１台の探傷器を使用して探
傷試験を行う場合にはプローブの数（９回：だけの回数
の試験を行わねばならないので時間がかかる。

特に放射線被曝を受ける原子力発電所内での作業では時
間を短縮し作業者の放射線被曝量を最低限度でおさえる
ことが重要である。

ここでは探傷方向または角度の異る９種類のプロニブを
用いて探傷作業を効率よく行うために各プローブからの
信号を同時に送受信する４チヤンネル探傷器２台と１チ
ヤンネル探傷器１台を組合せ全体で３台とすることで同
時に９種類のプローブからの送受信号により１回の探傷
操作で全ての欠陥検出を行おうとするもので４チャンネ
ル分については１つのＣＲＴ上に同時に表示（タイマー
で切換、目視上では同時表示）させることで４チャンネ
ル分の探傷結果がＣＲＴ上で１人の作業者の目視で充分
判る、４チャンネル分の欠陥エコー高さト探傷距離は探
傷作業中記録されまたゲートは各チャンネル毎に２ケ有
しておりプローブ個有のエコーや被試験体形状から出る
溶接欠陥ではないエコーを除外して記録することが可能
である。

スレッシュホールドレベル以上の反射エコーが現れた場
合にはプローブは自動停止し、すみやかに欠陥位置、欠
陥形状、探傷距離など記録、再調査（精密調査）する。

記録送り速度は円周方向に対しては３６０；また軸方向
に対しては１間の倍数目盛で動作する１０（２０）ペン
レコーダで記録でき且つ記録紙上で各欠陥位置形状を同
時に調査できるように各ペンが互いに交叉しないように
なっている。

９ケのプローブへ同時に信号を送り同時に送受信すると
各プローブの超音波ビームは干渉し合いまたは他プロー
ブからの信号を受けたりして探傷作業が不可能となる。

そこで９ケのうち斜角プローブを４ケづつに分け、その
４ケは瞬間的にタイマーで切換え各プローブ間の探傷に
対する妨害を防いだ、４ケのプローブは切換えて超音波
を送受信しているので探傷距離として２００ｍ１１１以
下で使用することが望しい。

また垂直用プローブはプローブと被試験体の間で超音波
を伝達する接触媒質である水または他の液体の充分往き
渡っていることを確認するカップリングチェックの目的
にも使われる。

以上説明したように本発明によれば異った９種類の超音
波探傷用プローブを同時に操作し、プローブ同志が互い
に干渉したり、他のプローブからの信号を拾ったりしな
いように考慮したプローブの配置および超音波の送受信
方法（タイマー切換など）をとったため、同時に９種類
の超音波探傷が可能となり、探傷時間を９分の１と短縮
することが出来る。

一般に１台の超音波探傷器には必ず１人の超音波探傷作
業者が探傷器のブラウン管（ＣＲＴ）上を目視していな
ければならないが、異ったプローブの信号を同時に表示
させることで４チヤンネル（４人分）は１人の作業者の
目視で探傷作業が行えると共に探傷位置に同期したレコ
ーダによって欠陥エコー高さと探傷距離が同時に記録表
示されると共に２ゲ一ト方式の採用により欠陥以外のエ
コーを記録しないようにしていると共に欠陥エコーを検
出し自動停止させると共に垂直プローブはカップリング
チェックの役目をし、第２ゲートによりカップリングが
悪い場合には自動停止が出来る。

以上のような各種機能を組合せることで多種プローブを
有する超音波探傷試験の合理的なシステムとして初めて
自動化が可能となるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図イは寸法形状が同じで、欠陥までの距離の異なる
欠陥の図形を示す図、第１図口は第１図イの欠陥（対比
標準穴）を表示した図、第２図イは４個のプローブから
の信号で各プローブの距離振巾曲線（ＤＡＣカーブ）を
示す図、第２図口は第２図イの４個のＤＡＣカーブの各
点のうち最も低い点を選んだシビャサイドを示す図、第
３図は欠陥からの反射エコーとゲートの関係を示したも
ので第３図イでは１つの反射エコーの例を第３図口では
１つのゲートに２つの反射エコーが現れた場合の例を示
す図、第４図は４チヤンネル型超音波探傷器の各チャン
ネルをタイマーで切換えた例を示す図、第５図は記録の
１例を示している図、第６図は斜仲プローブ固有のプロ
ーブ内からの反射エコーの生じる原理図、第７図はプロ
ーブ内からの反射エコーをＣＲＴ上に表示した例を示す
図、第８図イは斜角２分割プローブの横断面を示す図、
第８図口はイの斜角２分割プローブ上から見た図、第９
図は配管溶接部を外側から超音波探傷試験する例として
プローブの配置例を示す図、第１０図は４チャンネル超
音波探傷器２台と１チャンネル探傷器１台を組合せたシ
ステムの１例を示す図である。 １・・・・・・ＣＲＴ（ブラウン管）、２・・・・・・
タイマー４・・・・・・トランジゲート、５・・・・・
・パルサーレシーバ（送受信装置）、６・・・・・・距
離振巾較正装置、７・・・プローブ（サーチユニット）
、８・・・・・・レコーダ、９・・・・・・制御装置、
１０・・・・・・プローブ駆動装置、２０・・・・・・
振動板、２２・・・・・・２分割斜角プローブ、２４・
・・・・・吸収板、２５・・・・・・超音波探傷器（４
チヤンネル型）、２６・・・・・・超音波探傷器（１チ
ヤンネル型）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被試験円管に取付けられた複数個の超音波探傷用の
   プローブと、これらのプローブを前記被護１験円管に沿
   って駆動する駆動機構と、これらのプローブから得られ
   た超音波信号を増幅する超音波探傷器と、超音波探傷器
   で増幅された信号を表示する表示器とを含む自動超音波
   探傷装置において、前記プローブを被護１験円管に円環
   状に取付け、これらのプローブの超音波発信方向をこの
   円環を含む面の方向と被護１験円管の軸とプローブとを
   含む面の方向に設定し、超音波発信方向を前記円環を含
   む面の方向衣まわり向きに設定した複数個のプローブと
   、被護７験円管の軸とプローブとを含む面の方向上向き
   および下向きに設定したそれぞれ１個のプローブとを選
   択して第１の群とし、さらに超音波発信方向を前記円環
   を含む面の方向差まわり向きに設定した複数個プローブ
   と、被試験管の軸とプローブとを含む面の方向上向きお
   よび下向きに設定したそれぞれ１個のプローブとを選択
   して第２の群とし、これらの同一群内のプローブを所定
   の時間隔をおいて順次発受信せしめるようにしたことを
   特徴とする自動超音波探傷装置。