(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記探触子チューブによって支持され、前記配管の内周面に向けて前記配管の径方向にて超音波を出射し、且つ、自身が出射した前記超音波の反射波を受信する、垂直送受信用探触子を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の配管挿入型超音波探傷装置。
前記探触子チューブに設けられ、前記配管内での前記探触子チューブの偏心を防止する径方向に延びるブラシを更に備えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の配管挿入型超音波探傷装置。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、検査対象の配管には様々な径のものがある。このため現状では、配管の径に応じて、複数の配管用超音波探傷装置を準備する必要があった。
【0006】
本発明は、上記した事情に鑑みてなされ、その目的とするところは、検査対象の配管の仕様(配管の内径や厚さ)にかかわらずに、配管の管壁に発生した欠陥を高精度にて検出するとともに欠陥の大きさを高精度にて測定する、汎用性の高い配管挿入型超音波探傷装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を解決するために、本発明は、検査対象の配管への挿入方向に延びる軸線を有する探触子チューブと、前記探触子チューブによって支持され、前記配管の内周面に向けて前記配管の径方向に対し斜めに超音波を出射する送信用探触子と、前記探触子チューブの軸線方向にて前記送信用探触子から離間して前記探触子チューブによって支持され、前記送信用探触子が出射した超音波の反射波及び回折波を受信する受信用探触子と、前記探触子チューブにおける前記送信用探触子及び前記受信用探触子の配置を調整する配置調整機構とを備えることを特徴とする。
【0008】
本発明の配管挿入型超音波探傷装置によれば、配置調整機構によって、探触子チューブにおける前記送信用探触子及び前記受信用探触子の配置を調整可能である。このため、この配管挿入型超音波探傷装置は、配管の仕様の変更、例えば配管の内径の大きさや配管の厚みの変更にかかわらずに、欠陥を高精度にて検出し、且つ、欠陥の大きさを高精度にて測定することができ、汎用性が高い。
【0009】
好ましい構成として、前記配置調整機構は、前記軸線方向にて前記送信用探触子と前記受信用探触子の間の間隔を調整する間隔調整部、及び、前記軸線方向に対する前記送信用探触子及び前記受信用探触子の傾斜角度を調整する角度調整部のうち一方又は両方を有する。
この好ましい構成によれば、配置調整機構が間隔調整部及び角度調整部のうち一方又は両方を有するので、配管の仕様の変更、例えば配管の内径の大きさや配管の厚みの変更にかかわらずに、欠陥を高精度にて検出し、且つ、欠陥の大きさを高精度にて測定することができる。
【0010】
また、好ましい構成として、前記配置調整機構は、前記送信用探触子及び前記受信用探触子の各々が固定されるブラケットを含み、前記ブラケットは、前記軸線と直交する回転軸を中心として回転可能である。
この好ましい構成によれば、簡単な構成にて、配置調整機構が角度調整をすることができ、内径の異なる配管や、厚さの異なる配管に対しても発信方向および受信方向を調整できる。
【0011】
また、好ましい構成として、前記ブラケットのうち少なくとも一方は、前記探触子チューブ内を前記軸線方向に沿って移動可能である。
この好ましい構成によれば、簡単な構成にて、配置調整機構が間隔調整をすることができ、角度調整だけでなく送信用探触子と受信用探触子との間隔も調整できるので、内径の異なる配管や、厚さの異なる配管に対しても発信方向および受信方向をさらに容易に最適な状態に調整できる。
【0012】
また、好ましい構成として、配管挿入型超音波探傷装置は、前記探触子チューブによって支持され、前記配管の内周面に向けて前記配管の径方向にて超音波を出射し、且つ、自身が出射した前記超音波の反射波を受信する、垂直送受信用探触子を更に備える。
この好ましい構成によれば、配管の肉厚が変化する部位を的確に検出することができる。肉厚が変化する部位は、応力が集中し易く、欠陥が生じ易いため、配管の肉厚が変化する部位を検査対象とすることで、効率的に検査を行うことができる。
【0013】
また、好ましい構成として、配管挿入型超音波探傷装置は、前記探触子チューブに設けられ、前記配管内での前記探触子チューブの偏心を防止する径方向に延びるブラシを更に備える。
この好ましい構成によれば、探触子チューブを配管内で回転させながら探傷試験を行った場合でも、送信用探触子及び受信用探触子と、配管の内周面及び外周面との間の距離が変化せず、周方向に渡って均一な精度で、欠陥の検出及び大きさの測定を行うことができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、検査対象の配管の仕様、例えば配管の内径の大きさや配管の厚みの変更にかかわらずに、配管の欠陥を高精度にて検出するとともに欠陥の大きさを高精度にて測定する、汎用性の高い配管挿入型超音波探傷装置が提供される。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
【0017】
図1は、一実施形態の超音波探傷装置10の外観を、検査対象の配管12の一部とともに概略的に示す斜視図である。超音波探傷装置10は配管挿入型であり、配管12の内部に挿入される。
配管12は、例えば火力ボイラ用の熱交換器を構成する吊り下げ管である。配管12には、ブラケット14を介して、再熱器を構成する配管(RH管)16,16が固定されている。より詳しくは、ブラケット14は、吊り下げ管12及びRH管16,16に溶接されており、ブラケット14と吊り下げ管12及びRH管16,16の間はビード18を介してそれぞれ接続されている。
【0018】
図2は、配管12の断面とともに、配管12内に挿入された超音波探傷装置10を概略的に示す図である。なお、超音波探傷装置10を用いて探傷試験を行う場合には、配管12内は水で満たされる。
【0019】
超音波探傷装置10は、例えば金属製の探触子チューブ20を有する。探触子チューブ20は、略円筒形状の本体部22、及び、本体部22の両端に同軸にて一体に連なる円筒形状の端部24,24を有する。端部24,24には、複数の環状のブラシ26が取り付けられている。
ブラシ26は、それぞれ端部24,24の径方向に延びる繊維からなる。ブラシ26の外径は本体部22の外径よりも大きく、ブラシ26の先端は配管12の内周面に摺接する。ブラシ26は調芯機能を有し、ブラシ26によって、探触子チューブ20が配管12の径方向中心に配置される。
【0020】
探触子チューブ20の一方の端部24には、同軸にてロッド28の基端が取り付けられ、ロッド28の先端にはボール30が取り付けられている。ロッド28及びボール30は、超音波探傷装置10を配管12に挿入するときにガイドとして機能する。
探触子チューブ20の他方の端部24には、同軸にて中空のアウタシャフト32が相対回転可能に接続されるとともに、アウタシャフト32の内側を通じて中空のインナシャフト34が一体に回転可能に接続されている。インナシャフト34は、配管12の外部に設置された駆動装置によって回転させられ、インナシャフト34の回転に伴い、探触子チューブ20が配管12に対して回転させられる。配管12の軸線方向での探触子チューブ20の位置は、アウタシャフト32及びインナシャフト34の繰り出し量によって調整可能である。
【0021】
探触子チューブ20の本体部22の内部には、垂直送受信用探触子36、送信用探触子38及び受信用探触子40が配置されている。図示しないけれども、垂直送受信用探触子36、送信用探触子38及び受信用探触子40は、インナシャフト34内を延びる電気配線を通じて外部の制御装置と電気的に接続されており、制御装置からの命令に基づいて各々の機能を発揮する。
【0022】
より詳しくは、垂直送受信用探触子36は、超音波の送信機能及び受信機能を有し、探触子チューブ20の径方向、則ち、配管12の径方向にて超音波を出射し、超音波の反射波を受信する。なお、垂直送受信用探触子36は、探触子チューブ20に対し相対変位不能に固定されている。
【0023】
送信用探触子38は、超音波の送信機能を有し、配管12の内周面に向けて超音波を出射する。受信用探触子40は、超音波の受信機能を有し、送信用探触子38が出射した超音波の反射波及び回折波を受信する。つまり、超音波探傷装置10は、TOFD(Time of Flight Diffraction)法を採用しており、制御装置は、超音波の反射波及び回折波の受信時刻の差に基づいて、亀裂等の欠陥を検出するとともに欠陥の大きさを検出する。
【0024】
〔配置調整機構〕
送信用探触子38及び受信用探触子40の各々は、探触子チューブ20によって支持されている。そして、超音波探傷装置10は、探触子チューブ20における送信用探触子38及び受信用探触子40の配置を調整する配置調整機構100を有する。好ましい構成として、この配置調整機構100は、配管12への挿入方向、則ち、探触子チューブ20の軸線方向での送信用探触子38と受信用探触子40の間の間隔を調整する間隔調整部、及び、探触子チューブ20の軸線方向に対する、送信用探触子38及び受信用探触子40の各々の傾斜角度を調整する傾斜角調整部を有する。
【0025】
図3は、配置調整機構を説明するための図であり、探触子チューブ20の本体部22の断面とともに、送信用探触子38及び受信用探触子40を示している。送信用探触子38及び受信用探触子40は、それぞれ探触子ホルダ42に固定され、探触子ホルダ42を介して探触子チューブ20によって支持されている。なお、
図3において、探触子ホルダ42については断面が示されているが、垂直送受信用探触子36、送信用探触子38及び受信用探触子40については、断面ではなく正面が示されている。
【0026】
〔探触子ホルダ〕
図4は送信用探触子38とともに、分解された探触子ホルダ42を示す概略的な斜視図である。
探触子ホルダ42は、例えば金属製のブラケット44を有し、ブラケット44は端壁46、及び、端壁46の端縁に一体に連なる側壁48,48を有する。ブラケット44は、平面でみてコの字形状又は角張ったU字形状を有し、側壁48,48の間に送信用探触子38が相対変位不能に挟持されている。そして、送信用探触子38の超音波の出射面50は、端壁46とは反対側を向いている。
【0027】
一方の側壁48の外面からは、回転軸52が一体且つ垂直に延びている。回転軸52の基端側は、円柱形状の円柱部54によって構成され、先端側は角柱形状の角柱部56によって構成されている。円柱部54には、ガイド部材58が相対回転可能に嵌合される。ガイド部材58は、直方体形状のガイド部60、及び、ガイド部60と一体の円盤部62からなる。円盤部62には、送信用探触子38の傾斜角度を確認するための目盛りが設けられている。
【0028】
回転軸52はガイド部材58を貫通しており、角柱部56には、円柱形状の回転ノブ64が相対回転不能に嵌合されている。回転ノブ64は、図示しない螺子等の抜け止め手段によって角柱部56に固定されており、回転ノブ64によってガイド部材58の抜けも防止される。
【0029】
他方の側壁48の外面からは、円筒部66が一体且つ垂直に延びている。円筒部66は、回転軸52と同軸上に配置され、内周面に雌螺子が設けられている。円筒部66には、螺子68が螺子込まれる。
なお、受信用探触子40のための探触子ホルダ42は、送信用探触子38のための探触子ホルダ42と同じ構成を有しており、従って、
図4は、受信用探触子40とともに、分解された探触子ホルダ42を示す概略的な斜視図でもある。そして、受信用探触子40の超音波の入射面70は、送信用探触子38の場合と同様に、端壁46とは反対側を向いている。
【0030】
ここで再び
図3を参照すると、探触子チューブ20の本体部22には、ブラケット44を収容する格納室72が形成されている。格納室72の側壁74,74の各々は、探触子チューブ20の軸線方向に延び、平坦な内面及び外面を有する。側壁74,74の内面の間にブラケット44が挟持されている。
側壁74には、探触子チューブ20の軸線方向に延びるガイド溝76が形成され、一方のガイド溝76には、ガイド部材58のガイド部60がスライド可能に嵌合され、他方のガイド溝76には、円筒部66がスライド可能に嵌合されている。
【0031】
従って、螺子68を緩めた状態では、探触子ホルダ42は、探触子チューブ20の軸線方向に沿って移動可能であるとともに、該軸線方向と直交する回転軸52を中心として回転可能である。
一方、円筒部66に螺子68が螺子込まれると、ガイド部材58の円盤部62及び螺子68の頭部が側壁74,74の外面に密着し、探触子ホルダ42の位置及び傾斜角度が決定される。つまり、螺子68は探触子ホルダ42の固定手段を構成している。
【0032】
以下、上述した配管挿入型の超音波探傷装置10の動作について説明する。
図5は、超音波探傷装置10の動作を説明するための図であり、垂直送受信用探触子36は、配管12の内周面に向けて超音波を出射し、そして、配管12の内周面及び外周面にて反射された反射波を受信する。制御装置は、反射波の受信時刻に基づいて、配管12の肉厚を検出する。
ビード18が形成されている領域では、配管12の肉厚が見かけ上厚くなるので、超音波探傷装置10は、垂直送受信用探触子36を用いることにより、ビード18の位置を検出することができる。
【0033】
一方、送信用探触子38は、配置調整機構を用いて予め設定された傾斜角度にて傾斜しており、配管12の内周面に向けて出射角度θ1にて出射面50から超音波を出射する。ただし、出射する超音波には、出射角度θ1を中心としてある程度の広がりがある。
そして、受信用探触子40は、配置調整機構を用いて、送信用探触子38から回転軸52間にて距離Dだけ離間しており、且つ、予め設定された傾斜角度にて傾斜している。受信用探触子40は、入射角度θ2にて、超音波の反射波及び回折波が入射面70に入射する。ただし、入射する超音波についても、入射角度θ2を中心として、ある程度の広がりがある。
【0034】
配管12に亀裂等の欠陥がある場合、配管12の内周面及び外周面で反射された反射波とともに、欠陥で回折された回折波が受信用探触子40に入射する。制御装置は、反射波及び回折波の受信時刻の差に基づいて、亀裂の検出及び検出した亀裂の大きさの定量を行うことができる。
ここで、配管12がボイラ用の吊り下げ管の場合、欠陥は、ビード18の端部近傍であって、配管12の外周面近傍に発生し易い。そこで、本実施形態では、送信用探触子38の超音波の出射軸80と受信用探触子40への超音波の入射軸82が、配管12の外周面近傍で一致するように、送信用探触子38及び受信用探触子40の回転軸52間の距離D、並びに、出射角度θ1及び入射角度θ2が設定されている。つまり、欠陥を重点的に検査したい領域にて、出射軸80と入射軸82が一致している。
【0035】
図6も超音波探傷装置10の動作を説明するための図であるが、
図5の場合に比べて、配管12の内径の違いにより、配管12の内周面と送信用探触子38及び受信用探触子40の回転軸52までの距離Lが短くなっている。距離Lが短くなったことを考慮して、
図6の場合では、距離Dが縮小されている。
【0036】
図7も超音波探傷装置10の動作を説明するための図であるが、
図5の場合に比べて、出射角度θ1及び入射角度θ2が増大され、これに合わせて、距離Dも増大されている。
図7の配置によれば、
図5の配置と比べて、配管12における超音波の伝搬方向を変化させることができ、
図5の配置では検出が困難であった亀裂も検出される可能性がある。
【0037】
以上説明したように、一実施形態の超音波探傷装置10によれば、配置調整機構100によって、探触子チューブ20における送信用探触子38及び受信用探触子40の配置を調整可能である。このため、この超音波探傷装置10は、配管12の仕様、則ち、内径、外径及び材質にかかわらずに、欠陥を高精度にて検出し、且つ、欠陥の大きさを高精度にて測定することができ、汎用性が高い。
【0038】
そして、好ましい構成として、配置調整機構100は、探触子チューブ20の軸線方向にて送信用探触子38と受信用探触子40の間隔を調整する間隔調整部、及び、探触子チューブ20の軸線方向に対する送信用探触子38及び受信用探触子40の傾斜角度を調整する角度調整部の両方を有する。この好ましい構成によれば、配管12の仕様にかかわらずに、欠陥を高精度にて検出し、且つ、欠陥の大きさを高精度にて測定することができる。
【0039】
また、好ましい構成として、配置調整機構100は、送信用探触子38及び受信用探触子40の各々が固定されるブラケット44を含み、ブラケット44は、探触子チューブ20の軸線と直交する回転軸52を中心として回転可能である。この好ましい構成によれば、簡単な構成にて、配置調整機構100が角度調整機能を発揮する。
【0040】
また、好ましい構成として、送信用探触子38及び受信用探触子40がそれぞれ固定されるブラケット44は、探触子チューブ20内を軸線方向に沿って移動可能である。この好ましい構成によれば、簡単な構成にて、配置調整機構100が間隔調整機能を発揮する。
【0041】
また、好ましい構成として、超音波探傷装置10は、探触子チューブ20によって支持され、配管12の内周面に向けて配管12の径方向にて超音波を出射し、且つ、自身が出射した超音波の反射波を受信する、垂直送受信用探触子36を更に備える。
この好ましい構成によれば、配管12の肉厚が変化する部位を的確に検出することができる。肉厚が変化する部位は、応力が集中し易く、欠陥が生じ易いため、配管12の肉厚が変化する部位を検査対象とすることで、効率的に検査を行うことができる。
【0042】
また、好ましい構成として、超音波探傷装置10は、探触子チューブ20に設けられ、配管12内での探触子チューブ20の偏心を防止するブラシ26を更に備える。
この好ましい構成によれば、探触子チューブ20を配管12内で回転させながら、周方向全域に渡って検査を行った場合でも、送信用探触子38及び受信用探触子40と、配管12の内周面及び外周面との間の距離が変化せず、周方向に渡って均一な精度で、欠陥の検出及び大きさの測定を行うことができる。
【0043】
本発明は、上述した一実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、超音波探傷装置10の配置調整機構100は、間隔調整部及び角度調整部の両方を有していたけれども、一方のみを有していてもよい。
また、超音波探傷装置10では、送信用探触子38及び受信用探触子40の両方が、探触子チューブ20の軸線方向にて移動可能であったけれども、片方のみ移動可能であればよい。
【0044】
更に、超音波探傷装置10では、垂直送受信用探触子36の位置は特に限定されず、送信用探触子38と受信用探触子40の間に配置されていてもよい。
最後に、超音波探傷装置10は、ボイラ用の配管の検査に好適であるが、他の用途の配管にも適用可能であるのは勿論である。