JPS5917155A - 超音波法による欠陥の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波法による欠陥の検出方法に関し、被検
材内部に生じた横穴状欠陥等の欠陥の方向、傾き、大き
さ、深さを認識することを目的とするものである。

鋳造材には、鋳造工程において内部にこもったガス等に
よって材料中に横穴状の空胴が発生することがある。こ
の場合、その使用目的により欠陥の形状とそれが材料強
度に及ぼす有害度が明らかにされているものも少なくな
く、数種の鋳造材においては、欠陥の有害度がその平面
透影図上の大きさで規定されている。しかし、材料にか
かる応力の方向性から、同じ長さの横穴状欠陥がＸ方向
にある場合とＹ方向にある場合とでは、有害度が沢なる
のが通常である。逆に云えば、材料強度的に￥Ｆ容され
得る欠陥の大きさがＸ方向とＹ方向とで沢なるのが普通
である。このような状況のもとでは、横穴状欠陥の形状
（方向、傾き、大きさ）ｋ正確に認識することが必要で
ある。

処で、このような内部欠陥の検出方法として、被検材の
内部に超音波ビームを発信し、欠陥からのエコーを受信
する超音波法が従来から提供され、かつ実用に供されて
いる。しかし、従来の超音波法は、中に探触子を被検材
の探傷領域内で所定方向に移動させてエコーを捉えるだ
けであるため、そのエコーを表示媒体上に表示した探傷
パターンから’ｔ’ｌＪ定し得る要素Ｆｉ極〈限られた
ものであり、横穴状欠陥の形状を完全に掘屑−ることは
困難であった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みて提供された
ものであって、その第１の特徴とするところは、被検材
内部の欠陥を超音波法により検出するに際し、被検材内
部の探傷＠域で回転軸・Ｕと交差するように超音波ビー
ノ・を送受する斜角探触子を用い、この斜角探触子を前
記回転軸８廻りに回転させながら３６０°の各方向から
超音波ビームを送受し、探傷ゲート内に生じたエコーの
ピーク値を超音波ビームの入射方向に対応させて表示媒
体にｆｆ　ｉ　パターンとして表示し、この探傷パター
ンから欠陥の方向、傾き、大きさを判定する点にあり、
第２の特徴とするところは、被検材内部の欠陥を超音波
法によシ検出するに際し、被検月内部の探傷領域で回転
軸心と交差するように超音波ビームを送受する斜角探触
子を用い、この斜１０探触子を前記回転軸む廻りに回転
させながら６６０°の各方向から超音波ビームを送受し
、探傷ゲート内のエコーを受信した位置で探触子を回転
軸心方向又は径方向に移動させてエコーがピーク値とな
る位置を求め、その位置で再度探触子を回転させ、エコ
ーのピーク値を超音波ビームの入射方向に対応させて表
示媒体に探傷パターンとして表示し、この探傷パターン
から欠陥の方向、傾き、大きさ、傑さを判定する点にあ
る。

以下、図示の夾施例について本発明を詳述する。

第１図（Ａ）山は屈折角θの斜角探触子（１）ヲ用いて
斜角式超音波探傷法により被検材（２）中の傾きηの横
穴状欠陥（３）全探傷する場合の超音波ビームの路程を
示す。但し、θＳηとする。第１図に示すように、斜角
探触子（１）を回転軸８廻りに始線位置から１回転させ
ながら超音波ビーム（４）を送受した場合、超音波ビー
ム（４）が欠陥（３）に垂直に入射する方向は。

始線から０１、αオ回転した位置の２方向ある。これを
図中の符号金柑いて示すと、Ｐ　−Ｑ　−、Ｒ，−、Ｑ
　−。

ＰとＰ’−Ｑ’−、Ｒ“−・Ｑ“−Ｐ゛で示される。そ
こで、簡単な幾何学的な計算から （１）・δ　−」２し　　　　　　　　　　　　■Ｉｌ
ｎ　Ｑ であることが分る。

従って、η４θの時、斜角探触子（１）を回転させ。

円Ｃに沿って超音波ビーム（４）を回転入射させながら
欠陥（３）全探傷すると、被検材（２）中の深さｄの近
傍に探傷ゲートヲかけて、その探傷ゲート内でエコーを
ピークホールドするようにしておけば、探触子（１）が
１周する間に極大値がα、とα２との２箇所で得られる
。またη＝θの場合には虜＝（Ｌ！２＝１８０゜となシ
、極大値が１個得られる。

第２図（〜（１３）にこの実測値の波形を示し、第２図
（８はη〈θの場合の入射方向に対するピーク値、第２
図（均はη−θの場合の入射方向に刻するピーク値であ
シ、また点線はしきい値のレベルケ示す。

第３図及び第４図は上記データを得るために用いた探傷
装置含水す６（５）は走行枠で、被検部（２）の両側方
に配置されたレール（６）に沿ってモータ（６）“によ
シ駆動されて１前後方向（Ｙ方向）に走行自在であり、
この走行枠（５）にモータ（７）によって駆動される可
動枠（８）が左右方向（Ｘ方向）に移動自在に支持され
る。（９）は探触子回転機構で、縦方向の回転軸００の
下端に装着された回転台ＯＤを備え、この回転台ＯＤに
、超音波ビーム（４）が被検部（２）中で回転軸心と交
差するように斜角探触子（１）が取イー１けられている
。回転軸０１）はモータＯ２によシ駆動され、寸たこの
回転軸００には回転角（入射方向）を検出するためのロ
ータリエンコーダ０３が連動連結されでいる。なお回転
機構（９）は可動台（８）に取付けられている。圓は探
触子（１）をＸ−Ｙ方向に走査するだめの走査制御部で
、探傷時にはこの走査制御部（１４１で走行枠（５）及
び可動枠（８）を制御する。（イ）は超音波探傷器、Ｏ
ｅはアナログゲート、σ７１はピークホールド回路、（
至）は加′Ｗ、器、０９はＸＹレコーダである。翰はカ
ウンタ、　（２１１Ｆｉ］）／Ａ変換器、（支）はスト
レージスコープ、（ハ）は加３ｖ器である。

上記のような構成の走査機構の探傷装置を用いれば、第
５図（Ａ）　（Ｉ３１に示すように、超音波ビーム（４
）の有効ビーム径（４ａ）と探傷ゲー１−　（０１で定
まる被検材（２）中の成る深さ領域（斜線で示した回転
体部分）ｔ２４に全方向（３６０’）から超音波ビーム
（４１’＜送受でき、この結果、ｎσ述のように欠陥（
３）の形伏全見出すための計算処理が極めて容易になり
、また探傷領域が作業者に直観的に分り、探傷装置の較
正等に便利なものとなる。なお、探触子（１）と被検材
（２）との音響結合は１局部水浸法による他、アクリル
等の遅延線を用いた直接法による実施も可能である。

探傷時には走行枠（５）及び可動枠（８）を夫々駆動し
て探触子（１）ヲ第６図に示す如くジグザグ状に走査し
ながら、回転軸αＱ廻！ｌｌに探触子（１）全回転させ
、ビーム入射点軌跡＠〔第１図（勾及び第５図（〜参照
〕に沿って被検材（２）中に超音波ビーム（４）を入射
する。そして、欠陥（３）からの超音波ビーム（４）の
エコーを探触子（１）で受信し、探傷器０９を経てアナ
ログゲー）ＱＧにより深さｄの近傍の信号を取出す。こ
のようにして取出した信号のピークｒＬヲヒークホール
ド回路αηにより検出し、この信号と走査機構の位置信
号をオフセットとして加算器（１８１により加算し、Ｘ
ＹレコーダＯｇのＸ軸に入力する。一方、ロータリエン
コーダａ３の出力パルスをカウンタ（イ）によシ計数し
、それをＤ／Ａ変換器ｃ２１１で１）／Ａ変換し、入射
方向としてＸＹレコーダ０９のＹ軸に入力する。

このようにしてＸＹレコーダａ９の記録紙上に探傷パタ
ーンを表示し、その探傷パターンから欠陥（３）の方向
と傾きと大きさを求める。なお加算器（ハ）は探傷器０
９のｍす１信号（・鋸歯状波）から、ストレージスコー
プ■のＸ％Ｙ軸信号を生成するためのものであり、Ｘ軸
用とＹ軸用の信号の振幅を適当に調節して、ストレージ
スコープ゛の掃引線が超音波ビームの屈折角を反映する
ようにしである。また、ストレージスコー１のＸ軸信号
には、走査機構の位置信号がオフセットとして加算され
、ストレージスコープのにはこれらＸ、Ｙ信号とアナロ
グゲートＯｅからの２軸信号とから所ｍＢスコープ像を
表示する。このＢスコープ像を第７図に示す。

探傷パターンから欠陥（３）の方向と傾きとを求めるに
は次のようにして行なう。即ち、第８図（７！に）は被
検材（２）に横穴状欠陥を形成したものの探傷パターン
を極座標グラフに表示したものを示す。始線は被検材の
適当な方向に定めである。η〈θの場合、図示の如く２
つの極大値を有する探傷パターンが得られるが、それら
を与える入射方向を０１、’ｈ　（＋’ｚ＞　Ｑ！１　
）とする。第８図（Ａ）ｔＪ：　Ｚ、−Ｑ＋、４　ｉａ
ｏｏの場合であり、この時の欠陥（３）の方向（横穴状
欠陥の浅い部分から深い部分へ引いた面線と始線とのな
す角）αは、（的＋α、）／２で与えられる。α２−α
、≦１８０°の時には、欠陥（３）の方向は（α１＋α
ｚ）／２＋１８０゜で与えられる。

欠陥（３）の傾きηは式■を用いて以下のように求めら
れる。即ち、式■のδはα１とσ、を用いて表わすと、
第８図的の場合、δ＝（α、−α、）／２　であシ、第
８図的の場合、δ＝１８０°−（α２−α、）／２　で
ある。

従って、屈折角θの値は予め分っているので、式■にδ
を代入すればηを求めることが可能である。

欠陥（３）の大きさは、横穴状欠陥の場合、従来周知の
探傷方程式から容易に求めることができる。

以上述べたような処理は、欠陥（３）の反射面（第３図
にＲ，Ｒ“で示す）が探触子（１）の回転軸・ひと超音
波ビームの中心軸との交点（第１図にＯで示す）近傍に
ある場合にのみ正確に冥施できるものである。しかしな
がら、実際の探傷においては、欠陥′（３）の深さは不
定であるから、欠陥（３）の深さに対応して０点の位置
を調整する必要が生じる訳である。

第９図及び第１０図はこのような事情を考慮した探触子
回転機構（９）？示す。即ち、第９図及び第１０図にお
いて、（社）は探触子（１）全保持する探触子シューで
、回転台０１１に形成されたガイド部（５）に沿って径
方向に摺動自在であり、この探触子シュー（イ）にはめ
ねじ体（至）が付設されている。■はめねじ体（ハ）に
螺合するねじ軸であって、回転台ＣＩ？）にガイド部（
イ）と平行でかつ回転のみ自在に支持されている。

ねじ軸翰は回転台Ｏ１１中央に配置されたギヤーボック
ス（７）内のギヤー機構を介して調整軸０１）に連動し
、またその調整軸Ｇυは回転軸００の中心上に１丁方向
に配置され、かつその上端に調整つまみ（至）が設けら
れている。従って、調整つまみα４ｆ：廻せば、調整軸
ｃｌυ、ギャーボックヌ■、ねじ軸（ト）を介して探触
子シュー（イ）がガイド部（ロ）に沿って摺動し、探触
子（１）の径方向の位置が変わるので、０点の位置。

つ捷り探傷深さ全任意に調整することができる。

なお、０点の位置を調整する方法としては、探触子（１
）を回転軸（ｌｆｊの軸心方向に移動させ、探触子（１
）と被検材（２）表面との距離ヲ変える方法もあり、こ
の場合も同様に実施可能である。

以上述べたところから、本発明方法全実際の材料に適用
する場合には、欠陥の有無を判定するための粗探傷と欠
陥の形状全認識するための精密探傷の２つに大別して、
次のような手順に従って探傷を実施するのが良い。

１）　　ｆｆ傷深さをＯ（表面）〜ｄとすると、超音波
ビームの中心軸と探触子（１）の回転中心軸との交点が
ｄ／２の近くになるように、探触子（１）の回転半径を
調節する。探傷ゲート０〜ｄに設定する。

２）検出すべき最小欠陥の大きさで決まるしきい値（第
２図）よりも更に−６ｄＢ程度低いしきい値を設定して
、横穴状欠陥の有無をヤ１定するための粗探傷を全面に
わたって行なう。この新しいしきい値を越えるエコーが
現われた時の探触子（１）の位置（ｚ、ｙ）全記録して
おく。このような位置は１つ以上ある場合もある。

８）欠陥の検出された位置に再び戻り、探触子（１）を
回転軸０■■にゆっくり回転さセながら欠陥エコーｔｉ
える。エコーの極大値が得られたところで入射方向を固
定し、調整っ寸み３つを廻して探触子（１）を径方向に
走査し、エコーが極大になるところで固定する。次に探
触子（１）を回転させて＊ｉパターンを採る。この時の
欠陥の反射面の深さをストレージヌコーブ■から読取り
配録する。

４）次に僅かだけ探触：ｒ（１）　’ｉ　Ｘ　−Ｙ方向
に走査し、エコーが以前より高くなる位ｆｆ’ｔさがず
。続いて同じ操作を行ない、探傷パターンを採り、欠陥
の反射面の深さを記録する。探触イ（１）を僅がだけＸ
−Ｙ走査させて以前より高いエコーが得られない場合に
は、最もエコー高さが高かった探傷パターンよシ、ｎｃ
１述した方法により欠陥の方向、傾き、深さ、大きさを
判定する。

５）他の全ての欠陥に対し、３）及び４）項を突施し、
精密探傷を完了する。

第１１図（Ｎはある材料（至）にががる応力の方向（矢
印）を、第１１図（Ｂ）はその時の許容される欠陥（３
）の平面透影図上の大きさを方向の関数として夫々示し
たものである。この関数はだ円５．．＝１　で与えられ
ている。本発明によれば、前述したように欠陥（３）の
方向、傾き、寮長が正確に知られるので、その平面図上
での長さのＸ成分ｌＤｃ　　もＹ成分も容易に知ること
ができる。即ち、欠陥（３）の実長Ｉ！は探傷図形にお
ける最大値から分るので、第１図における始線の方向を
Ｘ軸にとれば、ｌｘ、ｌｙは夫々 １、＝ムリ（２）η １５／　＝　ｌ＋ｉｎα。３η で与えられ、Ｘ方向、Ｙ方向での欠陥（３）の有害度が
判定できる。

なお、この方法では、通常、探触子（１）の回転半径を
無制限に大きくすることができないことがら、材料の疲
労破壊に密接な関連をもった表面近傍の横穴状欠陥の検
出に特に実用的である。

また、この方法で対象全横穴だけに珊定する必要はなく
、等方向な球状欠陥、η中心となるような傾いた斜面状
欠陥等にも適用できることは云うまでもない。

以上実施例に詳述したように本発明によれば、斜角探触
子を回転軸、Ｕ廻漫に回転させながら３６０　’の各方
向から超音波ビームを送受し、探傷ゲート内に生じたエ
コーのピーク値を超音波ビームの入射方向に対応させて
表示媒体に探傷パターンとして表示し、この探傷パター
ンから欠陥の方向、傾き、大きさを判定する方法を採っ
ているので、従来の超音波法とは異なり、被検材内部の
欠陥の方向、傾き、大きさをＨ実に認識でき、欠陥の有
害度１Ｆｒ、判定する上で非常に効果的である。

また探傷ケート内のエコーを受信した位置で探触子を回
転軸心又は径方向に移動させて、エコーがピーク値とな
る位置ヲ求め、その位置で探触子を再度回転させて探傷
パターン金求めることにより、前述の方向、傾き、大き
さに加えて探触子の同転半径から幾何学的に、あるいけ
、ストレージスコープＥの図形から欠陥の深さも同時に
判定することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図（Ａｌ　（Ｂｌ
は超音波ビームの路程を示す説明図、第２図（Ａ）　（
Ｂｌは入射方向とピーク値との関係を示す波形図、第５
図は探傷装置の構成図、第４図はその走査機構の平面図
、第５図（Ｎ山は探触子にょる探傷領域の説明図、第６
図は走査方法の説明図、第７図は欠陥反射面の深さのモ
ニタのためのＢスコープ像ケ示す説明図、第８図１（勺
（乃は横穴人工欠陥の探傷パターンを極座標グラフに表
示した説明図、第９図書は回転機構の要部平面図、第１
０図はその要部破断図、第１１図（７！（均は材料にが
がる応力の方向と許容される欠陥の長さを方向の関数と
して表わした説明図である。 （１）・・・斜角探触子、（２）・・・被検材、（３）
・・・欠陥、（４）・・・超音波ビーム、（９）・・・
探触子回転機構、ｏｌ・・・回転軸、ａｌｌ・・・回転
台、Ｃ９・・・超音波探傷器、ｏト・・アナログゲート
、　Ｃ１，７１・・・ピークホールド回路、　Ｏｑ川用
　Ｙレコーダ、□□□・・・探触子シュー、翰・・・ね
じ軸、６１）・・・調整軸。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被検材内部の欠陥を超音波法により検出するに際し
   、被検材内部の探傷領域で回転軸、ｂと交差するように
   超音波ビームを送受する斜角探触子を用い、この斜角探
   触子を前記回転軸心廻シに回転させながら３６Ｃ０の各
   方向から超音波ビームを送受し、探傷ゲート内に生じた
   エコーのピーク値を超音波ビームの入射方向に対応させ
   て表示媒体に探傷パターンとして表示し、この探傷パタ
   ーンから欠陥の方向、傾き、大きさを判定することを特
   徴とする超音波法による欠陥の検出方法。 ２　被検材内部の欠陥を超音波法によシ検出するに際し
   、被検材内部の探傷領域で回転軸心と交差するように超
   音波ビームを送受する斜角探触子を用い、この斜角探触
   子をｍＪ記回転軸心廻りに回転させながら３６０°の各
   方向から超音波ビームを送受し、探傷ゲート内のエコー
   を受信した位置で探触子を回転軸む方向又は径方向に移
   動させてエコーがピーク値となる位置を求め、その位置
   で再度探触子を回転させ、エコーのピーク値を超音波ビ
   ームの入射方向に対応させて表示媒体に探傷パターンと
   して表示し、この探傷パターンから欠陥の方向、傾き、
   大きさ、深さを判定することを特徴とする超音波法によ
   る欠陥の検出方法。