JPS5952983B2 - 超音波斜角探傷装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波斜角探傷装置、特に、厚肉鋼管の内外
面の欠陥を同時に探傷することのできる超音波斜角探傷
装置に関する。

一般に超音波斜角探傷装置は、鋼管の内外面おょび肉厚
内に存在する欠陥を高感度に検出できるために、高度な
品質を要求される鋼管の非破壊検査に利用されている。

しかしこのような鋼管の斜角探傷においては管の肉厚が
大きくなることにより管内面へ超音波ビームが当たらな
くなり、内面欠陥の検出が不可能になる。管外径をＤ、
管厚ををとすれば、を／Ｄと超音波ビームの外面欠陥検
出用の屈折角θＯおよび内面欠陥検出用の屈折角θｉと
の間にはｓｌｎθｉ−ｓｌｎｅｏ ｔ／ Ｄ■ ・・・・・・・・・・・・・・・（１）２
ｓｉｎθｉの関係がある。

そして第１図に示すように、超音波ビームが管内面の接
線となつたときはθｉ二９００であるからを ／Ｄ＝（
１−ｓｉｎθｏ）／ ２ ・・・・・・・・・（２）と
なる。

（２）式により求められるを／Ｄが理論的に管外面検出
用屈折角θｏにおける探傷可能限界Ｊｔ／Ｄである。第
２図は屈折角θｏと探傷可能限界を／Ｄとの関係を示し
たものであつて、同図の曲線ａより下方の領域イが内面
欠陥検出可能領域であり、屈折角θＯの場合に第１図に
おける管厚を、の鋼管１に対して超音波ビームが符号１
０で示・すように伝播する。また曲線ａより上方の領域
口が内面欠陥検出不可領域であり、鎖線で示す管厚を２
の鋼管１’に対して超音波ビームが符号１０′のように
伝播する。即ち、外面欠陥検出用屈折角θＯが一定であ
つても、第１図、第２図に示すようフに超音波ビームの
外面側への入射角は、を／Ｄに関係なく、屈折角θｏに
等しいが、内面側への入射角はを／Ｄにより変化し、を
／Ｄが大きくなるにしたがつて前記屈折角θＯより大き
な値となり、その結果符号１０′のように管内面へ超音
波□ビームが当たらな＜なり内面欠陥の検出が困難とな
る。従来、超音波斜角探傷における屈折角は以下の理由
で３５゜〜７０゜を用いるのが一般的である。

（イ）超音波ビームの往復通過率が水と鋼との間で第３
図に示すように横波屈折角３５゜〜７０゜で高い値を示
す。また、横波屈折角３３゜以下では縦波Ｔ，と横波Ｔ
ｓの両者が共存するとともに往復通過率が低い。（ロ）
超音波ビームの直角な角における反射率が第４図に示す
ように横波屈折角３５゜〜５５゜で１００％を示す。

このように、通常の鋼管の超音波斜角探傷においては横
波屈折角を約３５゜以上にするため、鋼管の内外面まで
探傷可能な最大のｔ／Ｄは約０．２となり、ｔ／Ｄが０
．２以上の厚肉鋼管に対しては管の内面欠陥検出に超音
波斜角探傷を適用することは困難である。

このほか従来は鋼管の内外面の探傷を別々に行なつてい
るために処理能力が低いという欠点がある。本発明は、
従来不可能であつた厚肉鋼管の内面斜角探傷が可能でし
かも内面および外面の同時探傷が可能な超音波斜角探傷
装置を提供することを目白勺とする。

本発明に係る超音波斜角探傷装置は、鋼管外面探傷用屈
折角が３５゜〜５５゜の超音波ビームを発する探触子と
、鋼管内面探傷用屈折角が反射率１００％となるような
屈折角の超音波ビームを発する探触子とを鋼管の外面に
配置したことを特徴とする＼（のである。

゛］ＺＤｔ７．ｆラメ←夕にと１転屈折角θと内面入射
角θｉとの関係を示すと、第５図のようになる。

この図からも明らかなように、例えばｔ／Ｄが３０〜１
５（％）の場合に、屈折角θが１５゜〜３０゜のときは
内面入射角θｉがほぼ４５゜となり、角からの反射率が
１００％となる。同図において、逆に、内面入射角θｉ
があ゜〜５５゜で反射率が１００％となるような屈折角
θは１５゜〜３０゜あることがわかる。したがつて本発
明において鋼管内面探傷用の超音波ビームについては、
その屈折角が１５゜〜３０゜となるような探触子を鋼管
外面に配置するのがよい。以下、本発明を、図面を参照
しながら、実施例について説明する。

第６図および第７図はそれぞれ本発明の実施例に係る超
音波斜角探傷装置の横断面図および縦断面図である。

軸線方向に移動する被検査鋼管１の外周に探触子ホルダ
ー２がわずかのすきまＳをもつて配置される。この探触
子ホルダー２には４個の探触子６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ
が取付けられる。このうち探触子６ａと６Ｃとはホルダ
ー２の軸線に垂直な同一平面上に存し、探触子６ｂと６
ｄとは前記の平面に対して平行でかつ軸線方向に若干ず
れた別の同一平面上に存する。つまり探触子６ａと６Ｃ
と探触子６ｂと６ｄとは互に軸線方向にずれている。こ
のずれＬ（第７図）は例えば７１５ｍｍ程度とするのが
よい。これによつて超音波ビームの干渉を防ぐことがで
きる。探触子６ａと６ｂは鋼管１の外面欠陥検出用、探
触子６Ｃと６ｄは内面欠陥検出用である。

外面欠陥検出用探触子６ａ，６ｂは、その送信する超音
波ビーム７Ａ，７ｂの鋼管外面における屈折角θＯが３
５゜〜５５゜となるような位置に取付けられ、かつ欠陥
の方向性による検出能低下を防ぐために、互に逆方向に
超音波ビームが進行するように配置される。即ち、図示
のように、探触子６ａの超音波ビーム７ａが反時計方向
に進行するとすれば、探触子６ｂの超音波ビーム７ｂが
時計方向に進行するようにそれぞれのノズル３ａ，３ｂ
の位置および方向が定められる。各探触子は、探触子取
付具４内に収納され、取付具４はボルト８でホルダー２
に固定される。符号５は取付具４の押えナツトである。
外面欠陥探傷用屈折角θＯを３５゜〜５５゜とすること
により、前述したごとく、超音波ビームの外面欠陥への
入射角が屈折角と等しいために、超音波ビームの往復通
過率が高く （第３図参照）、しかも直角な角における
反射率が１００％（第４図）となる。

これによつて高感度で外面欠陥の検出が可能である。内
面欠陥検出用探触子６Ｃ，６ｄも、探触子６ａ，６ｂの
場合と同様に、その超音波ビーム７Ｃ，７ｄの進行方向
が互に逆方向になるように配置される。

そしてその位置は内面探傷用屈折角θｉが１５゜〜３３
゜となるように定められる。この範囲内では、管厚と管
外径との比ｔ／Ｄに応じて超音波ビームの内面欠陥への
入射角が３５゜〜５５゜とすることができ、したがつて
角からの反射率を１００％となるようにすることができ
る。これによつて厚肉鋼管の内面欠陥が高感度で検出可
能である。またこのような２種類の探触子を有する超音
波斜角探傷装置により、鋼管の内外面を同時に探傷する
ことができる。

即ち、まず内外面人工欠陥加工を施したテストパイプを
用いて内面探傷用チヤンネルにて内面人工欠陥を、外面
探傷用チヤンネルにて外面人工欠陥を検出するよう、ゲ
ート、感度等を調整したのち、内外面同時に探傷する。
これによつて設備数の減少、工程の簡素化およびハンド
リング回数の減少等がもたらされ全体の処理能力が大幅
に向上する。なお、本発明は、探触子ホルダーを交換し
超音波ビームの屈折角を変えることにより厚肉鋼管のみ
ならず、従来の斜角探傷の対象であつた鋼管の探傷も可
能であることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼管の斜角探傷における超音波ビームの伝播状
態を示した図、第２図は屈折角に対する管厚と管外径と
の探傷可能限界比ｔ／Ｄを示した図、第３図は超音波ビ
ームの屈折角と往復通過率との関係を示す図、第４図は
直角な角における超音彼ビームの反射率を示す図、第５
図はｔ／Ｄをパラメータにとり屈折角と内面入射角との
関係を示した図、第６図は本発明の実施例に係る超音波
斜角探傷装置の横断面図であつて第７図のＩ−ＶＩ線に
沿つて裁断した図、第７図は第６図の縦断面図である。 １・・・・・・被検査鋼管、２・・・・・・探触子ホル
ダー ３ａ，３ｂ・・・・・・ノズル、４・・・・・・
探触子取付具、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ・・・・・・探
触子、７ａ，７ｂ，７Ｃ，７ｄ・・・・・・超音波ビー
ム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼管外面探傷用屈折角が３５°〜５５°の超音波ビ
   ームを発する探触子と、鋼管内面探傷用屈折角が反射率
   １００％となるような屈折角の超音波ビームを発する探
   触子とを鋼管の外面に配置したことを特徴とする超音波
   斜角探傷装置。 ２ 鋼管外面探傷用屈折角が３５°〜５５°の超音波ビ
   ームを発する探触子と、鋼管内面探傷用屈折角が１５°
   〜３０°の超音波ビームを発する探触子とをそれぞれ２
   個づつ鋼管の外面に配置したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項の超音波斜角探傷装置。 ３ 鋼管外面探傷用屈折角が３５°〜５５°で互に逆向
   きに伝播する超音波ビームをもつ２個の探触子と、鋼管
   内面探傷用屈折角が１５°〜３０°で互に逆向きに伝播
   する超音波ビームをもつ２個の探触子とを鋼管の軸線方
   向にずらせて鋼管外面に配置したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項または第２項の超音波斜角探傷装置。