JPS62137561A - 超音波探傷方法およびその装置 - 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】 １１（７）　　Ｆ ［産業上の利用分野］ 本発明は超音波探傷方法およびその装置に係り、詳しく
は、アレイ型探触子により形成される検査平面と略平行
な方向に生じた欠陥の検出に有効な超音波探傷方法およ
びその装置に関する。

〔従来の技術］ 従来、管材または棒材の欠陥を検出づ゛る方法および装
置と己で、例えば、第５図（Ａ＞、（Ｂ）に示すような
ものが知られている。なお、第５図（Ａ＞は第５図（Ｂ
）のＢ−８断面図である。すなわち、第５図（Ａ＞、（
Ｂ）に示すように、複数の超音波振動子１１１ｎ（ｎ＝
１〜Ｎ）を同一円周上に配列したアレイ型探触子１１２
の上記円内に、核内を含む検査平面と略直角方向へ、被
検査物である管材１１３を配置し、これら全体を水また
は油を満ｔｃ　シた槽内に収容する。各超音波振動子１
１１ｎの送受信時期に遅延時間を設けた、いわゆる位相
制御を行なうことにより合成超音波を発射面でもある上
記検査平面内部に向けて発射し、該検査平面内における
管材１１３の任意の位置に集束させる。このようにして
、管材１１３の検査平面内円周方向に亘って、時計回り
または反時計回りに超音波を伝播させることができる。

管材に欠陥１１３ａが存在すると、該欠陥１１３ａから
の反射波が送信時と同じ経路を通り、アレイ型探触子１
１２に戻る。この反射波は、欠陥エコーとして測定され
るので、欠陥１１３ａを検出することができる。さらに
、管材１１３を、その軸方向（矢印２で示す）に移動さ
せて、管材１１３の各断面内における欠陥の超音波探傷
がおこなわれてい１ｃ０ ［発明が解決しようとづ”る問題点］ かかる従来技術には以下のような問題点があった。すな
わち、 （１）　従来の方法および装置では、超音波の発射面と
同一平面である、被検査物の検査平面内円周方向もしく
は半径方向にしか、超音波を伝逼させることができない
。ここで、超音波はその進行方向に向かって略垂直方向
に位置する欠陥に対しては、充分に反射するが、進行方
向と略平行方向に位置する欠陥に対しては、充分に反射
しないという特性を有する。このため、被検査物の検査
平面と略直角方向に生じた欠陥の検出は可能であるが、
検査平面と略平行方向に生じた欠陥の検出は困難である
という問題点があった。

（２）　また上記（１）の問題の対策として、探触子と
被検査物との位置を変更できるように、探触子を移動さ
せる方式も知られている。しかし、この場合には装置構
成が複雑になるという問題もあった。

本発明は、簡単な構成で超音波の発射面と同一平面であ
る検査平面に対して略平行方向に生じた欠陥を好適に検
出する超音波探傷方法およびその装置の提供を目的とす
る。

１１二ｌ監 ［問題点を解決するための手段］ 第１および第２発明は、上記問題を解決するため以下の
構成をとった。すなわち、第１発明は、被検査物の周囲
から超音波を発射し、その反射波を測定して該被検査物
の欠陥を検出する超音波探傷方法において、 上記発射された超音波が上記被検査物に到達するまでに
該超音波を発射面と交差する方向に屈曲させ、該屈曲し
た超音波を被検査物に入射し、その反射波を測定するこ
とを特徴とする超音波探傷方法を要旨とするものである
。

また第２発明は、複数の超音波振動子を同一円周上に配
設したアレイ型探触子と、 上記超音波振動子の送受信時期を制御して、上記円を含
む検査平面と交差する位置に配置された被検査物の該交
差部分に超音波を発射する発射手段と、 該発射された超音波の反射波を電子走査により測定する
検出手段と、 を具備し、上記被検査物の欠陥を検出する超音波探傷装
置において、 さらに、上記アレイ型探触子と上記被検査物との間に介
装された環状の超音波屈曲部材を備え、しかも、上記発
射手段の発射した超音波が、上記検査平面と所定角度を
なす方向へ上記超音波屈曲部材により屈曲づることによ
り上記検査平面外に位置する被検査物に集束し、その反
射波を上記超音波屈曲部材を介して上記検出手段が検出
するよう構成したことを特徴とする超音波探１ｍ装置を
要旨とするものである。

アレイ型探触子とは、例えば各超音波振動子の発射する
超音波が、該アレイ型探触子を構成する円内部に向かう
ように構成したものである。なお、この超音波は縦波で
あり、その周波数は２．２５〜５［Ｍ）−（ｚ］の範囲
が望ましい。

被検査物としては、例えば超音波の減衰の少ない金属材
料等について顕著な効果がある。

発射手段とは、例えば複数の超音波振動子間の送信時期
に遅延時期を設置プて合成超音波を偏向させ、被検査物
の交差面内の任意の方向に超音波を発射するよう構成す
ることができる。

検出手段とは、例えば、上記合成超音波は被検査物内の
欠陥に対して反射すると、反射時と同一経路によりアレ
イ型探触子に反射波として戻るので、この反射波をアレ
イ型探触子により受信し、欠陥エコーとして検出するよ
う構成してもよい。

超音波屈曲部材とは、例えば、少なくとも超音波の入射
する平面と屈折する平面とを有した断面形状を有する音
響レンズにより構成することができる。

ここで欠陥の検出は、例えば上記アレイ型探触子、超音
波屈曲部材および被検査物を水もしくは油等の液体中に
配置する、いわゆる水浸探傷法により実現することがで
きる。

［作用］ 第１発明は、被検査物の周囲から発射された超音波が上
記被検査物に到達するまでに、該超音波を発射面と交差
する方向に屈曲させて被検査物に入射し、その反射波を
測定するよう働く。

また、第２発明は、発射手段がアレイ型探触子から発射
した超音波を、該アレイ型探触子を構成する円を含む検
査平面と所定角度をなす方向へ超音波屈曲部材により屈
曲せしめて該検査変面外に位置する被検査物の任意位置
に集束させ、その反射波を上記超音波屈曲部材を介して
上記アレイ型探触子により受信し、検出手段が測定する
よう働く。

従って第１および第２発明は、超音波の発射面内もしく
はアレイ型探触子の検査平面内における探傷では反射波
を生じにくい欠陥に対しても、該発射面もしくは検査平
面と所定角度をなす方向に超音波を発射することにより
反射波を生じさせて該欠陥を検出するよう動く。以上の
ように第１および第２発明の各構成要素が作用すること
により、両発明の技術的課題が解決される。

［実施例１ 次に、第１および第２発明の好適な一実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。両発明−実施例であるアレイ型
探触子による超音波探傷装置のシステム構成を第２図に
示す。

超音波探傷装置１は、水を満たした水槽２内部に軸方向
欠陥検出部３と円周方向欠陥検出部４とを備える。両欠
陥検出部３．４は、電子走査型超音波探傷装置５により
超音波発信時には位相制御が行なわれ、反射波受信時に
は欠陥エコーの測定が行なわれる。被検査物である管材
６は、上記両欠陥検出部３．４の構成する各検査平面３
ａ、４ａを鉛直方向から貫通するように、水槽２内部に
挿入されている。なお、管材６は、図示しない搬送機構
により矢印Ｃで示す方向に送られる。軸方向欠陥検出部
３は、［従来の技術］の項で述べｌζように、複数の超
音波振動子（本実施例では１００個）を同一円周上に配
列したアレイ型探触子より構成され、管材６の検査平面
内円周方向に亘って超音波を伝播されると共にその反射
波を測定することにより軸方向に向って生じた欠陥を検
出する。

円周方向欠陥検出部４は、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示す
よう構成されている。なお第１図＜Ａ）は同図（Ｂ）の
Ａ−ＡＩＦｉ而図で面る。すなわち、円周方向欠陥検出
部４は、第１図（Ｂ）に示すように複数の超音波振動子
１１　ｎ　（ｎ−１〜１００）を同一円周上に配列した
アレイ型探触子１２と、該アレイ型探触子１２と管材６
との間に介装された音響レンズ１４とから構成されてい
る。音響レンズ１４は第１図（Ａ＞に示すように、三角
形断面を有する環状体であって、該三角形断面の辺１４
ａがアレイ型探触子１２と平行な位置関係となるように
配設されている。

ここで超音波の回折について第３図に基づいて説明する
。媒賀工と媒質■は境界面■により接している。媒質工
内部における超音波の伝播速度をＣ１，媒質■内部にお
ける超音波の伝播速度をＣ２とする。媒質工から媒質■
へ超音波が伝播する場合には、次式（１）で示す屈折現
象が生じる。

ＳＩＮθ１／ＳＩＮθ２＝Ｃ１／Ｃ２−＜１）但し、θ
１・・・入射角 θ２・・・屈折角 音響レンズ１４は、水とガラスとの間で成立する上記式
（１）の関係を利用して、超音波を任意の方向に屈曲さ
せるものである。

再び第１図（Ａ）に戻り、アレイ型探触子１２より管材
６の半径方向に向って発射された超音波は、水中を伝播
して音響レンズ１４の辺１４ａ上の位置Ｐ１に垂直方向
から入射する。該入射波は音響レンズ１４内部を通過し
て辺１４ｂ上の位置Ｐ２から再び水中に放射される。こ
の位＠Ｐ２において、上述した屈折現象により、超音波
は最初に発射された方向と所定角度をなす方向に屈曲す
る。該屈折した超音波は水中を伝播して位ｔｌＰ３にお
いて管材６に入射する。入射した超音波は、矢印りで示
す管材６の軸方向に進行し、欠陥６ａにより反射する。

該反射波は、上述した経路を逆に通り、アレイ型探触子
１２に受信される。この円周方向または半径方向に向っ
て生じた欠陥からの反射波が、既述した電子走査型超音
波探傷装置５により欠陥エコーとして測定されるのであ
る。

以上説明したように本実施例は、軸方向欠陥検出部３と
、アレイ型探触子１２より管材６の半径方向に向けて発
射された超音波を、環状の音響レンズ１４により屈折さ
せて管材６の軸方向に伝播させ、その反射波を同−経路
を介して受信する円周方向欠陥検出部４とを備えて構成
されている。

このため、管材６の軸方向に向って生じた欠陥のみなら
ず、円周方向または半径方向に向って生じた欠陥も検出
することができる。

また、上記効果に伴い、欠陥の方向性に起因する検出精
度の低下を防止することができるので、超音波探傷検査
の信頼性が向上する。

さらに、円周方向欠陥検出部４は、従来のアレイ型探触
子１２と管材６との間に三角形断面を有する環状の音響
レンズ１４を介装するだけで済むので、探触子回転方式
の装置と比較して装置構成が簡単になるという利点も生
じる。

なお、本実施例では音響レンズ１４を既述したような方
向に配置したが、例えば第４図に示すような断面形状を
有する環状の音響レンズ２４を同図に示すように配設し
て構成することもできる。

すなわち、アレイ型探触子１２がら管材６の半径方向に
向けて水中に発射された超音波は、音響レンズ２４の辺
２４ａ上の位置Ｐ１１に垂直に入射する。該入射波は音
響レンズ２４内を進行し、辺２４ｃ上の位置ｐ１４で全
反射する。その侵、超音波は音響レンズ２４の辺２４ｂ
上の位１１１Ｐ１２より水中に放射される。この位置Ｐ
１２において、超音波は屈折し、管材６の位置Ｐ１３よ
り管材６内部を軸方向に向って進行する。このように構
成した場合にも、既述した実施例と同様な効果を秦する
。

また、本実施例の音響レンズ１４の屈折現象が生じる辺
１４ｂの−傾きを変更することにより、管材６に超音波
が入射する位ｉＰ３を調節することができる。

さらに、環状の音響レンズを複数組み合わせて使用する
ことにより、管材６に超音波が入射する位置Ｐ３および
角度を変更することもできる。

また、軸方向欠陥検出部を２側並設して管材６の円周方
向時計回りおよび反時計回りに超音波を伝播させ、さら
に円周方向欠陥検出部を２＃Ａ並設して管材６の軸方向
の相対する両方向に超音波を伝播させるよう構成すると
、種々の方向性を有する欠陥に対する検出精度をより一
層向上させることができる。

以上筒１および第２発明の実施例について説明したが、
両発明はこのような実施例に同等限定されるものではな
く、両発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態
様で実施し１ｑることは勿論である。

■Ｊし２匁」Ｌ 以上詳記したように第１発明は、被検査物の周囲から発
射した超音波を、被検査物に到達する前に発射面と交差
する方向に屈曲させて被検査物に入射し、その反射波を
測定するよう構成されている。また第２発明は、発射手
段によりアレイ型探触子から発射された超音波を該アレ
イ型探触子と被検査物との間に介装された環状の超音波
屈曲部材により屈曲させて上記アレイ型探触子を構成す
る円を含む検査平面外に位置する被検査物に集束し、そ
の原註」波を上記超音波屈曲部材を介して検出手段が測
定するよう構成されている。このため、両発明では、超
音波発射面もしくはアレイ型探触子の検査平面と略平行
方向に生じた欠陥も検出することが可能となり、超音波
探傷の信頼性が向上するという優れた効果を秦する。

また第２発明は、従来のアレイ型探触子に超音波屈曲部
材を設けるだけで済むので、簡単な構成により欠陥検出
の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（８）は第１および第２発明一実施例に
おける超音波伝播経路を示す説明図、第２図は同じくそ
のシステム構成図、第３図は超音波の屈折現象を示す説
明図、第４図は他の実施例を示す説明図、第５図（Ａ）
、（Ｂ）は従来肢術を示す説明図である。 １・・・超音波探傷装置 ４・・・円周方向欠陥検出部 ５・・・電子走査型超音波探傷装置 ６・・・管材 １１ｎ・・・超音波振動子 １２・・・アレイ型探触子 １４・・・音響レンズ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　被検査物の周囲から超音波を発射し、その反射波を
   測定して該被検査物の欠陥を検出する超音波探傷方法に
   おいて、 上記発射された超音波が上記被検査物に到達するまでに
   該超音波を発射面と交差する方向に屈曲させ、該屈曲し
   た超音波を被検査物に入射し、その反射波を測定するこ
   とを特徴とする超音波探傷方法。 ２　複数の超音波振動子を同一円周上に配設したアレイ
   型探触子と、 上記超音波振動子の送受信時期を制御して、上記円を含
   む検査平面と交差する位置に配置された被検査物の該交
   差部分に超音波を発射する発射手段と、 該発射された超音波の反射波を電子走査により測定する
   検出手段と、 を具備し、上記被検査物の欠陥を検出する超音波探傷装
   置において、 さらに、上記アレイ型探触子と上記被検査物との間に介
   装された環状の超音波屈曲部材を備え、しかも、上記発
   射手段の発射した超音波が、上記検査平面と所定角度を
   なす方向へ上記超音波屈曲部材により屈曲することによ
   り上記検査平面外に位置する被検査物に集束し、その反
   射波を上記超音波屈曲部材を介して上記検出手段が検出
   するよう構成したことを特徴とする超音波探傷装置。