JPS6190053A - 超音波検査装置 - 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】 「膚業上の利用分野」 本発明は、多管式熱交換器における管束のような管体の
探傷検査をなすための超音波検査装置に関するものであ
る。

「従来の技術」 石油精製工業１石油化学工業等の装置工菓の設備におい
ては、熱の有効利用を図るため、多管式熱交換器が多く
用いられている。この熱交換器の管束を構成する管は、
設備の運転に伴って、取扱う流体の雰囲気のためにその
内外面から腐食せしめられたり壱食せしめられ、その結
果、’ＩＶ璧の厚さが減少していったり、管壁に割れな
どの欠陥が生じたりすることがあり、また、これらの欠
陥から装置の停止を招くこともある。このため、設備の
定期的な検査及び保守ｌこ際して、上記熱交換器の管束
の探傷検査及び修理を実施している。

ところで、上記熱交換器の管束における個々の管の間隔
は極めて狭＜、シたがって、管の外面からその厚さを測
定したり、欠陥の発生状況を検査したりすることは非常
に困難であるかもしくは不可能であった。このため上記
管束の探傷横置に描っては、従来１次の各方法が採られ
ている。

（１）　　ｆ束から代表的な管を抜取って、その軸線に
沿って二つ割りとし、厚さを実測すると共に管の内外面
に生じている欠陥を調査する。そして、その結果に基づ
いて管束全体のａの状況を推定する。

（２）光学的内視視により古の内面の状況を間接的に目
視する。

（３）いわゆる渦流探陽法で、管の内部に、コイルを有
するセンサを挿入し、コイルに交流電流を通じる。する
と、コイルと管との麺−磁誘導現象で。

管に渦１を流が誘起されるが、管に欠陥があるとこの渦
電流が影響を受ける。その影響をコイルのインピーダン
スの変化量を検知することによって間接的に測り、管の
欠陥を測定するものである。

ところが、上記各方法においてはそれぞ几に大きな欠点
があった。すなわち、先ず、代表的な管の抜取り検査に
よる方法では、愼資するのはあくまで代表管のみであり
、１！束全体としては推定となるので不確定４Ｍ素が多
く、また欠陥が割れのような場合は危険性が尚くなる上
に、抜取った雷の代りの’ｔｌｆ用意しておかねばなら
ないといった欠点がある。次に、内視鏡による探傷では
、宮を破壊することなく管内面に生じた割れや穿孔など
の欠陥を親基できるという利点はめるが、宮のＲｍの推
定に必要不可欠な厚さの測定など、欠陥の首的な情報が
得られないという不具合がある。さらに、渦流探傷法は
、管の割れや穿孔の位Ｃ道を検査するのには有効である
が、厚さ測定ｌこけピッチング腐食のような場合を除い
てあまり有効な方法ではない。また、その原理から、・
冴が鉄鋼材料のような磁性材料には、一般に強い一様な
直Ｉｒｔ磁界を生せしめる機器を付属する必要があり、
現在では通常、鋼合金のような非磁性材料の管の場曾の
み適用さｎている。

このように、上記各方法にあっては、それぞれに欠点が
ある。そこで、近年、その欠点を解消するものとして、
超音波を利用する方法の適用が考えられて棟々の具体的
な検査ｉｔが案出、製作され、実用に供せられてきてい
る。第１１図Ｃａ）ないしくｄ）は、この超音波検査装
置のいくつかを例示するものである。

「発明が解決しようとする問題点」 上記従来の超音波検査装置は、いずれも水を満たした被
検査管１の内部に音波集束形の水浸式超音波探触子２を
、その軸線が該被検査′ｆ１のＩＩＩＩ森に沿うように
挿入していくもので、超音波探触子２の振動板からの超
音波は、その前方位置に設けられたプリズムや硯面から
成る反射部材３で直角に曲げられて、被検査−＃１の内
壁面に垂直に投入されるようになっている。したがって
１機構の複雑ｊｌが大きく、また、反射部材３の汚れや
その製作における仕上げ精度不良等で測足値の正確度が
損なわれることは免れない。

なお、青の端部から電磁超音波法によって縦波超音波を
発生させて欠陥を検知する方法もあるが、渦流探傷法と
同じく、割れやピッチング腐食を検知することは可能と
しても、厚さの減少の種間を測定することは不可能であ
り、また、欠陥位置を確定できない欠点がある上、管の
端部の形状及び寸法にも制限カＳある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、被検査管
が非磁性材料であるか否かを問わず、その軸線に沿って
連続的に管壁の厚さとその変化を精度良く測定し、また
、′１！？壁の割れ、ピッチング間食、穿孔などの位置
とその程度を検査することができ、しかも、構造が簡単
な超音波検査装置を提供することを目的とする。

「間哨点を解決するための手段」及び「作用」上記目的
を達成するために本発明は、被検査管の内部を移動させ
られるホルダに超音波探触子を、その画線が被検査管の
内壁面に垂直になるように保持させたもので、超音波探
触子の振動板からの超音波がプリズム等を介することな
く直接被検前管の内壁面に投入されるようにしたもので
ある。

「実施例」 以下１本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

本発明に係る超音波検査装置道は、第６図に示すように
、デジタル表示部１０とＣＢ・Ｔディスプレイ１１とを
備えると共に、記録計１２が付桝された検査装ｒｊｔ本
体１３と、ホルダ１４１こ保持されると共に上記慣査装
漬本体１３に接続ケーブル１５によって４気的に接続さ
れた水浸式の超音波探触子１６七を主体に構成されてい
る。そして、上記磯崎ケーブル１５は、上記ホルダ１４
内に一端が押入され、巻上げドラムＩＮこよって巻上げ
られるようになったフレキシブルケーブル１８に収納さ
れており％該巻上げドラム１７全巻上げることＩこよっ
て、ホルダ１４１こ保持さｎて被検査′＃１９の内部に
挿入された超音波探触子１６を被検査管１９の＠線方向
に沿って移動させることができるようになっている。

次に、超音波探触子１６とそのホルダ１４の部分を第１
図ないし第５図によって説明すると、図中２０はホルダ
１４のホルダ本体である。このホルダ本体２０は吃えば
１４馴φの円柱状をなしており、その略中央部には、例
えば径が９朋φで一端（第１図における下端）が８」φ
とテーパ状にすぼまった可曲円形の装着孔２１が、その
軸線を該ホルダ本体２００）＠線に直交させた状態でホ
ルダ本体２０を貫通して１設されている。さらに、この
ホルダ本体２０の先端側（第１図における左側）の端面
の中心部にはねじ部材２２が突出して設けられ、このね
じ部材２２にホルダ本体２０と同径の円柱状の保持具２
３力ξその！Ｊ＠１Ｍがホルダ本体２０の軸線に一致す
るように螺着されると共に、この保持具２３の外周面に
は、その長さ方向ｌｃ延びるナイロン製のブラシ状の８
条の案内部材２４が、該保持具２３の周方向に互いに等
開−をあけて放射状に設けられている。そして、ホルダ
１４が被検査″＃ｔ１９の内部を移動する際には、上記
各案内部材２４の先端が被検査管１９の内壁面に逼切な
圧力で押しつけられてその内壁面を円滑に滑動するよう
になっている。

さらに、上記ホルダ本体２０の基端部は、おねじが形成
された小径＠２５とされ、かつ、ホルダ本体２０の該小
径部２５と上記装着孔２１との間の部分には、その−側
（第１図における上側）の外面に例えば幅６馴、深さ９
韻で装着孔２１に連通する装着溝２６が、また、その他
側の外面に例えば１晶３」、深さ１．５朋で装着孔２１
に通じる案内溝２７がそれぞれホルダ本体２０のＮ一方
向に沿って形成される一方、上記小径部２５の一側の外
面には、上記装着溝２６に底面を一致させて連通する例
えば幅３間の装着溝２８がその細線方向Ｉｃ沿って設け
られている。また、上ｂピ小径部２５には、頑都甲心に
四通孔２９が形成ざｎ、たキャップ３０が、その貫通孔
２９を上紀装層溝２８に連通させて螺着され、かつ、そ
の１ｆｌｔ１部から小ねじ３１で固定されている。そし
て、このキャップ３０の外通面には、その長さ方向に延
びるナイロン製のブラシ状の８条の案内部材３２が、該
キャップ３０の局方向に互いｔＣ等間隔をあけて放射状
に設けられており、この谷案内部材３２は、上記保持具
２３の案内部材２４と同様に被検査管１９の内壁面に滑
Ｉ励自在に当うχせしめられるようにｉｊっでいる。

一方、ホルダ１４内２０の上記装・溝孔２１には、基ｙ
−ｉ　１＋ｊ部（こ接続ケーブル１５が柩付けられた前
記超音波探触子１６が、その州−を装着孔２１の輔ｉ１
１＄ｆｃ一致させ、かつ、接続ケープ／Ｌ／１５を上ｉ
Ｃ装清溝２６，２８に挿入せしめて眩め込ま：ｒＬでい
る。

この超音波探触子１６は、例えば外径０．３５インチ（
８，８９１１１φ）、高さ０．４０インチ（１０，１６
闘）の円柱状の垂直形探触子で、その先＋１？１４　ｌ
ｌ０１こある蛋動板１６ａの発受信面の左右（第５図に
おける上下）の部位には一対の吸音膜３３が設けられて
おり、この吸音膜３３により、振＠板１６ａの発受信面
の有効域は、被検査管１９の軸線方向に延びる例えば２
朋幅のスリットに制限されている。そして、その先端の
１＠縁が装着孔２１の一端のテーパ部に当接せしめられ
、かつ、その基塙側嫌こは軟質ゴムから成る充填材３４
が充填さｎており、こｎにより、その装着孔２１からの
離脱が阻止されている。

また、上記接続ケーブル１５は、上述のように装着溝２
６，２８に押入されているが、その上から上記充填材３
４が充填されている。そして、前ｄピフレキシブルケー
ブル１８に収納さｎた状態で上記キャップ３０のズ通孔
２９を週さｎて前記巷上げドラム１７を経て前記検査装
置ｇ本体１３に接続されている。ここで、上記フレキシ
ブルケーブル１８としては、軟實プラスチック庁が好適
で。

その寸法はＭｅｆ管１９等の寸法に依存するが、しｉＪ
えば外匝が６．３５属真φ、長さが９ｍのものを１更用
することができる。

なお、第６図において３５で示すものは、超音波の伝播
の際の媒質となる水を被検ｆＷ１９の内部に供給するた
めの給水ノズルであり、被検査管１９の端部に滑脱自在
に取付けられている。

次に、上記のように構成された超音波検査装置の作用に
ついて説明する。

上記超音波検査装置によって被検査管１９（管内径は一
般に１６〜２５ｓｎφ）の探傷検査をなす場合、先ず、
検査装置本体１３を操作して、被検査管１９の材料の差
異による伝播音速の設定及び！　　　　　　ＣＲＴディ
スプレイ１１に表示される波形による伝播時間の調整を
行う。そして、超音波探触子１６が装着されたホルダ１
４を被検査管１９の内部に挿入すると共に、被検査ｆ１
９の端部に給水ノズル３５を取付け、この耐水ノズル３
５から水ヲ送って破検貸管１９の内部を水で満たす。次
いで、巻上げドラム１７によってフレキシブルケーブル
１８を一定速度で巻上げて、ホルダ１４と共に超音波探
触子１６を被検査管１９の軸［株］に沿って一定速度で
移動させ、被検査管１９の壁面の厚さを４続的に測定す
る。すなわち、超音波探触子１６の撮動板１６ａから発
信した超音波は、被検査管１９の内壁面で反射して受信
されるものと、青の材料を透過して外壁面で反射して受
信されるものがあり、その到達時間差Δｔと管材料の超
音仮伝播速度Ｖとにより、次式によって壁面の厚さＴが
計算される。

そして、この測定結果は、記録ｔｉ１２の記＠紙に記録
されるが、記録計１２の記録徴巻取り速ｒＬはフレキシ
ブルケーブル１８の巻上げ速度に同ＪＪＡＦＡ整されて
おり、したがって、記録紙には、壁面の厚さと測定位置
の関係が波状のカーブで示される。

また、検査装置本体１３のＣ）ｔＴディスプレイ１１に
よって微小欠陥１ｆｌｌ寺の監視を行う。

このように、上記装置では、超音波を利用しているから
、磁性、非磁性の如何に拘らず、鉄合金、銅合金、ステ
ンレスｗ４．チタンなどの非鉄金属等、あらゆるＷｉ類
の材料から成る管体の探傷検査を行うことができる。ま
た、上記装置では、ホルダ１４に超音波探触子１６が、
その軸線が被検食前１９の内壁面に垂直になるように、
保持されており、従来の超音波検査装置に用いられてい
るプリズム等の反射部材３が不要であるから、７ｒ！４
造が極めて簡略となると共に、測定精度が高まる。さら
に、ホルダ本体２０に形成された案内溝２７によって、
超音波探触子１６の先端部は常に水で満たされる構造と
なっているので、測定における信頼性は高い。

また、上記装置においては、保持具２３及びキャップ３
０の外周面にそれぞれ各案内部材２４゜３２が設けられ
、これらによりホルダ１４が、その軸線が被検査管１９
の軸線に対してずれることなく該被検査＃１９内を極め
て円滑に移動せしめられるようになっているので、　（
ｉｌ１足の正確度は極めて高い。

またさらに、上記被検査管１９は小径官であり、骨の内
壁面の曲率Ｔ／）Ｌ　（ここで凡は営の半径）は大であ
る。このため、垂直形である超音波探触子１６の振動板
１６ａから発する縦波の超音波は、一部は縦波のままで
反射して超音波探触子１６に戻るが、一部は青の内壁面
への入射角度によって胃壁内で横波にモード＆＠して反
射し、超音波探触子１６に戻る。この横波にモード変換
した超音波は、伝播速度が縦波の超音波の約半分となる
ので、検査装置本体１３のＣ１’ｌ、Ｔディスプレイ１
１上に波形上の遅れエコーが尚く表われ、波形表示も複
雑となって読み取りに誤差が生じることになる。これは
、超音波探触子１６の直径をさらに小さくすれば大きな
間鴎とはならないが、実際には超音波探触子１６の製造
上の点等から、この問題は避けられない。ところが、上
ｉＪ６装置では、超音波探触子１６の撮動板１６ａの発
受信（３）に一対の吸音膜３３を貼付して４１恢ｆ′ｇ
１９の＠巌方同に延びるＩ＊Ｗ＝のスリットから超音波
が発せられるようにし１反射及が横波にモード変侠する
ような超音波の発信を防いでいる。したがって、測定結
果の絖み取り上の障害はなく、測定精度は憔めて高い。

さらに、上記超音波探触子１６１こよって検出し得る管
壁の厚さは、伝動板１６ａの発受信面の全面における平
均値となり、また、検知し得る欠陥の平面的な大きさも
該発受信面の大きさに大きく影響されるが、上記の如く
発受イぎ而の有効域を制限してスリットから超音波が発
せらｎるようにすることにより、管壁の厚さの測定精度
は鍋まり、ピッチング腐食の如く小寸法の欠陥も精度良
く捉えることができる。

なお、上記装置による厚さの測定精度は、超音波探触子
１６の移動速度に依存するが１例えば、Ｑ、　ｌ　ｍｍ
単位の読取りで±Ｑ、　ｌ　朋程度となる。

ところで、上記実施例においては、超音波探触子１６の
振動板１６ａの発受信面に、スリットを形成する吸音膜
３３を設け、反射波が横波にモード変決するような超音
波の発信を防いだが、第７図に示すように、中心部（こ
小孔３６を備えた吸音膜３７を超音波！４Ｗ５子１６の
振動板１６ａの発受信面に貼付しても同様の効果を褥す
る。また、上記の＠音波探触子１６として、焦点形探触
子のような音波集束形探触子を使用してもよく、その場
合は吸音膜の貼付は不要となる。

さらに、上記ではホルダ１４に一つの超音波探触子１６
のみを設けたが、その数はぜ叔でもよく、例えば第８図
に示す如く２つの超音波探触子３８゜３９をホルダ４０
に装着して、被検ｆ’＃１９の内壁面の２方向について
同時に連続的に探傷検査をなすようにしてもよい。なお
、このように仮数の＠廿波探触子によって多方向の検査
を行う場合、第６図に示す如く、チャンネルセレクター
４１を設けて、各超音波探触子の切換えをなすようにす
ることができる。また、超音波探触子の数を多くすれば
ホルダの長さが長くなる。すなわち、超音波探触子が２
個の場合、ホルダ４０の全長は約１１０間であるが、１
個増すごとに約２０１ｎＩｔ増加する。そして、８個で
１２０ｍｍの増加となり、ホルダの全長は約２３０朋と
なるが、この程ｌＬが実用上の限度であろう。

また、上記慎査装置本体１３としてはマイクロコンピュ
ータを使用して構成したものを用いてもよい。

さらにまた、上ｄピにおいては、保持具２３及びキャッ
プ３０にそれぞれ８乗のブラシ状の案内部材２４．３２
を設けたが、その数は被検量菅１９の寸法によっては増
減してもよい。また、案内部材２４を備えた保持具２３
をホルダ本体２０−こ螺着するのではなく、第９図及び
ｉｌＯ図に示すような構造にしてもよい。これは、ホル
ダ本体４２の先端端面に、該端面の近傍にめねじ部４３
ａが形成された嵌入穴４３を穿設し、また、ホルダ本体
４２の先４側で上記嵌入穴４３が形成された部分に、ホ
ルダ本体４２の軸線方向に延びると共に嵌入穴４３に連
通し、かつホルダ本体４２の外面に開口する複数の長孔
４４を、ホルダ本体４２の周方向に等間隔をあけて放射
状に形成すると共ｔこ。

この嵌入穴４３に、上ｄｄ長孔４４と同数のブラ）シ状
の案内部材４５を外周面に備えた保付具４６を、その各
案内部材４５を上記長孔４４に挿通して外方に突出させ
て低め込み、さらに、そのめねじ部４３ａにプラグ４７
を螺着した構成となっている。

さらに、上記装置は管内径が１６〜２５肱φ程度の小径
の譬の探傷検査に適するものであるが、保持具２３やキ
ャップ３０の寸法または案内部材２４．３２の寸法等を
変更したりすることにより、棟々の寸法の管に対して使
用し優るようにすることができる。

「発明の効果」 以上説明したように１本発明の超音波探触子（戊は、磁
性、非磁性の如何に拘らず、あらゆるａ　４Ｊ４の材料
から成る管体に対して、７孔、割れはもちろん、腐食、
＠食による棟々の形態のｆ壁の誠厚敏を管の内外面を問
わず検出することができる。

また、超音波探触子は、その軸線が破恢倉管の内壁面に
垂直になるように、ホルダに保持されており、超音波が
直接該被検査管の内壁面に投入されるようになっている
乃）ら、従来のプリズム寺が不豊さなるなど、構造がＩ
ｔ！’ｌ略壷こなると共に、測定種度が嶋まる。さらに
、超音波探触子を垂直形とし、かつ、その振動板の発受
信面に該発受信面のＭ動域を制限する吸音膜を設けるこ
きによって、集束形の場合のように超音波探触子と青の
内壁オの間隔ζこ考慮をはらう必要がなくなり、超音波
探触子をＩケの内壁面に極めて接近させ得るから、小径
管に対しても極めて良好に通用できる。またさらに、超
音波探触子を値数設けることにより、管体の内壁面の複
数方図についての探傷検量を同時に連続して行うことが
可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明の一実施例を示すもので、
第１図は超音波探触子とそのホルダの部分の断面図、第
２図は第１図の■−…矢視妨ｆ釦図。 第３図は開蓋−門矢４Ｍ断面図、第４図は同１■−１ν
ｉ　　　　　　　矢視断面図、第５図は同ｖ−■矢祝図
、第６図は全体の構成図である。また、第７図ないし第
１Ｏ図は池の実施例を示すもので、第７図は超音波探触
子の先端部の斜視図、第８図は２つの超音波探触子を設
けた場合のホルダ部分の喀血図、第９図は他の保持具を
用いた場合の要部喀血図、第１０図は第９図のＸ−Ｘ矢
視断面図、さら鹸こ、第１１図（ａ）ないしくｄ）はそ
れぞれ従来の装置を示すａ、＝ＩＭ図である。 １３・・・・・・検ｆ装置本体、１４・・・・・・ホル
ダ、１６・・・・・・超音波探触子、１９・・・・・・
被検前管、３３・・・・・吸音膜。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検査管の内部に超音波探触子を挿入して該被検
   査管の厚さ、欠陥等を検査するようにした超音波検査装
   置において、上記被検査管の内部を移動させられるホル
   ダに上記超音波探触子が、その軸線が被検査管の内壁面
   に垂直になるように保持されて成ることを特徴とする超
   音波検査装置。
2. （２）超音波探触子が複数で、互いに異なる方向に向け
   られていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の超音波検査装置。
3. （３）超音波探触子が垂直形探触子で、その振動板の発
   受信面に該発受信面の有効域を制限する吸音膜が設けら
   れたものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の超音波検査装置。