JPS6282347A - 水素侵食域の検出装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋼材の水′ｉＡ侵食域を検出する装置に関づ
る。

〔従来の技術〕

高温、高圧の水素を取扱う化学プラン１〜等においては
、水素雰囲気中で使用される配管等の設αｊ１がいわゆ
る水素侵食を受けてその侵食域にミクロ割れを生じるこ
とがある。

このミクロ割れは、配管等の破壊事故の要因となる。そ
こで従来、以下に示すような方法を採用して水素侵食域
を評価している。

（１）超音波減衰法 水素侵食域には上記ミクロ割れが存在する。それ故、水
素侵食された部材中に超音波を伝播させれば、上記ミク
ロ割れの作用で超音波が散乱してその音圧が減衰し、そ
れに伴って反射波のエネルギーが減少する。この方法は
、上記音圧の減衰の程度に基づいて水素侵食の有無を推
定づるらのである。

（２）超音波減衰法（セ法 上記ミクロ割れに基づく超音波の反射エコーと底面反射
′エコーのＲ生時間差に基づいて、上記水用音波の減衰
がありかつその減衰度が鋼材毎に異なることから、的確
な水素侵食域の評価を行なうことができないという欠点
をもつ。また、鋼材の初期の段階での減衰度が不明の場
合、減衰度の程度を比較検討できず、しかし継続的に減
衰率を測定しないと水素侵食の発生を判断しえないとい
う問題点を有している。

一方、上記（２）の方法は、通常の超音波探傷に比して
探傷器の感度を極端に大きく設定して探傷を行なうので
、水素侵食以外の伯の欠陥、例えば材ｒｉ中の介在物に
よってら反射が起り、そのため超音波の反射が水素侵食
に基づくものか上記介在物に塁づくものか区別できない
場合がある。

本発明は、かかる従来の問題点に鑑み、水素侵６１Ｎを
精度よくかつ簡易に検出することができる装置を提供し
ようとするものである。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明は、かかる［］的を達成すべく、鋼材の厚み方向
に超音波の縦波および横波を送出するとと６に、この縦
波Ｊ３よび横波についての第１．第２底而工］−を検出
する手段と、上記縦波に係る第１底面エコーの検出時点
から第２底面二［コーの検出時点に到る時間を該縦波の
伝播時間として削測するとともに、上記横波に係る第１
底面エコーの検出時点より第２底面エコーの検出時点に
到る時間を該横波の伝播時間として計測する手段と、上
記縦波Ｊ５よび横波の各伝播時間の比を演帥する手段と
を備えた構成を有する。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

鋼材中に超音波を伝播させた場合、水素浸食域での伝播
速度が健全な部分におけるそれに比して減少する。そし
て上記伝播速度の減少の程度は、超音波の縦波と横波と
で相違する。

第４図は、炭素鋼からなる第１図に示す被検体１の厚さ
方向に超音波の縦波と横波を伝播させた場合にＪ３りる
この縦波および横波の伝播速度■　および　の比Ｖ３／
Ｖ、と、上記被検体１Ｌ　　　　　　　　　Ｓ の厚さ−「に対する水素侵食域２の厚さＴＡの割合ＴＡ
／Ｔとの関係を示している。

なお、この第４図に示す関係は実験によって得られたも
のである。

炭素鋼にＪ３いては、上記速度比■　／、と水素侵食の
割合Ｔ、、／Ｔとに上記するにうな関係があるので、上
記速度比Ｖ　／ＶＬを求めることにより上記水素侵食の
割合ＴＡＺＴを知ることができる。つまり水素侵食の程
度を評価することができる。

ところで上記縦波、横波の伝播速度Ｖ　、Ｖｓし は、被検体１の厚さＴが知られればそれらの波の往復伝
播時間１．１８を計測することにより各一 々Ｖ　−２Ｔ／ｌ　、■　−２Ｔ／１８として求［１−
８ められるが、水素侵食を受けた被検体の厚さＴを超音波
を利用して精度よく計測することは困難である。なぜな
ら、水素侵食によって音速が変化するからである。

しかし上記各伝播速度Ｖ　、■　の比Ｖ８／Ｌ　　　　
　Ｓ ■　は、■式に示り一如く上記各伝播時間ｔ、。

し ｔｓのみから１ｑられる。

Ｖ　　／Ｖ　　＝　（２Ｔ／ｌ　　’）／　（２Ｔ／１
Ｌ）ＳＬ　　　　　　　　　　　　Ｓ ＝１．／１３　　　　　　　・・・〈１）第１図には、
かかる考察に基づいて構成された本発明に係る水素侵食
検出装置の一実施例が示されている。

この実施例に係る装置は、超音波の縦波および横波を各
々送受する探触子２６３よび探触子３を備え、これらの
探触子２．３をスイッチ４で選択づるように構成されて
いる。

いまスイッチ４を接点ａ側に投入した状態下で送信鼎５
から励振パルスを出力させると、探触子２から超音波の
縦波が送出される。そしてこの縦波は、水等の接触媒′
１１６を介して被検体１の厚み方向に伝播したのち、該
被検体１の底面で反）１され、その反射波が第１底面エ
コーとして探触子２に受波される。また、上記底面で反
射された縦波の一部が被検体１の上面で反射されて古び
底面に向かうことから、この上部段（ト）波に基づく第
２底面エコーが探触子２によって受波される。

上記探触子２に代えて横波用の探触子３を被検体１上に
配置するとともに、スイッチ４を接点す側に投入り−れ
ば、送信器５の出力によってこの探触子３から横波を送
出させることができる。そして、この場合には、横波に
ついての第１底面エコーと第２底面エコーが探触子３で
受波される。

第３図（△）には、受信器７より出力される第１底面エ
コー信号ＳＢ１と第２底面エコー信号ＳＢ２が各々例示
されている。同図に示すように、信号８８２の波高値は
減衰のために信号Ｓ８１の波高値に比して低くなる。

第１図に示したピーク検出回路８は、第１底面エコー信
号ＳＢＩおよび第２底面工］−信ＱＳＢ２の各ピーク点
を検出するために設ｆＪられている。このピーク検出回
路８は、第２図にその構成の一例を示すように、４つの
比較器８１〜８４を備えている。

比較器８１では、受信器７の出力電圧と基準電圧Ｖ１と
が比較され、前者が後右よりも人さいときにその出力端
の論理レベルが第３図（Ｃ）に示づ如く１“どなる。ま
た比較器８３では、受信器７の出力電圧と基準電圧■２
とが比較され、前者が後右よりも大ぎいときにその出力
端の論理レベルが同図（Ｅ）に示す如く′″１″となる
。

上記基準電圧Ｖ１およびＶ２は、同図（Δ）に示したエ
コー信号Ｓ８１およびＳＢ２を選別するために設定され
ている。両電圧Ｖ、Ｖ２には、Ｖ１〉Ｖ２なる関係があ
り、そして電圧Ｖ１は信号Ｓ８２の最大波高値よりも大
きな賄を有している。

なお、これらの基準電圧Ｖ　、Ｖ２の（直（ま、ＣＲＴ
等で信号Ｓ　、Ｓ　を観測しながら適宜設定することが
できる。

比較器８２では、コンデンリ８５と抵抗８６からなる微
分回路で微分された受信器７の出力信号、つまり第３図
（Ｂ）にポリ信号が接地レベルと比較される。そして該
信号の値が接地レベルを通過して正から負の値に切換る
とぎ、つまり負の値をもつときにこの比較器８２の論理
レベルが同図（Ｄ）に示す如く１１′となる。比較器８
４も上記比軸器８２と同様の作用をなし、同図（Ｆ）に
はその出力波形が示されている。

ナンド回路８７には、比較器８１．８２の各出力が入力
され、またナンド回路８８には比較器８３．８４の各出
力が入力される。したがってナンド回路８７の出力端の
論理レベルは、第１底面エコー信号ＳＢ１がピーク値を
示した時点で同図（Ｇ）に示づ如く１０９に変化し、ま
たランド回路８８の出力端の論理レベルは、第２底面エ
コー信号Ｓ８２がピーク値を示した時点で同図（［１）
に示す如くゝ０＃に変化する。

ここで、例えば縦波が送出されてからこの縦波に係る第
１底面エコー信号Ｓ８１および第２底面エコー信号Ｓ　
Ｂ２の各ピーク点が検出されるまでの時間をそれぞれ１
．１２とし、前記接触媒質等の固定時間ガれ分の厚みを
ｄとすると、それらの時間Ｊ、ｔ２は各々次のように表
わされる。

ｔ１＝２　（Ｔ＋ｄ　）　／Ｖ　　　　　　　・・・（
２）ｊ　２　＝　２　（２Ｔ　十ｄ　）　／　Ｖ　　　
　　　　・・・（３）ただし、■は被検体中における縦
波の伝１ｆｆｉ速度そして、両伝播時間の差１　−１１
は、ｔ　　−ｔ１＝２Ｔ／Ｖ　　　　　　　　・・・（
４）と表わされ、これは上記縦波の被検体１中にお（プ
る往復伝播時間を示している。

第３図（△）に示した第１．第２底面工］−信ＥＳ　　
Ｓ　が縦波に係るムのであるとすると、Ｂ１・　　　Ｂ
２ 前記ナンド回路８７および８８の出力が′０９に変化す
る各時点（第３図（Ｇ）、（＋−４）参照）間の時間が
上式（４）に示したｌｌｉ間差に相当し、したがってこ
の時間差を計測することによって縦波の被検（Ａ１中に
お１）る往復伝播時間ｔ１を得ることができる。

なお、被検体１中における横波の往復伝播時間ｔ８ｂ同
様にして得ることができる。

第１図に示したゲー１へ回路９は、図示されていないが
、上記第１底而工］−信号Ｓ８１および第２底面エコー
信号Ｓ、２が表われる時間のみピーク検出回路８の出力
を通過させる手段と、このピーク検出回路８の出力に基
づいて第３図（Ｇ）、（＋１）に示した伝播時間１　　
（１３）の間だ【ツクロックＩ パルス発生器１０の出力パルスをカウンター１に入力さ
ける手段とを備えている。

クロックパルス発生器１０の出力パルスの周波数は、例
えば１００ＭＨｚｌ、：設定されており、したがってカ
ウンター１のルー数値に基づいて上記伝播時間１１　（
１，）を精度よく計測することができる。

上記縦波についての伝播時間１Ｌおよび横波についての
伝播時間ｔ３は、数十回繰り返し副側され、そのＣ１測
結果の平均値がＣＰｔＪ１２によって求められる。モし
てＣＰＵ１２では、平均伝播時間１．１８に基づいて（
１）式に示した演算が実行され、これによって縦波と横
波の伝播速度比Ｖｓ／ｖ［が求められる。なお求められ
た速度は表示器１３に表示されるとともに、プリンター
４に記録される。

被検体１が炭素鋼の場合、上記速度比Ｖｓ／Ｖ１と被検
体１の厚さＴに対する水素侵食１４２のハ１合ＴＡ／Ｔ
との間に第４図に示した関係がある。

それ故、上記速度比Ｖ３／Ｖ、を１１１ることにより、
同図の関係から水素侵食域２の大きさを評価することが
できる。

なお、第４図に示した関係をメモリー５に予めス１〜ア
ざＵてＣ３き、冑られた速度比Ｖ　　／Ｖ、に基づいて
上記割合Ｔ＾／丁をこのメモリー５から読出すように構
成することも可能であり、この場合、表示器１３および
プリンター４にはＴＡ／「が各々表示および記録される
。

また、低合金！Ｉ（’Ｃ−１／２鋼）などの他の鋼Ｈに
おいても上記速度比■３／■、と水素侵ａＩｆｉ２の割
合下Ａ／Ｔとの間に特有の関係があり、したがって本発
明はそれらの他の！１月に対しても有効に適用し得る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、水素侵食域を被検体の設置個所におい
て能率よく検出して評価することができる。

また縦波の伝播時間として、その第１底面エコーの検出
時点から第２底面エコーの検出時点にｆ−する時間を８
１測するとと６に、横波の伝播時間として、その第１底
面エコーの検出時点から第２底面エコーの検出時点に↑
りる時間を計測しているので、：ｔ　１ｌｌｌｌされた
縦波Ｊ３よび横波の伝播ｌＫ１間内転接触媒Ｙｉ等に！
ｊ囚した固定時間荏れ分が含まれない。それ故、縦波と
横波の伝Ｗ１速度比がさねめて精度よく求められ、これ
によって信頼性の高い水素侵食域の評価を行イスうこと
がでさ°る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る水素侵食域の検出装首の一実施例
を示したブロック図、第２図はピーク検出器の構成を例
示した回路図、第３図は第１図に示した実施例の作用を
説明するためのタイムチャート、第４図は炭素鋼からな
る被検体を伝播する超音波の縦波と横波の伝播速度比と
、被検体の厚さに対する水素浸食域の割合との関係を示
ずグラフである。 １・・・被検体、２，３・・・超音波探触子、４・・・
スイッチ、５・・・送信器、６・・・接触媒質、７・・
・受信器、８・・・ピーク検出回路、８１〜８４・・・
比較器、８７．８８・・・ナンド回路、９・・−グー１
〜回路、１０・・・クロックパルス発生器、１１・・・
カウンタ、１２・・・ＣＰＵ、１３・・・表示器、１５
・・・メモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼材の厚み方向に超音波の縦波および横波を送出すると
   ともに、この縦波および横波についての第１、第２底面
   エコーを検出する手段と、上記縦波に係る第１底面エコ
   ーの検出時点から第２底面エコーの検出時点に到る時間
   を該縦波の伝播時間として計測するとともに、上記横波
   に係る第１底面エコーの検出時点より第２底面エコーの
   検出時点に到る時間を該横波の伝播時間として計測する
   手段と、上記縦波および横波の各伝播時間の比を演算す
   る手段とを備えてなる水素侵食域の検出装置。