JPS6147556A - 管内插入式超音波探触子 - Google Patents
管内插入式超音波探触子Info
- Publication number
- JPS6147556A JPS6147556A JP59169361A JP16936184A JPS6147556A JP S6147556 A JPS6147556 A JP S6147556A JP 59169361 A JP59169361 A JP 59169361A JP 16936184 A JP16936184 A JP 16936184A JP S6147556 A JPS6147556 A JP S6147556A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultrasonic
- tube
- flaw detection
- angle
- reflected
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- Pending
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-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/20—Reflecting arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
- G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、管内、特に直径の小さな管内から超音波探傷
する場合に、超音波ビームの拡がυ（指向角）の影響を
小さく抑えて、感度の高い探傷を可能にする管内挿入式
超音波探触子に関するものである。
する場合に、超音波ビームの拡がυ（指向角）の影響を
小さく抑えて、感度の高い探傷を可能にする管内挿入式
超音波探触子に関するものである。
円盤状振動板あるいは円環状振動板が発生する音波を第
２図の如く（第２図は円環状振動板の場合）円錐反射面
で反射させて、−個の振動板で管の全周に同時に音波を
入射させる方法は公知である。この場合、振動板から発
射される超音波は平行ビームでなく、ある拡、かり角（
指向角）をもっているため、反射面上の各位置によって
反射角が異なり、その結果、第２図の（ロ）の如く超音
波ビームの中心点が管内面に入射する点Ａとビームの両
端が入射する点Ｂ、Ｃはそれぞれ入射角が異なることに
なる。ところで、鉄鋼材料表面に、水中を伝搬した超音
波が入射した場合に、材料内に発生する横波の屈折角度
と、その音波の強さの通過率は第６図の如くなり、入射
角によって屈折角だけではなく通過する音波の強さも変
動する。特に入射角が２７．１（臨界角）を超えると音
波は全く材料中に送入しなくなるし、１５°以下でも極
度に音波は弱められる。つ−！り、ｆｉｇ２図に於て、
ビーム中心の入射点Ａで適正角度であっても、Ｂ点、Ｃ
点近傍では入射角も通過する音の強さも著しく変動し、
超音波ビームの拡散効果とも合せて、探傷感度を低下さ
せる大きな要因となっている。
２図の如く（第２図は円環状振動板の場合）円錐反射面
で反射させて、−個の振動板で管の全周に同時に音波を
入射させる方法は公知である。この場合、振動板から発
射される超音波は平行ビームでなく、ある拡、かり角（
指向角）をもっているため、反射面上の各位置によって
反射角が異なり、その結果、第２図の（ロ）の如く超音
波ビームの中心点が管内面に入射する点Ａとビームの両
端が入射する点Ｂ、Ｃはそれぞれ入射角が異なることに
なる。ところで、鉄鋼材料表面に、水中を伝搬した超音
波が入射した場合に、材料内に発生する横波の屈折角度
と、その音波の強さの通過率は第６図の如くなり、入射
角によって屈折角だけではなく通過する音波の強さも変
動する。特に入射角が２７．１（臨界角）を超えると音
波は全く材料中に送入しなくなるし、１５°以下でも極
度に音波は弱められる。つ−！り、ｆｉｇ２図に於て、
ビーム中心の入射点Ａで適正角度であっても、Ｂ点、Ｃ
点近傍では入射角も通過する音の強さも著しく変動し、
超音波ビームの拡散効果とも合せて、探傷感度を低下さ
せる大きな要因となっている。
管、特に熱交換器伝熱管の如き小径管にあっては、管内
に挿入できる撮動板の太きさは小さく抑えられるため、
探傷感度を高く維持するためには発生した超音波の拡散
を少なくして、超音波の強度を有効に利用しなければな
らない。本発明の目的は、高速で、（円環状振動板を使
うことで円周方向の探触子走査が不要となる）高感度な
管内挿入式超音波探触子を提供することにある。
に挿入できる撮動板の太きさは小さく抑えられるため、
探傷感度を高く維持するためには発生した超音波の拡散
を少なくして、超音波の強度を有効に利用しなければな
らない。本発明の目的は、高速で、（円環状振動板を使
うことで円周方向の探触子走査が不要となる）高感度な
管内挿入式超音波探触子を提供することにある。
球面を利用して超音波の拡散を防止する、あるいは−歩
進めて超音波を集束する方法は公知であり、第３図、第
４図にその例を示した。また第５図の如く円盤状あるい
は矩形振動板と平面反射板との組合せも行われている。
進めて超音波を集束する方法は公知であり、第３図、第
４図にその例を示した。また第５図の如く円盤状あるい
は矩形振動板と平面反射板との組合せも行われている。
しかしながら第２図の如く円錐反射面で反射した超音波
ビームを平行円盤状に成形することは例が無い。種々の
試行を経て、第７図の如き相互関連から回転放物面の有
効性に思い至った。
ビームを平行円盤状に成形することは例が無い。種々の
試行を経て、第７図の如き相互関連から回転放物面の有
効性に思い至った。
第１図に実施例の基本的な構成を示した。第２図（イ）
は本発明に最も近い公知例の構成図で、第２図の（ロ）
はその部分拡大図であるが、以下この第２図（イ）と第
２図の（ロ）に基づいて公知例の問題点を説明する。
は本発明に最も近い公知例の構成図で、第２図の（ロ）
はその部分拡大図であるが、以下この第２図（イ）と第
２図の（ロ）に基づいて公知例の問題点を説明する。
第２図に於て、円環状の超音波振動板２ｏから放射され
て、水５０の中を伝搬する超音波ビーム２１は伝搬する
うちにそのビーム巾が拡がるために、超音波反射体１０
の反射面１２に到達するときには、超音波ビーム２１の
中心に相当するＡｏ点、ビーム２１の下端に相当するＢ
ｏ点および、ビーム２１の上端に相当するＣｏ点では、
それぞれ超音波ビームの入射角および反射角の大きさが
異なる。
て、水５０の中を伝搬する超音波ビーム２１は伝搬する
うちにそのビーム巾が拡がるために、超音波反射体１０
の反射面１２に到達するときには、超音波ビーム２１の
中心に相当するＡｏ点、ビーム２１の下端に相当するＢ
ｏ点および、ビーム２１の上端に相当するＣｏ点では、
それぞれ超音波ビームの入射角および反射角の大きさが
異なる。
その結果、第２図の（ロ）に示すように、被試験材料３
０の内面に入射する超音波の入射角、っま）人魚に於け
るα人、Ｂ点に於けるαｓ、Ｃ点に於けるαＣは、それ
ぞれ大きさが異なることになる。点Ｂと点Ｃの間の超音
波の入射角がα３トαＣの間をとって連続的に変化する
訳である。このように超音波ビームの入射角の変化が被
試験材料３ｏの中に屈折して送入する音波の挙動に及ぼ
す影響を以下に説明する。
０の内面に入射する超音波の入射角、っま）人魚に於け
るα人、Ｂ点に於けるαｓ、Ｃ点に於けるαＣは、それ
ぞれ大きさが異なることになる。点Ｂと点Ｃの間の超音
波の入射角がα３トαＣの間をとって連続的に変化する
訳である。このように超音波ビームの入射角の変化が被
試験材料３ｏの中に屈折して送入する音波の挙動に及ぼ
す影響を以下に説明する。
第１には点ＢとＣの間の各点に於て被検材３０の中に送
入する超音波の強さと、被検材３０の内部で反射して水
５０に戻ってくる超音波の強さが異なることである。第
６図にその状況を示した。
入する超音波の強さと、被検材３０の内部で反射して水
５０に戻ってくる超音波の強さが異なることである。第
６図にその状況を示した。
第６図は上部横軸に超音波ビーム２１の入射角α（第２
図の（ロ）に於けるα人、α３．αＣに相当）を、また
下部横軸に被試験材料３０内の屈折角θ（第２図の（ロ
）に於けるθいθＢ、θＣに相当）をとシ、縦軸には被
試験材料３０に発生する超音波横波の強さく超音波探傷
の実際に即して、材料表面から入射した超音波が材料内
で反射して再び入射点から戻って来る強さを往復通過率
とした。）で表したもので、超音波の入射角αによって
その強さが大きく変化することが判る。特に、入射角α
が約２７．７゜（臨界角）を超えると材料内に送入する
超音波が全く存在しないこと、および１５°以下では超
音波が極度に弱くなることから、第２図の（ロ）のＢ点
およびＣ点近傍の超音波は有効に利用されないことにな
シ探傷感度の低下を来す。
図の（ロ）に於けるα人、α３．αＣに相当）を、また
下部横軸に被試験材料３０内の屈折角θ（第２図の（ロ
）に於けるθいθＢ、θＣに相当）をとシ、縦軸には被
試験材料３０に発生する超音波横波の強さく超音波探傷
の実際に即して、材料表面から入射した超音波が材料内
で反射して再び入射点から戻って来る強さを往復通過率
とした。）で表したもので、超音波の入射角αによって
その強さが大きく変化することが判る。特に、入射角α
が約２７．７゜（臨界角）を超えると材料内に送入する
超音波が全く存在しないこと、および１５°以下では超
音波が極度に弱くなることから、第２図の（ロ）のＢ点
およびＣ点近傍の超音波は有効に利用されないことにな
シ探傷感度の低下を来す。
第２には、被試験材料３０内での超音波の急激な拡散に
よる超音波強度の減衰である。いま、水５０の超音波速
度をＣｔ、被試験材料３０のそれをＣＢ、超音波の入射
角をα、屈折角をθとすれば、θはスネルの法則によシ
次式で表される。
よる超音波強度の減衰である。いま、水５０の超音波速
度をＣｔ、被試験材料３０のそれをＣＢ、超音波の入射
角をα、屈折角をθとすれば、θはスネルの法則によシ
次式で表される。
被試験材料３０が金属材料の場合にはＣａ”：）Ｃ１で
あり、前述の臨界角２７．７°以下の範囲では、θはα
が大きくなるに従って急速にπ／２に近ずくことから、
被試験材料３０内の超音波は急速に拡散するビームとな
シ、伝搬するに従って急速に減衰する。つまり探傷感度
の低下を来す。
あり、前述の臨界角２７．７°以下の範囲では、θはα
が大きくなるに従って急速にπ／２に近ずくことから、
被試験材料３０内の超音波は急速に拡散するビームとな
シ、伝搬するに従って急速に減衰する。つまり探傷感度
の低下を来す。
第１図が上記の問題点を解決する本発明の構成図で、超
音波反射体１０の超音波反射面１１の稜線を曲線にした
のが特徴である。その結果超音波ビーム２１が超音波反
射面１１で反射してから被試験材料３０に到達するまで
の超音波ビーム（ＢＯＢ、Ａｏ Ａ、Ｃｏ Ｃ）
を平行にすることが可能で、前述の２つの欠点を排除
することができる。
音波反射体１０の超音波反射面１１の稜線を曲線にした
のが特徴である。その結果超音波ビーム２１が超音波反
射面１１で反射してから被試験材料３０に到達するまで
の超音波ビーム（ＢＯＢ、Ａｏ Ａ、Ｃｏ Ｃ）
を平行にすることが可能で、前述の２つの欠点を排除
することができる。
第７図は第１図に於ける超音波反射面１１を回転放物面
にすることが、この面で反射した後の超音波を平行ビー
ムにする上で有効であることを示すもので、放物線の焦
点Ｆを通る直線が放物線で鏡面反射すると、その方向は
放物線の軸に平行になる性質を利用して、指向角をもっ
て拡散伝搬する超音波ビーム１２の仮想点音源と放物線
の焦点Ｆとを一致させることによりそれが可能となるこ
とが判る。
にすることが、この面で反射した後の超音波を平行ビー
ムにする上で有効であることを示すもので、放物線の焦
点Ｆを通る直線が放物線で鏡面反射すると、その方向は
放物線の軸に平行になる性質を利用して、指向角をもっ
て拡散伝搬する超音波ビーム１２の仮想点音源と放物線
の焦点Ｆとを一致させることによりそれが可能となるこ
とが判る。
第８図は、本発明を実際の超音波探触子に適用した実施
例で、環状の超音波振動板２０を備えた支持体２２に、
回転放物面の形状をした反射面１１を有する反射体１０
を取シ付けたものである。
例で、環状の超音波振動板２０を備えた支持体２２に、
回転放物面の形状をした反射面１１を有する反射体１０
を取シ付けたものである。
本発明によれば、超音波振動子から放射される超音波ビ
ームを反射面で反射させることにより、超音波ビームの
伝搬方向を変更させて、特定の方向の探傷を可能にする
超音波探傷装置に於て被試験材料表面での超音波の屈折
に伴う超音波ビームの拡散によって、その超音波の強さ
が急速に減衰するのを防止することができる。その結果
、超音波探傷感度の低下を少なくすることができる。さ
らに１回の操作で超音波探傷する範囲を太きくし、検査
速度を大きくすることができる。
ームを反射面で反射させることにより、超音波ビームの
伝搬方向を変更させて、特定の方向の探傷を可能にする
超音波探傷装置に於て被試験材料表面での超音波の屈折
に伴う超音波ビームの拡散によって、その超音波の強さ
が急速に減衰するのを防止することができる。その結果
、超音波探傷感度の低下を少なくすることができる。さ
らに１回の操作で超音波探傷する範囲を太きくし、検査
速度を大きくすることができる。
第１図は本発明の管内挿入式超音波探触子の実施例を説
明するための基本構造図、第２図（イ）は従来構造め説
明図、（ロ）は（イ）の部分詳細図、第３図ないし第５
図は従来の゛超音波にょシビームの方向を変更したｐ成
形している場合の説明図、第６図（イ）、（ロ）はそれ
ぞれは通常の水から鋼材へ超音波が入射する場合の特性
図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の管内挿入式超音
波探触子の実施例の説明図である。
明するための基本構造図、第２図（イ）は従来構造め説
明図、（ロ）は（イ）の部分詳細図、第３図ないし第５
図は従来の゛超音波にょシビームの方向を変更したｐ成
形している場合の説明図、第６図（イ）、（ロ）はそれ
ぞれは通常の水から鋼材へ超音波が入射する場合の特性
図、第７図、第８図はそれぞれ本発明の管内挿入式超音
波探触子の実施例の説明図である。
Claims (1)
- １、円板状あるいは円環状の超音波振動板と、この振動
板が発生する超音波を円錐の反射面で放射状に反射させ
て、管の内面に超音波を導き、管内面から管の全周方向
を同時に超音波探傷する装置に於て、超音波反射面の形
状を回転放物面にしたことを特徴とする管内挿入式超音
波探触子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59169361A JPS6147556A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | 管内插入式超音波探触子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59169361A JPS6147556A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | 管内插入式超音波探触子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6147556A true JPS6147556A (ja) | 1986-03-08 |
Family
ID=15885153
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59169361A Pending JPS6147556A (ja) | 1984-08-15 | 1984-08-15 | 管内插入式超音波探触子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6147556A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62284258A (ja) * | 1986-06-02 | 1987-12-10 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 管内面形状異常計測方法 |
| JP2015526742A (ja) * | 2012-09-05 | 2015-09-10 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 超音波検査用の浮動ヘッド輪郭追従ホルダ |
| JP2018048460A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 株式会社人材開発支援機構 | 超音波振動併用薬液注入装置及びその工法 |
-
1984
- 1984-08-15 JP JP59169361A patent/JPS6147556A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62284258A (ja) * | 1986-06-02 | 1987-12-10 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | 管内面形状異常計測方法 |
| JP2015526742A (ja) * | 2012-09-05 | 2015-09-10 | ユナイテッド テクノロジーズ コーポレイションＵｎｉｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ | 超音波検査用の浮動ヘッド輪郭追従ホルダ |
| JP2018048460A (ja) * | 2016-09-21 | 2018-03-29 | 株式会社人材開発支援機構 | 超音波振動併用薬液注入装置及びその工法 |
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