專利名稱：超聲波探傷方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠高精度地對(duì)存在于管等被探傷材料的各種傷痕進(jìn)行檢測(cè)的超聲波探傷方法及裝置。特別是，本發(fā)明涉及一種在使用具有多個(gè)振子的超聲波探頭對(duì)被探傷材料進(jìn)行探傷時(shí)、在高精度地對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)之上能夠容易地設(shè)定適當(dāng)?shù)恼褡拥那袚Q間距的超聲波探傷方法及裝置。
背景技術(shù)：
在管的超聲波探傷過程中，不僅需要檢測(cè)軸向傷痕(沿管的軸向延伸的傷痕)，也需要檢測(cè)周向傷痕(沿管的周向延伸的傷痕)、被稱作夾層(lamination)的與管的內(nèi)外表面平行的面狀傷痕。如圖1的(a)所示，通過由向管P的周向傾斜的超聲波探頭1’收發(fā)超聲波，使橫波超聲波沿管P的周向傳播來檢測(cè)軸向傷痕。另外，如圖1的(b)所示，通過由向管P的軸向傾斜的超聲波探頭1’收發(fā)超聲波， 使橫波超聲波沿管P的軸向傳播來檢測(cè)周向傷痕。并且，如圖1的(C)所示，通過使縱波超聲波沿管的壁厚方向傳播來檢測(cè)夾層。這樣，為了對(duì)沿不同方向延伸或具有不同形狀的各種傷痕進(jìn)行檢測(cè)，通常根據(jù)各傷痕并用多個(gè)超聲波探頭。以往，對(duì)于上述任一個(gè)傷痕，如圖2所示，為了提高探傷效率，都使用沿著管的軸向排列的多個(gè)超聲波探頭1’(在圖2所示的例子中是附圖標(biāo)記Al A4所示的4個(gè)超聲波探頭)，由各超聲波探頭1’收發(fā)超聲波，并且，一邊使管沿周向旋轉(zhuǎn)一邊沿軸向輸送(螺旋輸送)管，從而進(jìn)行超聲波探傷。例如，超聲波探頭Al用于對(duì)圖2中施加了斜線陰影的螺旋狀的區(qū)域進(jìn)行探傷，超聲波探頭A2用于對(duì)圖2中施加了灰色陰影的螺旋狀的區(qū)域進(jìn)行探傷。這樣，通過沿著管的軸向排列多個(gè)超聲波探頭1’來實(shí)現(xiàn)管的整個(gè)面探傷。但是，在圖2所示的以往的超聲波探傷方法中存在這樣的問題，S卩，在相鄰的超聲波探頭1’所分別形成的聲場(chǎng)的邊界處聲場(chǎng)強(qiáng)度降低，由此引起傷痕檢測(cè)能力降低。圖3表示因機(jī)械加工而形成在管上的周向傷痕的回波強(qiáng)度的分布例。具體地講，圖3是將通過使形成有周向傷痕的管沿軸向移動(dòng)而由各超聲波探頭Al A4得到的傷痕回波強(qiáng)度與周向傷痕的軸向位置相對(duì)應(yīng)地圖表化而成的。如圖3所示，可知在相鄰的超聲波探頭1’的邊界部 (圖3中由虛線的圓圍成的部分)，傷痕回波強(qiáng)度顯著降低。因而可明確，在該邊界部，傷痕檢測(cè)能力也顯著降低。為了解決上述問題，例如提出了日本國(guó)特許第3674131號(hào)公報(bào)(專利文獻(xiàn)1)所述的技術(shù)。在專利文獻(xiàn)1所述的技術(shù)中，將多個(gè)超聲波探頭排列在一條直線上，選擇該多個(gè)超聲波探頭中的、由一定數(shù)量的連續(xù)的超聲波探頭構(gòu)成的探頭組來收發(fā)超聲波，依次切換所選擇的探頭組。而且，其特征在于，使該切換間距為與多個(gè)超聲波探頭的寬度相應(yīng)的長(zhǎng)度， 并且，與從一個(gè)選擇探頭組照射來的超聲波的有效波束寬度相等或者比其小。另外，上述“有效波束寬度”被定義為，直到等級(jí)(level)相對(duì)于在超聲波探頭的
4中央部分得到的聲場(chǎng)強(qiáng)度的峰值下降3dB時(shí)的寬度(專利文獻(xiàn)1的段落000 。即，“有效波束寬度”是由從超聲波探頭發(fā)出的超聲波波束的聲場(chǎng)強(qiáng)度的分布決定的值。但是，在將專利文獻(xiàn)1所述的技術(shù)應(yīng)用于需要對(duì)沿不同的方向延伸或者具有不同形狀的各種傷痕進(jìn)行檢測(cè)的管的探傷時(shí)，存在以下的問題。使超聲波探頭沿其排列方向(圖2所示的例子中是管的軸向)掃描時(shí)得到的傷痕回波強(qiáng)度的分布不能僅僅利用聲場(chǎng)強(qiáng)度的分布唯一地決定，超聲波探頭的掃描方向上的傷痕形狀也有較大的影響。圖4表示使同一個(gè)超聲波探頭沿管的軸向掃描在加工管后形成的軸向傷痕及周向傷痕時(shí)得到的傷痕回波強(qiáng)度的分布例。在上述例子中，由于使用同一個(gè)超聲波探頭，因此，聲場(chǎng)強(qiáng)度的分布相同。但是，如圖4所示，在傷痕不同時(shí)，傷痕回波強(qiáng)度的分布不同。因此，用由聲場(chǎng)強(qiáng)度的分布導(dǎo)出的有效波束寬度無法準(zhǔn)確地決定上述切換間距，有可能發(fā)生傷痕漏檢。結(jié)果，存在不得不對(duì)每種傷痕反復(fù)試驗(yàn)來決定切換間距這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明即是鑒于該以往技術(shù)的問題點(diǎn)而做成的，其課題在于提供在使用具有多個(gè)振子的超聲波探頭對(duì)被探傷材料進(jìn)行探傷時(shí)、在高精度地對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)之上能夠容易地設(shè)定適當(dāng)?shù)恼褡拥那袚Q間距的超聲波探傷方法及裝置。為了解決上述課題，如權(quán)利要求書的權(quán)利要求1所述，本發(fā)明提供一種超聲波探傷方法，該方法包括配置步驟，將具有沿著規(guī)定方向排列的η個(gè)(n ^ 2)振子的超聲波探頭與被探傷材料相對(duì)配置；探傷步驟，選擇上述η個(gè)振子中的m個(gè)(n>m> 1)振子，通過由該選擇振子相對(duì)于上述被探傷材料收發(fā)超聲波來對(duì)上述被探傷材料進(jìn)行探傷；掃描步驟，按順序切換上述選擇振子；通過交替地重復(fù)上述探傷步驟和上述掃描步驟，對(duì)上述被探傷材料進(jìn)行超聲波探傷，其特征在于，在上述掃描步驟中，在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm)時(shí)，以滿足下述式(1)的切換間距長(zhǎng)度 P(mm)按順序切換上述選擇振子，P 彡 Wl · COS θ ...⑴在上述探傷步驟中，以針對(duì)上述各選擇振子預(yù)先調(diào)整的探傷靈敏度對(duì)上述被探傷材料進(jìn)行探傷，使得由上述切換的各選擇振子分別接收的、來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等。另外，在本發(fā)明中，“η個(gè)振子的排列方向與被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度”的意思是指，在被探傷材料是管等截面大致圓形的材料的情況下，η個(gè)振子的排列方向與被探傷材料的在超聲波的入射點(diǎn)處的切面所成的角度。另外，在本發(fā)明中，“各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度”的意思是指，在各選擇振子沿著振子的排列方向掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布中， 傷痕回波強(qiáng)度為規(guī)定的強(qiáng)度(例如將最大強(qiáng)度設(shè)為OdB時(shí)規(guī)定的強(qiáng)度為-3dB)以上的范圍 (超聲波的入射點(diǎn)處的沿著被探傷材料的表面的范圍)的長(zhǎng)度。并且，在本發(fā)明中，“切換間距長(zhǎng)度”的意思是指相鄰的選擇振子之間的距離(振子排列方向上的距離、長(zhǎng)度單位)。 采用本發(fā)明，在掃描步驟中，以滿足式(1)的切換間距長(zhǎng)度P(mm)按順序?qū)x擇振子進(jìn)行切換。換言之，按順序?qū)x擇振子進(jìn)行切換，使得切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度的范圍(具有與以各選擇振子的中心為基準(zhǔn)的有效波束寬度相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度的范圍)具有重復(fù)的部分。因此，無論檢測(cè)對(duì)象傷痕存在于超聲波探頭的探傷區(qū)域內(nèi)的哪個(gè)位置，該檢測(cè)對(duì)象傷痕都位于某個(gè)選擇振子的有效波束寬度的范圍內(nèi)。因而，該檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度為規(guī)定的強(qiáng)度(例如將利用該選擇振子得到的傷痕回波強(qiáng)度的最大值設(shè)為OdB時(shí)規(guī)定的強(qiáng)度為-3dB)以上。另外，采用本發(fā)明，在探傷步驟中，以針對(duì)各選擇振子預(yù)先調(diào)整的探傷靈敏度(回波強(qiáng)度的放大率)對(duì)被探傷材料進(jìn)行探傷，使得由切換的各選擇振子分別接收到的、來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等。而且，如上所述，檢測(cè)對(duì)象傷痕位于將探傷靈敏度調(diào)整為該最大回波強(qiáng)度大致相等的任一個(gè)選擇振子的有效波束寬度的范圍內(nèi)。因此，無論利用哪個(gè)選擇振子對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波進(jìn)行檢測(cè)(換言之，無論檢測(cè)對(duì)象傷痕存在于超聲波探頭的探傷區(qū)域內(nèi)的哪個(gè)位置)，都能夠得到規(guī)定的強(qiáng)度(例如將利用超聲波探頭得到的傷痕回波強(qiáng)度的最大值設(shè)為OdB時(shí)規(guī)定的強(qiáng)度為_3dB)以上的傷痕回波強(qiáng)度，從而能夠高精度地對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕進(jìn)行檢測(cè)。如上所述，采用本發(fā)明，通過設(shè)定滿足式(1)那樣的選擇振子的切換間距長(zhǎng)度 P (mm)，能夠高精度地對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕進(jìn)行檢測(cè)。即，不必像以往那樣反復(fù)試驗(yàn)，選擇滿足式 (1)的切換間距長(zhǎng)度P(mm)即可，因此，在高精度地對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)之上能夠容易地設(shè)定適當(dāng)?shù)恼褡拥那袚Q間距。在此，如權(quán)利要求書的權(quán)利要求2所述，優(yōu)選在上述超聲波探頭所具有的上述η個(gè)振子以等間隔d(mm)的排列間距排列的情況下，在上述掃描步驟中，在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm)時(shí)，以滿足下述式(2)的切換間距個(gè)數(shù)K(個(gè))按順序切換上述選擇振子。K 彡 Wl · cos θ /d... (2)另外，在本發(fā)明中，“切換間距個(gè)數(shù)”的意思是指將相鄰的選擇振子之間的距離(振子的排列方向上的距離)換算成振子的個(gè)數(shù)所得到的值。因而，切換間距個(gè)數(shù)K是正整數(shù)。另外，為了解決上述課題，如權(quán)利要求書的權(quán)利要求3所述，本發(fā)明還提供一種超聲波探傷方法，該方法將用于檢測(cè)在作為被探傷材料的管上產(chǎn)生的軸向傷痕的第1超聲波探頭、用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的周向傷痕的第2超聲波探頭及用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的夾層的第3超聲波探頭分別與上述管相對(duì)配置，一邊使上述管沿周向旋轉(zhuǎn)，并且使上述第1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向相對(duì)移動(dòng)，一邊由上述第1 第3超聲波探頭所分別具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波，從而對(duì)上述管進(jìn)行超聲波探傷，其特征在于，從上述第1 第3超聲波探頭中選擇的至少1個(gè)超聲波探頭為權(quán)利要求1或2所述的超聲波探頭， 使該選擇超聲波探頭所具有的η個(gè)振子的排列方向沿著上述管的軸向，使該選擇超聲波探頭執(zhí)行權(quán)利要求1或2所述的超聲波探傷方法，將上述管的旋轉(zhuǎn)每一圈時(shí)的上述第1 第3 超聲波探頭沿上述管的軸向的相對(duì)移動(dòng)量設(shè)定為上述第1 第3超聲波探頭相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的上述管的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度中的、最小的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度以下。
另外，在本發(fā)明中，“實(shí)質(zhì)的有效波束寬度”的意思是指，對(duì)于權(quán)利要求1或2所述的超聲波探頭，將上述各選擇振子得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布合成，在該合成后的回波強(qiáng)度的分布中，傷痕回波強(qiáng)度為規(guī)定的強(qiáng)度(例如將最大強(qiáng)度設(shè)為OdB時(shí)規(guī)定的強(qiáng)度為_3dB)以上的范圍(超聲波的入射點(diǎn)處的沿著被探傷材料的表面的范圍)。另外，在本發(fā)明中，“實(shí)質(zhì)的有效波束寬度”的意思是指，對(duì)于具有單一振子的超聲波探頭，在該超聲波探頭掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布中，傷痕回波強(qiáng)度為規(guī)定的強(qiáng)度(例如將最大強(qiáng)度設(shè)為OdB時(shí)規(guī)定的強(qiáng)度為-3dB)以上的范圍(超聲波的入射點(diǎn)處的沿著被探傷材料的表面的范圍)。采用本發(fā)明，將管的旋轉(zhuǎn)每一圈時(shí)的第1 第3超聲波探頭沿管的軸向的相對(duì)移動(dòng)量設(shè)定為第1 第3超聲波探頭相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的管的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度中的、最小的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度以下。因此，無論檢測(cè)對(duì)象傷痕存在于管的哪個(gè)部位， 對(duì)于全部的第1 第3超聲波探頭，檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度都為規(guī)定的強(qiáng)度以上，結(jié)果， 能夠高精度地檢測(cè)全部的軸向傷痕、周向傷痕及夾層。另外，為了解決上述課題，如權(quán)利要求書的權(quán)利要求4所述，本發(fā)明還提供一種超聲波探傷裝置，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括超聲波探頭，其與被探傷材料相對(duì)配置，具有沿著規(guī)定方向排列的η個(gè)(n ^ 2)振子；收發(fā)控制部件，其選擇上述η個(gè)振子中的 m個(gè)(n > m > 1)振子，由該選擇振子相對(duì)于上述被探傷材料收發(fā)超聲波，并且，按順序切換上述選擇振子；在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm)時(shí)，上述收發(fā)控制部件以滿足下述式(1)的切換間距長(zhǎng)度P (mm)按順序切換上述選擇振子，P 彡 Wl · cos θ ... (1)在上述收發(fā)控制部件中，針對(duì)上述各選擇振子預(yù)先調(diào)整探傷靈敏度，使得由上述切換的各選擇振子分別接收的、來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等。在此，如權(quán)利要求書的權(quán)利要求5所述，優(yōu)選在上述超聲波探頭所具有的上述η個(gè)振子以等間隔d(mm)的排列間距排列的情況下，在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm)時(shí)，上述收發(fā)控制部件以滿足下述式( 的切換間距個(gè)數(shù)K(個(gè))按順序切換上述選擇振子。K 彡 Wl · cos θ /d... (2)并且，為了解決上述課題，如權(quán)利要求書的權(quán)利要求6所述，本發(fā)明還提供一種超聲波探傷裝置，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括第1超聲波探頭，其與作為被探傷材料的管相對(duì)配置，用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的軸向傷痕；第2超聲波探頭，其與上述管相對(duì)配置，用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的周向傷痕；第3超聲波探頭，其與上述管相對(duì)配置，用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的夾層；第1收發(fā)控制部件，其由上述第1超聲波探頭所具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波；第2收發(fā)控制部件，其由上述第2超聲波探頭所具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波；第3收發(fā)控制部件，其由上述第3超聲波探頭所具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波；驅(qū)動(dòng)部件，其使上述管沿周向旋轉(zhuǎn)，并且，使上述第1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向相對(duì)移動(dòng)；從上述第1 第3超聲波探頭中選擇的至少1個(gè)超聲波探頭是權(quán)利要求4或5所述的超聲波探頭，該選擇超聲波探頭所具有的η個(gè)振子的排列方向沿著上述管的軸向，上述第1 第3收發(fā)控制部件中的、與上述選擇超聲波探頭相對(duì)應(yīng)的收發(fā)控制部件是權(quán)利要求4或5所述的收發(fā)控制部件，上述驅(qū)動(dòng)部件使上述管沿周向旋轉(zhuǎn)，并使上述第 1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向相對(duì)移動(dòng)，使得上述管的旋轉(zhuǎn)每一圈時(shí)的上述第1 第 3超聲波探頭沿上述管的軸向的相對(duì)移動(dòng)量為上述第1 第3超聲波探頭相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的上述管的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度中的、最小的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度以下采用本發(fā)明，在使用具有多個(gè)振子的超聲波探頭對(duì)被探傷材料進(jìn)行探傷時(shí)，在高精度地對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕進(jìn)行檢測(cè)的基礎(chǔ)之上能夠容易地設(shè)定適當(dāng)?shù)恼褡拥那袚Q間距。


圖1是用于說明存在于管上的各種傷痕的超聲波探傷方法的說明圖。圖2是用于說明以往的超聲波探傷方法的說明圖。圖3表示利用圖2所示的超聲波探傷方法得到的周向傷痕的回波強(qiáng)度的分布例。圖4表示使同一個(gè)超聲波探頭沿鋼管的軸向掃描在加工管后形成的軸向傷痕及周向傷痕時(shí)得到的傷痕回波強(qiáng)度的分布例。圖5是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖6表示使圖5所示的超聲波探頭所具有的一個(gè)選擇振子沿著其排列方向掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布例。圖7表示將圖5所示的超聲波探頭所具有的各選擇振子所得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布合成的例子。圖8是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖9表示使圖8所示的超聲波探頭所具有的一個(gè)選擇振子沿著其排列方向掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布例。圖10是表示使用圖8所示的超聲波探傷裝置進(jìn)行超聲波探傷的結(jié)果的一例的圖。圖11是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。圖12表示圖11所示的超聲波探頭所具有的一個(gè)選擇振子沿著其排列方向掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布例及將各選擇振子所得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度的分布合成的例子。圖13是表示本發(fā)明中使用的超聲波探頭所具有的振子的變形例的圖。圖14是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式下面，適當(dāng)?shù)貐⒄崭綀D，以被探傷材料是管的情況為例說明本發(fā)明的實(shí)施方式。第1實(shí)施方式圖5是表示本發(fā)明的第1實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖5的(a) 表示主視圖(管的剖視圖)，圖5的(b)表示圖5的(a)所示的超聲波探頭的放大俯視圖 (不使超聲波探頭傾斜的狀態(tài)下的放大俯視圖)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100是周向傷痕檢測(cè)用的超聲波探傷裝置。如圖5 所示，本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100包括超聲波探頭1，該超聲波探頭1與管P相對(duì)配置，具有沿管P的軸向排列的64個(gè)振子11(11-1 11-64)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100還包括收發(fā)控制部件2，該收發(fā)控制部件2選擇64個(gè)振子11中的30個(gè)振子11 (將由所選擇的30個(gè)振子11構(gòu)成的振子的集合體稱作選擇振子11 ，由該選擇振子IlS相對(duì)于管P收發(fā)超聲波，并且，按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置 100還包括傷痕判定部3，該傷痕判定部3通過將來自收發(fā)控制部件2的輸出信號(hào)與規(guī)定的閾值相比較來對(duì)存在于管P上的傷痕進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100還包括驅(qū)動(dòng)部件(未圖示)，該驅(qū)動(dòng)部件使管P沿周向旋轉(zhuǎn)，并且，使超聲波探頭1沿管P的軸向相對(duì)移動(dòng)。本實(shí)施方式的超聲波探頭1配置為相對(duì)于管P自管P離開距離L = 70mm。另夕卜， 超聲波探頭1配置為相對(duì)于管P表面的法線向管P的軸向傾斜α 19° (超聲波的入射角α 19° )。由此，折射角Y =45°的橫波超聲波沿著管P的軸向傳播。另外，本實(shí)施方式的超聲波探頭1的探傷頻率為5MHz。本實(shí)施方式的超聲波探頭1所具有的各振子11是相同的矩形的振子，在管P的軸向上以一條直線狀排列。本實(shí)施方式的各振子11的長(zhǎng)度Ll = 10mm、寬度Wl = 0. 4mm，各振子11隔開0. Imm的間隔地排列。S卩，各振子11的沿管P的軸向的排列間距為0. 5mm。本實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2包括發(fā)送部21、接收部22和控制部23。發(fā)送部21包括脈沖發(fā)生器211，其分別連接于各振子11，供給用于從各振子11 發(fā)送超聲波的脈沖信號(hào)；延遲回路212，其用于設(shè)定從各脈沖發(fā)生器211供給到各振子11 的脈沖信號(hào)的延遲時(shí)間(發(fā)送延遲時(shí)間)。 接收部22包括接收器221，其分別連接于各振子11，用于將由各振子11接收到的回波放大；延遲回路222，其用于設(shè)定由各接收器221放大的回波的延遲時(shí)間(接收延遲時(shí)間)；波形合成回路223，其用于合成由各延遲回路222設(shè)定了延遲時(shí)間的回波；放大器 224，其用于將由波形合成回路223合成的回波放大。放大器224的放大率(探傷靈敏度) 如后所述那樣針對(duì)各選擇振子IlS預(yù)先調(diào)整，使得利用由控制部23切換的各選擇振子IlS 分別接收的、來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等。控制部23按順序切換所排列的64個(gè)振子11中的、由用于收發(fā)超聲波的30個(gè)振子 11構(gòu)成的選擇振子lis。此時(shí)，在將振子11的排列方向(圖5所示的箭頭A的方向)與管 P的超聲波所入射的表面(管P的超聲波的入射點(diǎn)處的切面)所成的角度設(shè)為θ )、將切換的各選擇振子lis相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm)時(shí)，控制部23以滿足下述式(1)的切換間距長(zhǎng)度P(mm)按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。P ≤ Wl · cos θ ... (1)特別是，像本實(shí)施方式這樣，在超聲波探頭1所具有的64個(gè)振子11以等間隔 d(mm)的排列間距排列的情況下，控制部23以滿足下述式(2)的切換間距個(gè)數(shù)K(個(gè))按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。K ≤ Wl · cos θ /d... (2)圖6表示使由用于大致同時(shí)收發(fā)超聲波的30個(gè)振子構(gòu)成的一個(gè)選擇振子沿著振子的排列方向掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕(周向傷痕)的回波強(qiáng)度的分布例。其中，圖6 的橫軸表示將選擇振子的掃描位置換算成管軸向位置所得到的值。圖6的(a)表示對(duì)外徑 178mm、壁厚IOmm的管P進(jìn)行加工而形成的周向傷痕(深度壁厚的5%，周向長(zhǎng)度25mm)的回波強(qiáng)度的分布，圖6的(b)表示對(duì)外徑160mm、壁厚20mm的管P進(jìn)行加工而形成的周向傷痕(深度壁厚的5%，周向長(zhǎng)度25mm)的回波強(qiáng)度的分布。在使最大強(qiáng)度為OdB時(shí)， 將_3dB以上的范圍作為有效波束寬度W1，可知在圖6的(a)所示的例子中，Wl ^ 9. 5mm, 在圖6的(b)所示的例子中，Wl ^ 6. 75mm。在此，由于θ = α 19°，因此，若將該θ的值和上述Wl的值代入到上述式(1) 中，對(duì)于外徑178mm、壁厚10_的管P而言，P ^ 9. 5Xcosl9° = 9. 5X0. 95 = 8. 98mm對(duì)于外徑160mm、壁厚20mm的管P而言， P 彡 6. 75Xcosl9° = 6. 75X0. 95 = 6. 38mm而且，在本實(shí)施方式中，如上所述，由于超聲波探頭1所具有的64個(gè)振子11以等間隔d = 0.5 (mm)的排列間距排列，因此，若將θ、W1和d的值代入到上述式(2)中，對(duì)于外徑178mm、壁厚10_的管P而言，K ^ 9. 5Xcosl9° /0. 5 = 9. 5X0. 95/0. 5 = 17. 96可容易地知曉以17個(gè)以下的切換間距個(gè)數(shù)按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換即可。另外，對(duì)于外徑160mm、壁厚20mm的管P而言，K 彡 6. 75Xcosl9° /0. 5 = 6. 75X0. 95/0. 5 = 12. 76可容易地知曉以12個(gè)以下的切換間距個(gè)數(shù)按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換即可。另外，控制部23進(jìn)行動(dòng)作，從而決定構(gòu)成各選擇振子IlS的各振子11的由延遲回路212或者延遲回路222設(shè)定的延遲時(shí)間。在本實(shí)施方式中，由于由構(gòu)成各選擇振子IlS 的各振子11大致同時(shí)收發(fā)超聲波，因此，對(duì)于各振子11設(shè)定相同的發(fā)送延遲時(shí)間和接收延遲時(shí)間。并且，控制部23進(jìn)行針對(duì)各選擇振子1IS切換放大器224的放大率(探傷靈敏度) 的動(dòng)作。具體地講，放大器224的放大率能夠切換，控制部23根據(jù)切換的選擇振子IlS向放大器224輸出切換放大率的控制信號(hào)，使放大器224的放大率為針對(duì)各選擇振子IlS預(yù)先決定的放大率。該針對(duì)各選擇振子IlS的放大率如上所述那樣以使由切換的各選擇振子 IlS分別接收的來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等的方式預(yù)先設(shè)定。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100對(duì)于例如外徑178mm、壁厚IOmm的管P，一邊利用驅(qū)動(dòng)部件使管P沿周向旋轉(zhuǎn)，并且使超聲波探頭1沿管P的軸向相對(duì)移動(dòng)，一邊例如按照以下的探傷循環(huán)進(jìn)行超聲波探傷。而且，本實(shí)施方式的控制部23通過如以下的探傷循環(huán)所示那樣使選擇的振子11每17個(gè)地錯(cuò)開(即，選擇振子IlS的切換間距個(gè)數(shù)為17個(gè))來對(duì)選擇振子IlS進(jìn)行切換。探傷循環(huán)(1)步驟1 利用由振子11-1 11 30這30個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS來進(jìn)行
超聲波探傷。(2)步驟2 利用由振子11-18 11 47這30個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS來進(jìn)行超聲波探傷。(3)步驟3 利用由振子11-35 11 64這30個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS來進(jìn)行超聲波探傷。
通過重復(fù)上述步驟1 3來對(duì)整個(gè)管P進(jìn)行超聲波探傷。另外，如上所述那樣針對(duì)各選擇振子IlS切換的放大器224的放大率具體地講如下那樣預(yù)先決定。即，以利用在上述步驟1中切換的由振子11-1 11 30構(gòu)成的選擇振子IlS收發(fā)超聲波時(shí)得到的周向傷痕的最大回波強(qiáng)度是規(guī)定的強(qiáng)度(例如在CRT上為 80%的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器224的放大率。另外，以利用在上述步驟2中切換的由振子11-18 11 47構(gòu)成的選擇振子IlS收發(fā)超聲波時(shí)得到的周向傷痕的最大回波強(qiáng)度是與上述大致相等的強(qiáng)度(例如在CRT上為80%的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器224的放大率。 并且，以利用在上述步驟3中切換的由振子11-35 11 64構(gòu)成的選擇振子IlS收發(fā)超聲波時(shí)得到的周向傷痕的最大回波強(qiáng)度是與上述大致相等的強(qiáng)度(例如在CRT上為80% 的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器224的放大率。如上所述，針對(duì)各選擇振子IlS切換的放大器 224的放大率預(yù)先決定，控制部23也與切換的選擇振子IlS相應(yīng)地切換放大器224的放大率，使放大器224的放大率為針對(duì)各選擇振子IlS預(yù)先決定的放大率。圖7表示將在上述各步驟中切換的各選擇振子IlS分別得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕(周向傷痕)的回波強(qiáng)度的分布合成的例子。如圖7所示，與圖6的(a)所示的一個(gè)選擇振子 IlS(—個(gè)步驟)得到的傷痕回波強(qiáng)度的分布相比，合成后的傷痕回波強(qiáng)度的分布是在管軸向的較寬范圍內(nèi)具有回波強(qiáng)度較高的部分的分布。在圖7所示的合成后的傷痕回波強(qiáng)度的分布中，在使最大強(qiáng)度為OdB時(shí)，-3dB以上的范圍為實(shí)質(zhì)的有效波束寬度，該實(shí)質(zhì)的有效波束寬度約為25mm。另外，由圖7可知，各選擇振子IlS的邊界部(圖7中由虛線的圓圍成的部分)的傷痕回波強(qiáng)度的降低能夠抑制到-1. 5dB左右。如上所述，采用本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100，由于實(shí)質(zhì)的有效波束寬度較寬，因此，無論檢測(cè)對(duì)象傷痕存在于超聲波探頭1的探傷區(qū)域內(nèi)的哪個(gè)位置，該檢測(cè)對(duì)象傷痕都會(huì)位于某個(gè)選擇振子lis的有效波束寬度的范圍內(nèi)，能夠得到規(guī)定的強(qiáng)度(將利用超聲波探頭1得到的傷痕回波強(qiáng)度的最大值設(shè)為OdB時(shí)規(guī)定的強(qiáng)度為_3dB)以上的傷痕回波強(qiáng)度，因此，能夠高精度地檢測(cè)檢測(cè)對(duì)象傷痕。第2實(shí)施方式圖8是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖8的(a) 表示主視圖，圖8的(b)表示俯視圖，圖8的(c)表示圖8的(b)所示的超聲波探頭的放大俯視圖(不使超聲波探頭傾斜的狀態(tài)下的放大俯視圖)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A是存在于焊接部的傷痕檢測(cè)用的超聲波探傷裝置。如圖8所示，本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A包括超聲波探頭1A、1B，該超聲波探頭1A、IB與焊接部Pl相對(duì)配置，具有沿著與管P的焊接部Pl的焊接線正交的方向排列的16個(gè)振子11(11-1 11-16)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A還包括收發(fā)控制部件 2 (未圖示)，該收發(fā)控制部件2選擇16個(gè)振子11中的10個(gè)振子11 (將由所選擇的10個(gè)振子11構(gòu)成的振子的集合體稱作選擇振子11 ，由該選擇振子IlS相對(duì)于焊接部Pl收發(fā)超聲波，并且，按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A還包括傷痕判定部3 (未圖示)，該傷痕判定部3通過將來自收發(fā)控制部件2的輸出信號(hào)與規(guī)定的閾值相比較來對(duì)存在于管P上的傷痕進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A還包括驅(qū)動(dòng)部件(未圖示)，該驅(qū)動(dòng)部件使超聲波探頭1A、1B沿著焊接部Pl的焊接線的方向相對(duì)于管P相對(duì)移動(dòng)。
本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A作為用于如后所述那樣評(píng)價(jià)超聲波探頭和管 P的聲音耦合的優(yōu)選構(gòu)造，包括一對(duì)超聲波探頭1A、1B。一對(duì)超聲波探頭1A、1B以大致V字形配置，使得從各自所具有的振子11發(fā)送出的超聲波從與焊接部Pi的焊接線正交的方向看入射到焊接部Pl的大致同一個(gè)點(diǎn)，而且，能夠利用另一個(gè)超聲波探頭IB所具有的振子11 接收從一個(gè)超聲波探頭IA所具有的振子11發(fā)送出的超聲波中的、在焊接部Pl表面反射的回波。另 外，本實(shí)施方式的各超聲波探頭1A、1B配置為相對(duì)于管P自管P離開距離L =70mm。另外，各超聲波探頭1A、1B配置為相對(duì)于管P表面的法線向焊接線方向傾斜 α 19° (超聲波的入射角α 19° )。由此，折射角Y =45°的橫波超聲波沿著焊接線方向傳播。另外，本實(shí)施方式的超聲波探頭1Α、1Β的探傷頻率為5MHz。本實(shí)施方式的各超聲波探頭1A、1B所具有的各振子11是相同的矩形的振子，在與焊接部Pl的焊接線正交的方向(焊道寬度方向)上以一條直線狀排列。本實(shí)施方式的各振子11的長(zhǎng)度Ll = 10mm、寬度Wl = 0. 9mm，各振子11隔開0. Imm的間隔地排列。即，各振子11的與焊接線正交的方向的排列間距為1. 0mm。各超聲波探頭1A、1B以振子11_8及 11-9與焊接部Pl的焊道寬度方向的中心相對(duì)的方式配置。由于本實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2具有與第1實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2同樣的構(gòu)造，因此，省略其詳細(xì)的說明，本實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2與第1實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2同樣地包括發(fā)送部21、接收部22和控制部23。接收部22包括放大器224。但是，本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A包括連接于一個(gè)超聲波探頭IA的收發(fā)控制部件2及連接于另一個(gè)超聲波探頭IB的收發(fā)控制部件2。本實(shí)施方式的控制部23與第1實(shí)施方式的控制部23同樣地以滿足上述式(1)的切換間距長(zhǎng)度P(mm)按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。 特別是，像本實(shí)施方式這樣，在超聲波探頭1A、1B所具有的16個(gè)振子11以等間隔的排列間距排列的情況下，控制部23以滿足上述式(2)的切換間距個(gè)數(shù)K(個(gè))按順序?qū)x擇振子 IlS進(jìn)行切換。圖9表示使由用于大致同時(shí)收發(fā)超聲波的10個(gè)振子構(gòu)成的一個(gè)選擇振子沿著振子的排列方向(焊道寬度方向)掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕(內(nèi)徑1. 6mm的縱孔)的回波強(qiáng)度的分布例。在使最大強(qiáng)度為OdB時(shí)，-3dB以上的范圍為有效波束寬度W1，可知在圖9 所示的例子中，Wl ^ 3. 8mmο在此，由于能夠認(rèn)為振子11的排列方向(焊道寬度方向)與管P的超聲波所入射的表面(管P的超聲波的入射點(diǎn)處的切面)所成的角度為θ =0°，因此，在將該θ的值和上述Wl的值代入到上述式(1)中時(shí)，P 彡 3.8XcosO° =3.8X1 = 3.8mm而且，在本實(shí)施方式中，如上所述，由于超聲波探頭1所具有的16個(gè)振子11以等間隔d = 1.0 (mm)的排列間距排列，因此，在將θ、Wl和d的值代入到上述式(2)中時(shí)，K 彡 3.8XcosO° /1. 0 = 3. 8X 1/1. 0 = 3. 8可容易地知曉以3個(gè)以下的切換間距個(gè)數(shù)按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換即可。鑒于以上結(jié)果，本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A—邊使超聲波探頭1沿著焊接部Pi的焊接線的方向相對(duì)于管P相對(duì)移動(dòng)一邊例如按照以下的探傷循環(huán)進(jìn)行超聲波探傷。 而且，本實(shí)施方式的控制部23通過像以下探傷循環(huán)的步驟1 3那樣使所選擇的振子11每3個(gè)地錯(cuò)開(即，選擇振子IlS的切換間距個(gè)數(shù)為3個(gè))來對(duì)選擇振子IlS進(jìn)行切換。探傷循環(huán)(1)步驟1 利用由振子11-1 11 10這10個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS進(jìn)行超
聲波探傷。(2)步驟2 利用由振子11-4 11 13這10個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS進(jìn)行超
聲波探傷。(3)步驟3 利用由振子11-7 11 16這10個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS進(jìn)行超
聲波探傷。通過重復(fù)上述步驟1 3對(duì)整個(gè)管P進(jìn)行超聲波探傷。另外，針對(duì)各選擇振子IlS切換的放大器224的放大率(探傷靈敏度)具體地講如下那樣預(yù)先決定。即，以利用在上述步驟1中切換的由振子11-1 11 10構(gòu)成的選擇振子lis收發(fā)超聲波時(shí)得到的圖10的(a)所示的縱孔C(在自焊接部的焊道寬度方向中心錯(cuò)開-5mm的位置加工出的內(nèi)徑1.6mm的縱孔)的最大回波強(qiáng)度是規(guī)定的強(qiáng)度(例如在CRT 上為80%的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器224的放大率。另外，以利用在上述步驟2中切換的由振子11-4 11 13的振子構(gòu)成的選擇振子IlS收發(fā)超聲波時(shí)得到的圖10的(a)所示的縱孔B(在焊接部的焊道寬度方向中心加工的內(nèi)徑1.6mm的縱孔)的最大回波強(qiáng)度是與上述大致相等的強(qiáng)度(例如在CRT上為80%的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器224的放大率。并且，以利用在上述步驟3中切換的由振子11-7 11 16的振子構(gòu)成的選擇振子IlS收發(fā)超聲波時(shí)得到的圖10的(a)所示的縱孔A(在自焊接部的焊道寬度方向中心錯(cuò)開+5mm的位置加工的內(nèi)徑1.6mm的縱孔)的最大回波強(qiáng)度是與上述大致相等的強(qiáng)度(例如在CRT上為80%的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器2M的放大率。如上所述那樣預(yù)先決定針對(duì)各選擇振子 IlS切換的放大器224的放大率，控制部23也根據(jù)切換的選擇振子IlS切換放大器224的放大率，使放大器224的放大率為針對(duì)各選擇振子IlS預(yù)先決定的放大率。另外，在本實(shí)施方式中，作為優(yōu)選構(gòu)造，在按順序使用全部的選擇振子IlS對(duì)焊接部Pl進(jìn)行的一連串超聲波探傷(上述步驟1 ；3)結(jié)束、開始接下來的一連串超聲波探傷之前，評(píng)價(jià)超聲波探頭1A、1B和管P的聲音耦合。具體地講，自一個(gè)超聲波探頭IA所具有的振子11-4 11 13發(fā)送超聲波，利用另一個(gè)超聲波探頭IB所具有的振子11-4 11 13接收該發(fā)送來的超聲波中的、在焊接部Pl表面反射的回波，評(píng)價(jià)該回波強(qiáng)度的大小。上述動(dòng)作利用對(duì)連接于一個(gè)超聲波探頭IA的收發(fā)控制部件2及連接于另一個(gè)超聲波探頭IB 的收發(fā)控制部件2這兩者進(jìn)行控制的統(tǒng)括控制部件(未圖示)來控制。而且，若在上述焊接部Pl表面反射的回波的強(qiáng)度在規(guī)定的等級(jí)以下，則利用上述統(tǒng)括控制部件發(fā)出警報(bào)。利用該構(gòu)造，在將聲音耦合調(diào)整為正常之后，能夠?qū)嵤┰贆z查的處理，從而能夠使傷痕檢測(cè)精度穩(wěn)定化。圖10的(b)是表示使用具有以上說明的構(gòu)造的超聲波探傷裝置100A對(duì)圖10的 (a)所示的縱孔A C進(jìn)行超聲波探傷的結(jié)果的圖。另外，圖10的(b)的橫軸表示焊道寬度方向的位置，縱軸表示從接收部22所具有的波形合成回路223輸出的各縱孔的內(nèi)外表面的最大回波強(qiáng)度。由圖10的(b)可知，采用本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100A，無論傷痕存在于內(nèi)外表面的哪個(gè)位置(焊道寬度方向位置)，都能夠高精度地檢測(cè)該傷痕。
第3實(shí)施方 式圖11是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖11的 (a)表示主視圖(管的剖視圖)，圖11的(b)表示圖11的(a)所示的超聲波探頭的放大俯視圖。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100B是夾層檢測(cè)用的超聲波探傷裝置。如圖11所示，本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100B包括超聲波探頭1C，該超聲波探頭IC與管P相對(duì)配置，具有沿管P的軸向排列的64個(gè)振子11 (11-1 11-64)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置 100B還包括收發(fā)控制部件2 (未圖示)，該收發(fā)控制部件2選擇64個(gè)振子11中的36個(gè)振子11 (將由所選擇的36個(gè)振子11構(gòu)成的振子的集合體稱作選擇振子lis)，由該選擇振子 IlS相對(duì)于管P收發(fā)超聲波，并且，按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100B還包括傷痕判定部3 (未圖示)，該傷痕判定部3通過將來自收發(fā)控制部件2 的輸出信號(hào)與規(guī)定的閾值相比較來對(duì)存在于管P上的傷痕進(jìn)行檢測(cè)。本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100B還包括驅(qū)動(dòng)部件(未圖示)，該驅(qū)動(dòng)部件使管P沿周向旋轉(zhuǎn)，并且，使超聲波探頭IC沿管P的軸向相對(duì)移動(dòng)。本實(shí)施方式的超聲波探頭IC配置為相對(duì)于管P自管P離開距離L = 70mm。另外， 超聲波探頭IC配置為發(fā)送出的超聲波與管P的表面垂直地入射到該管P的表面。由此，縱波超聲波沿著管P的壁厚方向傳播。另外，本實(shí)施方式的超聲波探頭IC的探傷頻率為7MHz。本實(shí)施方式的超聲波探頭IC所具有的各振子11是相同的矩形的振子，在管P的軸向上以一條直線狀排列。本實(shí)施方式的各振子11的長(zhǎng)度Ll = 10mm、寬度Wl = 0. 4mm, 各振子11隔開0. Imm的間隔地排列。S卩，各振子11的管P的軸向的排列間距為0. 5mm。由于本實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2具有與第1實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2同樣的構(gòu)造，因此，省略其詳細(xì)的說明，本實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2與第1實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2同樣地包括發(fā)送部21、接收部22和控制部23。接收部22包括放大器224。本實(shí)施方式的控制部23與第1實(shí)施方式的控制部23同樣地以滿足上述式(1)的切換間距長(zhǎng)度 P (mm)按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。特別是，像本實(shí)施方式這樣，在超聲波探頭IC所具有的64個(gè)振子11以等間隔的排列間距排列的情況下，控制部23以滿足上述式(2)的切換間距個(gè)數(shù)K(個(gè))按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換。圖12的(a)表示使由用于大致同時(shí)收發(fā)超聲波的36個(gè)振子構(gòu)成的一個(gè)選擇振子沿著振子的排列方向(管P的軸向)掃描時(shí)得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕(從模擬夾層的管P的內(nèi)表面加工出的內(nèi)徑6. 35mm的平底孔)的回波強(qiáng)度的分布例。在使最大強(qiáng)度為OdB時(shí)，_3dB 以上的范圍為有效波束寬度W1，可知在圖12的(a)所示的例子中，Wl ^ 13. 75mm。在此，由于能夠認(rèn)為振子11的排列方向(管P的軸向)與管P的超聲波所入射的表面(管P的超聲波的入射點(diǎn)處的切面)所成的角度為θ =0°，因此，在將該θ的值和上述Wl的值代入到上述式(1)中時(shí)，P 彡 13. 75XcosO° = 13. 75X 1 = 13. 75mm而且，在本實(shí)施方式中，如上所述，超聲波探頭IC所具有的64個(gè)振子11以等間隔 d = 0. 5 (mm)的排列間距排列，因此，在將θ、W1和d的值代入到上述式(2)中時(shí)，K 彡 13. 75XcosO° /0.5 = 13.75X 1/0.5 = 27.5可容易地知曉以27個(gè)以下的切換間距個(gè)數(shù)按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換即可。
鑒于以上結(jié)果，本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100B —邊利用驅(qū)動(dòng)部件使管P沿周向旋轉(zhuǎn)，并且使超聲波探頭IC沿管P的軸向相對(duì)移動(dòng)，一邊例如按照以下的探傷循環(huán)進(jìn)行超聲波探傷。而且，本實(shí)施方式的控制部23通過像以下的探傷循環(huán)那樣使選擇的振子11 每27個(gè)地錯(cuò)開(即，選擇振子IlS的切換間距個(gè)數(shù)為27個(gè))來對(duì)選擇振子IlS進(jìn)行切換。探傷循環(huán)(1)步驟1 利用由振子11-1 11 36這36個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS進(jìn)行超
聲波探傷。(2)步驟2 利用由振子11- 11 63這36個(gè)振子構(gòu)成的選擇振子IlS進(jìn)行超聲波探傷。通過重復(fù)上述步驟1、2對(duì)整個(gè)管P進(jìn)行超聲波探傷。另外，針對(duì)各選擇振子IlS切換的放大器224的放大率(探傷靈敏度)具體地講如下那樣預(yù)先決定。即，以利用在上述步驟1中切換的由振子11-1 11 36構(gòu)成的選擇振子IlS收發(fā)超聲波時(shí)得到的上述平底孔的最大回波強(qiáng)度是規(guī)定的強(qiáng)度(例如在CRT上為 80%的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器224的放大率。另外，以利用在上述步驟2中切換的由振子11- 11 63構(gòu)成的選擇振子IlS收發(fā)超聲波時(shí)得到的上述平底孔的最大回波強(qiáng)度是與上述大致相等的強(qiáng)度(例如在CRT上為80%的強(qiáng)度)的方式?jīng)Q定放大器224的放大率。如上所述那樣預(yù)先決定針對(duì)各選擇振子IlS切換的放大器224的放大率，控制部23也根據(jù)切換的選擇振子IlS切換放大器224的放大率，使放大器224的放大率為針對(duì)各選擇振子IlS預(yù)先決定的放大率。圖12的(b)表示將在上述各步驟中切換的各選擇振子IlS分別得到的檢測(cè)對(duì)象傷痕(平底孔)的回波強(qiáng)度的分布合成的例子。如圖12的(b)所示，與圖12的(a)所示的一個(gè)選擇振子IlS(—個(gè)步驟)得到的傷痕回波強(qiáng)度的分布相比，合成后的傷痕回波強(qiáng)度的分布是在管軸向的較寬范圍內(nèi)具有回波強(qiáng)度較高的部分的分布。在圖12的(b)所示的合成后的傷痕回波強(qiáng)度的分布中，在使最大強(qiáng)度為OdB時(shí)，-3dB以上的范圍為實(shí)質(zhì)的有效波束寬度，該實(shí)質(zhì)的有效波束寬度約為27. 25mm。另外，由圖12的(b)可知，各選擇振子IlS的邊界部(圖12的(b)中由虛線的圓圍成的部分)的傷痕回波強(qiáng)度的降低能夠抑制到_2dB 左右ο如上所述，采用本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100B，由于實(shí)質(zhì)的有效波束寬度較寬，因此，無論檢測(cè)對(duì)象傷痕存在于超聲波探頭IC的探傷區(qū)域內(nèi)的哪個(gè)位置，該檢測(cè)對(duì)象傷痕都會(huì)位于某個(gè)選擇振子lis的有效波束寬度的范圍內(nèi)，能夠得到規(guī)定的強(qiáng)度(將利用超聲波探頭IC得到的傷痕回波強(qiáng)度的最大值設(shè)為OdB時(shí)規(guī)定的強(qiáng)度為_3dB)以上的傷痕回波強(qiáng)度，因此，能夠高精度地對(duì)檢測(cè)對(duì)象傷痕進(jìn)行檢測(cè)。另外，在以上說明的第1 第3實(shí)施方式中，對(duì)超聲波探頭1、1A IC包括以等間隔的排列間距呈一條直線狀地排列的同一形狀的多個(gè)振子11的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明并不限定于此，例如，如圖13所示，也能夠使用包括以一條直線狀排列的多個(gè)不均勻?qū)挾鹊恼褡覫lAUlB(振子IlA的寬度與振子IlB的寬度不同)的超聲波探頭、包括以鋸齒狀排列的多個(gè)振子的超聲波探頭。但是，在使用圖13所示的超聲波探頭、包括以鋸齒狀排列的多個(gè)振子的超聲波探頭的情況下，與使用第1 第3實(shí)施方式的超聲波探頭1、IA IC的情況同樣，也需要以滿足上述式(1)的切換間距長(zhǎng)度p(mm)按順序?qū)x擇振子lis進(jìn)行切換。在圖13所示的例子中，從步驟1到步驟3按順序切換已施加了陰影的選擇振子IlS時(shí)，需要以步驟1中的選擇振子IlS與步驟2中的選擇振子IlS之間的距離表示的切換間距長(zhǎng)度P及以步驟2中的選擇振子IlS與步驟3中的選擇振子IlS之間的距離表示的切換間距長(zhǎng)度P分別滿足上述式(1)。另外，需要針對(duì)各選擇振子IlS預(yù)先調(diào)整探傷靈敏度，使得由切換的各選擇振子IlS 分別接收到的、來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等。第4實(shí)施方式 圖14是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的超聲波探傷裝置的概略結(jié)構(gòu)的圖，圖14的 (a)表示主視圖(管的剖視圖)，圖14的(b)表示俯視圖，圖14的(c)表示側(cè)視圖。如圖14所示，本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100C包括具有與上述第1實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)的周向傷痕檢測(cè)用的超聲波探頭1 (兩個(gè))、具有與上述第3實(shí)施方式同樣的結(jié)構(gòu)的夾層檢測(cè)用的超聲波探頭IC (一個(gè))及具有單一振子的軸向傷痕檢測(cè)用的超聲波探頭 ID (兩個(gè))。超聲波探傷裝置100C還包括分別連接于各超聲波探頭1、1C、1D的收發(fā)控制部件 (未圖示)。分別連接于超聲波探頭1、1C的收發(fā)控制部件具有與上述第1實(shí)施方式及第3 實(shí)施方式的收發(fā)控制部件2同樣的結(jié)構(gòu)，具有由選擇振子IlS相對(duì)于管P收發(fā)超聲波、并按順序?qū)x擇振子IlS進(jìn)行切換的功能。連接于超聲波探頭ID的收發(fā)控制部件具有由超聲波探頭ID所具有的單一振子相對(duì)于管P收發(fā)超聲波的功能。超聲波探傷裝置100C還包括傷痕判定部(未圖示)和驅(qū)動(dòng)部件(未圖示)；上述傷痕判定部通過將來自各收發(fā)控制部件的輸出信號(hào)與規(guī)定的閾值相比較來對(duì)存在于管P 上的傷痕進(jìn)行檢測(cè)；上述驅(qū)動(dòng)部件使管P沿周向旋轉(zhuǎn)，并使各超聲波探頭1、ic、ID沿管P的軸向相對(duì)移動(dòng)。本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)部件的特征在于，使管P沿周向旋轉(zhuǎn)，并使各超聲波探頭1、1C、 ID沿管P的軸向相對(duì)移動(dòng)，使得管P每旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)的超聲波探頭1、1C、1D沿管P軸向的相對(duì)移動(dòng)量為超聲波探頭1、ic、ID相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的管P的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度中的、最小的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度以下。下面，具體進(jìn)行說明。像第1實(shí)施方式中說明的那樣，超聲波探頭1在管P軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度約為25mm。另外，像第3實(shí)施方式中說明的那樣，超聲波探頭IC在管P軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度約為27. 25mm。并且，對(duì)于超聲波探頭1D，省略了詳細(xì)的記載，通過將超聲波探頭ID所具有的單一振子沿著管P的軸向的長(zhǎng)度設(shè)定為適當(dāng)?shù)闹?，能夠?qū)⑾鄬?duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕(軸向傷痕)的管P的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度擴(kuò)大至20mm左右。因而，本實(shí)施方式的驅(qū)動(dòng)部件使管P沿周向旋轉(zhuǎn)，并使超聲波探頭1、1C、1D沿管P 的軸向相對(duì)移動(dòng)，使得管P的每旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)的超聲波探頭1、1C、1D沿管P軸向的相對(duì)移動(dòng)量為超聲波探頭1、1C、1D相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的管P的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度中的、最小的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度以下、即20mm左右以下。超聲波探頭1、1C、1D沿管P軸向的相對(duì)移動(dòng)可以通過使超聲波探頭1、1C、1D靜止而使管P沿軸向移動(dòng)來進(jìn)行，或者也可以通過使管P靜止而使超聲波探頭1、1C、1D沿管P的軸向移動(dòng)來進(jìn)行。采用本實(shí)施方式的超聲波探傷裝置100，無論檢測(cè)對(duì)象傷痕存在于管P的哪個(gè)部位，對(duì)于全部的超聲波探頭1、IC、1D，檢測(cè)對(duì)象傷痕的回波強(qiáng)度都為規(guī)定的強(qiáng)度以上，結(jié)果，能夠高精度地檢測(cè)全部的軸向傷痕、周向傷痕及夾層。
權(quán)利要求
1.一種超聲波探傷方法，該方法包括配置步驟，將具有沿著規(guī)定方向排列的η個(gè)(n ^ 2)振子的超聲波探頭與被探傷材料相對(duì)配置；探傷步驟，選擇上述η個(gè)振子中的m個(gè)(n>m> 1)振子，通過由該選擇振子相對(duì)于上述被探傷材料收發(fā)超聲波來對(duì)上述被探傷材料進(jìn)行探傷；掃描步驟，按順序切換上述選擇振子；通過交替地重復(fù)上述探傷步驟和上述掃描步驟，對(duì)上述被探傷材料進(jìn)行超聲波探傷， 其特征在于，在上述掃描步驟中，在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm)時(shí)，以滿足下述式(1)的切換間距長(zhǎng)度P(mm)按順序切換上述選擇振子，P≥ Wl · cos θ ... (ι)在上述探傷步驟中，以針對(duì)上述各選擇振子預(yù)先調(diào)整的探傷靈敏度對(duì)上述被探傷材料進(jìn)行探傷，使得由上述切換的各選擇振子分別接收的、來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探傷方法，其特征在于，上述超聲波探頭所具有的上述η個(gè)振子以等間隔d(mm)的排列間距排列；在上述掃描步驟中，在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm)時(shí)，以滿足下述式O)的切換間距個(gè)數(shù)K(個(gè))按順序切換上述選擇振子，K ≥ Wl · cos θ /d." (2)。
3.一種超聲波探傷方法，該方法將用于檢測(cè)在作為被探傷材料的管上產(chǎn)生的軸向傷痕的第1超聲波探頭、用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的周向傷痕的第2超聲波探頭及用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的夾層的第3超聲波探頭分別與上述管相對(duì)配置；一邊使上述管沿周向旋轉(zhuǎn)，并且使上述第1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向相對(duì)移動(dòng)，一邊自上述第1 第3超聲波探頭所分別具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波，從而對(duì)上述管進(jìn)行超聲波探傷，其特征在于，從上述第1 第3超聲波探頭中選擇的至少1個(gè)超聲波探頭為權(quán)利要求1或2所述的超聲波探頭，使該選擇超聲波探頭所具有的η個(gè)振子的排列方向沿著上述管的軸向，使該選擇超聲波探頭執(zhí)行權(quán)利要求1或2所述的超聲波探傷方法；將上述管的每旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)的上述第1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向的相對(duì)移動(dòng)量設(shè)定為上述第1 第3超聲波探頭相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的上述管的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度中的、最小的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度以下。
4.一種超聲波探傷裝置，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括超聲波探頭，其與被探傷材料相對(duì)配置，具有沿著規(guī)定方向排列的η個(gè)(n ^ 2)振子；收發(fā)控制部件，其選擇上述η個(gè)振子中的m個(gè)(n > m > 1)振子，由該選擇振子相對(duì)于上述被探傷材料收發(fā)超聲波，并且，按順序切換上述選擇振子；在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm) 時(shí)，上述收發(fā)控制部件以滿足下述式(1)的切換間距長(zhǎng)度P(mm)按順序切換上述選擇振子，P ≤ Wl · cos θ ... (1)在上述收發(fā)控制部件中，預(yù)先調(diào)整針對(duì)上述各選擇振子的探傷靈敏度，使得由上述切換的各選擇振子分別接收的、來自檢測(cè)對(duì)象傷痕的最大回波強(qiáng)度大致相等。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的超聲波探傷裝置，其特征在于，上述超聲波探頭所具有的上述η個(gè)振子以等間隔d(mm)的排列間距排列； 在將上述η個(gè)振子的排列方向與上述被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ )、將上述切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為Wl (mm) 時(shí)，上述收發(fā)控制部件以滿足下述式O)的切換間距個(gè)數(shù)K(個(gè))按順序切換上述選擇振子，K ≤ Wl · cos θ /d." (2)。
6.一種超聲波探傷裝置，其特征在于，該超聲波探傷裝置包括第1超聲波探頭，其與作為被探傷材料的管相對(duì)配置，用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的軸向傷痕；第2超聲波探頭，其與上述管相對(duì)配置，用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的周向傷痕； 第3超聲波探頭，其與上述管相對(duì)配置，用于檢測(cè)在上述管上產(chǎn)生的夾層； 第1收發(fā)控制部件，其由上述第1超聲波探頭所具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波；第2收發(fā)控制部件，其由上述第2超聲波探頭所具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波；第3收發(fā)控制部件，其由上述第3超聲波探頭所具有的振子相對(duì)于上述管收發(fā)超聲波；驅(qū)動(dòng)部件，其使上述管沿周向旋轉(zhuǎn)，并且，使上述第1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向相對(duì)移動(dòng)；從上述第1 第3超聲波探頭中選擇的至少1個(gè)超聲波探頭是權(quán)利要求4或5所述的超聲波探頭，該選擇超聲波探頭所具有的η個(gè)振子的排列方向沿著上述管的軸向；上述第1 第3收發(fā)控制部件中的、與上述選擇超聲波探頭相對(duì)應(yīng)的收發(fā)控制部件是權(quán)利要求4或5所述的收發(fā)控制部件；上述驅(qū)動(dòng)部件使上述管沿周向旋轉(zhuǎn)，并使上述第1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向相對(duì)移動(dòng)，使得上述管的旋轉(zhuǎn)每一圈時(shí)的上述第1 第3超聲波探頭沿上述管的軸向的相對(duì)移動(dòng)量為上述第1 第3超聲波探頭相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的上述管的軸向上的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度中的、最小的實(shí)質(zhì)的有效波束寬度以下。
全文摘要
本發(fā)明提供超聲波探傷方法及裝置。該超聲波探傷裝置(100)包括超聲波探頭(1)，其與被探傷材料(P)相對(duì)配置，具有沿著規(guī)定方向排列的n個(gè)(n≥2)振子；收發(fā)控制部件(2)，其選擇n個(gè)振子中的m個(gè)(n＞m≥1)振子，由該選擇振子相對(duì)于被探傷材料收發(fā)超聲波，并且，按順序?qū)x擇振子進(jìn)行切換。在將振子的排列方向與被探傷材料的超聲波所入射的表面所成的角度設(shè)為θ、將切換的各選擇振子相對(duì)于檢測(cè)對(duì)象傷痕的有效波束寬度設(shè)為W1時(shí)，收發(fā)控制部件以滿足P≤W1·cosθ的切換間距長(zhǎng)度P按順序?qū)x擇振子進(jìn)行切換。
文檔編號(hào)G01N29/04GK102282462SQ20098015482
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
發(fā)明者久保田央, 山野正樹, 池田正美, 藤原健二 申請(qǐng)人:住友金屬工業(yè)株式會(huì)社